輸油管道的初步設計.doc

。輸油管道的初步設計 前言1第1章 工藝設計說明書2 1. 工程概況及設計原則2 2. 設計原始數(shù)據(jù)23. 基本設計參數(shù)的選取5第2章 工藝設計計算書8 1. 經(jīng)濟管徑的確定82. 熱力計算103. 水力計算124. 反輸計算185. 主要設備選型20 第3章 工藝流程設計221. 工藝流程設計222. 陰極保護計算22 3. 方案的經(jīng)濟性分析23第4章 結論31參考文獻32-可編輯修改-。前 言畢業(yè)設計是本科學習的最后一個環(huán)節(jié)，也是較為重要的一個環(huán)節(jié)。它要求將所學到的專業(yè)知識綜合運用，以達到融會貫通。本次設計是進行輸油管道的初步設計。主要內(nèi)容包括：由經(jīng)濟流速確定經(jīng)濟管徑，然后由最小輸量確定加熱站數(shù)以及由最大輸量確定泵站數(shù)，結合沿線特征進行加熱站和泵站的布置，最后進行經(jīng)濟性計算，確定項目的內(nèi)部收益率以及凈現(xiàn)值等。本次設計在安家容老師的指導下完成。由于本人水平有限，缺乏現(xiàn)場知識，所以難免存在疏漏和錯誤之處，希望老師批評、指正。第一章 工藝說明書1. 工程概況及設計原則1.1 工程概況輸油管道全長400km，設計輸油能力為280萬t/a。全線地形起伏不大，無翻越點。管道選取L290螺旋縫埋弧焊鋼管，其最大允許承壓為6.96Mpa。管道進行埋地鋪設,其中心埋深為1.6m。全線采用“從泵到泵”的密閉輸送方式和先爐后泵的工藝流程，共設四座熱泵站（含末站）。首站和中間站設出站調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)各站的出站壓力，并實施水擊超前保護，末站設減壓裝置。為防止管線因腐蝕而發(fā)生破壞，各站設陰極保護站一座。1.2 設計原則本設計在滿足安全生產(chǎn)及輸量要求的前提下，力求滿足以下原則：（1）在遵守國家設計相關規(guī)范的前提下，選擇最優(yōu)工藝運行方案。（2）在保證安全可靠的基礎上，盡量采用新技術、新工藝，以節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益。（3）輸油站的工藝流程與所采用的輸油方式相適應，且便于事故的處理與搶修。（4）注意保護環(huán)境，少占耕地，節(jié)約投資。（5）總體設計時，統(tǒng)籌兼顧，遠近結合，以近期為主。2. 設計原始數(shù)據(jù)2.1 管道的設計輸量（1）最大設計輸量：280萬t/a 最小設計輸量：190萬t/a（2）運行期各年生產(chǎn)負荷（各年輸量與最大輸量的比率）如下表：年份1234567891011121314生產(chǎn)負荷（%）708090100100100100100100100100908070（3）管道的設計壓力為6.4Mpa 2.2 沿線地形及管道特征（1）管道總長400km（2）沿線里程、高程里程（km）04080120160200240高程（m）2000219520582005201520252115里程（km）280320360400高程（m）1998199019781953（3）管道中心埋深：1.6m 管中心埋深處年最低月平均低溫：2管中心埋深處夏季月平均低溫：20 土壤導熱系數(shù)0.555w/m . 保溫層厚度：35mm 保溫層導熱系數(shù)0.035w/m . 2.3 原油性質(zhì)（1）密度：=846kg/ m 含蠟量：14.5% 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量：7.71% 初餾點:70 比熱：2.1kJ/kg 燃油熱值：4.18kJ/kg 凝點：27（2）在不同測量溫度下的流變性：測溫（）流變方程牛頓流體溫度范圍內(nèi)的粘溫方程27293133354045505560注：表中的單位為Pa, 的單位為1/s，的單位為mPa.s。2.4 設備選型（1）常用加熱爐的型號： 814kw、1745 kw、2326 kw、3489 kw、4625 kw、5815 kw（2）有關輸油泵特性（參閱相關泵特性資料）2.5經(jīng)濟評價參數(shù)（1）線路工程投資指標（萬元/km）管徑273.1323.9355457559不保溫管60.477.485.6106140 保溫層修正系數(shù)：1.10（2）輸油站工程投資指標A（萬元/座）（設計輸量240260萬噸/年）外輸首站末站中間熱泵站中間泵站中間熱站20009001300900700輸油站工程投資指標A（萬元/座）（設計輸量300350萬噸/年）外輸首站末站中間熱泵站中間泵站中間熱站2500100016001100800 （3）原油價格：2000元/噸 電價0.50元/度 運價024元/（噸.千米）（4）流動資金按管道存油的價值計算，流動資金的30%為自有資金，70%為工商銀行貸款，年利率為10.98%。（5）輸油站人員編制首、末站各40人，中間熱泵站25人，中間熱站或泵站15人；職工工資按每人1500元/月計算，福利費按投資總額的14%計算。（6）固定資產(chǎn)原值按總固定資產(chǎn)投資的85%計算，管道折舊年限（生產(chǎn)期）取1年，綜合折舊率取7.14%，殘值為0，修理費按折舊的30%計算。（7）輸油成本中的其他費用按工資總額與福利費之和的2倍計算。（8）輸油損耗按最大輸量的0.35%計算。（9）營業(yè)稅率取3%，城市建設維護稅按營業(yè)稅的7%計算，教育附加稅按營業(yè)稅的3%計算。 （10）行業(yè)基準收益率為12%。3. 基本設計參數(shù)的選取3.1溫度參數(shù)確定加熱站的進、出站溫度時，需要考慮三個方面的因素。首先是油品的粘溫特性和其他物理性質(zhì)，其次是管道的停輸時間、熱脹、和溫度應力等安全因素，第三是經(jīng)濟比較，使總的能耗費用最低。 3.1.1 出站油溫TR 考慮到原油和重油中難免含水，故其加熱溫度一般不超過100 。由于站內(nèi)設有“先爐后泵”流程，則其加熱溫度不應高于輸送原油的初餾點，以免影響泵的吸入。另外，當溫度高于凝點3040 以上時，粘度隨溫度的變化較小。更由于熱含蠟原油管道常運行在水力光滑區(qū)，摩阻與粘度的0.25次方成正比，提高油溫對摩阻的影響較小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過高。管道采用聚氨酯泡沫防腐保溫層（其適用范圍為-60120），油溫高低不會對其性質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響。結合以上因素，確定出站溫度為TR=60。3.1.2 進站油溫TZ加熱站的進站油溫主要取決于經(jīng)濟比較，對于凝點較高的含蠟原油，由于在凝點附近粘溫曲線很陡，故其經(jīng)濟進站溫度常略高于凝點35。 由輸送原油的粘溫特性知，溫度低于35時，粘度隨溫度變化很大，適當提高出站油溫會使摩阻大大降低，故綜合考慮，確定進站油溫為TZ=36。 3.1.3 周圍介質(zhì)溫度T0的確定 對于埋地管線，取管道埋深處的年最低月的平均低溫作為設計地溫，即取T0=2。 3.1.4 根據(jù)輸油管道工程設計規(guī)范規(guī)定，我國長輸管道平均溫度計算采用加權平均溫度：Tpj=TR+TZ 。 本設計中 Tpj=TR+TZ =60+36=44 。 3.2 原油密度 任一溫度下的密度由20時的油品密度確定：式中 ：分別為溫度為和下的油品密度，kg/m ：溫度系數(shù)，。3.3 計算輸量以設計任務書給出的最大輸量作為工藝計算時的依據(jù)，任務書給的是年設計輸量(t/a)計算時，必須將其換算成計算溫度下的體積流量Q（ m/h或m/s）?？紤]到管道維修及事故等因素，經(jīng)過多年的實踐證明，一年給出15d的富裕量，故計算時輸油時間應按350d（8400h）計算，即：或 m/s式中 G：年任務質(zhì)量流量，t/a Q：體積流量，m/h或m/s：計算溫度下的油品密度，kg/ m-可編輯修改-。第二章 工藝設計計算書1. 經(jīng)濟管徑的確定1.1基本參數(shù)的確定1.1.1 計算溫度取出站油溫TR=60 進站油溫TZ=36 則Tpj=TR+TZ =60+36=441.1.2 油品密度已知20時油品密度/ 則=1.825-0.001315846=0.71251 1.1.3 油品粘度T=40時，T=40時，線性插值得：T=44時，1.2 經(jīng)濟管徑的選取1.2.1 任務輸量kg/sm/s1.2.2 取經(jīng)濟流速為：=1.80 m/s由得：查API標準鋼管部分規(guī)格，確定管外徑為323.9mm。1.2.3 計算壁厚 （1）選用L290螺旋縫埋弧焊鋼管，其最低屈服強度為290Mpa。由，其中K=0.72,=1.0,得：管道的許用應力為：=0.2 1.0 290=208.8Mpa （2）管道的設計壓力為6.4Mpa。 由得：管道允許的最小壁厚為：由于原油具有腐蝕性，故取1mm的腐蝕裕量。查API標準鋼管部分規(guī)格，確定壁厚為6.4mm。故最終確定的經(jīng)濟管徑為。（3）計算管道最大承壓 （4）反算流速3000Re5,故管道運行在水力光滑區(qū)。2. 熱力計算2.1 計算輸量kg/s2.2 計算熱油管的總傳熱系數(shù)K管外敷設保溫層，且管道中心埋深為1.6m。由公式得： 式中 ：土壤的導熱系數(shù)， ：管道中心埋深 =1.012忽略油流至管內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)以及管壁的導熱系數(shù)則 故2.3 計算水力坡降管道運行在水力光滑區(qū)，故由列賓宗公式得： 2.4 確定加熱站數(shù)由軸向溫降公式=得： 式中 = b=加熱站間距全線總長為400km，故所需的加熱站數(shù)為： 即初步確定全線共設3個加熱站，且等間距布置。站間距為： 2.5 計算出站油溫故取，即出站油溫為60。3. 水力計算3.1 計算最大輸量下的出站油溫（1）：取則 3000Re5,故管道運行在水力光滑區(qū)。 故 ，與相差較大。（2） 3000Re5,故管道運行在水力光滑區(qū)。 故 1.0故取，即最大輸量下的出站油溫為45.9。3.2 基本參數(shù)的確定當，時：3000Re5,故管道運行在水力光滑區(qū)。3.3 選泵3.3.1 輸油主泵考慮到輸量要求與管道承壓，選擇泵的型號為：D160-1206型。其中3臺并聯(lián)，1臺備用。根據(jù)型譜圖，用最小二乘法回歸出單級泵輸送清水時的泵特性曲線為： 由于輸送介質(zhì)為原油，鑒于粘度對泵特性曲線的影響，查美國水力協(xié)會標準（1983）確定換算系數(shù)為： 故所選泵輸送原油時的泵特性曲線為：3.3.2 給油泵考慮到輸量要求與輸油主泵的吸入特性，選用給油泵的型號為：CZ150-500型A系列（2臺并聯(lián)，其中1臺備用）泵特性曲線為：3.4 確定泵站數(shù)（1）站內(nèi)損失：泵站內(nèi)損失取為15m液柱；加熱站內(nèi)損失取為12.26液柱（0.1Mpa）。（2） 全線摩阻為：（3）站內(nèi)3臺D160-1205型泵并聯(lián)，其泵特性曲線為：當時：故泵站數(shù)即全線共設6座泵站。首站3臺D160-1206型泵并聯(lián)，其泵特性曲線為： 其余各站3臺D160-1205型泵并聯(lián)。3.5 站址確定在管道縱斷面圖上進行布站。站址依次為：首站（0km，2000m）（60km，2126.5m）（133.33km，2008.33m）（200km，2025m）（266.66km，2037.02m）（330km，1984m） 末站（330km，1984m）其中，首站、末站為熱泵站，其余各站為泵站。3.6 校核3.6.1 出站溫度校核：由于加熱站等間距布置，故其出站溫度不變，為45.9，滿足要求。3.6.2 進、出站壓力校核 （1）首站進站壓力由給油泵提供，給油泵入口壓力取為10m,壓頭損失取為20m。 故 出站壓力：（2）站進站壓力： 出站壓力：853.6（3）站進站壓力： 出站壓力：853.6（4）站進站壓力： 出站壓力：853.6（5）站進站壓力： 出站壓力：853.6（6）站進站壓力： 出站壓力：853.6各站的進、出壓力均滿足要求（7）末站全線剩余壓力： 可以通過設減壓裝置或調(diào)節(jié)電機轉速以改變剩余壓力的值，使之滿足要求。3.6.3 靜水壓力校核最大靜水壓力為： 遠小于管道承壓，故滿足要求。4. 反輸計算本設計取管線的最小輸量，即190萬t/a，為反輸輸量。4.1 開爐方案加熱爐全開 出站油溫：T=60，出站油溫T=36，則Tpj=TR+TZ =60+36=444.2 開泵方案總壓力損失： 全線只開3座熱泵站，其中：末站：2臺D160-1206型泵并聯(lián)； ：2臺D160-1205型泵并聯(lián)；：2臺D160-1205型泵并聯(lián)；4.3 進、出站壓力校核（1）末站進站壓力： 出站壓力：853.6（2）站進站壓力： 出站壓力：853.6（3）站進站壓力： 出站壓力：，所以保護長度按有限長計算：陰極保護站的數(shù)量： 向上取整N=10個因為陰極保護站可以保護兩側的管線，所以全線只需設7個陰極保護站。陰極保護站的位置盡可能設在泵站上，則各個保護站的位置為：（0km，2000m），（60km，2126.5m），（133.33km，2008.33m），（200km，2025m），（266.66km，2037.02m），（330km，1984m），（330km，1984m）。3. 方案的經(jīng)濟性分析3.1 費用現(xiàn)值的計算以為例3.1.1燃料、電力費用的計算第一年、第二年生產(chǎn)負荷為0，故燃料、電力費用為0。第三年生產(chǎn)負荷為70%，故。 燃料費用：萬元動力費用：萬元其余各年的生產(chǎn)費用見下表9-1。3.1.2 其他各項費用的計算 全線職工總數(shù)：40+252+153+40=175人工資及福利費：1751500（1+14%）12=359.1萬元 線路工程投資：77.4400（1+10%）=34056萬元表 燃料費用和動力費用表年參數(shù)12345613141516生產(chǎn)負荷0070%80%90%100%90%80%70%年輸量(t/a)00196224253280253224196()0058.753.549.345.949.353.558.7(m)001957.825343216.43847.13216.425341957.8(萬元)001577.81390.21188.69831188.61390.21577.8(萬元)00706.01044.41491.31981.91491.31044.4706.03.1.2 其他各項費用的計算 全線職工總數(shù)：40+252+153+40=175人工資及福利費：1751500（1+14%）12=359.1萬元 線路工程投資：77.4400（1+10%）=34056萬元 輸油站工程投資： 年輸量為260萬噸時 2000+900+21300+3900=8200萬元 年輸量為300萬噸時 2500+1000+21600+31100=10000萬元故年輸量為280萬噸時的輸油站工程投資為：萬元 工程總投資： 萬元 建設期貸款第一年貸款利息：47951.1170%40%（1+9.9%-1）=2790萬元建設期貸款第二年貸款利息：47951.1170%60%9.9%=1993.81萬元故建設期總貸款利息為：2790+1993.81=4783.81萬元固定資產(chǎn)總投資：47951.11+4783.81=52734.92萬元固定資產(chǎn)原值：52734.9285%=44824.68萬元折舊費：44824.887.14%=3200.5萬元修理費：3200.530%=960.15萬元輸油損耗費：生產(chǎn)負荷為70%時 萬元生產(chǎn)負荷為80%時 萬元生產(chǎn)負荷為90%時 萬元生產(chǎn)負荷為100%時 萬元其它費用：359.12=718.2萬元3.1.3 經(jīng)營成本的計算建設期第一年：N=1，=0；第二年：N=2，=0；生產(chǎn)期第一年：N=3，=1577.82+760.02+359.1+960.15+1372+718.2=6039.95萬元；同理可得：=6039.95萬元；=6481.32萬元；=6962.35萬元；=6481.32萬元；=6039.95萬元；=5693.29萬元。9.1.4 投資的計算流動資金：=5050.98萬元建設期第一年投資N=1，萬元建設期第一年投資N=2，萬元生產(chǎn)期第一年投資N=3，萬元9.1.5 費用現(xiàn)值的計算 萬元即管徑的費用現(xiàn)值為81497.09萬元。3.2 內(nèi)部收益率的計算 管道投資回收期定為8年，從生產(chǎn)期第一年開始回收，前三年回收率為10%，后五年回收率為14%。生產(chǎn)期第一年利息支出為：萬元生產(chǎn)期第二年利息支出為：萬元其他年利息支出計算方法同上。第三年：1771.89萬元 第四年：1550.41萬元第五年：1240.33萬元 第六年：930.24萬元第七年：620.16萬元 第八年：310.08萬元流動資金利息各年都相同，流動資金為5050.98萬元，利率為10.98%，利息為：萬元以最大輸量為例：年銷售收入：萬元營業(yè)稅：268803%=800.4萬元城市建設維護稅：800.47%=56.02萬元教育附加稅：800.43%=24.02萬元銷售稅金及附加為：800.4+56.02+24.02=880.44萬元其它輸量下的各種費用見下表（單位：萬元）：輸量年銷售收入營業(yè)稅城市建設維護稅教育附加稅銷售稅金及附加70%Q18816560.2839.2216.82616.3280%Q21504640.3244.8219.22704.3690%Q24192720.3650.4221.62792.40100%Q26880800.4056.0224.02880.44 3.2.1 以生產(chǎn)期第一年為例，計算輸油成本，利潤總額和所得稅。折舊費：3200.5萬元輸油成本：5693.29+3200.5+2214.87+388.22=10896.88萬元利潤總額：1萬元所得稅：7302.833%=2409.92萬元=年銷售收入+固定資產(chǎn)殘值回收+流動資金回收+其他收入 =18816萬元=年度固定資產(chǎn)投資額+經(jīng)營成本+銷售稅金及附加+所得稅 =5050.98+5693.29+616.32+2409.92=13770.51萬元其他年的各項費用見下表年份經(jīng)營成本輸油成本利潤總額所得稅銷售稅CICOCI-CO100000021094.0-21094200000031641.0-3164135693.310896.97302.82409.9616.31881613770.550451.546040116229177.63028.6704.4215044271.911731.156481.31184211841.93814.9792.42419211087.813104.366962.412101.512101.54586.4880.42688012429.614450.476962.411791.411791.44688.7880.42688012531.514348.586962.411481.311481.34791.1880.42688012633.914246.196962.411171.211171.24893.4880.42688012736.114143.9106962.410861.210861.44995.7880.42688012838.514041.511136962.410551.115448.55098880.42688012940.813939.2146481.3100713329.64398.8792.42419211672.512519.51560409628.711171.03686.4704.42150414340.711073.3165693.392868913.72941.5616.3238679251.114615.73.2.2計算內(nèi)部收益率 取=20%，萬元取=19%，萬元即內(nèi)部收益率為19.32%，大于行業(yè)基準收益率。3.2.3計算凈現(xiàn)值將行業(yè)基準收益率12%代入，得：萬元所以凈現(xiàn)值為21370.36萬元。3.2.4 計算投資回收期：（單位：萬元）年份現(xiàn)金流入現(xiàn)金流出凈現(xiàn)金流量累計凈現(xiàn)金流量1021093.97-21093.97-21093.972031640.95-31640.95-31640.9531881613770.515045.49-47689.434215044271