熱油管道1期設(shè)計

1、重慶科技學(xué)院油氣管道輸送技術(shù)課程設(shè)計報告 學(xué) 院:_石油與天然氣工程學(xué)院_ 專業(yè)班級: 油儲2001-1 學(xué)生姓名: 哈哈 學(xué)號: 2001441308 設(shè)計地點（單位）_ 石油科技大樓_K801 _ 設(shè)計題目:_ 某熱油管道工藝計算一期設(shè)計_ 完成日期： 2010 年 1 月 2 日指導(dǎo)教師評語: _ _ _ 成績（五級記分制）:_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）:_ _ 重慶科技學(xué)院課程設(shè)計 目錄目錄1 總論11.1 設(shè)計依據(jù)及準則11.1.1 設(shè)計數(shù)據(jù)11.1.2 設(shè)計準則11.2 總體技術(shù)水平12 設(shè)計參數(shù)22.1工程概況22.2管道設(shè)計參數(shù)23 基礎(chǔ)工藝計算33.1 管道規(guī)格33.1.1 平均

2、溫度33.1.2 平均溫度油品密度33.1.3流量計算33.1.4 油品黏度33.1.5 管道內(nèi)徑43.1.6 管道壁厚43.1.7管道外徑53.1.8驗證經(jīng)濟流速53.2熱力計算53.2.1 確定流態(tài)53.2.2 總傳熱系數(shù)63.2.3 原油比熱容73.2.4 加熱站布站73.2.5加熱爐的選取93.3泵的選型93.3.1水力計算93.3.2摩阻計算93.3.3確定泵的型號103.3.4泵站布置103.3.5判斷翻越點114設(shè)計結(jié)果135參考文獻14重慶科技學(xué)院課程設(shè)計 總論1 總論1.1 設(shè)計依據(jù)及準則1.1.1 設(shè)計數(shù)據(jù)（1）國家的相關(guān)標準、行業(yè)的有關(guān)標準、規(guī)范。（2）設(shè)計任務(wù)書。1.1

3、.2 設(shè)計準則（1）嚴格遵循先行國家、行業(yè)有關(guān)標準及規(guī)范。（2）采用先進、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，保證工程項目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長期平穩(wěn)運行。（3）合理布站，站線結(jié)合。站場的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊發(fā)展緊密結(jié)合。（4）降低工程投資。提高自控水平，實現(xiàn)主要安全性保護設(shè)施遠程操作。（5）以經(jīng)濟效益為中心,提高經(jīng)濟效益。1.2 總體技術(shù)水平采用高壓長距離全密閉輸送工藝，整體工藝達到國內(nèi)較為先進的工藝設(shè)計水平。 0 重慶科技學(xué)院課程設(shè)計 工藝計算2 設(shè)計參數(shù)2.1工程概況某油田初期產(chǎn)量油350萬噸/年，五年后原油產(chǎn)量達到550萬噸/年，計劃將原油輸送到440km外的煉油廠，

4、需要設(shè)計一條輸油管道，采用密閉輸送方式。設(shè)計要求：（1）確定管道材質(zhì)及規(guī)格；（2）一期數(shù)量（350萬噸/年）條件下，設(shè)備選型，確定運行方式；（3）布置熱站和泵站（4）一期條件下（350萬噸/年）條件下，考慮翻越點，若存在翻越點給出解決措施；（5）繪制一期工程首站工藝流程圖1張；2.2管道設(shè)計參數(shù)地溫資料如下表2-1所示。表2-1管道埋深處地溫資料月份123456789101112地溫3467891112111086高程里程表如下表2-2所示。 表2-2輸油管道高程里程里程，km060126150180237347380440高程，m220270120227160280210250230輸送壓力

5、6.5MPa，末站剩余壓頭80m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%計，20相對密度0.854，50粘度6.5mPa.s。粘溫指數(shù)0.037。進站溫度控制在38。保溫層采用黃夾克，厚度45mm。土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.0W/（m），埋地深度1.0m。最高輸送溫度70，最低輸送溫度36。3 基礎(chǔ)工藝計算3.1 管道規(guī)格依據(jù)為滿足管道二期運行要求，所以計算管徑時依據(jù)二期輸量計算。3.1.1 平均溫度計算公式 （3.1）式中 加熱站的起點，終點溫度，。已知，將數(shù)據(jù)代入式中得：3.1.2 平均溫度油品密度公式 （3.2） 式中 溫度為及時油品密度，； 溫度系數(shù)，3.1.3流量計算計算時年輸油時間應(yīng)按350天（840

6、0h）計算。 （3.3）式中 G年任務(wù)質(zhì)量輸量，； Q體積流量，； 油品平均溫度的密度，。 將 代入式中得：m3/s將 代入式中得：m3/s3.1.4 油品黏度 （3.4） 50時，油品密度：代入式中得： m2/s （3.5）式中 溫度為時油品的運動黏度，m2/s； 黏溫指數(shù)，1/。 將 m2/s代入式中可得49下的平均粘度。m2/s3.1.5 管道內(nèi)徑 （3.6）式中 Q體積流量，； 經(jīng)濟流速，。 經(jīng)濟流速取值范圍是12m/s之間。假設(shè)=2.0m/s。 將m3/s，假設(shè)經(jīng)濟流速m/s代入式中得： 3.1.6 管道壁厚 （3.7）式中 P管線設(shè)計的工作壓力； D管線內(nèi)徑，mm； 焊縫系數(shù)：無縫

7、鋼管=1 ，其中： 直縫管和螺旋焊縫鋼管=1； 螺旋埋弧焊鋼管=0.9； 剛性屈服極限，查表3.1； C腐蝕余量。根據(jù)所輸介質(zhì)腐蝕性大小取值，當所輸油、氣中不含 蝕性物質(zhì)時C=0,當所輸油、氣中含腐蝕性物質(zhì)時C=0.51.0mm； F設(shè)計系數(shù)查表3.2。不同鋼材的屈服極限見表(3.1)。表3.1各種管材的剛性屈服極限鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，MPa205245235353358413448482表3.2不同環(huán)境、地區(qū)的設(shè)計系數(shù)的選擇工作環(huán)境管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線0.

8、720.60輸氣管線0.600.50 查找GB50316-2000.工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范規(guī)范,根據(jù)油品年輸量及輸送壓力要求，在工作壓力以及從經(jīng)濟方面考慮，選擇規(guī)格為X70的管材，其最小屈服強度為482MPa。將P=6.5MPa，d=373mm，代入公式得：3.1.7管道外徑 （3.8）式中 d管道內(nèi)徑，mm； 管道壁厚，mm。 將d=373mm，代入式中得： 通過國家輸油管道規(guī)格查得管道的管材為X70，公稱直徑為DN400mm，管外徑D=426mm，壁厚6mm。3.1.8驗證經(jīng)濟流速 根據(jù)選擇管道，內(nèi)徑： 將d=414mm，Q=0.218m3/s代入式中得：經(jīng)濟流速滿足在12m/s之間，所以選

9、擇的管道符合。3.2熱力計算3.2.1 確定流態(tài) （3.9） 式中 管內(nèi)徑，m；輸送溫度下原油的運動粘度，；Q管路中原油的體積流量，。因為Re=26598>3000,所以原油在管路中成紊流狀態(tài)。課題給出保溫層采用黃夾克，厚度45mm。查得第一層低合金鋼管，它的熱導(dǎo)系數(shù):。第二層聚氨酯硬制保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)可取，此處取。3.2.2 總傳熱系數(shù)（1）傳熱系數(shù) （3.10） （2）總傳熱系數(shù) （3.11）式中 d管內(nèi)徑，m； 第i層的外徑，m； 第i層的內(nèi)徑，m； 最外層的管外徑，m； D管徑，m。若，D取外徑；若，D取算數(shù)平均值；若，D取內(nèi)徑。油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，在紊流情況下比層流時大得多

10、，通常情況下大都大于。因此在紊流情況下，對總傳熱系數(shù)的影響很小，可忽略不計，而在層留情況下就必須計入。 管最外層至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)。 （3.12）式中 土壤導(dǎo)熱系數(shù)，； 管中心埋深，m； 最外層的管外徑，m。 將, ,代入式中得： =2.03所以： 3.2.3 原油比熱容比熱容用來表示物質(zhì)間的吸熱或放熱能力，原油比熱容的數(shù)值隨原油溫度升高而增大，可由下列公式計算。 （3.13） 式中 15時原油的相對密度； c比熱容，KJ/(Kg·)； T原油溫度，。 根據(jù)3.1.2可知，得： 原油的比熱容為： KJ/(Kg·)3.2.4 加熱站布站質(zhì)量流量為： （3.14）式中 原油質(zhì)

11、量流量，；原油輸量，； 管道全年運行時間，一年工作日為350天。 將，代入式中得： 確定加熱站的進、出口溫度，即站間管段的起、終點溫度和后，可按冬季月平均最低溫度及全線的K值估算加熱站間距， （3.15） 熱油管全長L公里，加熱站數(shù)n， （3.16） 在進行n的具體計算時，需要進行化整，必要時可適當調(diào)節(jié)溫度。在以上基礎(chǔ)上可求出每個加熱站的熱負荷： （3.17）式中 加熱爐的效率，%； c原油的比熱容，J/(kg.)； G原油質(zhì)量流量，kg/s； Q加熱站的熱負荷，J/s。計算得：冬季月平均最低溫度： 原油出站溫度是否合適，對輸油成本影響很大。加熱原油要消耗燃料，油溫低時燃料費用少，但摩阻增大，

12、使動力費用增加；油溫過高，則動力費用減少，但熱力費用增加。從經(jīng)濟角度考慮，假設(shè)則： 設(shè)熱油管全長為L，則加熱站數(shù)n，可由下式： 再把n=3代回可得 則驗證加熱站出站溫度： （3.18） <70，符合條件式中 加熱站的出站溫度，；管道周圍的自然溫度，；加熱站進站溫度，；G原油質(zhì)量流量，；L管道加熱輸送的距離，m。向上取整，則取4個加熱站所以熱站的布置如下表3-3所示：表3-3熱站布置表熱站里程/km第一站0第二站110第三站220第四站3303.2.5加熱爐的選取網(wǎng)上查閱到可選用LHD系列高效水套加熱爐，其熱負荷為1501200KW，效率大于85%。管程壓力小于35MPa，適用于天然氣和原

13、油加熱，控制形式為自動（電/氣）每個熱站的加熱爐數(shù)目為5臺，四用一備。則加熱爐的功率為： （3.19）式中 P加熱爐的功率；n每個加熱站加熱爐的數(shù)量；Q加熱站的熱負荷。3.3泵的選型3.3.1水力計算 將，代入下式中得： m2/s m2/s3.3.2摩阻計算一個加熱站間的摩阻為： （3.20） 總摩阻為： （3.21） 全線所需總壓頭為： （3.22） 式中 沿線總摩阻，m； 加熱站間距的摩阻，m；H全線所需要的總壓頭，m；末站剩余壓頭，m；熱油管道終點與起點高程差，m。帶入數(shù)據(jù)得， 3.3.3確定泵的型號根據(jù)以上計算，可知流過泵站的流量為：選DY450-60*9的泵，揚程為534m,流量36

14、0，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率778.4KW，效率69.8%，汽蝕量3m，葉輪直徑430mm。配原動機為Y500-4功率為1000KW。一備二用。 油流平均溫度下的密度為： 泵所產(chǎn)生的壓力為： 式中 P泵所能夠提供的壓力，Pa；油品的密度，；H泵所提供的揚程，m。故所選擇的泵符合管路原油輸送要求。3.3.4泵站布置 泵站數(shù)：（個） （3.23）式中 泵站數(shù)，個； H全線所需的總壓頭，m； 泵所提供的揚程，m。采用平均法布站，其站間距為： 式中 泵站站間距，m； 管線總長，m。 取泵站內(nèi)壓頭損失為，使中間站不再用輔助增壓泵和避免輸油泵發(fā)生氣蝕，要求泵進口有一定的壓力，壓力的大小決定于泵的性能

15、要求。在布置泵站時，進口壓力太低會吸入不正常，太高容易引起出口超壓，并要考慮今后留有調(diào)節(jié)余地，故泵站進口壓力控制在3080m范圍內(nèi)，設(shè)首站進口壓頭50m。（1）當?shù)谝徽九c第二站站間距取147km,對應(yīng)高程為Z=220m時，其進口壓力為： （3.24） （3.25） 式中 泵站進口的剩余壓頭，m； 泵站所提供的揚程，m； i水力坡降； L兩泵站的站間距，m； 兩泵站間的高程差，m； 泵站內(nèi)壓頭損失，m。所以，故首站此時第二站進口壓力為： 符合要求，故第二站布置在距離首站147km處。（2）取第一站與第三站的站間距為294km,對應(yīng)高程Z=240m,進口壓力為： 由以上可得終點剩余壓頭為： 符合任

16、務(wù)書輸送要求，故全線泵站布置完畢。3.3.5判斷翻越點如果有， （3.26） 則有翻越點存在，反之不存在。帶入數(shù)據(jù),在147km處，；在294km處，在440km處，以上所得均小于H,故不存在翻越點，泵站布置合理。4設(shè)計結(jié)果本設(shè)計的輸送方法為密閉輸送方式。根據(jù)計算結(jié)果并查詢國家輸油管道規(guī)格得本次設(shè)計管道采用管材為X70，公稱直徑為DN400mm，外徑426mm，壁厚6mm。根據(jù)熱力計算公式得熱站的布置如下表所示：選用LHD系列高效水套加熱爐，其熱負荷為1501200KW，效率大于85%。管程壓力小于35MPa，適用于天然氣和原油加熱，控制形式為自動（電/氣）每個熱站的加熱爐數(shù)目為5臺，四用一備。表4-1熱站布置表熱站里程/km第一站0第二站110第三站220第四站330根據(jù)水力計算公式得泵站的布置如下表所示： 選DY450-60*9的泵，揚程為534m,流量360，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率778.4KW，效率69.8%，汽蝕