全国大学生油气储运工程设计大赛特等奖作品-word版

2016年2016年7月20日R油田输油管道及沿线站场设计

日期全国大学生油气储运工程设计大赛组委会制

方案简介

本作品根据《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛赛题及基础数据》和相关标准，秉承经济、高效、节能、环保的设计理念，对R油田输油管道工程进行了设计。主要设计内容包括：A-B、B-C段管道工艺及运行管理，河流穿越方案，沿线站场及阀室工艺，火车装车方案，辅助生产及配套工程技术方案以及投资估算等内容。输油管道设计方面：采用加热输送工艺，从技术经济角度优选管径，通过逆向推算得到设计压力及布站情况，通过考虑油水乳化状态提高了水力计算的准确性。使用商业软件对其进行了模拟及优化，并编制相应程序辅助计算。河流穿越方案方面：分析了穿越区岩土层可钻性，确定并设计了水平定向钻（HDD）管道穿越河流施工方案，并进行了管道强度校核和施工风险评价。沿线站场及阀室方面：设计了原油脱水及污水深度处理工艺，确定了沿线各站场及阀室的分布，并对其进行了设计。火车装车方案方面：对装车站进行了详细设计，从可靠性的角度采用了“双管、双泵、双用单鹤管”的装车工艺；针对来油量衰减较快特点，从经济的角度对装车操作的运行与管理进行了优化，制定了高效益、低成本的火车装车方案。此外，本文还对整体输油管道工程的防腐、自控、消防、HSE管理、辅助生产及公用工程等进行了设计。设计中使用了OLGA，PIPESIM等商业软件对各种工况下的管道进行了模拟，并且基于VB平台编制了相应软件辅助计算，校核了整

体方案的可行性和可靠性，完成了管道及站场工艺的优化，提高了方案的经济性。本设计充分借鉴了国内外原油输送及装车的成熟技术，优化了管道及站场的工艺流程及运行方案，选用了高效设备，降低了投资及运行维护费用，具有一定的工程应用价值。

录论.................................................................................................................1

目录论.................................................................................................................1

第1章总1.1工程概况...................................................................................................11.2编制依据...................................................................................................21.3编制原则...................................................................................................21.4设计范围...................................................................................................21.5国家级地方有关法律、法规...................................................................21.6国家、地方、行业、企业的技术标准和规范.......................................3第2章R油田输油管道设计基础................................................................................62.1工程概况...................................................................................................62.2设计基础资料...........................................................................................62.2.1基础数据........................................................................................62.2.2原油物性........................................................................................72.2.3设计环境........................................................................................土壤条件.............................................................................铁路依托条件.....................................................................气象条件.............................................................................8第3章输油管道工艺设计.............................................................................................93.1输送工艺...................................................................................................93.2设计参数.................................................................................................103.2.1管道设计参数..............................................................................设计输量...........................................................................设计压力...........................................................................管径优选...........................................................................钢管类型选择...................................................................管道纵断面图...................................................................管道埋深参数...................................................................管道防腐层.......................................................................12

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3.2.2原油物性......................................................................................油品密度...........................................................................油品粘度...........................................................................原油乳化...........................................................................153.2.1热力设计参数...............................................................................加热站出站油温...............................................................加热站进站油温...............................................................管道周围介质温度T......................................................管道保温层设计...............................................................163.3A-B段工艺设计......................................................................................173.3.1设计输量下的设计方案..............................................................173.3.2最低输量下的设计方案..............................................................193.3.3设计压力及管道壁厚..................................................................213.3.4经济性分析..................................................................................243.3.5适应性分析..................................................................................263.4B-C段工艺设计......................................................................................283.4.1设计输量下的设计方案..............................................................283.4.2最低输量下的设计方案..............................................................323.4.3设计压力及管道壁厚..................................................................343.4.4经济性分析..................................................................................373.4.5适应性分析..................................................................................4冬季运行方案...................................................................4夏季运行方案...................................................................443.5设备选型.................................................................................................463.5.1泵机组选型..................................................................................463.5.2原动机选型..................................................................................483.5.3加热炉选型..................................................................................483.6管道强度校核.........................................................................................493.6.1进出站压力校核..........................................................................49

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3.6.3静水压力校核..............................................................................493.6.4动水压力校核..............................................................................493.8设计成果.................................................................................................49第4章穿越河流设计方案...........................................................................................514.1遵循的主要标准、规范.........................................................................514.1.1法律法规......................................................................................514.1.2标准规范......................................................................................514.2穿越河流方式比选.................................................................................514.3水平定向钻穿越设计.............................................................................524.3.1HDD可钻性评价.........................................................................5穿越场地地层岩性结构...................................................5穿越场地土的物理力学性质指标...................................5穿越区域岩土层可钻性评价...........................................5施工条件评价...................................................................5地下障碍物评价...............................................................554.3.2HDD穿越曲线设计.....................................................................564.3.3HDD设备选型.............................................................................5钻机选型...........................................................................5钻具选型...........................................................................594.3.4场地布置......................................................................................614.3.5穿越段管道设计..........................................................................6穿越段管道壁厚设计.......................................................6穿越段管道防腐与防护...................................................6穿越段管道热力校核.......................................................634.3.6穿越管道应力校核......................................................................6管道回拖工况应力校核...................................................6管道试压工况应力校核...................................................6管道运行工况应力校核...................................................6管道径向屈曲失稳校核...................................................67

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4.3.7套管结构设计..............................................................................6套管最大夯入长度计算...................................................6套管壁厚选取...................................................................6套管强度验算...................................................................6套管稳定性验算...............................................................714.4穿越施工方案.........................................................................................724.4.1施工工艺流程..............................................................................724.4.2施工技术措施..............................................................................7施工准备...........................................................................7泥浆配制...........................................................................7钻导向孔...........................................................................7预扩孔工艺.......................................................................7管道回拖...........................................................................7管道焊接检验和试压.......................................................774.5对水文地质和环境的影响.....................................................................784.5.1对地貌的影响..............................................................................784.5.2对河床结构的影响......................................................................784.5.3对生物的影响..............................................................................784.5.4施工过程对环境的影响..............................................................784.6消防、安全.............................................................................................794.6.1设计采取的安全及消防措施......................................................794.6.2施工中的主要安全措施..............................................................794.7施工风险及应对措施.............................................................................804.7.1穿越风险分析..............................................................................804.7.2施工应急处置预案......................................................................8导向施工应急预案...........................................................8扩孔过程中发生卡钻、抱钻、断钻的应急预案...........8管线回拖中卡死的应急预案...........................................8冒浆应急预案...................................................................82

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塌孔的处理预案...............................................................824.8主要工程量及投资估算.........................................................................83第5章输油管道的流动保障.......................................................................................845.1管道运行管理.........................................................................................845.1.1热力冬季运行方案......................................................................845.1.2热力夏季运行方案......................................................................855.1.3水力运行方案..............................................................................855.2清管.........................................................................................................865.2.1清管的作用..................................................................................865.2.2清管器选择..................................................................................865.3停输再启动.............................................................................................865.3.1停输后的管内温降......................................................................875.3.2管内原油温度场..........................................................................875.3.3停输再启动过程..........................................................................88第6章沿线站场...........................................................................................................896.1站场设置.................................................................................................896.2站场工艺.................................................................................................896.3A联合站..................................................................................................896.3.1联合站工艺..................................................................................906.3.2联合站主要工程量......................................................................906.4B外输首站..............................................................................................906.4.1进站计量......................................................................................916.4.2加热工艺......................................................................................916.4.3脱水工艺......................................................................................916.4.4污水处理......................................................................................936.4.4储油工艺......................................................................................956.4.5外输工艺......................................................................................956.4.6B外输首站工艺流程...................................................................966.4.7主要工艺设计参数......................................................................98

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6.4.8平面布置说明..............................................................................986.4.9首站主要工程量........................................................................1006.5中间输油站...........................................................................................1006.6线路阀室...............................................................................................1016.7C装车站................................................................................................1026.8沿线站场及阀室分布总结...................................................................102第7章装车站设计.....................................................................................................1037.1装车站总体设计...................................................................................1037.1.1装车站功能................................................................................1037.1.2装车站工艺流程设计................................................................1037.1.3装车站分区................................................................................1037.1.4装车站总平面布置....................................................................10总平面布置原则.............................................................10总平面布置.....................................................................10站内道路.........................................................................10围墙.................................................................................10绿化.................................................................................1067.2储油区设计...........................................................................................1067.2.1储油区容量确定........................................................................10周转系数法.....................................................................10储存天数法.....................................................................10库容确定方法对比优选.................................................1087.2.2储油罐数量确定........................................................................1087.2.3储油容量等级............................................................................1087.2.4油罐类型选择............................................................................1097.2.5储罐强度设计............................................................................1罐壁厚度计算.................................................................1浮顶计算.........................................................................1117.2.6油罐加热与保温........................................................................113

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原油储存温度.................................................................1油罐加热方式.................................................................1油罐加热器选用.............................................................1油罐保温.........................................................................1167.2.7油罐防腐....................................................................................1防腐部位.........................................................................1防腐涂层结构及材料.....................................................1阴极保护.........................................................................1177.3铁路装车设计.......................................................................................1177.3.1铁路装车工艺............................................................................1187.3.2铁路油罐车设计........................................................................1187.3.3铁路专用线设计........................................................................1铁路装卸线布置形式.....................................................1装卸线的有效长度.........................................................1207.3.4铁路装油设施设计....................................................................1铁路装油鹤管选用.........................................................1鹤管数量确定.................................................................1鹤管与集油管的连接.....................................................1集油管与鹤管的连接.....................................................1栈桥设计.........................................................................1247.4装车方案设计.......................................................................................1247.4.1方案设计出发点........................................................................1257.4.2不同方案所需装油设施............................................................1257.4.3不同方案每年装车次数............................................................1267.4.4方案对比优选............................................................................1267.5站内管道设计.......................................................................................1277.5.1管道作用....................................................................................1277.5.2管道分类....................................................................................1287.5.3常用的管道工艺流程................................................................128

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7.5.4管道工艺流程对比优选............................................................1297.5.5管道保温层设计........................................................................1297.5.6管道强度设计............................................................................130站内管道管径计算.........................................................130站内管道壁厚计算.........................................................13站内管道强度校核.........................................................1317.5.7管路水力计算............................................................................1337.5.8管道敷设与防腐........................................................................1357.6发油泵站设计.......................................................................................1357.6.1泵站形式....................................................................................1357.6.2泵站工艺流程............................................................................1367.6.3泵的选用....................................................................................13油泵选型.........................................................................13油泵数量.........................................................................13原动机选择.....................................................................13电动机功率计算.............................................................13油泵基本参数.................................................................13油泵规格参数.................................................................1417.6.4油泵站布置................................................................................1417.7站内污水处理.......................................................................................1427.7.1污水来源....................................................................................1427.7.2含油污水处理............................................................................1427.7.3生活污水处理............................................................................1427.8油品计量...............................................................................................1437.8.1液面高度的人工测量................................................................1437.8.2液面高度的自动测量................................................................14常用测量液位计.............................................................14液位计的选用.................................................................145第8章辅助生产系统及配套工程.............................................................................146

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8.1通信.......................................................................................................1468.2供配电...................................................................................................1468.3建筑结构...............................................................................................1478.4供热与暖通...........................................................................................1488.5自动化控制...........................................................................................1488.5.1自动化控制系统........................................................................1488.5.2储油区工业自动化系统............................................................1498.6防火防爆...............................................................................................1528.6.1火灾和爆炸原因........................................................................1538.6.2防火防爆措施............................................................................1538.7站场消防...............................................................................................1548.7.1灭火原理与方法........................................................................1548.7.2灭火方法及设备........................................................................1558.7.3消防给水....................................................................................1578.8防雷.......................................................................................................1588.9防静电...................................................................................................1588.10防杂散电流.........................................................................................1628.11穿越施工安全.....................................................................................1638.11.1设计采取的安全及消防措施..................................................1638.11.2施工中的主要安全措施..........................................................1638.12管道水工保护.....................................................................................1638.12.1冲刷防护..................................................................................1648.12.2坡面防护..................................................................................1648.12.3支挡防护..................................................................................1648.13管道标志.............................................................................................165第9章HSE风险管理................................................................................................1669.1长输管道HSE管理...............................................................................1669.1.1长输管道危害性因素分析........................................................1669.1.2管道系统安全防护对策............................................................166

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不同管道钢级投资表..................................................................178河流穿越施工图..........................................................................179自编程序VisualBasic不同管道钢级投资表..................................................................178河流穿越施工图..........................................................................179自编程序VisualBasic程序代码...............................................181穿越轨迹设计程序代码................................................................1899.2.1站场危害性因素分析................................................................1689.2.2站场安全防护对策....................................................................1689.3HSE管理体系建设与运行.....................................................................1709.3.1HSE体系建设..............................................................................1709.3.2HSE体系实施..............................................................................1709.4应急保障体系.......................................................................................1719.4.1突发事件分类与分级................................................................1719.4.2应急工作原则............................................................................172第10章投资成本估算...............................................................................................17310.1长输管道工程投资.............................................................................17310.2站场投资.............................................................................................17310.3方案工程总投资.................................................................................174参考文献.......................................................................................................................175附录............................................................................................................................177附录A管道水力摩阻计算......................................................................177附录B附录C附图1....................................................................................................179附图2....................................................................................................180附录D附录E

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论

第1章总论论第1章总

1.1工程概况

R油田开发是将井场原油通过集输管道汇集至位于区块南部的A联合站，通过外输管道170km外输管道将原油输送至装车站。输油干线起点是A联合站，途经B外输首站，终点是C装车站，该站原油经火车装车外运给用户。距离A联合站40km处有一条河流，拟建输油管道穿越该河流进入B外输首站，穿越河道长度为1000m左右。河床相对比较平坦，河岸两侧地势相对较高。装车站位于外输首站正北方向，距离外输首站84km，原油通过管道输送至装车站，装车站所在区域地势平坦，位于铁路编组东侧8km处。各站相对位置如图1.1所示。

图1.1各站相对位置示意图1

第1章总论

1.2编制依据

方案编制依据包括：(1)管道站场设计与规划相关规范及标准。(2)《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛方案基础数据》。(3)《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛方案编制要求》。

1.3编制原则

(l)遵守国家及本行业的有关法规和政策，严格执行国家及行业的有关方针、政策、标准、规范和法规。(2)贯彻“安全、可靠、成熟、实用、效益、节能、环保”的指导思想，以提高经济效益为中心，采用各种有效措施，优化总体布局。(3)根据研究区块的地理位置及环境特点，针对原油物性参数，整体设计，分布实施，考虑适当预留，建设规模、设备能力和布局上具有灵活性和适应性；(4)在确保安全生产的前提下，尽量简化工艺流程并做到工艺合理、安全、经济、高效运行。(5)充分考虑环境保护、节约能源、职业安全卫生和污染源的控制，必须符合安全、环保、节能降耗等有关规范要求，确保万无一失。(6)重视环境保护，采取有效措施防止环境污染。(7)以提高经济效益为中心，采取各种有效措施，优化总体布局，简化工艺，提高整体设计水平和综合经济效益。

1.4设计范围

长输管道工程设计，包括管道工艺及管道运行与管理设计。穿跨越工程设计，包括穿越曲线设计和施工方案设计。站场设计，包括工艺流程设计、油水处理方案设计、工艺设备规格参数设计、站内管道水力热力计算及强度校核、铁路装车方案设计。辅助生产系统及配套工程设计，包括自控系统、消防、防火防爆、防雷防静电、防杂散电流、数字化建设。

1.5国家级地方有关法律、法规

《中华人民共和国安全生产法》中华人民共和国主席令第70号《中华人民共和国消防法》中华人民共和国