管道输送工艺课程设计---等温输送输油管道工艺设计.doc

重庆科技学院管道输送工艺课程设计报告 学 院:_石油与天然气工程学院_ 专业班级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） K704 设计题目: 等温输送输油管道工艺设计 完成日期： 2012 年 12 月31 日指导教师评语: 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）: 等温输送输油管道工艺课程设计目 录1 绪 论12 工艺设计说明书22.1设计依据22.1.1设计原则22.2工程概况22.2.1线路基本概况22.2.2管道设计22.2.3设计原始数据及参数32.3参数的选择32.3.1温度参数32.3.2计算年平均地温，冬季和夏季地温下的密度32.3.3计算年平均，冬季和夏季地温下油品的粘度42.4工艺计算说明42.5泵站数的确定及站址确定42.6校核计算说明53 工艺设计计算书63.1经济流速计算管径及最大承压能力63.2计算雷诺数，判断流态73.3确定工作泵的台数以及组合情况83.4电动机选择83.5计算水力坡降和压头损失,确定泵站数93.5站场布置113.6判断全线是否存在翻越点123.7夏季最高温和冬季最低温时进、出站压力134 总结15参考文献16I1 绪 论等温输油管道内存在一个能量的供应和消耗的平衡问题。输油管道的工艺计算就是要妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应之间的平衡。其主要目的是根据设计任务书规定的输送油品的性质，输量及线路情况，由工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：管径，泵站数及其位置等。具体说来，在设计过程中要通过工艺计算，确定管径、选泵、确定泵机组数、确定泵站和加热站数及其沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数。本设计主要内容包括：由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，确定其泵站数，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行水力计算。计算各个输量下的运行参数等等。等温输送管道工艺计算要解决的问题： （1）确定经济上最为合理的设计参数（最优参数），包括：d、（壁厚）、PH（泵站出口压力）和泵站数。就是进行水力计算、强度计算、技术经济计算； （2）布置泵站、确定站址； （3）计算输油管道投产后在不同工况下的操作参数。 本管线设计最大设计年输量为450万吨，管道全长650km。经过计算，不存在翻越点。全线均采用“从泵到泵”的密闭输送方式。本设计根据经济流速来确定管径，选为4266.4，管材选择L360螺旋焊缝钢管。162 工艺设计说明书2.1设计依据等温输送输油管道工艺设计任务书输油管道工程设计规范 石油库设计规范 工程管道安装手册 输油管道设计与管理等及其它有关法规及技术文件。2.1.1设计原则（1）设计中贯彻国家有关政策，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量；（2）保护环境，降低能耗，节约土地；处理好与铁路、公路、 空运、水路间的相互关系；（3）积极采用先进技术、合理吸取国内外新的科技成果。管线线路选择应根据沿线的气象、水文、地形、地质、地 震等自然条件和交通、电力、水利、工矿企业、城市建 设等的现状与发展规划，在施工便利和运行安全的前提下，通过综合分析和技术比较确定；（4）采用地下埋设方式。受自然条件的限制时，局部地段可采用土堤埋设或地上敷设。2.2工程概况2.2.1线路基本概况本设计依据设计任务书的要求，结合实际条件做出工程的实际具体实施方案。管线最大年输量为450万吨轻质油。全长650km，沿线地势起伏，海拔最低处为367m，最高处560m，距外输首站约335km，首末站高差为650 m，管线位于丘陵地区。管线外有沥青防腐层，以减轻腐蚀损耗。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行。占地少，密闭安全，且对环境污染小，能耗少，受外界环境恶劣气候的影响小。便于管理，易于实现远程集中监控，自动化程度很高，劳动生产率高。油气损耗少，运费较低。2.2.2管道设计本设计中选择的管道为外径426，壁厚6.4mm，管材为L360的螺旋焊缝管道。从经济上分析，全线管道采用黄夹克保温层，设沥青防腐层从而减少腐蚀损失。并设机械清蜡设备，保证全线输油管道的畅通无阻。2.2.3设计原始数据及参数（1）最大设计输量：450 万吨/年；（2）年最低月平均温度5，年最高月平均温度：21.8；（3）管道中心埋深1.5m。下表2-1是管路埋深1.5米处的月平均地温；表2-1 管路埋深1.5米处的月平均地温月份123456789101112地温6.056.013.016.018.019.921.820.519.512.09.0（4）油品密度；（5）油品的粘温特性；表 2-2 油品的粘温特性温度（）510152025粘度（10-6米2/秒）28.224.618.811.59.5（6）首站进口压头取H1=45m，站内摩阻取15m；（7）线路高程；表 2-3 线路高程桩号1234567891011里程（km）019124190290335438484554635650高程（m）3674085454454675604804954434454402.3参数的选择2.3.1温度参数平均地温tcp=13.9冬季地温t=5夏季地温t=21.82.3.2计算年平均地温，冬季和夏季地温下的密度根据20时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度： （2.1）式中 分别为温度为 和20 下的密度；温度系数，此设计；带入数据可得：平均地温下的密度: 冬季地温下的密度：夏季地温下的密度：2.3.3计算年平均，冬季和夏季地温下油品的粘度根据粘度和温度的原始参数，用最小二乘法回归： （2.2）式中 原油的运动粘度, 表示参数； 由表格 2-2 油品的粘温特性可算得,得油品粘度为： （2.3）年平均地温下的油品运动粘度：冬季最低地温下的油品运动粘度：夏季最高地温下的油品运动粘度：2.4工艺计算说明输油管道内存在一个能量的供应和消耗的平衡问题。输油站提供能量，油品在管道内流动消耗能量。输油管道的工艺计算就是要妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应之间的平衡。具体说来，在设计过程中要通过工艺计算，确定管径、选泵、确定泵机组数、确定泵站和加热站数及其沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数。在运行过程中，要根据输送条件的变化，合理确定各站的温度、压力等运行参数。为了达到上述目的，必须了解输油站的工作特性和管道中压力能和热能的损失规律。2.5泵站数的确定及站址确定以节省投资和方便管理，确保输油管道能量的供应和消耗的平衡。站址的确定除根据工艺设计要求外，还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电和交通运输等条件，并结合施工、生产、环境保护，以及职工生活等方面综合考虑，并且满足：进站压力应满足泵的吸入性能；出站压力不超过管线承压能力。2.6校核计算说明由于对站址的综合考虑必须进行压力校核，求得站址改变后的进出站压力压力以确保管线的安全运行。（1）进出站压力校核不同输量下，利用反算出的出站油温，得出水力坡降，进而得出进出站压力，进站压力太低会使吸入不正常，太高则容易引起出口超压，并要考虑为今后的调节留有余地。故首站，中间站一般布置在动水压头在30-80m的地方。各站进站压力只要满足泵的吸入性能要求，出站压力均不超过最大承压，出站温度低于最高出站温度，就可以合格。（2）压力越站校核当突然发生意外事故，如某中间站遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小，从而导致沿程摩阻减小，为了节约动力费用，可以进行中间站的压力越站，以充分利用有效的能量。从纵断面图上判定压力越站最困难的站，并对其的进出站压力进行确定以满足要求，对于压力越站而言，其所具有的困难主要是地形起伏的影响及加热站间距的影响。压力越站的计算目的是计算出压力越站时需要的最小输量，并根据此输量计算越站时所需压力，并校核其是否超压。（3）动、静水压力校核1. 动水压力校核动水压力是指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力，即管道纵断面线与水力坡降线之间的垂直高度，动水压力的变化不仅取决于地形的变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关，从纵断面图上可以看出，动水压力满足输送要求。2. 静水压力校核静水压力是指油流停止流动后，由地形高差产生的静液柱压力，由纵断面图可知动水压力也满足输送要求。3 工艺设计计算书3.1经济流速计算管径及最大承压能力根据年输量任务为=450万吨求流量： 在规定输量下，若选用较大的管径，可降低输送压力，减少泵站数，从而减少了泵站的建设费用，降低了输油的动力消耗，但同时也增加了管路的建设费用。根据目前国内输油管道的实际经验，输油管道的经济流速在1.02.0m/s之间。 （1）经济管速为1.5m/s时，经济管速为2.0m/s时，根据管道规格，初选用L360螺旋焊缝钢管并选出与d相近的两种管径、 。（2）反算经济流速：流量为时：外径的管子外径的管子流量为时：外径的管子外径的管子综上可知外径为426的管子在和时经济流速都在1.02.0m/s之间，故所选外径426mm、壁厚的管子。（3）计算最大承压钢管壁厚： （3.1）式中 钢管计算壁厚，mm；P设计内压力，MPa（此处为6.4MPa）；D钢管外径，mm；材料最低屈服强度，MPa，取；K设计系数，站外取0.72；焊缝系数1.0；查GB9711.1-1999石油天然气工业输送钢管 交货技术条件 第1部分 A级钢管得：输油管所受最大应力= =206.7 MPa管道最大压力即管道允许最大出站压头3.2计算雷诺数，判断流态雷诺数的计算公式如下： （3.2）只需在最小和最大流量两种极端状况下便可判断流态是否变化即可。由上可知在平均计算温度下的油品粘度为：则管道的绝对粗造度：e=0.03mm。则管壁相对当量粗糙度为： 则因为3000 ，两种极端情况下的流动都处在水力光滑区。据此，可确定m = 0.25，3.3确定工作泵的台数以及组合情况根据流量，和管道允许最大出站压头确定扬程。即管道承压为613.7m，出站压力要小于此值。参照JBT10114-1999输油离心泵 型式与基本参数选择型号为KSY680-260的泵，其特性方程为：在任务输量下，则泵站数向下取整为2，则在任务输量工况下每个泵站应选用2台KSY680-260泵串联，再增加两台做为备用泵，即一个泵站里两台泵串联提供能量，与两台备用泵并联。泵站特性方程为3.4电动机选择（1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机的类型。（2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.80.9。（3）根据使用场合的环境条件，如温度、适度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的机构形式。（4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型。（5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择盯得紧的额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前期电动机功率变化关系等各种因素。泵功率计算公式为： （3.3）式中 输油泵轴功率，kw；输送温度下泵排量为qv时的输油效率；输送温度下的排量（m3/s）；输送温度下介质的密度（kg/m3）；输油泵排量为时的扬程。电机功率计算公式为： （3.4）式中 输油泵配电机额定功率，kw；输油泵轴功率，kw；传动系数，取=0.95；K电动机额定功率安全系数，取K=1.1。由公式(3.3)计算得KSY680-260的泵：由公式（3.4）得输油主泵电机功率：由JB/T 10444-2004 :Y2系列高压三相异步电动机技术条件选择电动机，型号为Y2 4501-4,其基本参数为：额定功率500kw，转速3000r/min，额定频率50Hz，结构及安装型式为IMB3，外壳防护等级IP54，冷却方法IC411。3.5计算水力坡降和压头损失,确定泵站数（1）计算水力坡降由于管道处于水力光滑区，所以水力坡降按下式计算： （3.5）式中 水力坡降，m/Km；水利光滑区取值为0.0246；水利光滑区取值为0.25。则（2）压头损失全线压头损失： （3.6）式中 管线长度，m；管线首站与末站的高程差；末站剩余压头，此处为0。带入数据可知: 则全线压头损失为：（3）确定泵站数全程所需泵站数1）将泵站数向大取整。则全线全线压头损失为：。为了使输量保持不变，现提出以下三种措施：改变管路工作特性。通过关小出站调节阀的开度，增加管路的局部摩阻的方法进行节流调节。改变泵机组运行数量。通过改变泵机组运行数量、泵站数量，从而改变总的泵站工作特性，达到全线能量调节的目的。泵机组调数。2）将泵站数向小取整。可通过铺设副管、变径管的方法来增加管道输量。铺设副管（管径与主管形同）。副管的水力坡降设所铺副管的长度为，则消耗于管路水力摩阻为： （3.7）带入数据可算出铺设大一个等级的变径管，DN478。铺设变径管直径为，主管的直径为，则变径管的水力坡降为：当变径管的长度为时，其中为未铺设变径管时的输量管路的输量增加： （3.8）带入数据可得：铺设大两个等级的变径管，DN508。变径管的水力坡降为：同理可得：3.5站场布置将泵站数向大取整；为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组采取减小级数等措施。采用平均法布站，其站间距为： （3.9）式中 泵站站间距，； 管线总长，；取泵站内压头损失为，泵站进口压力控制在范围内。（1）当首站与第二站站间距取124km,对应高程为Z=545m时，其进口压力为： (3.10) 式中 泵站进口的剩余压头，； 泵站所提供的扬程，； 水力坡降； 两泵站的站间距，； 两泵站间的高程差，； 泵站内压头损失，。得：其进口剩余压头在范围内，符合要求，故第二站布置在距离首站124km处。（2）取首站与第三站的站间距为275km，Z=450进口压力为：符合要求，故第三站布置在距离首站275km处。（3）取首站与第四站的站间距为438km，对应高程为Z=480m时，进口压力为：符合要求，故第四站布置在距离首站438km处。（4）取首站与末站间距为554 km,对应高程443m,进口压力为：符合要求，故末站布置在距离首554km处。由以上可得终点剩余压头为：符合任务书输送要求，故全线泵站布置完毕。表3-1 泵站站址泵站里程（km）高程（m）首站0367二站124545三站275450四站438480末站5544433.6判断全线是否存在翻越点计算沿程各点需要的起点压力： （3-11）式中 将油品从起点输送到f点所需压力，m；起点到f点的距离，m；，分别表示起点高程和f点高程。全线总压头为，若则存在翻越点。根据已知线路高程表2-3计算结果如下表3-2。根据算得结果可说明此线路无翻越点。表3-2 沿程各点需要的起点压力桩号1234567891011里程（km）019124190290335438484554635650高程（m）367408545445467560480495443445440(m)0107.561274311151365.51646182220152300.523483.7夏季最高温和冬季最低温时进、出站压力夏季最高地温下的油品运动粘度：，夏季地温下的密度：。则：各站间距各站高差站间损失参考输油管道设计与管理P45，有同理可得： 由进出站压力可知，最大压头为，则P=gh=859.3669.29.85.5MPaPP=5.7MPa, 所以全线的压力在管道设计压力承载范围之内,满足设计要求。冬季最低温进、出站压力经校核同样满足设计要求。4 总结整个设计以国家规范为