[工学]管道输送工艺课程设计报告.docVIP

管道输送工艺课程设计目 录1 总论31.1 设计依据及原则31.1.1 设计依据31.1.2 设计原则31.2 总体技术水平32 工程概况43 输油方案设计63.1 输送方式确定63.2 确定两种输油方案64 工艺计算（方案一）84.1 计算体积流量84.2 管道材质及规格选择84.2.1 管道管径84.2.2 选择管道壁厚及管径94.2.3 验证经济流速104.3 热力计算及加热站布置114.3.1 总传热系数K的确定114.3.2 比热容的确定134.3.3 加热站布置134.4 水力计算164.4.1 输油平均温度下的原油运动粘度164.4.2 判断流态184.4.3 摩阻计算195 设备选型（方案一）215.1离心油泵的选型215.2 原动机的选型225.3 加热设备选型236 泵站布置及最小输量（方案一）246.1泵站布置246.2 最小输量277 工艺计算（方案二）297.1 计算体积流量297.2 管道材质及规格选择297.2.1管道管径297.2.2 选择管道壁厚及管径307.2.3 验证经济流速317.3 热力计算及加热站布置317.3.1 总传热系数K的确定317.3.2 比热容的确定327.3.3加热站布置327.4 水力计算357.4.1 输油平均温度下的原油运动粘度357.4.2 判断流态357.4.3摩阻计算358 设备选型（方案二）378.1离心油泵的选型378.2 原动机的选型388.3 加热设备选型389 泵站布置及最小输量（方案二）409.1泵站布置409.2 最小输量4110 两种方案技术经济比较4210.1 方案一、方案二项目投资计算4210.2 动态技术经济评价4311 设计结果4512 课程设计总结49参考文献501 总论1.1 设计依据及原则1.1.1 设计依据（1）国家的相关标准、行业的有关标准及规范；（2）相似管道的设计经验；（3）设计任务书。1.1.2 设计原则（1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。（2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，保证工程项目的高水平、高效益，确保管道安全可靠，长期平稳运行。（3）节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布置要与油区内各区块发展紧密结合。（4）在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。（5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。1.2 总体技术水平（1）采用高压长距离全密闭输送工艺，整体工艺达到国内较为先进的工艺设计水平。（2）采用黄夹克保温层，厚度35mm。2 工程概况某油田有三个采油厂，第一采油厂原油产量121万吨/年，第二采油厂原油产量156万吨/年，第三采油厂107万吨/年，计划将三个采油厂原油输送到320km外的炼油厂，三个采油厂的位置见图1。需要设计一条输油管道，管道经过区域地势起伏不大。40km采油一厂采油二厂采油三厂炼油厂70km80km120km图2.1 采油厂位置示意图原油性质见表2.1：表2.1 某原油性质含蜡量，%沥青质，%密度，kg/m3初馏点，凝固点，粘度，50，mPa.s36.875.9852.817131.511.1采油二厂原油性质，见表2.2：表2.2 某原油性质含蜡量，%沥青质，%密度，kg/m3初馏点，凝固点，粘度，50，mPa.s36.876.2855.817331.512.1采油三厂原油性质见表2.3：表2.3 某原油性质含蜡量，%沥青质，%密度，kg/m3初馏点，凝固点，粘度，50，mPa.s32.875.3846.817230.510.6地温资料见表2.4：表2.4 管道经过区域地温月份123456789101112地温344.556.589111086.55.5输送压力7MPa，末站剩余压头65m，局部摩阻为沿程摩阻的1.1%计。粘温指数0.036。保温层采用黄夹克，厚度35mm。土壤导热系数1.17W/（m），埋地深度1.7m。3 输油方案设计3.1 输送方式确定本次热油管道输送方式设计为密闭输送，即“从泵到泵”输送，在这种输油工艺中，中间输油站不设供缓冲用的旁接油罐，上站来油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以基本消除中间站的轻质油蒸发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在水击问题，需要全线的水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。3.2 确定两种输油方案通过三个采油厂位置几何关系及直角三角形相关计算，可得到方案一、方案二中各输油管路长度大小，数据标注在图中。采油二厂方案一： 80.7km348.64km81.36km采油一厂炼油厂油流汇合点 55.89km采油三厂 图3.1 方案一输油管路设计流程图采油二厂方案二：80.7km80km348.64km采油一厂炼油厂油流汇合点55.89km采油三厂图3.2 方案二输油管路设计流程图方案一是三个采油厂的油品分别输送到油流汇合点处后，再共同往炼油厂方向输送；方案二是采油一厂的原油先输送到采油二厂，和采油二厂的原油再共同往油流汇合点输送，采油三厂原油也输送到油流汇合点处，最后，油流汇合点处的原油共同输送到炼油厂。两种方案中，采油三厂到油流汇合点管段，油流汇合点到炼油厂干线管段是相同的。作技术经济比较时，主要是考虑油流汇合点以前的采油一厂、采油二的输油管段。4 工艺计算（方案一）4.1 计算体积流量 （4-1）式中 年任务质量输量，；体积流量， ； 原油密度，。采油一厂：采油二厂：采油三厂：三个采油厂总流量： 4.2 管道材质及规格选择4.2.1 管道管径 （4-2）式中 d管道内径，m； Q体积流量，； V经济流速，。采油一厂到油流汇合点管道：根据大量经济计算及运行实践结果，现假设该管段取经济流速为V=1.0m/s,由公式（4-2）得：采油二厂到油流汇合点管道：假设该管段取经济流速为V=1.0m/s,由公式（4-2）得：采油三厂到油流汇合点管道：假设该管段取经济流速为V=1.0m/s,由公式（4-2）得：油流汇合点到炼油厂管道：假设该管段取经济流速为V=1.2m/s,由公式（4-2）得：4.2.2 选择管道壁厚及管径设计管道选用A级钢管，钢号为L485（X70），经查输油管道工程设计规范GB50253-2003，得其最低屈服度，焊缝系数，钢管壁的导热系数为。油气管道直管段的钢管管壁厚度： （4-3）式中 壁厚，； P管线设计工作压力，MPa； D钢管外径，；钢管许用压力，MPa。许用应力： （4-4）许用应力，； 设计系数，（输油站一般地段取0.72）； 焊缝系数； 钢管的最低屈服度； 温度折减系数，当管内介质温度低于120时，t取1.0。则该管道直管段的许用应力由公式（4-4）得： 管道外径： （4-5）管道内径，mm；管道壁厚，mm。由公式（4-3）、（4-5）得：采油一厂到油流汇合点管道壁厚： 得采油二厂到油流汇合点管道壁厚：采油三厂到油流汇合点管道壁厚：油流汇合点到炼油厂管道壁厚：根据以上计算，选择钢号为L485(X70)的直缝高频焊钢管，规格如下：采油一厂到油流汇合点管段：，内径d=212.9mm，公称直径DN200；采油二厂到油流汇合点管段：，内径d=266.7mm，公称直径DN300；采油三厂到油流汇合点管段：，内径d=212.9mm，公称直径DN200；油流汇合点到炼油厂管段： ，内径d=397.6mm，公称直径DN400。4.2.3 验证经济流速流体流速： （4-6）式中 d管道内径，m； Q体积流量，； V经济流速，。采油一厂到油流汇合点管段：采油二厂到油流汇合点管段：采油三厂到油流汇合点管段：油流汇合点到炼油厂管段： 由此可见，所设计的各管段流速均在的经济流速之间，所选上述管道满足要求。4.3 热力计算及加热站布置4.3.1 总传热系数K的确定本次设计钢管保温层为黄夹克，厚度为35mm，导热系数为0.04，钢管导热系数为48。土壤导热系数为1.17，埋地深度1.7m。对于有保温层的管路，不能忽略内外径的差异。此时一般用单位长度的总传热系数来代替，即 （4-7）式中 单位长度的总传热系数，； 油流至管内壁的放热系数，； 管最外层至周围介质的放热系数，； 第i层（结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等）导热系数， 管内径，； 第层的外径，m ； 第层的内径，m ； 最外层的管外径，m ； 管径，m；若，取外径；若，D取算数平均值；若，D取内径。管道最外层至周围介质的放热系数1为： （4-8）式中 土壤导热系数，； 管中心埋深，m； 最外层的管外径，m。管道总传热系数为： （4-9）式中 管道总传热系数，； 单位长度的总传热系数，； 管道外径，m。下面以采油一厂到油流汇合点管段总传热系数计算为例：采油一厂到油流汇合点管段： 由公式（4-8）得：假设油品流态为紊流区：在紊流情况下，对总传热系数影响很小，可忽略不计。由公式（4-7）得： 由公式（4-9）得：由以上算法可分别得出：采油二厂到油流汇合点管段：采油三厂到油流汇合点管段：油流汇合点到炼油厂管段： 4.3.2 比热容的确定 原油的比热容为： （4-10）式中 15时原油的相对密度；比热容，；原油温度，。 原油和石油产品的比热容通常在之间，本次设计计算取原油比热容为2.1。4.3.3 加热站布置热油管道原油的最高加热温度不应超过其初馏点；对重油，考虑其含水多，其最高加热温度不超过100。输油生产中，进站温度一般控制在所输油品凝点以上35。本次设计管道允许最高、最低输油温度分别为60和35，并维持进站油温不变。由设计资料，可得管道埋深处平均地温：加热站间距为： （4-11）式中 原油质量流量，；油流至周围介质的总传热系数，；管道外径，；加热站的出站温度，；管道周围的自然温度，；加热站的进站温度，；加热站间距，；原油的比热容，。加热站数： （4-12）式中 n加热站数，个； L输油管道总长，km； 加热站间距，km。每个加热站热负荷： （4-13）式中 加热站的热负荷，；加热站的进、出站温度之差，；加热炉的效率；热效率取80%。 原油质量流量，；比热容，采油一厂到油流汇合点管段：加热站间距由公式（4-11）得： 热负荷由公式（4-13）得：同理：可计算出：采油二厂到油流汇合点管段： 加热站间距：热负荷由公式（4-13）得：采油三厂到油流汇合点管段：加热站间距： 热负荷由公式（4-13）得：以上三个管段，加热间距都大于管道实际长度，所以无需在管线上设置加热站，只在采油一厂、二厂、三厂分别设置一个加热站就能保证原油顺利输送到油流汇合处。油流汇合点到炼油厂的干线管段（348.64km）：加热站间距：加热站数 ： 取4个加热站则加热站间距为： 由公式（4-13）得：出站温度计算: （4-14） 式中 原油质量流量，；加热站的进站温度，；加热站的出站温度，；比热容，；加热站间距，m；管道总传热系数，；管道外径，m；管道周围的自然温度，。则热站的热负荷较大，超出最高输送温度，故需增加热站数，取n=5个加热站。则热站间距为：由公式（4-14）得：热负荷依然过大，应选择6个加热站，则热站间距为：由公式（4-14）得：热负荷依然过大，应选择6个加热站，则热站间距为：由公式得：，满足设计要求。 每个加热站热负荷为： 由公式（4-13）得：因此，油流汇合点到炼油厂的干线管段（348.64km）应布置六个加热站，站间距为58.11km，出站温度为，进站温度为。7.4 水力计算7.4.1 输油平均温度下的原油运动粘度采油二厂到油流汇合点油品输送平均温度 由公式（4-15）得： =40时，采油一厂原油运动粘度： 由公式（4-18）得：=40时，采油二厂原油运动粘度：=40时，采油一厂、二厂原油混合后的运动粘度：7.4.2 判断流态 采油二厂到油流汇合点管段：由公式（4-19）得：由公式（4-20）得：,故其管道中油品流态是处于紊流水力光滑区，前面热力计算的假设是正确的。其它各管段流态计算同方案一，均属于紊流水力光滑区。7.4.3摩阻计算本设计中，管道经过区域地势起伏不大，所以可考虑地势高差，三个采油厂原油汇合处到炼油厂的管段（干线）末站剩余压头为=65m，其余各管线所设泵站的泵提供能量只用来克服管段及泵站内的摩阻损失（沿程摩阻和局部摩阻）。采油一厂到采油二厂管段：由公式（4-22）得：任务流量下所需总压头：采油二厂到油流汇合点管段： 由公式（4-22）得： 沿程总摩阻为：任务流量下所需总压头：采油三厂到油流汇合点管段：（同方案一）任务流量下所需总压头：油流汇合点到炼油厂管段：加热站间距摩阻：（同方案一）沿程总摩阻为： 任务流量下所需总压头：8 设备选型（方案二）8.1离心油泵的选型采油一厂到采油二厂管段：选用泵型号为150Y679，其流量为180，扬程477m,转速为2950r/min，允许汽蚀余量6.6m,泵效率70%，轴功率334kw, 泵质量1340kg,电动机功率360kw。每个泵站选用两台，其中一台为备用。，所选泵满足输送流量要求。泵所产生的压力为：由公式（5-1）得：，满足管道输送压力要求。采油二厂到油流汇合点管段：选用泵型号为250YS1502B，其流量为444，扬程229m,转速为2950r/min，允许汽蚀余量5.2m,泵效率69%，轴功率401kw, 泵质量2200kg,电动机功率500kw。每个泵站选用两台，其中一台为备用。，所选泵满足输送流量要求。泵所产生的压力为：由公式（5-1）得：，满足管道输送压力要求。采油三厂到油流汇合点管段：（同方案一）选用泵型号为150Y1502A，其流量为167.5，扬程258m,转速为2950r/min，允许汽蚀余量4.0m,泵效率60%，轴功率196.1kw, 泵质量1250kg,电动机功率290kw。每个泵站选用两台，其中一台为备用。，所选泵满足输送流量要求。泵所产生的压力为：由公式（5-1）得：，满足管道输送压力要求。油流汇合点到炼油厂管段：（同方案一）选用泵型号为250YS1502A，其流量为567，扬程238m,转速为2950r/min，允许汽蚀余量6.2m,泵效率70%，轴功率525kw, 泵质量2200kg,电动机功率630kw。每个泵站选用两台，其中一台为备用。，所选泵满足输送流量要求。泵所产生的压力为：由公式（5-1）得：，满足管道输送压力要求。8.2 原动机的选型采油一厂到采油二厂管段：电动机选择JK系列高速异步电动机，基座号13，功率360kw,额定电压3000V，效率为92%，电机额定转速2950r/min，电机重量1990kg,参考价格9219元。采油二厂到油流汇合点管段：电动机选择型号为JK500高速异步电动机，功率500kw,额定电压6000V，效率为94.3%，电机额定转速2975r/min，电机重量4300kg,参考价格22820元。采油三厂到油流汇合点管段：电动机选择JK系列高速异步电动机，基座号13，功率290kw,额定电压3000V，效率为91%，电机额定转速2950r/min，电机重量1850kg,参考价格8495元。油流汇合点到炼油厂管段：电动机选择型号为JK630高速异步电动机，功率630kw,额定电压6000V，效率为94.7%，电机额定转速2975r/min，电机重量4400kg,参考价格27700元。8.3 加热设备选型由石油工业加热炉型式与基本参数SYT0540-94规范，本次设计加热站的加热炉统一选用第一次设计的火筒式直接加热炉，被加热介质为原油，燃料为油气两用，通风方式为强制通风。采油一厂加热站热负荷为2625.868kJ/s,选用加热炉型号为HZ3000-Y/4.0-YQ/Q，效率为80%。采油二厂到油流汇合点管段的两个加热站热负荷为3606.771kJ/s,选用加热炉型号为HZ4000-Y/2.5-YQ/Q，效率为80%。采油三厂加热站热负荷为2322.049kJ/s,选用加热炉型号为HZ2500-Y/2.5-YQ/Q，效率为80%。采油三厂到油流汇合点管段上的六个加热站热负荷为7666.667kJ/s,选用加热炉型号为HZ8000-Y/2.5-YQ/Q，效率为80%。9 泵站布置及最小输量（方案二）9.1泵站布置采油一厂到采油二厂管段：泵站数： 向上取整，取N=2（个）； 泵站间距：由公式（6-3）得： （1）取首站与第二站的站间距为40km，由公式（6-4）得：得进口压力为：不符合要求，故需缩小站间距。（2）取首站与第二站的站间距为35km，由公式（6-4）得进口压力为：符合要求，故第二站布置在距离首站35km处。到达采油二厂处剩余压头为：根据上述设计及计算，采油一厂油品能够顺利输送到采油二厂，故此条管路泵站布置符合要求并布置完毕。采油二厂到油流汇合点管段：泵站数： 向上取整，取N=2（个）； 泵站间距： （1）取首站与第二站的站间距为40.35km，由公式（6-4）得进口压力为：不符合要求，故需缩小站间距。（2）取首站与第二站的站间距为35km，由公式（6-4）得进口压力为：符合要求，故第二站布置在距离首站35km处。到达油流汇合处剩余压头为：根据上述设计及计算，采油二厂油品能够顺利输送到油流汇合处，故此条管路泵站布置符合要求并布置完毕。采油三厂到油流汇合点管段、油流汇合点到炼油厂干线管段泵站布置同方案一，此处不再重复计算。9.2 最小输量三个采油厂原油输送到炼油厂的干线最小输量由公式（6-5）得：10 两种方案技术经济比较10.1 方案一、方案二项目投资计算方案一： 表10.1 方案一主要设计输油各管段管材规格（mm）L485（X70）泵站数（个）热站数（个）离心油泵型号电动机一厂到汇合点31150Y677JK系列高速异步二厂到汇合点21150Y1502JK系列高速异步三厂到汇合点21150Y1502AJK系列高速异步汇合点到炼厂76250YS1502AJk630表10.2 管材投资费用管材规格（mm）L485（X70）管重（kg/m）管长（km）重量（吨）单价（元/吨）合价（万元）合计（亿）17.0481.3613866000831.61.1521.1680.70171660001029.617.0455.899526000571.243.34348.641511060009066表10.3 离心油泵费用（含电动机）离心油泵型号单价（万元/台）台数（台）合价（万元）合计（万元）150Y6773.5310.566.5150Y15024.028.0150Y1502A3.026.0250YS1502A6.0742.0热泵站建设费用（含人工费、材料费、机械费及其他主材设备费）为800万元。因此，方案一总共所需费用为：115+0.665+8=123.665（百万）方案二：表10.4 方案二主要设计输油各管段管材规格（mm）L485（X70）泵站数（个）热站数（个）离心油泵型号电动机一厂到二厂21150Y679JK系列高速异步二厂到汇合点.022250YS1502BJK500三厂到汇合点21150Y1502AJK系列高速异步汇合点到炼厂76250YS1502AJk630表10.5 管材投资费用管材规格（mm）L485（X70）管重（kg/m）管长（km）重量（吨）单价（元