某成品油管道工艺设计(首站)

学号： 10409322 （20 届）题 目 某成品油管道工艺设计(首站) 学 生 学 院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二 年 月III某成品油管道工艺设计(首站)摘要：在一条管道内,按照一定的批量和次序,连续不断地输送不同种类油品的方法称为顺序输送。管道输送是成品油运输最经济的运输方式。本文完成了对某成品油管道及首站的设计。某全长688km。设计年输量为430万吨/年。本工程采用密闭输送工艺，分别输送汽油和柴油。管道沿线不需要加热。根据经济流速和管线钢管规范，选螺旋焊缝钢管X60，确定3种管径方案。进行摩阻计算，选泵及确定泵站数。泵站出站压力根据钢管的最大承压结合其它已建管线的设计压力确定为8MPa。通过计算工程费用，确定最优管径和泵站数方案。全线共布置4个泵站，每座泵站选两台泵串联工作（一台泵备）。首站布置14个油罐（有8个2万方汽油罐和4个2万方柴油罐和2个3千方的柴油罐）。经管道校核，该方案能够达到输送要求。本设计完成了全线纵断面图、首站工艺流程图、泵房安装图、首站总平面布置图和消防系统流程图等图纸的绘制工作。关键词：成品油管道；首站；中间泵站；顺序输送；混油量；Zhanjiang - Dapeng Bay Pipeline and Initial Station Process DesignAbstract ：Within a pipeline, Batch transportation is the method of deliverying different types of oil, According to a certain batch and order .Pipeline transportation of refined oil transportation is the most economical.This paper completed the Products Pipeline from Zhanjiang to Dapengwan and the design of initial station. The length of the pipeline is 688 kilometers .The designed annual output capacity of 4.3 million tons / year. Considering the transport of refined oil products, the closed order delivery pipeline technology is adopted. Along the pipeline does not require heating. According to the economic flow rate and line pipe specifications, choose a spiral weld pipe X60 and three kinds of caliber program. According to the maximum pressure steel pipe and the design pressure of other pipeline which has been built, design pressure is 8 MPa. By calculating the cost of the project, the optimal diameter and the number of pumping station was identified .Across the board it was arranged four pumping stations, pumping stations is selected two pumps in series (one pump equipment). The initial station is arranged 14 tanks (6 petrol tanks and 6 diesel tanks and two 3,000 square diesel tanks). After checking, the program is able to meet the transport requirements. The design complete the drawing of the hydraulic gradient map, the first stop of a floor plan, process flow diagrams, pumping stations, installation drawing and fire protection systems flowchart drawing.Key words: Products pipeline ；Initial station；Intermediate pumping station；Batch transportation；Oil mixture sum；目 录摘要IAbstractII1绪论11.1引言11.2 设计方案的可行性研究和选择11.3设计的主要依据11.3.1设计的主要依据11.4主要设备选择21.4.1输油泵串、并联形式的选择21.4.2 对电动机的要求21.4.3 输油阀选用的原则22 水力计算部分32.1 毕业设计计算依据及参考32.2 基本参数计算32.2.1 粘度确定32.2.2密度计算52.3 管径选取与摩阻计算52.3.1 粗选管径52.3.2 摩阻计算62.4选泵及确定泵站数82.4.1 确定出站压力82.4.2 确定泵型号82.4.3确定泵站数112.5 工程费用计算122.5.1 管材费用122.5.2 泵站费132.5.3 电力费132.5.4 人工费用142.5.5 总费用142.6 泵站布置与调整142.6.1 水力坡降142.6.2 泵站布置152.6.3 泵站调整152.6.4泵站布置的结果162.7 泵站布置校核162.7.1运动粘度计算172.7.2 确定工作点172.7.3 水力坡降182.7.4 进站压头校核182.7.5 动、静水压力校核203 顺序输送工艺计算223.1 一年中每种油品输送天数的计算223.2 循环次数223.3 首站和末站所需油罐总容积233.4 混油量计算233.4.1 临界雷诺数233.4.2 混油雷诺数233.4.3 混油长度243.4.4 混油量253.5混油段处理方案的选择253.5.1首站混油处理方案263.5.2 中间站污油处理方案263.5.3末站混油处理方案263.6 最佳循环次数计算263.6.1 确定最佳循环周期263.6.2 确定两种油品与循环周期有关的B值273.6.3 每次循环的油品贬值损失273.8.4 确定最优循环次数274 罐容选择计算294.1储罐选择原则294.2 首站罐容计算294.3 油罐区计算设计304.3.1汽油罐区布置304.3.2柴油罐区布置315 管道强度校核335.1 确定许用应力335.2 壁厚校核335.3 强度校核335.4 刚度校核346首站消防设计356.1概述356.2泡沫消防系统设计356.2.1泡沫供给强度356.2.2 泡沫计算耗量356.2.3 泡沫产生器的数量366.3消防用水总耗量的确定386.3.1冷却水供给强度386.3.2 冷却水供给时间386.3.3 消防用水耗量396.4消防设备的选择和布置396.4.1 泡沫系统396.5清水系统设计426.6消火栓的数量与布置44参 考 文 献45致 谢46IV常州大学本科生毕业设计（论文）1绪论1.1引言目前，世界上成品油管道的总长度已经有30万公里。我国建设成的成品油管道长度约14万km，与美国等发达国家相比，我国成品油管道运输量在运输总量中所占的比例较低。近几年来，我国的成品油管道虽获得了长足发展，但仍有诸多问题：一是，成品油管道从干线管道向周边市场的扩散程度低，干线管道的分输点较少，管道运输对市场的占有率较低。因此，应加快成品油支线管道建设步伐，提高市场覆盖率。二是，由于国外对SCADA软件的应用领域的限制，我国管道输送技术与仪表自动化控制水平与国外先进水平相比，仍存在一定差距。成品油管道顺序输送技术目前处于初级阶段，这一理论尚未成熟，因此成品油管道顺序输送特点和优势还没有充分发挥出来。建议今后应当与时俱学习进国外先进技术，对SCADA软件技术的应用进一步深化，充分发挥其作用，逐步掌握控制方案和规律，实现灵活地多批次、多品种运输1。三是，一些成品油管道的输量较低，如兰成渝成品油管道等，影响了管道的生产效率。建议把成品油管道与上游炼油厂和下游用户充分联系起来，减少其他方式的成品油运输量，增加管道输量，以提高经济效益。1.2 设计方案的可行性研究和选择输油管道工程项目可行性研究一般应包括以下主要内容：（1）总论、工程概况、依据与原则。（2）阐述该输油管道建设的可行性和必要性。（3）站场、油品去向的近、远期规划。 （4）线路状况，包括走向、线路长度、大型穿（跨）越方案、沿线气候、地形、水文及工程地质概况等2。（5）工艺方案，包括输送工艺，输量，管径大小，管材规格，管道防腐措施，设定输送温度，设计输送压力，计算输油站数，站址及规模，选择主要设备类型等。（6）环境保护与节能。（7）自动控制、通信、供水、供电、供热、机修等设备的论述，管理机构及人员编制及说明。（8）经济分析（财务分析、国民经济评价、结论与建议）。最后确定推荐方案本设计中管材使用年限暂取20年，采用年当量费用最低的设计方案，但并不一定最合适的，还要考虑以后的发展形势，以及其它的设备、材料等的供应情况和其它条件综合的评定。1.3设计的主要依据1.3.1设计的主要依据 表1.1参考规范参考设计规范相关出版社及标准代号输油管道工程设计规范GB 502532003石油库设计规范GBJ 74输油管道设计与管理中国石油大学出版社石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管GB/T 9711.2-1999油罐区防火堤设计规范SY/T 0075-2002原油和天然气工程设计防火规范GB50183-20041.4主要设备选择1.4.1输油泵串、并联形式的选择在泵站的设计过程中涉及选泵问题和泵组的连接方式，考虑到某地形平坦，泵所提供的能量主要用于克服管道沿程摩阻，并且当多台泵串联运行时，整个泵组具有运行效率高，排量大，高效区覆盖范围较宽等特点，因此输油泵站一般采用泵与泵串联的连接方式。而且在输送过程中可根据实际运行情况，通过调节泵的转速灵活的控制泵组运行。这有利于实现节能和提高管线的自动化水平。根据本工程输油管段所处的地形，以及各个泵站提供的能量需满足要求等因素，故输油泵组选择串联方式。1.4.2 对电动机的要求 由于是输送成品油，所以要求具备防爆功能，运行可靠，润滑系统为自润滑。1.4.3 输油阀选用的原则 阀门类型的选择一般应根据输送介质的性质，操作条件及其对阀门的要求等因素确定。（1）安装在通清管器得管道上的阀门应选择直通型阀门，通常是直通型球阀或平板闸阀；没有清管器通过的阀门可用缩径型。（2）输油主泵进、出口处应选用球阀。（3）给油泵进、出口阀门选用平板闸阀。（4）阀门应密封可靠、使用寿命长、启闭灵活等特性。在关键部位使用的阀门，还应具有耐火性能，一般采用国外产品。（5）若阀门的连接方式为焊接，阀体材料的焊接性能应与所连接的管道的焊接性能相同。（6）输油管道用的阀门不得使用铸铁材料。（7）安装用于切换油品的阀门应为快速开启，快速关闭的，其开启、关闭的时间不宜超过10s。2 水力计算部分2.1 毕业设计计算依据及参考1. 任务输量：湛江大鹏湾段设计入口输量为430104t/a，输送品种主要为89#、92#、95#汽油和0#、10#柴油，2. 年操作天数：350 天3. 计算地温（）：冬季14.0；夏季25。 4. 管道长度：湛江大鹏湾段全长688 千米5. 油品物性参数：表2.1 油品物性参数 粘度（厘沱） 密度(20)(t/m3)20020汽油0.610.750.950.74柴油5.98.5018.00.846地形 表2.2 地形高程/m25171210914178013里程/km01072253594054405366806882.2 基本参数计算2.2.1 粘度确定 根据任务书中给出的汽油在不同温度下的粘度，可回归汽油的粘温曲线如下图： 图1 汽油粘温曲线图根据汽油粘温曲线可还原公式：y = 0.000075x2 -0.0085x + 0.75 当取管道冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y = 0.000075142 -0.0085 14+ 0.75 = 0.6514时汽油粘度值为0.65厘沱。 图2 柴油粘温曲线图同理，可求得柴油的粘温曲线方程为： y=0.0086x2-0.3025x+8.5当取冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y=0.0086142-0.302514+8.5=5.9514时柴油粘度值为5.95厘沱。2.2.2密度计算已知20时油品的密度，按下式换算成计算温度下的密度4 (21) 式中、-t及20时油品密度； -温度系数，=0.74t/m3=740kg/m3柴油在14.0时的密度为： 柴14=20（t20）=840+60.72=844.3kg/m3柴油在25时的密度为:同理：汽油在14.0时的密度为：=1.825-0.00131520=1.825-0.0013157400.85汽油在25时的密度为：2.3 管径选取与摩阻计算2.3.1 粗选管径 采用柴油在冬季时的有关性质进行设计。（1）计算体积流量Q 取经济流速为v=2.0m/s，则 根据石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管，初选三种管径为:d1=323.9 mmd2=355.6 mmd3=406.4 mm由于本管线为长输管线，沿途大部分为平原地区，地形平坦，且设计压力高，应选择承压较好的钢种，故选用螺旋焊缝钢管X60。表2-1 钢管型号管型内径（mm）壁厚（mm）管重（kg/m）螺旋无缝钢管X60最大承压值(MPa) 309.77.155.4711.85 341.47.161.0210.75 390.67.977.6310.45 注：最大承压值（MPa）=（抗拉强度管壁厚）/管内径 X60钢抗拉强度为517 MPa2.3.2 摩阻计算 根据输油管道工程设计规范GB50253-2003计算水力摩阻系数：首先计算雷诺数Re，判断流态：(22) 式中：输油平均温度下的体积流量(); 输油平均温度下的运动粘度(); d 输油管道的内径（m）。(1) 当d取309.7mm，时: 由输油管道工程设计规范GB50253-2003中雷诺数的划分范围知：根据范围分为层流区，紊流水力光滑区和紊流混合摩擦区。表2-2我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表流态划分范围 f(Re,) 层流Re2000 =64/Re 紊流水力光滑区3000ReRe1=混合摩擦去ReRe2= (23) 式中：由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数； e 管内壁绝对（当量）粗糙度； 直缝钢管 e取0.0054mm； 无缝钢管 e取0.06mm； 螺旋缝钢管 DN250DN350: e取0.125mm； DN400以上： e取0.10 mm。此时流态属于紊流水力光滑区。=0.3164Re-0.25=0.3164116139.9-0.25=0.01714解得=0.01714Hf=hj+ hj1%=9660.81.01=9757.4m 但是应用上面公式进行成品油顺序输送管道的沿程摩阻损失计算时，输送汽油、煤油时的流态常处于混合摩擦区，而输送柴油时又处于水力光滑区，因此，在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式：(24)(2) 当d取342.3mm，时: 同理: 成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式解得=0.0196 (3) 当d取390.6mm，时: 同理：成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式 解得=0.01982.4选泵及确定泵站数2.4.1 确定出站压力本工程为成品油管道设计，不需确定进、出站温度，应首先确定泵站的设计压力。泵站(以及管道)的出站压力根据管道的任务输量和任务输量下对应的管径、壁厚、输油站数量、管材强度、阀门及管件的耐压等级等因素并参考已建成管道的设计压力综合确定，本管线设计压力定为8MPa，同时粗选的三条管线中最低强度的一条管线的最大承压为10.45MPa,所以出站压力符合管道承压范围。湛江大鹏湾段管线设计压力：8MPa2.4.2 确定泵型号对于离心泵，可以由实验测的几组扬程、流量数据，利用最小二乘法回归得到泵的特性方程H=f（Q），可近似表示为：(26) 式中 H-离心泵扬程，m； Q-离心泵排量，m3/h； a，b-常数； m-流态指数，取值见下表。表2-3 不同流态区的m值流态 层流紊流 水力光滑区混合摩擦区粗糙区m10.250.1230因为本设计采用冬季低温输送柴油进行设计的，所以此时流态属于水力光滑区，m=0.25。设计压力为8MPa，则相当于的柴油柱高度为：又Q=0.168m3/s=604.8m3/h初选以下两种泵：(1) DYI850-1254型泵，配功率为1800kw 的YB710M2-2型电动机已知参数:表2.4 DYI850-1254型泵参数型号 流量Q m3/h 扬程 H m 转速n r/min 功率 kw配带电动机型号DYI850-125460052085050029801800YB710M2-21270320已知离心泵三个工作点的参数和离心泵的特性方程就可以把a、b解出来。当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有： (27)(28)(29)即 将、两个方程联立解得：610 1.06由已知特性方程可绘图如下： 图3该离心泵的工作特性方程为：(2) DYI850-1253型泵，配功率为1250kw 的YB710S1-2型电动机已知参数：表2.5 DYI850-1253型泵参数型号 流量Q m3/h 扬程 H m 转速n r/min 功率 kw配带电动机型号DYI850-125360039085037529801250YB710S1-21270240同理，利用已知的三个工作点和离心泵特性方程，可解出a、b当Q=600 m3/h，H=390m 即当Q=850 m3/h，H=375m 即当Q=1270 m3/h，H=240m 即利用最小二乘法进行计算，则有：即 方程联立解得：=457 =由确定的特性方程可绘图如下： 图4该离心泵的工作特性方程为：当出站压力为8MPa，所选泵为：一台DYI850-1254大泵和 DYI850-1253小泵，备用一台DYI850-1254大泵又由于该地区的地形起伏不大，属平原地区，所以一般采用单泵串联的形式。当多台离心泵串连时，根据离心泵串连组合的特性，每台泵排量相等，均等于管道的工作流量，泵站扬程等于各泵扬程之和，所以两台泵串联时的特性方程为： 因此，本设计中将泵DYI850-1254和泵DYI850-1253的特性方程相加，得； 本设计中要求的任务输量为604.8 m3/h因此泵站提供的扬程为： Hc H故每个泵站提供的扬程取929m2.4.3确定泵站数根据任务书中给出的输量，在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为。 泵站数: (210) 式中： 任务流量下管道的总摩阻损失，m 液柱； 末站（大鹏湾）与首站（湛江）的高程差，m 液柱； 首站（湛江）进口压头(本设计取30m)，m液柱； 任务流量下泵站提供的扬程，m 液柱； 泵站站内损失(本设计取15m)，m 液柱。注：其中首、末站高程差的绝对值，m液柱根据相关资料查得，湛江大鹏湾段高程差 =1325=12m 1). 对于管径的管线： 则泵站数为： 取13个泵站2).对于管径的管线： 则泵站数为： 取8个泵站3).对于管径的管线： 则泵站数为： 取4个泵站2.5 工程费用计算成品油管道费用包括投资费用和运行费用两大方面，其中投资费用包括泵站建设费用及购买设备费用，管线投资费用等，运行费用包括泵机运行、维修费用及管道管理费用等。2.5.1 管材费用 湛江大鹏湾段全长688000米1).对于的管道，经查 石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重为=55.47 经过调研每吨管材的价格为=0.70万元/吨 f=55.47688000=38163360kg=38163.36吨 M=sf=0.738163.3626714.352 万元2).对于的管道，经查石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重=61.02 =0.70万元/吨 f=61.02688000=41981760kg=41981.76吨 M=sf=0.741981.7629387.232 万元3).对于的管道，经查石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重=77.63 s=0.70万元/吨 f=77.63688000=53409440kg=53409.44吨 M=sf=0.753409.4437386.608 万元 2.5.2 泵站费 根据调研当前建设泵站所需平均费用，假设现设建设一个泵站需1000万元。湛江至大鹏湾段泵站组合方式1) 对于采用的管道， 则需 13个泵站+1个末站 B=141000=14000万元2) 对于采用的管道， 则需 8个泵站+1个末站 B=91000=9000万元3) 对于采用的管道， 则需 4个泵站+1个末站 B=51000=5000万元2.5.3 电力费 初选： DY850-1254，P:1800KwDYI850-1253，P:1250Kw 设电费价格为每度0.5元 1) 对于管道:p=（18001250）243500.51.113=18318.3万元2) 对于管道: p=（18001250）243500.51.18=11272.8万元3) 对于管道:p=（18001250）243500.51.14=5124万元2.5.4 人工费用 1) 对于，假设铺设1000米需4万元，而湛江至大鹏湾段全长688000米，则：R=4688=2752万元2) 对于，假设铺设1000米需4万元， 而湛江至大鹏湾段全长688000 米，则：R=4688=2752万元3) 对于，假设铺设1000米需8万元， 而湛江至大鹏湾段全长688000 米，则：R=8688=5504万元2.5.5 总费用 管材使用年限约为20年。1) 对于:万元2) 对于: 万元3) 对于:万元表2.6 管径方案比选表 序号项目名称方案一方案二方案三1设计输量 104 湛江大鹏湾段4302管线长度 km 6883管材耗量 t38163.3641981.7653409.444年电力费用 万元18318.311272.851245泵站数 个13846人工费用 万元2752275255047运营成本 万元13000800040008总费用 万元/年 7518.53 综合以上情况，通过经济性对比，可知：方案三最经济，且通过管径大小，管道承压能力等多方面分析，可知方案三所选取的管径最符合要求。选择管道型号 的管道进行设计计算。2.6 泵站布置与调整2.6.1 水力坡降(211) 式中：水力坡降； 管道总摩阻损失，m; 管道总长度，m;2.6.2 泵站布置 确定了泵站数以后，就要选择泵站站址。站址的确定一方面要满足水力条件的要求，即在规定流量下泵站所提供的能量要与站间管路所消耗的能量相适应1。另一方面又必须考虑工程实践上的许多要求，诸如工程地质条件是否适于建站，交通、供电、供水、通讯、排污等方面是否方便等1。站址的选择必须贯彻国家的方针政策，如少占耕地，化废为利，节约能源等。 根据任务书中给出的管道所处的地形高程，绘制管道纵断面图。在纵断面图上，绘制管道的水力坡降线。对于成品油管道，水力坡降线的斜率为i。本设计取泵站的进站压头为30m，将管道的纵断面图整体向上平移30m。以首站的出站压力为起点，以i为斜率绘制水力坡降线，水力坡降线与平移后的纵断面线交点为终点。该终点即为中间一号泵站的位置，该点的纵坐标加上泵站扬程再减去站内摩阻损失，即为下一条水坡降线的起点。依次类推。最终得到4个泵站的位置和4条水力坡降线。如图示，图52.6.3 泵站调整 从图5中可以看出，末站进站压头较大，这样会造成能量的浪费，违反了中华人民共和国节约能源法，同时也不符合输油管道工程设计节能技术规范要求。因此，对中间三号泵进行调整。本设计采用了换泵的方法，将大泵换成了小泵，即将DY850-1254换成DY850-1253，最终变成2个DY850-1253进行串联。调整后泵站的特性方程为：当输量为Q=604.8m3/h时， 重新绘制水力坡降线如图6示图6 在纵断面图上根据水力条件布置好泵站后，应该到现场勘查，与各有关方面协商，根据实际情况进行调整。由于受条件限制，没能进行实地踏勘，是本设计的不足之处。2.6.4泵站布置的结果表2-7泵站布置序号站名里程km高程m管径壁厚mm进站压头m出站压头m泵扬程m1首站025309449292中间1号站180.713.9309449293中间2号站360.010406.47.9309449294中间3号站53717.4308267965末站6881357.4*2.7 泵站布置校核泵站校核要根据汽油在夏季输送时的相关特性进行验算：2.7.1运动粘度计算由设计题目知：夏季埋深地温25，代入汽油粘温特性曲线方程：y = 0.000075x2 -0.0085x + 0.75解得：=0.58厘沱2.7.2 确定工作点已知夏季汽油的粘度，可求出此时油品的工作点参数、。因为此时流态处于混合摩擦区，所以m=0.123（1）计算夏季泵扬程由于流态发生变化，因此离心泵的特性方程会发生变化。 H=f（Q） 对于泵DYI850-1254：当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有：将、两个方程联立解得：605.75 4.155对于泵DYI850-1253当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有： 将、两个方程联立解得：454 1.027所以，夏季泵站的特性方程为：（2）计算夏季工作点根据全线的压力供需平衡关系式，可得(212)式中 Q全线工作流量，m3/s； N全线泵站数； f单位流量的水力坡降线， Hs1首站进站压头，m液柱；本设计取30m Hsz终点剩余压头，m液柱； L管道总长度，m； ZQ、ZZ管道起、终点高程，m； hm每个泵站的站内损失，m液柱。将以上数据代入得工作流量Q=0.172 m3/s=619m3/h确定工作点之后泵站扬程为前面三个泵站扬程： 最后一个泵站扬程：2.7.3 水力坡降式中：水力坡降； 管道总长度，m； 全线管道总摩阻损失，m. 输送汽油时的水力坡降Rej) (35) (ReRej按公式： C1=11.75d0.5L0.5Re-0.1=11.750.390