毕业设计（论文）-原油输送管线设计及太阳能辅助加热应用.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）1绪论1.1背景及研究目的和意义人类社会的发展与能量的应用息息相关，人类的生存、生活、生产与发展离不开能源的应用。人类的一切活动必须有能量的参与，能源是人类社会过去、现在、未来发展的基础1。石油被称为工业血液，充分显示出石油对工业的重要性，就目前而言，石油在目前使用得能源中，占据很大比例，如果突然石油短缺，短时间内就会出现人类文明的倒退。因此在新能源没有完全取代石油的情况下必须保证石油开采与应用。石油绝大部分储藏与底层下，必须需要人力开采出来，开采出来的石油被称为原油，粘度很大，含蜡量，含硫量，含胶量高。原油必须经过运输后，在炼油厂经过加工后，产出汽油、柴油、沥青等产品。原油在运输过程中会产生析蜡、结垢、凝管及堵塞现象，会严重影响运输效率与能力。为了提高输油管道的运输效率与运输能力，解决运输过程中产生的析蜡、结垢、凝管及堵塞现象。各学者研究出各种各样的输送工艺密闭加热、热处理降凝、加轻油稀释、添加化学剂、混输和顺序输送等，以及各种物理与化学方法。由于原油的粘度很高，为了提高原有的流动性，降低输送过程中的能耗，安全输油，延长管线的使用年限，原油在输送过程中必须进行加热保温。目前原油输送过程中采用的加热形式一般为用燃料油，以及燃气来加热，但是用燃料油以及燃气加热原油会造成能源浪费，燃烧过程中产生的废气会造成环境污染，破坏生态环境，影响人类以及各种生物的生活，生产，生存2。现在各国都开始进行各种新能源的开发，如风、地热能、潮汐能、太阳能等。其中太阳能为最理想的未来能源。利用太阳能代替部分燃料油，燃气加热原油输送管道，即可以减少燃料的使用，降低能耗，也可以减少环境污染，改善生态环境，也可以节省费用，提高经济效益。1.2太阳能利用现状太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在现今社会，环境污染严重，生态系统严重破坏，煤炭与石油资源为不可再生能源，而且污染严重，各国政府都将利用太阳能资源作为新能源发展的主要方向3。1992年6月联合国在巴西召开的“世界环境与发展大会”之后,世界各国加强了对清洁能源技术的研究开发，使太阳能的开发利用工作走出低谷,得到越来越多国家的重视和加强。目前国内外太阳能的发展方向主要集中于太阳能热水器、太阳能热发电、太阳能制冷、太阳能热泵、太阳能推进器等。其中太阳能热水器、太阳能热发电方面的研究已经有了很大的发展。中国太阳能的利用主要在热利用、光伏发电等方面。我国太阳能的开发利用虽然时间不长,但技术上有了长足进步，太阳能利用已利用工农业生产和公众日常生活的各个领域，但是由于设备技术依赖进口、装置成本比较高、气象因子变化等影响,推广利用市场率低。因此我国太阳能应用市场光阔，有很大的发展前景。目前太阳能热水器在我国得到极大的发展，家用太阳能热水器不管在城市还是在农村都得到大量的使用。但是在原油辅助加热方面则很少使用4。1.3太阳能辅助加热设备我国幅员辽阔，日照时间充足，各地太阳能资源丰富，有很大的利用空间，为利用太阳能加热原油提供了条件。在输油管线的加热站中除了建设费用燃料加热的燃烧炉等设备外，还可以建设太阳能辅助加热设施包括换热器、太阳能集热板区、水泵、蓄水箱等5。由于原油粘度高在运输过程中产生的析蜡、结垢、凝管以及堵塞现象，而且太阳能集热板的集热管管径很小，如果用太阳能集热板直接加热原油会造成集热管阻塞，影响原油的输送与加热。因此，用太阳能加热原油不能直接加热，必须通过加热热媒，然后通过换热器，用热媒间接加热原油。在日照充足时，太阳能集热板区吸收太阳能，水流经太阳能集热区，将水加热至80后，通过管道输送至换热器，然后通过换热器间接加热原油，将原油加热到合理的输送温度，输送出加热站。通过太阳能加热设施加热的热水不仅可以用来加热原油，还可以供加热站中的工作人员使用，减少加热饮用水的费用，一举多得。在阴天多云等阳光不足或者夜间太阳能辅助加热设施不工作时，可以通过燃料加热炉对原油进行加热，提高原油的运输温度，保证原油输送管线的工作效率以及工作能力。1.4输油管线工艺此次输油管线采用全线泵到泵密闭输送工艺，为了减少了额外油品损耗，取消了旁接油罐，减少了油品损耗，使全管道成为了一个统一的输送系统，实现了全线自动化控制，提高了系统效率。热泵站的泵机组采用串联泵流程，合理调配了泵型号及台数，优化了运行程序控制，使全线节流损失达到最小。首站和中间站工艺流程中安装了出站调节阀，不但可以进行泵站机泵逻辑控制与调节，而且还可以实现水击保护。末站进站采用电联动调节阀。首站及中间站工艺管道设有高压泄压阀，末站进站装有低压泄压阀，在管道发生水击时进行水击超前保护，且可实现水击超限泄放，确保管道安全运行。加热炉采用热媒间接加热。输油管道的自动化控制设备包括三个部分：一是全线各泵站进入自动化系统的各种现场一、二次测试仪表及变送器；二是站控PLC；三是控制中心的主计算机。2工艺设计说明2.1工程概况2.1.1路线基本概况此次任务要求工程全长385km，高度最低处8.5m，最高处98.6m全部工程处于平原地区，最高处离首站约287km。设计管道工作压力为7.5MPa。2.1.2工程概况这一次原油管线设计要求额定输量为500万吨/年，经过分析沿程地型起伏变化不大，为遵守相关法政策要求，合理利用土地、减少环境污染，避免出现翻越点，尽量将站布置在合适的海拔以及合适的距离，为了方便职工上下班，方便生活，本着“热泵站合一”的原则，减少热站泵站总数，而且在平原地区站场间距要合理均匀。在这次原油输送管线设计任务中，采用“从泵到泵”的密闭输送方式，“从泵到泵”输送工艺流程简单，全程密封行好，可以减少油品的蒸发损耗。为了提高原油进站温度，减少管内结蜡，减少站内阻力，采用“先炉后泵”的工艺流程，可以提高泵的效率，减少投资。并且采用间接加热方式，选用水套炉加热在加热站加热原油。传统加热方式中，采用加热炉燃烧燃料加热，不仅污染环境而且浪费能源，为了降低环境污染，减少投资，在本次加热流程中采用部分太阳能辅助加热，太阳能辅助加热为间接加热。由于全部用太阳能加热需要的太阳能集热区面积太大，此次设计为太阳间接加热原油后再经过加热炉加热6。2.1.3工艺计算说明 本次输送工艺中输送的为高粘含蜡原油，其凝点较低为29，低于大部分时间的环境温度，而且在油品粘度大，直接输送，沿线水力坡降很大，动力消耗大，输送困难，费用高，投资更大，在工程或运行上很难实现，而且在温度较低的季节容易发生凝管，因此原油在输送之前必须使用降粘措施，减小粘度，减少阻力。目前国内外降凝办法的方法可以分为三大类：物理降凝法、化学降凝法、物理化学方法。物理方法主要为加热降凝，首先将原油加热至最佳的热处理温度，然后以一定的速率降温，达到降低原油凝点的目的。化学降凝主要为在油品中加入各种降凝剂。在此次设计采用中主要采用物理降凝法输送原油，此时油品平均温度升高，粘度降低，摩阻减少，管输压力降低，动力消耗减少。加热原油后，保证油品的最低输送温度在凝固点之上，确保了原油的正常运输。热油输送管除了存在水力损失，还存在热量损失，在设计过程中，要正确处理这两种能量的供求平衡关系；粘度的大小决定管线的摩阻损失，而粘度大小又取决于输送温度的高低，输送温度的高低则取决于加热温度以及沿线热量的损失。在油品输送时，由于数量不同，原油输送温度也不同。因此在设计线时，必须先确定油品温度即热力计算，再确定粘度，计算摩阻。2.1.4原始数据(1)年最低月平均温度0；(2)管道中心埋深1.5m；(3)土壤导热系数1.3w/(m)；(4)沥青防腐层导热系数0.15w/(m)；(5)原油物性 20的密度890.5kg/m3； 初馏点80； 反常点29； 凝固点27； 比热2.1kJ/(kg)； 燃油热值4.18104kJ/kg。(6)粘温关系 见表2-1：表2-1 油品温度与粘度数据Table 2-1 Oil temperature and viscosity data温度（）2932354045505560粘度（cp）86.7575.9366.4553.2144.6438.7333.5929.13(7)额定输量500万吨/年。各年任务输量不同，各年任务输量与额定输量的关系见下表2-2：表2-2生产负荷表Table 2-2 Table about production load年1234567891011121314生产负荷（%）708090100100100100100100100100908070(8)沿程高程、里程（管道全长385km）关系见表2-3：表2-3 管道纵断面数据Table 2-3 Longitudinal section of pipe里程（km）02867105124145173高程（km）58.6105.9111.592.180.475.655.6续表2-3 管道纵断面数据Continued table 2-3 Longitudinal section of pipe里程（km）19623267301335364385高程（km）71.4135.4141.6149.5120.990.275.32.2设计内容(1)原油物性参数计算；(2)用费用现值法选择输送管径；(3)设计合适的太阳能集热区面积，计算太阳能实际集热面积.，与不加太阳能加热进行经济比较，计算是否节省费用(4)水力与热力计算；(5)设备选择，包括油泵、加热炉、首站末站储油罐罐、原动机、太阳能集热板、换热器等；(6)合理布站，进行工况校核；(7)确定各输量情况下的运行参数；(8)反输计算；(9)站内流程设计；(10)绘图部分内容要求：绘图采用AUTOCAD。2.3设计基础参数2.3.1原油物性参数2.3.1.1原油密度油品密度 (kg/m3)与温度t()的关系如下式： (2-1) (2-2)式中：20-20下原油密度(kg/m3)，取890.5 kg/m3； T-平均输油温度，取40；带入公式(2-1) 即得平均温度下的密度。2.3.1.2原油粘度根据下表数据，用最小二乘法计算出粘度与温度的关系式，粘度温度关系数据如表2-4：表2-4温度与粘度数据Table 2-4 Temperature and viscosity data温度（）2932354045505560动力粘度（cp）86.7575.9366.4553.2144.6438.7333.5929.13运动粘度（mm2）98.186.0275.660.1751.744.6438.7233.70log1.991.931.881.781.711.651.591.53取为T，为 (2-3) (2-4)回归结果为。得原油粘度为： (2-5)式中：T-平均输油温度，。2.3.1.3原油比热容所输原油的比热容为2 100J/(kg)。2.3.1.4 平均输送温度 如果油品加热输送，那么油品的输送温度温度要用原油平均输油温度T，平均输油温度，按下式计算： (2-6)式中：TR-原油出站温度，取60； TZ-原油进站温度，取30。2.3.1.5总传热系数 由式： (2-7)式中：Dw-管道外径，m； ht-土壤导热系数，W/(m)，取1.3 W/(m)； t-管道中心埋深，m，取1.5 m。求得，则传热系数K由下式计算： (2-8)式中：-防腐层厚度(m)，0.006 m； -防腐层导热系数(w/m)，取0.15w/m；此次防腐层选择沥青，计算得总传热系数K。2.3.2其他设计参数 管线设计参数包括额定输量、最小输量、进站油温、出站油温，埋深处月平均气温等数据见表2-5，表2-6其他设计参数表中。生产天数按照350天计算。流量换算：工作天数为350天，可用于求质量流量。根据质量流量可求出体积流量，计算公式如下： (2-9) 式中：Q-原油体积流量， m3/s； G-原油质量流量,，kg/年； -原油密度，kg/m3 。表2-5 设计参数Table2-5 Design parameters 额定输量(10t/a)最小输量(10t/a)里程(Km)最高出站油温最低进站油温埋深处月平均气温500350385060300表2-6其他参数表Table 2-6 Table about other parameters 工作日（d/a）管道工作压力(MPa)燃油热值(10kJ/kg)土壤导热系数(W/(m)年最低平均地温（）3507.54.61.302.4经济管径的选择2.4.1管径及管材的选择2.4.1.1管径选择根据最大输量计算选择管径。依据目前国内外热输油管线的实际经验，输送热油的经济流速的范围为1.0-2.0m/s，管径计算公式如下： (2-10) 式中：d-经济管径，m；Q-额定任务输量，m3/s； V-管内原油经济流速，m/s； -原油密度，kg/m3；根据最小与最大经济流速计算出管径范围后，根据API标准初选管径。计算各管径输送原油时的各种参数，包括雷诺数、临界雷诺数、水力坡降等，然后由费用现值法确定最优管径。2.4.1.2管材的选择经计算，管径偏大，采用直缝电阻焊钢管。综合考虑输油管线的工作压力，油泵的特性、阀门及管件的耐压大小等因素，大部分管材选用按照API标准生产的X60直缝电阻焊钢管，局部高压管段选用X70直缝电阻焊钢管。 2.4.1.3管道壁厚的选择输油管道直管段管壁壁厚的计算公式为： (2-11)式中：P-设计内压力(MPa)，7.5MPa； D-钢管外径(mm)； K-设计系数，取0.72； -材料的最低屈服强度(MPa)，413MPa； -焊缝系数，取1.0。管道设计工作压力为7.5MPa时，管道选用X60直缝电阻焊钢管，屈服强度413MPa，以此计算出各管径需要的壁厚7。2.4.2费用现值法确定最优管径如果输油管道的输量一定，输油管道的管径越大，管道的水力坡降越小，沿程摩阻越小，泵站数少，场地投资少水力费用越小，但是基本建设中，基础建设的投资越大。泵站数少，场地投资少。但是有些费用如供水，通讯费用等则基本不变，因此随着管径的变化，一定有最小值的存在。根据经济流速，参照API标准，此次设计的初选管径，分别是355.6mm5.6mm、406.4mm6.4mm、457mm7.1mm。计算各规格管径的费用现值，确定经济管径。计算三种规格的管道，在建设以及输送过程中各年所需要的资金，然后分别计算出三种规格的管道的费用现值，费用现值最小的即为最优管径。1)费用现值法费用现值法又称现值比较法。用该方法选择管径时，先计算出各方案的费用现值，然后进行比较，选择费用现值较低的方案。费用现值法的计算公式为： (2-12)式中：I-第1年的全部投资； Ct-第t年的经营成本； Sv-计算期末回收的固定资产余值(此处为0)； W-计算期末回收的流动资金； N-计算期 N=14。石油化工企业的经营成本包括：电力费用、燃料费用、工资及福利费、修理费、油气损耗费、其他费用等。2)经营成本和流动资金年经营成本电力费用燃料费用工资及福利费油气损耗费修理费折旧费+其他费用长距离输油管线工程的燃料费主要是指原油加热输送工程中加热炉加热原油的燃料费用。可根据原油的进站温度与出站温度计算燃料费用：计算公式如下： (2-13)式中：SR-燃料费用，元/年； ey-燃料油价格，1450元/吨； Cy-原油比热，J/(kg)； BH-燃料油热值，J/kg； TR-加热站的出站温度，； TZ-加热站的J进站温度，； R-加热炉效率，取0.75； G-管线年输量，取50万吨/年； nR-加热站个数。 电力费用是指站内给油泵，输油泵，电动机具以及相关辅电力设备所消耗电能的费用。长距离输油管线工程的电力费用主要指泵站输油泵组的电力消耗。输油管线的电力费用按下式计算： (2-14)式中：SP-管线工程所消耗的电力费，万元/年； H-全线水力损耗，m； Ed-电力价格，元/(kWh)，取0.5元/(kWh)； P-泵站泵机组的效率，取0.75； G-年输量，500万吨/年。油气损耗费包括大罐的呼吸损耗和泄漏损耗等，可以按年输量的一定比例计算。首站职工30人，中间热泵站15人，中间热站取10人，末站职工30人。设定工人工资及福利为4800/月即57600/年8。油气损耗费损耗比例年输量油价；损耗比例一般可取为0.1%2.3%；固定资产形成率为85%，综合折旧率取7.14%(综合折旧年限为14年)，残值为0；修理费按固定资产原值的1%计算，输油成本中其他费用按工资总额与职工福利费之和的2倍计算；水电设施、道路、通讯设施等费用按线路投资与输油站投资之和的12%计算；流动资金利用扩大指标估算法，按流动资金占固定资产原值的5%计算。3)比较方案计算个方案的费用现值，选择现值较小的方案。各方案的费用现值：355.65.6的费用现值为180100.9万元；406.46.4的费用现值为169317.8万元；4577.1的费用现值为161008.6万元。经过计算显然管线规格为457mm7.1mm的方案费用现值最小，采用此方案进行施工和投产运行可以节省资金。2.5太阳能辅助加热系统设计2.5.1太阳能集热量以及原油升高温度假设输油管线位于山东省平原地区，位于太阳能辐射量三类地区，全年日照时数为22003000小时，辐射量在502586108KJ/m2年。现在假设日平均日照时间为8h，太阳能辐射量为2.034103 KJ/m2h。在热站与热泵站中划分出太阳能集热区，考虑站址的面积以及办公楼，泵房等地区合理放置太阳能集热板9。太阳能集热板与地面成40角安置，此时太阳能吸热效率为地面的 1.31倍。1)太阳能吸收热量太阳能集热区收集的热量按下式计算： (2-15) 式中：Q-太阳能集热区吸收的热量，KJ/h； Ajz-实际集热板面积， m2； Jt-单位集热器采光面积上时平均太阳能辐射量，KJ/m2h； j-集热器集热效率，取50%； t-集热系统的热量损耗，取20% 。2)原油升高温度计算太阳能辅助加热设施中换热器选择套管式折流杆管式换热器，采用逆流安置。经过换热后，升高温度按下式计算： (2-16)式中：Q-太阳能集热区吸收的热量，KJ/h；G-原油的质量流量，kg/s； C-油品比热 ，kJ/(kg)，取2.1 kJ/(kg)； t-换热器换热效率，取90%；2.5.2 太阳能加热与加热炉加热费用现值比较在加热站中使用太阳能辅助加热设施后，油品先经过太阳能辅助加热接加热，温度升高后再在加热站中加热，会节省大量的燃料，减少运行费用；但是太阳能加热设备的建设，在建设初期必须投入大量的资金进行建设，因此必须对节省的经营费用，与建设太阳能辅助加热设施的费用进行比较，选择最优方案10。2.5.2.1太阳能辅助加热设施的建设费用太阳能辅助加热设施的建设费用，主要集中于太阳能集热板的购买费用，按下式计算 (2-17)式中 ：St -太阳能集热板费用； et-太阳能集热板单价，取1450元； At-太阳能集热板总面积； Ab-单个太阳能集热板面积； nR-加热站站数。2.5.2.2节省的燃料费用现值法计算 加入太阳能辅助加热设施后，每年都会节省大量的经营费用，每年节省的经营费用，用现值法，折算至建设初期是费用，与太阳能辅助加热设施建设费用进行比较11。1)太阳能加热设施每年节省的费用按下式计算： (2-18)式中：SR-节省燃料费用，元/年； et-燃料油价格，3340元/吨； Cy-原油比热，J/(kg)； BH-燃料油热值，4.2107 J/kg； T-原油在太阳能设施中升高温度，； Ri -第i加热站的加热炉效率，取75% G-管线输量，吨/年。2）费用现值法比较现值按下式进行计算： (2-19)式中：SR-节省燃料费用，元/年； i-行业基准收益率，取12%；2.6输油工艺2.6.1主要工艺 此次设计的输油工艺主要为目前国内外输送管道采用的先进输送工艺“从泵到泵”输送工艺。2.6.2确定热站及泵站数2.6.2.1热力计算1)流态判断 (2-20) (2-21) (2-22)式中：Re-各管径对应雷诺数；Q -流量 ，m3/s；d-管径 ，m； -运动粘度， m2/s；e-管壁粗糙度，取0.001m。按照公式计算出各规格管道的最大与最小雷诺数，与临界雷诺数比较得出，各规格管道原油流态均处于水利光滑区。2)热站数确定由于输量越小，出站油温越高，因此热站数计算在最小数量下进行。热站数的确定可以根据下列公式计算:水力坡降： (2-23) (2-24) (2-25) (2-26)最终得热站数： (2-27)计算结果向上整取整数。式中：T0-管道埋深处年最低月平均地温 ，取0； G-原油的质量流量，kg/s； C-油品比热 ，kJ/(kg)，取2.1 kJ/(kg)； i-水力坡降； m-水利参数，根据流态确定； Q-体积流量 ，m3/s。 最终计算的热站数为8个。2.6.2.2水力计算最大输量下原油出站温度较低，水力坡降大，因此按照最大输量求管线的泵站数。根据原油进站、出站温度，计算出输送油品的平均温度。计算出油品粘度。考虑到本设计管线较长，摩阻较大，将局部摩阻归入加热站的站内摩阻。 1)水力计算根据选择的管径、原油的额定输量，按照下列公式进行水力计算，判断最高点否是翻越点，选择输油泵后，确定全线所需要的泵站数，根据地形等优化布站，确定站址。水力坡降： (2-28)管路全线能耗为： (2-29)泵站数： (2-30)式中：H-额定流量下管线所需要的总压头(m液柱)； Hc -额定输量下泵站的扬程(m液柱)； HSZ-末站剩余压头(m液柱)，取30m液柱； hm-泵站站内损失(m 液柱)，取20m液柱；当N不是整数，要向上取整。2)判断有无翻越点判断有无翻越点根据下例公式计算： (2-31)式中： L j、Z j-高点j点的里程与高程； ZQ -起点高程； H j-高点j的任务输量下所需要的总压头；经过水力计算，各方案全线无翻越点，全线需要设置4座泵站。2.6.3站址的确定 (1)进站油温为30；(2)出站油温不超过管线允许的最高出站温度；(3)进站压力应高于泵的允许吸入真空度；(4)出站压力低于管线的工作。为了节省资金和方便整个工程的管理。本着热泵站合一的原则合理布站，考虑地形与高程因素，在平原地区均匀布站，建设4个热泵站，4个泵站。管线任务输量较低时，热站热负荷大，泵站数少。管线任务输量增大时，热站热负荷减少，水利损失增大，所需泵站数增多。最终确定站址。管道纵断面图 如图2-1： 图2-1 管道纵断面图Fig. 2-1 Figure about longitudinal section根据表2-7的数据进行布站： 表2-7站址位置 Table 2-7 Site location站号首站2#3#4#5#6#7#8#末站里程（km）050105150200255301345385高程( m)58.610992511075.3类型热泵站热站热泵站热站热泵站热站热泵站热站-2.6.4运行参数经过初选管径后，结合场站的布置情况，计算输油管道在个年生产负荷下的运行参数，包括，进站温度、进站压力、出站压力等。2.7站场设计2.7.1站场平面设计根土据相关规范及工艺流程需要，进行站场平面设计，做到布置合理，紧凑美观，生产安全可靠，操作维修方便，同时尽可能减少方量。2.7.2站场竖面设计保证相关设施的合理布置，站内储油罐布置在地形平坦、地质条件良好的地段，场地设计坡度按照5考虑，按50年一遇洪水频率进行防洪设计。2.7.3站场工艺流程设计本次设计的输油管线共设站场8座，其中首站1座，热泵站3座、热站3座，末站1座。最终确定的工艺流程需要满足以下要求：1)满足输送工艺及生产要求。输油站的主要操作包括：来油与计量；正输；反输；越站输送，包括全越站、压力越站、热力越站；收发清管器；站内循环或倒罐；停输再启动；2)便于事故处理和维修；3)采用先进技术，选择先进的设备，改进输油工艺；4)工艺流程简单，少用阀门、管件，减少管道长度，充分发挥设备性能，节约投资，减少经营费用。2.7.3.1输油首站输油首站主要功能是接受来油，对来油进行计量、储存、加压、加热后再外输。具有站内循环、倒罐、加药、站内吹扫、水击泄放、发送接受清管器、污水污油处理等功能。2.7.3.2 3#,5#，7# 热泵站热泵站的站内主要功能：对来油进行加压、加热然后后外输。具有站内循环、热力越站加药、站内吹扫、反输、水击泄放、接收发送清管器、污水污油处理等功能。2.7.3.3 2#，4#，8#泵站泵站的站内主要功能：对来油进行加压然后后外输。具有站内循环、站内吹扫、反输、水击泄放、接收发送清管器、污水污油处理等功能。2.7.3.4输油末站末站的主要功能：对来油计量后输送给炼油厂等用户。具有水击泄放、站内循环、吹扫、接受发送清管器功能、污水污油处理，同时应该具有一定的事故储油能力。另外，输油场站除了以上功能外还必须具有污水污油处理功能，并且保证站场工作人员的生活以及办公需要。2.7.4 主要设备选型2.7.4.1油泵的选择1)输油主泵的选择通过计算，确定泵的特性曲线： (2-32)式中：Hc-离心泵扬程，m液柱； Q-离心泵排量，m3/h； a，b-常数； m-水力计算指数，本次设所有流态处于水利光滑区，m=0.25。根据本次输送工艺的设计参数，满足输送输量，扬程，允许吸入压力，效率等因素，根据手册选择300PY-120型油泵，与之配合的原动机功率为355kW。根据手册中给出的(H、Q)值(500，129)、(700,120)、(840,111)，用最小二乘法算出a、b的值。令， (2-33) (2-34)=279196.58， =360，=32799816.15代入式（2-33），（2-34）中，求得a=141.4 b=0.000223将数据代入公式(2-32),计算泵的特性方程。泵的特性方程为： (2-35) 根据以上计算，以及最大输量时泵的沿程摩阻，每个泵站选择6台泵，其中一台为备用泵。泵串联连接，泵的效率为0.75，额定输量为700m3/s.泵站的特性方程： (2-36)2) 给油泵的选择为了提高外输油泵的进口压力选择给油泵。根据手册选择CZ200-500A型号的给油泵，泵的特性方程为： (2-37)2.7.4.2首末站储油罐容量的确定罐区储油罐的容量按下式计算： (2-38)式中：M-年输量，500万吨/年； -原油密度(kg/m3)； -周转系数，浮顶罐取 0.9; T-储存天数，首站3天，末站5天； 根据计算首站为建2座30000m3的浮顶罐。末站建2座30000m3和1座40000m3的浮顶罐。燃油罐的选择按照20min的输送量来计算。各站建1座200m3燃油罐，同时可以起到卸压的作用。2.7.4.3加热炉的选择选炉原则：(1)满足输油系统的热负荷要求，效率高； (2)便于检修，各站需要备用炉。各加热炉的负荷可由下面的公式计算： (2-39)式中：Q-加热站的热负荷，kW； G-油品流量，kg/s； c-油品比热，kJ/(kg)。综合考虑，选用水套炉加热。2.7.4.4 阀门的选择根据相关规范、阀门的用途及管线需求，选择阀门。2.8工程校核2.8 .1热力校核热力校核在最小流量下进行。生产负荷70%； 以1号站为例第一站间，站间距50Km。假设沿程不产生会摩擦热，令b=0： (2-40) (2-41)出站温度： (2-42)平均温度： (2-43)根据以上各式计算出的数据分别计算密度、粘度、流量Q则水力坡降 (2-44) (2-45)循环迭代以上的计算使前后两次的出站温度差值在0.2之内。根据上述公式，依次循环计算各站的出站温度。计算出的各站出站温度均小于要求的出站温度，热力校核符合要求。 2.8 .2水力校核热力校核在最小流量下进行。生产负荷100%；1)计算水力坡降以第一站间为例：首站站间50公里。根据已经算出的最大输量下的进出站温度，根据公式(2-43)计算站间的平均输送温度。根据以上各式计算出的数据分别计算密度、粘度、流量Q。则水力坡降 2)进出站压力校核现在假设热站泵站内损失20m油柱；以最大输量为例如下：首站2#站首站进站压力Hs1；首站出站压力按下式计算： (2-46)2#站进站压力按下式计算： (2-47)根据上述公式计算出各站的进、出站压力；允许最低入口压头：30-70m，管道工作压力：7.5MPa；计算得各站的进站压力均在小于工作压力，各站的出站压力均小于7.5MPa；故水力校核符合要求。3 原油物性参数计算以及管径的初选3.1原油密度与温度关系选定进站油温TR=30 ，出站油温TZ=60，根据式(2-6)，代入数据得：平均输送温度：温度系数根据式(2-2)，代入数据得: 油品密度 (kg/m3)与温度t()的关系如下式： (3-1)则。3.2原油粘度依据表(2-4)的数据，以及式(2-3)、(2-4)得：， ，a=2.37， b=-0.0147由式(2-5)得： (3-2)式中：T-平均输油温度，；3.3总传热系数1）的计算根据式(2-7)，当Dw=355.6时：根据式(2-7)代入数据依次计算出Dw=406.4、457时的值，计算结果见表3-1。2）K值的计算根据式(2-8)以及其数据当Dw=355.6时根据式(2-8)依次计算出Dw=406.4，457时的K值，计算结果见表3-1： 表3-1 热力参数Table3-1 Thermal parameters 管道规格(mm)K355.65.63.1452.794406.46.42.8962.5954577.12.6702.4123.4管径及管材的选择以及壁厚的确定1)管径的选择输油管道管径由经济流速计算，根据经验，原油的经济流速为1.0-2.0m/s，根据最大与最小经济流速，确定管径范围。根据式(2-9)，最大输量为500万吨/年，Q=0.189m3/s；根据式(2-10)，当经济流速V=1.0m/s，； 当经济流速V=2.0m/s，；根据API标准钢管规格得初选管径见表3-2：表3- 2初选管径Table 3-2 Primary diameters经济流速范围(m/s)初选管(mm)初选管(mm)初选管径(mm)1.0-2.0355.6406.44572)管材的选择综合考虑输油管线的设计压力、泵的特性、阀门等设施的耐压等级等因素，选用按照API标准生产的X60直缝电阻焊钢管，局部高压管段选用按照API标准生产的X80直缝电阻焊钢管。3)道壁厚的选择X60直缝电阻焊钢管的材料的最低屈服强度为413MPa。以Dw=355.6mm的管道为例，根据式(2-11)，代入数据得：根据公式依次计算出Dw=406.4、457时的计算壁厚。为保证管道安全，腐蚀余量1mm。计算结果见表3-3：表3-3各管径计算壁厚Table3-3 Wall thickness of each pipe diameter公称直径(mm)计算壁厚(mm)腐蚀余量(mm)实选壁厚(mm)管道外径(mm)DN3504.415.6355.65.6DN 4005.1216.4406.46.4DN 4505.7817.1406.46.44 热泵站布置4.1流态确定原油的流态通过计算粘度、雷诺数求得：1)油品粘度根据表2-1，T=40时，油品的的粘度 =60.17m2/s。2)由雷诺数判断流态管径规格为355.65.6的雷诺数计算，根据式(2-20)、(2-21)、(2-22)代入数据得：当输量最大时，Qmax=0.189 m3/s，代入公式(2-20)得：；当输量最小时，Q min=0.7Qmax=0.1