管道输送工艺课程设计.doc

某热油管道工艺设计 目录 I 目 录 1 设计参数.1 1.1 管道设计参数 .2 1.1.1 原油物性.2 1.1.2 其它参数.2 1.2 主要工艺参数 .2 1.2.1 设计输量.2 1.2.2 其他有关基础数据 .2 1.3 工程概况.2 2 工艺计算.2 2.1 采用的输送方式 .3 2.2 管道规格.3 2.2.1 平均温度.3 2.2.2 油品密度.3 2.2.3 流量计算.3 2.2.4 油品粘度.3 2.2.5 管道内径.4 2.2.6 壁厚.4 2.2.7 管道外径.5 2.2.8 验证经济流速 .5 2.3 热力计算.5 2.3.1 雷诺系数.5 2.3.2 总传热系数.6 2.3.3 原油比热容.7 2.3.4 加热站布站.8 2.4 水力计算.8 2.4.1 计算摩阻.9 2.4.2 选用泵的型号 .9 2.4.3 站场布置.9 2.5 校核动静压力 .10 某热油管道工艺设计 目录 II 2.5.1 判断翻越点.10 2.5.2 动水压力校核.10 2.5.3 静水压力校核.11 2.6 最小输量.11 3 设计结果 . 12 参考文献.13 某热油管道工艺设计 设计参数 1 1 设计参数 1.1 管道设计参数 最大运行压力 8.0MPa，末站剩余压头 60m，局部摩阻为沿程摩阻的 1.2%， 进站温度控制在 37，最高输送温度 68，最低输送温度 35。 1.1.1 原油物性 20相对密度 0.8601，50粘度 8.9mPa.s，粘温指数 0.036。 1.1.2 其它参数 保温层采用黄夹克，厚度 40mm，土壤导热系数 1.05 W/(m)。 1.2 主要工艺参数 1.2.1 设计输量 年输量为 375 万吨 1.2.2 其他有关基础数据 （1) 保温层(黄夹克)40mm； （2）管道埋地深 1.7m； （3）管道埋深处平均地温： )(10.25 12 781013181513119865 0 CT (4)年输送天数：350 天。 1.3 工程概况 某油田计划铺设一条 329 公里、年输量为 375 万吨的热油管道，管线经过区 域地势起伏较大（里程和高程见表） 。 表 1.1 地温数据 月份123456789101112 地温568911131518131087 表 1.2 高程里程表 里程（km ）073147179220279329 高程（m ）220270120227160220201 某热油道工艺设计 工艺计算 2 2 工艺计算 2.1 采用的输送方式 密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲 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。现代 的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设 计的输送方法为密闭输送方式。 2.2 管道规格 已知的热油管道年输量为 375 万吨。 年万吨/1075 . 3 2 G 2.2.1 平均温度 (2-1) ZRpj TTT 3 2 3 1 式中-加热站的起点，终点温度，。 ZR TT , 4635 3 2 68 3 1 pj T 2.2.2 油品密度 （2- )20( 20 t t 2） 式中-温度 t及 20时的油品密度，kg/m3； 20 ,t -温度系数； )/(6744. 0860001315 . 0 825 . 1 3 mKg 3 47/08.860)2047(6744. 01 .860mKg 3 15/10.860)2015(6744 . 0 860mKg 2.2.3 流量计算 sm G Q/144. 0 36008400855 10375 36008400 10 3 77 式中-年任务质量输量，；G at /104 -体积流量， sm / 3 ；Q 某热油道工艺设计 工艺计算 3 -油品平均温度的密度，； 3 Kg/m 2.2.4 油品粘度 (2-3) )( 0 0 TT t evv 式中-运动粘度； 0 v -粘温指数； smev/1035.10 08.860 109 . 8 26)5046(037 . 0 3 46 2.2.5 管道内径 (2-4) Q d 4 式中-体积流量， sm / 3 ； Q -经济流速，。 sm/ 经济流速取值范围是 12 之间。假设=1.2m/s。 md3386. 0 6 . 114 . 3 144. 04 2.2.6 壁厚 (2-5) C F pd 2 式中-管线设计的工作压力，Mpa P -管线内径，mm D -焊缝系数；无缝钢管 1 直缝管和螺旋焊缝钢管 1 螺旋埋弧焊钢管 9 . 0 -刚性屈服极限，Mpa(查表 1.3) s 表 2.1 优质碳素钢APIS-SL钢管材质 1020 碳素钢 A3F 低合金钢 16Mn X52X60X65X70 ，Mpa s 205245235353358413448482 F-设计系数（查表 2.2） 某热油道工艺设计 工艺计算 4 表 2.2 工作环境 管线 野外地区居住区，油气田站内部、穿跨越铁路公路小河 渠（常年枯水面宽20m） 输油管线0.720.60 输气管线0.600.50 C-腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐蚀性物 质时 C=0,当所输油、气中含腐蚀性物质时 C=0.51.0mm mm9 . 30 172 . 0 4822 6 .3380 . 8 2.2.7 管道外径 (2-6) 2 dD 式中-管道内径，mm； d -管道壁厚，mm。 mmD 0 . 2990 . 42291 根据规范 选择公称直径为 300，外径为 325mm，壁厚为 8mm。 2.2.8 验证经济流速 根据选择管道，内径 mmd30982325 sm Q d /75 . 1 309 . 0 14 . 3 145 . 0 44 经济流速满足在 12 之间，所以，选择的管道符合。 8325 2.3 热力计算 2.3.1 雷诺系数 3 . 57756 1035.10309 . 0 14 . 3 145 . 0 44 Re 6 d Q 因为：，所以成紊流状态。30003 .57756 选取黄夹克作为保温材料，第一层低合金钢管，16Mn 是低合金高强度结构 钢，是一个旧的牌号，旧的国标号是 GB/T 1591-1988。在现在的新国标 GB/T 1591-1994 中，16Mn 对应的是 Q345，它的热导系数：。第二层保温)/(56CmW 层的导热系数为。保温材料厚度为 4050mm。假设取厚度为)/(027 . 0 CmW 某热油道工艺设计 工艺计算 5 40mm。 2.3.2 总传热系数 传热系数 (2-7) wi i i L Dd D d K 21 1 ln 2 11 1 总传热系数 (2-8) DKK L 式中-管内径，m；d -第 i 层的外径，m； i D -第 i 层的内径，m； i d -最外层的管外径，m； w D D-管径，m。若，D 取外径；若，D 取算数平均值；若 21 21 ，D 取内径 21 油流至管内壁的放热系数，在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大 1 都大于.因此在紊流情况下，对总传热系数的影响很小，可忽略不)/(100CmW 1 计，而在层留情况下就必须计入。 管最外层至周围介质的放热系数 2 (2-9) 1) 2 ( 2 ln 2 2 2 w t w t w t D h D h D 式中-土壤导热系数，； t )/(CmW -管中心埋深，m； t h -最外层的管外径，m。 w D 1) 405 . 0 8 . 12 ( 405 . 0 8 . 12 ln405 . 0 05. 12 1) 2 ( 2 ln 2 22 2 w t w t w t D h D h D =1.922)/(CmW wi i i L Dd D d K 21 1 ln 2 11 1 405 . 0 14. 33 . 2 1 325 . 0 405 . 0 ln 04 . 0 14 . 3 2 1 309. 0 325. 0 ln 5614. 32 1 1 =0.77 786 . 0 325 . 0 14 . 3 77. 0DKK L 某热油道工艺设计 工艺计算 6 2.3.2 原油比热容 原油和石油产品的比热容通常在 1.62.5KJ/(Kg.)之间. 时原油的相对密度为：C 15 (2-10) 1000 )20( 2015 4 t d 式中-15时原油的相对密度； 15 4 dC -温度系数，；)/( 3 Cmkg -温度为 20时的油品密度， 20 C 3 /mkg 878 . 0 1000 )2015(6744. 0 7 . 860 15 4 d 原油的比热容为： (1-11) )1039 . 3 687. 1 ( 1 3 15 4 T d C 式中-15时原油的相对密度； 15 4 dC -比热容，；C)/(CkgkJ -原油温度，。TC 得： )/(99 . 1 )471039. 3687. 1 ( 8601 . 0 1 3 CkgkJC 2.3.4 加热站布站 质量流量为： (2-12) t G G 1 确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度和后，可按 R T z T 冬季月平均最低温度及全线的 K 值估算加热站间距， R L (2-13) 0 01 ln TT TT DK CG L z R R 热油管全场 329 公里，加热站数 n， (2-14) R LLn 在进行 n 的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基 础上课求出每个加热站的热负荷： (2-15) )( 1ZR TTcG Q 式中-加热炉的效率，%； -原油的比热容，J/(kg.)；c -原油质量流量，kg/s；G 某热油道工艺设计 工艺计算 7 -加热站的热负荷，J/s。Q 管道周围的自然温度； )(10.25 12 781013181513119865 0 CT sKg t G G/75.123 360024350 10375 7 1 km TT TT DK CG L z R R 220 25.1035 25.1068 ln 62. 0325 . 0 14 . 3 1099 . 1 75.123 ln 3 0 01 5 . 1221329n 取 n=2 个。 sJ TTcG Q ZR / 8 . 9446 8 . 0 )3768(97 . 1 75.123)( 1 为避免热站负荷过高，故设 3 个热站，则热站间距为： (2-16) n L LR 式中-加热站数，个；n -输油管道总长，m；L -加热站间距，m； R L km n L LR110 3 329 出站温度为: (2-17) GC DLK ZR eTTTT )( 00 式中-原油质量流量，；Gskg / -加热站的进站温度，； Z TC -加热站的出站温度，。 R TC -比热容，C)/(CkgkJ -加热站间距，m；L -管道总传热系数，；K)/(CmW -管道内径，m。D -管道周围的自然温度，； 0 TC CeTR 6 . 48)25.1037(25.10 3 3 1097 . 1 75.123 10110325 . 0 14. 3786 . 0 skJ /1 .3542 8 . 0 )376 .48(97 . 1 124 q 2.4 水力计算 CTpj 8 .4337 3 2 57.5 3 1 某热油道工艺设计 工艺计算 8 故平均温度下的运动粘度为： （2- )( 0 0 tt pj e 18） 式中-温度为平均温度、时油品的运动黏度，； 0 ,pj 0 tsm / 2 -黏温指数，。C / 1 sme pj /10 9 . 14 1 .860 1025.10 26)50 8 . 43(037. 0 3 2.4.1 计算摩阻 一个加热站间的摩阻为： （2- R m m pj m R L d Q h 5 2 1 19） 总摩阻为： （2- 1RR nhh 20） 全线所需总压头为： （2- ZhhhH mRR %2 . 1 21） 式中-沿线总摩阻，m； R h -加热站间距的摩阻，m； 1R h -全线所需要的总压头，m。H mhR6 .60596000 309 . 0 )10.914(144 . 0 036 . 0 25 . 0 5 25. 0625. 02 1 )( 1 .1211 6 . 6052mhR mH 6 . 1266)220201(60%2 . 11 .12111 .1211 2.4.2 选用泵的型号 （1）泵及原动机的选型 hmsmQ/ 4 . 518/144 . 0 33 假设 hQQ/316.8m288.111 . 1 3 设 选用泵型号为 250YS1502，其流量为 500，扬程为 300m,转速为hm / 3 2950r/min，电动机功率为 800 千瓦，效率为 69%。每个泵站选用 3 台，其中 2 台 串联，1 台备用。 平均温度下的密度为： 8 .843)207.84(6836 . 0 1 . 860 8 . 43 3 /mkg 泵所产生的压力为： 某热油道工艺设计 工艺计算 9 （2- gHP 22） 式中-泵所能够提供的压力，Pa；P -油品的密度，； 3 /mkg -泵所提供的扬程，m；H MPaMPaP0 . 896 . 4 106008 . 98 .843 6 故所选择的泵符合要求。 （2）加热设备选型 首站选用换热器，其他加热站选用加热炉，其热负荷为 1095.6kJ/s，效率为 80%。 2.4.3 站场布置 泵站数为： （2- c H H n 23） 式中-泵站数，个；n -全线所需的总压头，m；H -泵所提供的扬程，m。 c H 得： 2 . 4 300 6 . 1266 n 取 n=5 个；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： （2- n L LR 24） 式中-泵站站间距，m； R L -管线总长，m；L kmLR 8 . 65 5 329 取泵站内压头损失为，泵站进口压力控制在 3080m 范围内。mhm15 （1）当第二站与首站间距取 70km,对应高程为 Z=270m，则其进口压力为： (2-25) mti hZiLHh012 . 1 (2-26) m mm d Q i 5 2 某热油道工艺设计 工艺计算 10 式中 泵站进口的剩余压头，m； ti h H泵站所提供的扬程，m； I水力坡降； L两泵站的站间距，m； 两泵站间的高程差，m；Z 泵站内压头损失，m。 m h 得： 127.00 093 . 0 1049. 1.1440 246.00 5.205 5.2055.202 ）（ i )(7515)210270(1070013 . 0 012 . 1 900 3 2 mht 由于其进口剩余压头小于 30m，故不符合要求，需缩小站间距。 （2）取第二站与首站的站间距为 60km，对应高程为 Z=261.4，则进口压力 为： )(4515)210 4 . 261(1060013. 0012 . 1 900 3 2 mht 符合要求，故第二站布置在距离首站 60km 处。 （3）取第三站与首站的站间距为 130km，对应高程为 Z=220，则进口压力为： )(5315) 4 . 261220(10)60135(013 . 0 012 . 1 45900 3 3 mht 符合要求，故第三站布置在距离首站 130km处。 （4）取第四站与首站的站间距为 195km，对应高程为 Z=225m，则进口压力 为： )(7915)220215(10)130195(013 . 0 012 . 1 53900 3 4 mht 符合要求，故第四站布置在距离首站 205km 处。 （5）取第五站与首站的站间距为 265km，对应高程为 Z=215m，则进口压力 为： )(3315)225215(10)195265(013. 0012 . 1 79900 3 5 mht 符合要求，故第四站布置在距离首站 270km 处。 （6）末站与首站的站间距为 329，对应高程为 Z=201m，则进口压力为： )(6315)210201(10)265329(013 . 0 012 . 1 33900 3 8 mht 计算得末站进口压力为 63m与设计要求的末站剩余压头 70m相差不大，所以 泵机组符合要求。故全线泵站布置完毕。 2.5 校核动静压力 2.5.1 判断翻越点 则有翻越点存在，反之不存在。HZZiLZZiLH QzQfff 某热油道工艺设计 工艺计算 11 mZLiH4160)220201(10329127.00 3 在 60km 处，mZZiLH Qff 812220-2701060127.00 3 在 130km 处，mZZiLH Qff 1651220-22010130127.00 3 在 195km 处，mZZiLH Qff 2481220-22510195127.00 3 在 265km 处，mZZiLH Qff 5 .3360220-21510265127.00 3 以上所得均小于 H,故不存在翻越点，泵站布置合适。 f H 2.5.2 动水压力校核 动水压力的校核。 （2- )( ixi ZZixHH 27） 最大动水压力为： （2- maxmax gHP 28） 式中-高程为 i 点处的动水压头，m； i H -泵站输出的压头，m；H -泵站与低点处的距离，m；X ，-低点处、泵站的高程，m； x Z i Z -动水压力，Pa。P 动水压力为： mH725)120220(101200013. 0 6 . 1266 3 330 MPaMPaP0 . 71 . 6107258 . 9 1 . 860 6 max 故动水压力校核符合要求。 2.5.3 静水压力校核 静水压力的校核： （2- max ZggHP 29） 式中-静水压力，Pa；P -沿线的最大高程差，m max Z 得： MPaMPaP0 . 726 . 1 10)120279(8 . 9 1 . 860 6 故静水压力校核