某热油管道工艺设计.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:油气储运专业08学生姓名: 马达 学 号: 2008254745 设计地点（单位） 重庆科技学院K栋 设计题目： 某热油管道工艺设计 完成日期： 2010 年 12 月 30 日 指导教师评语: _ 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字） : 摘要我国原油大部分都属于高粘高凝固点原油，在原油管道输送过程中一般都采取加热输送，目的是为了使管道中的原油具有流动性同时减少原油输送过程中的摩阻损失。热油管道输送工艺中同样要求满足供需压力平衡，在起伏路段设计管道输油关键因素是泵机组的选择和布置，要在满足热油管道输送压力平衡的条件下尽量使管道输送能力增大。热油管道工艺设计中要根据具体输送原油的性质、年输量等参数确定加热参数，结合生产实际，由经济流速确定经济管径，设计压力确定所使用管材，加热参数确定热站数。然后计算管道水力情况，按照“热泵合一”原则布置泵站位置，选取泵站型号，并校合各泵进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并按照实际情况调整泵机组组成。最后计算最小输量，确保热油管道运行过程中流量满足最小流量要求，避免管道低输量运行。关键词：原油 加热输送 泵站 压力平衡 输量目录摘要I1 设计目的及意义12设计规范23 设计数据依据33.1原始数据33.2 地形地温高程数据34管道规格选型44.1 根据年输量确定管道内径44.2根据最高运行压力确定管道壁厚44.3 选取管道规格55 加热输送方式设计75.1 加热参数设计75.1.1进站和出站温度确定75.1.2 加热站间平均温度和原油比热容、密度75.1.3 加热站数确定85.2 加热炉选型和布置96 泵站设计106.1热油管道内流态判定106.2 管道水力计算106.3 计算是否存在翻越点126.4 泵站数和扬程确定127 泵机组的选型和位置布置137.1 根据泵的流量选取离心泵型号137.2根据转速选取原动机型号137.3 布置泵站137.3.1第一座泵站137.3.2第二座泵站147.4 离心泵压力校核158 热油管道输送动静水压力校168.1 动水压力校核168.2 静水压力校核179 该热油管道的最小输量189.1计算公式189.2 最小输量计算1810 结论19参考文献201 设计目的及意义 设计目的:该设计的目的在于解决热油管道输送过程中管道规格的选取及泵机组的选取，计算是否存在翻越点，使原油在起伏路段能够连续输送。同时为了满足管道承压能力和原油输量，校核管道内动静水压力。泵机组确定后要使各个泵站之间的管路满足水力要求，要求泵站布置的位置能够及时提供给流体压力，及能保证输送要求，还能保护泵机组，防止汽蚀现象发生。 设计意义：设计该热油管道输送工艺能够对课堂学到的知识进行整合，使分散的各类设计知识整合起来运用到实际工程中，锻炼对实际工艺设计的能力，更好的掌握课本上的知识，学以致用。2设计规范本设计主要根据国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布的输油管道工程技术规范GB50253-94，并参照其他有关设计规范进行的。设计中应符合以下几条设计原则：（1） 输油管道工程设计计算输油量时，年工作天数应按350d计算。（2） 以国家设计规范为主要和基本原则，通过技术比较选择最优化最经济的工艺方案。（3） 充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。（4） 设计中以节能降耗为目的，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗。（5） 输油管道系统输送工艺设计应包括水力和热力计算，并进行稳态和瞬态水力分析，提出输油管道在密闭输送中瞬变流动过程的控制方法。（6） 输油管道所采用的钢管、管道附件的材质选择，应根据设计压力、温度和所输液体的物理化学性质等因素，经技术经济比较后确定。采用的钢管和钢材应具有良好的韧性和可焊性。（7） 应按设计委托书或设计合同规定的输量(年输量、月输量、日输量)作为设计输量。设计最小输量应符合经济及安全输送条件。（8） 注意生态平衡，三废治理和环境保护。3 设计数据依据3.1原始数据 设计输量为360 万吨/ 年， 年最低月平均温度2， 管道中心埋深1.5m， 土壤导热系数1.32w/(m)， 原油性质：20相对密度0.896，50粘度10.5mPa.s， 最大运行压力8.0MPa， 末站剩余压头40m， 局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计， 粘温指数0.039， 站温度控制在39， 最高输送温度67， 最低输送温度36。 原油管道的最低动水压应高于0.2MPa， 最高动水压应在管道强度的允许范围内。3.2 地形地温高程数据 该油田计划铺设一条220公里、年输量为360万吨的热油管道，管线经过区域地势起伏较大。 地温资料：表31 地温数据月份123456789101112地温2345789119753 高程数据如下：表32 沿线高程数据里程（km ）0.060.0120.0150.0220.0高程（m ）3554054004704654管道规格选型4.1 根据年输量确定管道内径 年输量360万吨，一年按350天计算。体积流量： = =0.1361m/s取原油经济流速：v=1.6m/s输油管道内径： = = =0.329m=329mm4.2根据最高运行压力确定管道壁厚按照我国输油管道工程设计规范（GB50253-2003）中规定，输油管道直管段壁厚设计公式为： 其中 壁厚，m 输油管道的许用应力， 设计压力， 外径，m 取 =8，=，K=0.72，=1.0，=295，=+2 得 输油管道壁厚： = = =0.006438m =6.438mm4.3 选取管道规格 由上述计算得出，输油管道外径=329+6.438=335.438mm，壁厚=6.438mm，采用无缝碳钢管，材料为合金钢Q345，根据国际无缝钢管规格表41，可以选取输油管道规格为3777表41国标无缝钢管规格表直径厚度管重/米直径厚度管重/米159415.2982010199.75518.9912239.1622.6414278.26219421.219208179.92526.399202.19631.5210224.41736.612268.7841.6314312.79273533.0410208199.65639.519224.38745.9210249.07852.2812298.29325539.4614347.31647.216396.14754.8918444.77862.54122010298.39970.1312357.471077.6814416.36377654.8916475.05763.87142012416.66872.814485.41981.6716553.961090.5162012475.84426662.1414554.46772.3316632.87882.4618711.1992.55182012535.0210102.5914623.5480670.1316711.79781.6518799.87893.1220887.769104.53202014692.5510115.916790.7529790.1118888.658102.7820986.49115.41221083.9510127.99222016869.615 加热输送方式设计5.1 加热参数设计5.1.1进站和出站温度确定进站温度给出=39，埋深处最低月平均低温=2考虑到原油中不可避免的含水，加热温度不宜高于100，以防止发生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式，加热温度不应高于初馏点80，以免影响泵的吸入。管道采用沥青防腐绝缘层，原油的输油温度不能超过沥青的耐热温度。考虑到管道热变形因素，加热温度不宜过高。 该地区各月的平均低温都比较低，按照最低月平均温度设计出站温度=655.1.2 加热站间平均温度和原油比热容、密度 加热站间油流的平均温度： =47.6 原油比热容： c= 其中=-（t-20 =896-（1.825-0.001315896）*（15-20） =899.2kg/m=0.899t/m =47.6 得 =1.97kJ/(kg) 热油在平均温度下的密度： =896-（1.825-0.001315896）*（47.6-20） =874.9kg/m5.1.3 加热站数确定 加热站间间距： 其中 加热站间距，m 原油质量流量，kg/s 管道外径，m 出站温度， 进站温度， 传热系数，W/（m） 原油比热容，J/(kg) 取 119kg/s，=377mm，=65 ，=39， =2，=1.32W/（m），1.97J/(kg)得 加热站间间距： = =111.9km 加热站数： =220/111.9 =1.96 取n=2重算： =220/2 =110km5.2 加热炉选型和布置由上述计算得出需要设计两座加热站，加热站型号根据设计压力和加热温度要求，选择经济合理的加热炉。选取型号GW2500Y/8.0Y/Q，加热炉型号表示加热炉功率2500KW，原油为被加热介质，设计压力8.0MPa，燃料种类为燃料油，通风方式为强制通风，第一次设计的卧式圆筒式加热炉。热油管道起点布置一座加热站，距离起点110Km处布置一座加热站。6 泵站设计6.1热油管道内流态判定雷诺数： = =53778临界雷诺数： =550380 其中管壁的绝对粗糙度，m，无缝钢管取0.06mm 3000 所以原油在热油管道处于水力光滑区，流态为完全紊流该流态下水力摩阻的各个参数取值如下： m=0.25，=0.02466.2 管道水力计算 按照平均油温法计算热油管道摩阻 平均温度： =47.6 油品粘度： 其中 50时油品密度： =896-（1.825-0.001315896）*（50-20） =876.6kg/m， 50时油品粘度： = = =0.012/s， t=47.6， =50 ，=0.039，则 47.6油品粘度： = =0.0108/s热油管道沿程摩： = =1098.6m 其中 m=0.25，=0.0246，=0.1361m/s，=0.0108/s， =363mm，=220Km。 热油管道局部摩阻： =13.18m 热油管路运行所需总扬程： =+-+ =1098.6+13.18+465-355+40 =1261.78m其中 管道终点高程，m 管道起点高程，m 末站剩余压头，m6.3 计算是否存在翻越点 从里程高程表可以看出，最有可能出现翻越点的位置在末端较高的位置，也就是里程150km高程470m的高峰处。将规定流量原油由起点输送到该高峰处所需起点压力： =+- =+0.012+470-355 =749.04+115+8.98 =873.02m其中 翻越点的高程，m起点高程，m局部摩阻，m计算长度，m判断与的大小： 所以不存在翻越点。6.4 泵站数和扬程确定根据输油管道设计规定充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。所以确定泵站数为2，每个泵站所提供的理论扬程： =630.89m7 泵机组的选型和位置布置7.1 根据泵的流量选取离心泵型号 流量Q= 490m/h,根据离心泵形式和基本参数GB10883-89，选取泵的型号和基本参数如表7-1 表7-1 泵型号和基本参数型号流量m/h扬程m转速r/min比转速个数250YS10044504002950854250YS15025003002950662250YS753500225295011127.2根据转速选取原动机型号 Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。原动机型号： Y200L12，功率30KW，转速2950r/min，效率90%，重量232Kg。7.3 布置泵站按照加热站和泵站一起原则，管线起点布置一座泵站，距离起点110Km处布置一座。7.3.1第一座泵站一般情况每个泵站的站内损失约为1020m，设计中取20m。热油从第一座泵站输送到到110Km处所需的压力为： =+- =（1+0.012）+400.8-355 =1.012+54.2 =610.1m其中 第一座泵站的扬程，m 第二座泵站所在位置的高程，m 第一座泵站到第二座泵站的距离，m根据所选泵可以看出一台泵不能满足要求，需要再选择一台扬程至少为210m的泵，所以选取型号250YS1502，流量500m/h,扬程300m。7.3.2第二座泵站 第二座泵站进站压力： =400+300-20-610.1 =69.9m 热油从第二座泵站到末站所需的压力： =+- =（1+0.012）+465-400.8 =+64.2-69.9 =550.2m其中 第二座泵站的扬程，m 管线终点高程，m =110km，由此在250YS1502的基础上还需提供150.2m的压头，所以选取型号为250YS753的泵，流量500m/h，扬程225m。末站剩余压头： =400+225-20-550.2 =44.8m基本符合末站剩余40m压头的要求。7.4 离心泵压力校核第一座泵站压力校核： = = =5.96MPa8MPa第二座泵站压力校核： = = =5.89MPa8MPa其中 =896-（1.825-0.001315896）*（47.6-20） =864.9kg/m所以泵站压力符合管道压力要求。8 热油管道输送动静水压力校核8.1 动水压力校核 沿程动水压力公式： 其中 沿程动水压力，m 泵站输出的压头，m 泵站与最低点处的距离，m 低点处的高程，m 泵站的高程，m 水力坡降 = =4.994 分别计算 = 0.0，60.0，120.0， 150.0， 220.0处的动水压 =700m =350.36m =645.76m =425.94m =81.36m 最大动水压： 700m 最大动水压力： = =5.93MPa8.0MPa 最高动水压在管道强度的允许值范围内。8.2 静水压力校核 静水压力指油流停止后，由于地形高差产生的静液柱压力。 静水压力计算公式： 其中 静水压力， 沿程高程差，m 该设计中沿程最大高差： =470-355=115m 最大静水压力： = =0.97MPa8.0MPa 静水压力满足管道强度设计压力。 9 该热油管道的最小输量9.1计算公式 已知最高出站温度和最低进站温度，求最小输量: 其中管道最小输量，kg/s 总传热系数，w/(m)o 管道外径，m 加热站间距，m 原油比热容，o 管道周围的自然温度， 加热站的最低进站温度， 加热站的最高出站温度，9.2 最小输量计算 由上述设计得到的数据带入公式得 最小输量： = =134.64kg/s10 结论