某热油管道工艺设计要点

重庆科技学院重庆科技学院 管道输送工艺管道输送工艺 课程设计报告课程设计报告 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 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 重庆科技学院课程设计 摘要 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 重庆科技学院课程设计 目录 目录 摘要 I 1 设计目的及意义 1 2 设计规范 2 3 设计数据依据 3 3 1 原始数据 3 3 2 地形地温高程数据 3 4 管道规格选型 4 4 1 根据年输量确定管道内径 4 4 2 根据最高运行压力确定管道壁厚 4 4 3 选取管道规格 5 5 加热输送方式设计 7 5 1 加热参数设计 7 5 1 1 进站和出站温度确定 7 5 1 2 加热站间平均温度和原油比热容 密度 7 5 1 3 加热站数确定 8 5 2 加热炉选型和布置 9 6 泵站设计 10 6 1 热油管道内流态判定 10 6 2 管道水力计算 10 6 3 计算是否存在翻越点 12 6 4 泵站数和扬程确定 12 7 泵机组的选型和位置布置 13 7 1 根据泵的流量选取离心泵型号 13 7 2 根据转速选取原动机型号 13 7 3 布置泵站 13 7 3 1 第一座泵站 13 7 3 2 第二座泵站 14 7 4 离心泵压力校核 15 8 热油管道输送动静水压力校 16 8 1 动水压力校核 16 8 2 静水压力校核 17 9 该热油管道的最小输量 18 9 1 计算公式 18 9 2 最小输量计算 18 10 结论 19 参考文献 20 重庆科技学院课程设计 设计目的及意义 0 1 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 重庆科技学院课程设计 设计规范 0 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 重庆科技学院课程设计 设计数据依据 0 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 3 1 地温数据 月份123456789101112 地温 2345789119753 高程数据如下 表 3 2 沿线高程数据 里程 km 0 060 0120 0150 0220 0 高程 m 355405400470465 重庆科技学院课程设计 管道规格选型 0 4 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 36008400 10 6 47 7 G Q 36008400 9 874 10360 7 0 1361m s 取原油经济流速 v 1 6m s 输油管道内径 d v Q4 14 3 6 1 1361 0 4 0 329m 329mm 4 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 2 pD 其中 壁厚 m 输油管道的许用应力 MPa 设计压力 pMPa 外径 mD 取 8 K 0 72 1 0 295 2 pMPa s K s MPaDd 得 输油管道壁厚 重庆科技学院课程设计 管道规格选型 1 p pd 2 2 822950 172 0 2 329 0 8 0 m 6 438mm 4 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D 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 4 1 可以选 取输油管道规格为 377 7 表表 4 4 1 1 国标无缝钢管规格表国标无缝钢管规格表 直径直径厚度厚度管重管重 米米直径直径厚度厚度管重管重 米米 415 2910199 75 518 9912239 1159 622 64 820 14278 26 421 218179 92 526 399202 19 631 5210224 41 736 612268 7 219 841 63 920 14312 79 533 048199 65 639 519224 38 745 9210249 07 273 852 2812298 29 325539 46 1020 14347 31 重庆科技学院课程设计 管道规格选型 2 647 216396 14 重庆科技学院课程设计 加热输送方式设计 3 754 8918444 77 862 5410298 39 970 1312357 47 1077 6814416 36 654 89 1220 16475 05 763 8712416 66 872 814485 41 981 67 1420 16553 96 377 1090 512475 84 662 1414554 46 772 3316632 87 882 46 1620 18711 1 992 5512535 02 426 10102 5914623 5 670 1316711 79 781 6518799 87 893 12 1820 20887 76 9104 5314692 55 480 10115 916790 7 790 1118888 65 8102 7820986 4 9115 41 2020 221083 95 529 10127 99222016869 61 重庆科技学院课程设计 加热输送方式设计 4 5 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 Z T 0 T 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 65 R T 5 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 ZRPj TTT 3 2 3 1 47 6 原油比热容 c 1039 3 687 1 1 3 15 4 T d 其中 t 20 15 4 d 20 896 1 825 0 15 20 899 2kg m 0 899t m 47 6 T 得 c 6 471039 3 687 1 899 0 1 3 1 97kJ kg 热油在平均温度下的密度 重庆科技学院课程设计 加热输送方式设计 0 896 1 825 0 47 6 20 6 47 874 9kg m 5 1 3 加热站数确定 加热站间间距 0 0 ln TT TT DK Gc L Z R R 其中 加热站间距 m R L 原油质量流量 kg sG 管道外径 mD 出站温度 R T 进站温度 Z T 传热系数 W m K 原油比热容 J kg c 取 119kg s 377mm 65 39 2 GD R T Z T 0 T 1 32W m 1 97J kg 得K c 3 10 加热站间间距 0 0 ln TT TT DK Gc L Z R R 32 1 377 0 14 3 1097 1 119 3 239 265 ln 111 9km 加热站数 R LLn 220 111 9 1 96 取 n 2 重算 R L 220 2 110km R L 重庆科技学院课程设计 加热输送方式设计 0 5 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 GW2500 Y 8 0 Y 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 重庆科技学院课程设计 泵站设计 0 6 泵站设计 6 1 热油管道内流态判定 雷诺数 vd Re 3 100108 0 363 0 6 1 53778 临界雷诺数 7 8 1 2 9 57 Re d e 7 8 3 363 0 1006 0 2 9 57 其中 管壁的绝对粗糙度 m 无缝钢管取 0 06mme 3000 Re 1 Re 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 0246 6 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 ZRPj TTT 3 2 3 1 47 6 油品粘度 0 0 ttu t e 其中 50 时油品密度 896 1 825 0 50 20 50 876 6kg m 重庆科技学院课程设计 泵站设计 0 50 时油品粘度 50 50 6 876 10 5 10 3 0 012 s 3 10 t 47 6 50 0 039 则 0 tu 47 6 油品粘度 50 6 47 50 6 47 u e 4 2 039 03 10012 0 e 0 0108 s 3 10 热油管道沿程摩 R m m pj m R L d Q h 5 2 3 25 0 5 25 03 25 02 10220 363 0 100108 0 1361 0 0246 0 1098 6m 其中 m 0 25 0 0246 0 1361m s 0 0108 s Q pj 3 10 363mm 220Km d R L 热油管道局部摩阻 13 18m R hh012 0 热油管路运行所需总扬程 H R h h Z Z Q Z SZ h 1098 6 13 18 465 355 40 1261 78m 其中 管道终点高程 m Z Z 管道起点高程 m Q Z 末站剩余压头 m SZ h 重庆科技学院课程设计 泵站设计 0 6 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 f H f m m pj m L d Q 5 2 f h f Z Q Z 0 012 470 355 3 25 0 5 25 0 3 25 0 2 10150 363 0 100108 0 1361 0 0246 0 f h 749 04 115 8 98 873 02m 其中 翻越点的高程 m f Z 起点高程 m Q Z 局部摩阻 m f h 计算长度 m f L 判断与的大小 f HH f HH 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 89m H n H 2 78 1261 重庆科技学院课程设计 泵机组的选型和位置布置 0 7 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 250YS100 4 4504002950854 250YS150 2 5003002950662 250YS75 3 50022529501112 7 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 Y200L1 2 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 10 20m 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 H 1R h 1 h 2Z Z Q Z 重庆科技学院课程设计 泵机组的选型和位置布置 1 1 0 012 400 8 355 1 5 2 L d Q m m pj m 重庆科技学院课程设计 泵机组的选型和位置布置 0 1 012 54 2 3 25 0 5 25 0 3 25 0 2 10110 363 0 100108 0 1361 0 0246 0 610 1m 其中 第一座泵站的扬程 m1 H 第二座泵站所在位置的高程 m 2Z Z 第一座泵站到第二座泵站的距离 m 1 L 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 250YS150 2 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 进 H 69 9m 热油从第二座泵站到末站所需的压力 2 H 2R h 2 h Z Z 1Z Z 进 H 1 0 012 465 400 8 2 5 2 L d Q m m pj m 64 2 69 9 3 25 0 5 25 0 3 25 02 10110 363 0 100108 0 1361 0 0246 0 012 1 550 2m 其中 第二座泵站的扬程 m 2 H 管线终点高程 m Z Z 110km 2 L 由此在 250YS150 2 的基础上还需提供 150 2m 的压头 所以选取型号为 250YS75 3 的泵 流量 500m h 扬程 225m 末站剩余压头 400 225 20 550 2 sh H 44 8m 基本符合末站剩余 40m 压头的要求 重庆科技学院课程设计 泵机组的选型和位置布置 0 7 4 离心泵压力校核 第一座泵站压力校核 1 P 21 6 47泵泵 HHg 7008 9 9 864 5 96MPa 8MPa 第二座泵站压力校核 2 P 31 6 47进泵泵 HHHg 9 6948 9 9 864 5 89MPa 8MPa 其中 896 1 825 0 47 6 20 6 47 864 9kg m 所以泵站压力符合管道压力要求 重庆科技学院课程设计 热油管道输送动静水压力校核 0 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 Qii ZZixHH 其中 沿程动水压力 m i H 泵站输出的压头 mH 泵站与最低点处的距离 mx 低点处的高程 m i Z 泵站的高程 m Q Z 水力坡降i i m m pj m d Q 5 2 25 0 5 25 0 3 25 0 2 363 0 100108 0 1361 0 0246 0 4 994 3 10 mH700 泵站 mH 9 694 泵站 分别计算 0 0 60 0 120 0 150 0 220 0 处的动水压 700m 0 0Qi ZZixHH 泵站 350 36m 355405 1060 3 0 60 iHH 泵站 645 76m 8 400400 1010 3 0 120 iHH 泵站 425 94m 8 400470 1040 3 0 150 iHH 泵站 81 36m 8 400465 10110 3 0 220 iHH 泵站 最大动水压 700m max H 最大动水压力 max 6 52max gHP 7008 9 9 864 重庆科技学院课程设计 热油管道输送动静水压力校核 1 5 93MPa 8 0MPa 重庆科技学院课程设计 热油管道输送动静水压力校核 0 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 ZggHP 其中 静水压力 PPa 沿程高程差 mZ 该设计中沿程最大高差 470 355 115m max Z 最大静水压力 max ZgP 1158 9 9 864 0 97MPa 8 0MPa 静水压力满足管道强度设计压力 重庆科技学院课程设计 热油管道的最小输量 0 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 maxR T minZ T min G 0min 0max min ln TT TT C DLK G Z R 其中 管道最小输量 kg s min G 总传热系数 w m K 管道外径 mD 加热站间距 m L 原油比热容 c CkgJ 管道周围的自然温度 0 T 加热站的最低进站温度 minZ T 加热站的最