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学号：10409322常州大学毕业设计（论文）文献综述（2014届）题目湛江-大鹏湾成品油管道工艺设计(首站)学生王鑫学院石油工程学院专业班级储运103校内指导教师赵会军专业技术职务教授校外指导老师专业技术职务二一四年三月常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第1页共10页题目：湛江-大鹏湾成品油管道工艺设计（首站）一、前言1课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1课题意义与国内外研究现状成品油运输方式主要有陆路运输和水路运输两大类，从现行运费的构成和价格看，由于油轮的载重规模较大，使得水路运输的综合费用低于陆路运输，在有条件的情况下，通常优先采用水路运输。陆路运输方式包括管道、铁路、公路等，由于公路运输所使用的汽车罐车规模小，综合费用较高，通常仅作为终端配送的运输方式，而不作为大宗油品的运输手段；管道和铁路运输是成品油陆上运输的两种主要方式，与铁路运输相比，管道运输主要具有受气候及外界影响小、安全性好、环境污染小、损耗低、易于实现全程自动化控制和运行管理等特点与优势。据有关资料统计，2008年美国成品油管道运输占运输总量的47，日本则占20，而中国仅占6。我国成品油管道建设起步较晚，从1973年开始对成品油管道进行工业性试验，1976年建成了我国第一条小口径的格尔木一拉萨长输成品油管道。此后十多年，则基本上处于停滞状态。从20世纪90年代初开始，我国成品油管道建设有了较大突破。据不完全统计，截至目前，全国已建和在建的主要成品油管道约为1410km，其中，中国石油约为6658km，主要包括西部成品油管道、兰一成一渝成品油管道、兰一郑一长成品油管道等；中国石化约为6014km，主要包括西南成品油管道、珠三角成品油管道、鲁皖成品油管道等；中国海洋石油约为207km，主要包括立沙成品油管道、黄骅港一中捷石化成品油管道等；部队为1080km，即格一拉成品油管道；延长集团为201km，即延长炼油厂一西安成品油管道.近几年来，我国的成品油管道获得了长足发展，但仍然存在着诸多问题：一是，成品油管道从干线管道向周边次级市场地区的扩散覆盖程度低，支线管道偏少，管道运输对市场的覆盖率较低。因此，应加快成品油支线管道建设，提高市场覆盖率。二是，由于SCADA软件的应用受到国外专利技术的限制，我国管道运输技术与自动化控制水平和国外先进水平相比，仍存在一定差距。成品油管道顺序输送技术处于起步阶段，成品油管道顺序输送特点和优势尚未充分发挥出来。建议今后应当紧密跟随国外先进技术，对SCADA软件技术的应用进一步消化吸收，逐步掌握控制方案和规律，实现灵活地多批次、多品种运输。三是，部分成品油管道的输量较低，如中国石油西部成品油管道等，影响了管道的生产效益。建议把成品油管道与上游炼油厂和下游用户充分相结合，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。1.2国内外发展趋势世界成品油管道正在向着大口径、大流量、多批次、网络化方向发展，高新技术逐渐应用于成品油管道1。如人工合成超强型管材、混油界面跟踪监控、遥感和远程控制系统、智能型清管器、多通道超声波计量以及各种实时应用软件(包括水击控制软件、在线仿真软件、清管器跟踪软件、预测软件、系统优化运行管理软件。等)的开发和应用，以合理安排各批次油品交接时间，在极短的时间内系统自动生成调度计划，对管内油品的流动过程进行动态图表分析，远程自动控制泵和阀门的启停，实现水击的超前保护。进一步提高管道现代化水平，将大大提高成品油管道运输效率、运输质量、安全可靠性和经济性。我国成品油管道的建设正值发展时机。我国经济持续快速增长，成品油消费量不断增加随着成品油需求量的不断增长和炼油厂规模的扩大，全国成品油的运常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第2页共10页量和常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第3页共10页运输距离都将相应增长，为成品油管道的建设提供了大量的油源和经济运量。这些都为发展成品油管道提供了契机。我国成品油管道输送与国外的差距主要在于：缺乏成品油管道的建设的总体规划；顺序输送工艺等的基础研究不够；油品检测手段、隔离手段、混油切割、计算、混油处理技术比较落后；过程控制、界面跟踪等监控与管理跟不上。我国成品油管道的建设要形成规模化，必须提高成品油管道的技术水平和管理水平2。2.课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1课题的研究目标、内容在一条成品油顺序输送管线中，顺序输送的循环次数越少，每一种油品的一次输送量越大。在管道内形成的混油段和混油的损失也随之减少，但另一方面，油品的生产和消费通常是均衡进行的。各种油品每天都在生产和消费，顺序输送管道对每一种油品来讲是间歇输送。循环次数越少，就需要在管道的起、终点以及沿线的分油点和进油点建造较大容量的储罐区来平衡生产、消费和输送之间的不平衡。油罐区的建造和经营费用就要增加。因而，最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。成品油顺序输送管道设计应首先根据输量确定管道的管径以及首末站、分输站、中间泵站等基本工艺条件，同时考虑管道应能适应不同季节成品油需求量的变化，在确定了这些基本条件后，顺序输送和罐容的优化只与管道输送次序、混油处理方式和油罐设置等有关。优化批次、罐容时应根据不同批次分别计算首站罐容、分输油库和末站罐容，并根据输送顺序计算混油量以及混油处理的各项费用，最终确定管道的最优批次和罐容配置。2.2课题拟解决的关键问题成品油管道系统的设计是确保工程安全的第一步，也是十分重要的一步，设计质量的好坏对工程质量有直接的影响，因此必须对设计的各个阶段进行严格的要求：(1)准确计算系统的各项工艺参数：在进行水力工艺计算以确定摩阻损失和温降损失时，需严格按照相应标准规范的要求选用相应的公式，并谨慎选取计算中涉及到的系数，如管壁的绝对当量粗糙度e等；(2)准确计算管道强度：管道强度设计计算时，将根据管道所经地区的分级或管道穿跨越公路等级、河流大小等情况，确定强度设计系数，搜集所需型号钢管的完整数据，如尺寸系列、壁厚、屈服极限、强度极限等，准确计算管道强度并进行刚度、强度和稳定性校；(3)合理选择管材和动力设备：应综合考虑任务输量的要求、国内现阶段钢管制造水平、基础建设投资等因素，并参照国内外同类型管道的设计经验选取合适的钢管，并通过泵站、加热站的优化设计选取所需泵的型号和数量（应把备用机组考虑在内）；(4)经济合理的布置泵站：依据水力计算得到的数据并结合管道沿线的纵断面图等基础资料初步确定泵站的位置，最终根据进站剩余压头和进站温度进行相应的调整，并尽可能合并设置以节省投资和方便管理；(5)合理布置工艺流程：成品油管道安全运行与系统总流程、各站场工艺流程及系统设备布置有着非常密切的关系，工艺流程设置合理、设备布置恰当并且能够满足输送条件的要求时，系统就能平稳运行，安全可靠性就高。否则，将给系统安全运行造成十分严重的隐患，甚至使系统无法运行。常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第4页共10页二、设计方案的确定1.方案的原理、特点与选择依据对于成品油管道，一般不设置加热装置，因此不需要进行热力计算。湛江大鹏湾管道位于南方，冬季温度不太低，因此采用管道埋深处全年最冷月平均温度输送高粘度油品进行设计。对于本设计即按管道埋深处冬季温度输送柴油设计。根据计算温度，进行水力计算，经济性计算。选择优化算法，找出最经济合理的管道参数（管径、壁厚、泵站数）。然后用夏季温度输送汽油进行校核和调整。根据所求得的最经济的管道参数，对顺序管道进行工艺计算、最优循环次数、一年中每种油品的输送天数，首末站所需建的油罐容积、混油切割方案以及混油亏损等。1.2计算依据及参考(1)任务输量：设计输量为430万吨/年(汽油265万吨/年,柴油165万吨/年)(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688km(5)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5.908.5018.00.84(6)地形高程/m25171210914178013里程/km01072253594054405366806902.设计步骤2.1基本参数计算（1）按计算温度求粘度、密度等油品物性参数。（2）按年输油时间350天（8400小时），求计算流量。（3）查相关资料，得知成品油流速一般在12.7m/s3，由此初定油品经济流速v。（4）选择管材。2.2水力计算（1）由公式计算经济管径。根据管径的初算值，由管道标准选择4Qdv3或4种管径，然后参考输油管道工艺设计规范（GB502532002）不同直径管道的工作压力及经济输量范围初选各管径下的输送压力。（2）根据任务输量和初选的工作压力选择工作泵的型号，然后计算泵台数以及确定组合方式4,5。为了便于计算，泵的特性曲线方程可近似表示为tQt2-m=xt所以并确定本设计的管径、压力组合的比较方案。(3)计算雷诺数并判断流态当Re3000时，流体进入紊流状态，可以根据边界层流态情况分为三个区3域：3000Re2=时，为粗糙区，=6657651(0.742)2（4）根据列宾宗公式计算总沿程摩阻：hf=L25式中：，m是由流态确定的系数，水力光滑区m=0.25，=0.0246Q设计输量m3/s，运动粘度，m2/s，d管道直径，m，L计算长度，m(5）泵站数的计算根据上面所选的泵组合方式和泵的特性曲线进行换算并确定流量和扬程的关系，根据任务输量可以得到每个泵站所能提供的扬程为Hc，管路全线消耗的压能为：H=iL+Z+Hsz全线N个泵站提供的总扬程与消耗的总能量平衡，则有：N（Hchm）=H=iL+Z+Hsz，泵站数N=,Hc式中：Hc任务输量下泵站的扬程，m液柱hm站内损失，m液柱H任务输量下管道所需总压头，m液柱Hsz末站剩余压力，m液柱。显然计算出的N不一定是整数，只能取与之相近的整数作为泵站数。（6）泵站的布置与调整按选定的比例作管道纵断面图；1从纵断面图起点即首站向上作垂线，按照纵坐标的比例在垂线上截取长2度等于泵站的出站压头的段落（除去站内摩阻损失值）；从垂线的顶端作水力坡降线，水力坡降线与纵断面线的交点处表示油流3到达该点时压能已全部消耗完了，要继续向前输送就必须在该点或前面设下一个泵站；以密闭输送方式运行的输油管道，尤其是泵站配备串联大排量的离心泵4时，为了使中间站不再用辅助增压泵和避免输油泵发生气蚀，要求泵进口有一定的剩余压力，故中间站一般布置动水压头为3080m液柱范围内的地段内。（7）根据技术经济指标计算各方案的基建投资及输油成本。主要包括基本建设投资指标和经营成本指标两大类。基本建设指标包括管线消耗钢材量、路线建设部分、泵站部分。输油成本主要包括维修、动力、折旧等费用。综合比较各方案的经济运行指标，选出最佳方案。2.3管道强度校核钢管的计算壁厚：=2式中pc计算压力，焊缝系数设计厚度：d=+C2,式中，C2腐蚀余量名义厚度：n=d+C1+,式中，C1厚度偏差，制造偏差有效厚度：c=nC1C2工作应力：=(+)2最大允许工作压力：=2+2.4其它工艺计算2.4.1混油量计算（1）混油雷诺数根据汽油和柴油在冬季时的运动粘度求混油的计算运动粘度，进而求出混油的雷诺数。（由设计题目按常温计算）计算汽油和柴油的粘度：1dQ4Re即汽油的雷诺数为，柴油的雷诺数为汽油e柴油Re混油运动粘度经验公式：289.01lg289.01lg289.01lg666BA解得汽油与柴油的混油雷诺数：Re临界雷诺数35.0721Redj式中：e自然对数的底，e=2.718d管段内径，m(2)混油长度(ReRej)1.05.07.1LC(Re3000时，流体进入紊流状态，可以根据边界层流态情况分为三个区3域：3000Re2=时，为粗糙区，65lg1.742lg（4）根据列宾宗公式计算总的沿程摩阻：25mfQvhLd式中：，m是由流态确定的系数，水力光滑区m=0.25，=0.0246Q设计输量m3/s，运动粘度，m2/s，d管道直径，m，L计算长度，m常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第6页共10页(5）泵站数的计算根据任务输量可以得到每个泵站所能提供的扬程为Hc，管路全线消耗的压能为：H=iL+Z+Hsz全线N个泵站提供的总扬程与消耗的总能量平衡，则有：N（Hchm）=H=iL+Z+Hsz，泵站数N=cmHh式中：Hc任务输量下泵站的扬程，m液柱hm站内损失，m液柱H任务输量下管道所需总压头，m液柱Hsz末站剩余压力，m液柱。显然计算出的N不一定是整数，只能取与之相近的整数作为泵站数。（6）泵站的布置与调整按选定的比例作管道纵断面图；1从纵断面图起点即首站向上作垂线，按照纵坐标的比例在垂线上截取长2度等于泵站的出站压头的段落（除去站内摩阻损失值）；从垂线的顶端作水力坡降线，水力坡降线与纵断面线的交点处表示油流3到达该点时压能已全部消耗完了，要继续向前输送就必须在该点或前面设下一个泵站；以密闭输送方式运行的输油管道，尤其是泵站配备串联大排量的离心泵4时，为了使中间站不再用辅助增压泵和避免输油泵发生气蚀，要求泵进口有一定的剩余压力，故中间站一般布置动水压头为3080m液柱范围内的地段内。（7）根据技术经济指标计算各方案的基建投资及输油成本。主要包括基本建设投资指标和经营成本指标两大类。基本建设指标包括管线消耗钢材量、路线建设部分、泵站部分。输油成本主要包括维修、动力、折旧等费用。综合比较各方案的经济运行指标，选出最佳方案。2.3管道强度校核钢管的计算壁厚：cit=2pD式中pc计算压力，焊缝系数设计厚度：d=+C2,式中，C2腐蚀余量名义厚度：n=d+C1+,式中，C1厚度偏差，制造偏差有效厚度：c=nC1C2工作应力：tcictpD最大允许工作压力：6,72tcwiP常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第7页共10页2.4其它工艺计算2.4.1混油量计算（1）混油雷诺数根据汽油和柴油在冬季时的运动粘度求混油的计算运动粘度，进而求出混油的雷诺数。（由设计题目按冬季计算）计算汽油和柴油的粘度：1dQ4Re即汽油的雷诺数为，柴油的雷诺数为汽油e柴油Re混油运动粘度经验公式4：289.01lg289.01lg289.01lg666BA解得汽油与柴油的混油雷诺数：Re临界雷诺数35.0721Redj式中：e自然对数的底，e=2.718d管段内径，m(2)混油长度(ReRej)1.05.0Re7.1LC(ReRej)5.092.83dd式中：C混油长度，m；Re雷诺数；其余符号意义同前。(3)混油量计算公式为：420CdV式中：-混流量，3m顺序输送柴汽油时产生的混油体积013.V2.4.2最佳循环次数计算(1)确定与循环周期有关的B值顺序输送管道最优循环次数的确定应从建造、运营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。由于本计算方案本身存在一定不足，误差是不可避免的。由于本条输油管线暂不涉及中间注入站和分输站，即不考虑中间注油量和分输量，此时B值公式为：iiKiiHDqq常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第8页共10页()()iHiKiBqDq式中：炼油厂向首站输送第种油品的单位时间供油量ii末站向用户供应第种油品的单位时间供油量iK每年输送第种油品的时间iiD输油管每年的工作时间(2)每次循环的油品贬值损失A=ab式中：a每种油品降档价格，元/吨b混油量，吨(3)确定最优循环次数0.5h()ZOPSBJEGNAV式中：单位有效容积储罐的建设费用ZJ拱顶罐:=110元/浮顶罐：=100元/1Z3m2ZJ3m石油工业规定的投资年回收系数E=0.112G单位有效容积储罐的经营费用=2%=2.2=2%=2.011ZJ2G2ZJA每次循环混油的贬值损失在循环周期内终点接受的混油体积hV在循环周期内能销售或纯净油品调和的混油量（本设计取0）s=h12.30.5h()ZOPSBJEGNAV=0.52112h)0.5(ZZJJV汽柴（常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第9页共10页2.4.3罐区计算（1）储罐容量设计；首站储油罐总容量应按照下式计算kGV350式中：末站成品油储罐总容量，；3m末站成品油年总运转量，；t储存温度下成品油密度，320/84kg74020汽油3/mkg成品油油储备天数；油罐装量系数，宜取；9.通过管道发运油品给用户时，油品储备天数宜为3-5天9,本次设计取4天。（2）罐区设计根据HG21502.11992钢制立式圆筒形內浮顶储罐系列、HG21502.21992钢制立式圆筒形固定顶储罐系列查表布置罐区10,11：汽油罐区和柴油罐区布置罐间距：（1)罐至防火堤内坡脚线的安全距离L:L=0.5H（2)罐之间的安全间距L1:L2=0.4D（3)计算汽油罐区长和宽（4)防火堤、隔堤高度计算防火堤汽油罐区的有效防火面积为n-油罐数241-nDabS）（内浮顶罐计算容积:Vmax则防火堤计算高度为:SVhmax所以防火堤高度:h=+0.2隔堤由于汽油罐区内有n个内浮顶罐，按照规范应设隔堤，隔堤堤高为：2.0hg隔堤设置方式为：纵向每两个罐设置N个隔堤.此罐区内设置的隔堤数量为N个12。2.5消防工艺设计（1）根据油库的总体布置、油罐容量及油品性质等因素合理选择灭火系统，制常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第10页共10页定消防系统流程。本设计选择空气泡沫消防系统。（2）确定空气泡沫灭火系统的基本参数，计算泡沫供给强度、泡沫计算耗量、泡沫产生器数量、泡沫液储备量以及消防用水总耗量。（3）消防设备的选择和布置：主要是泡沫系统和清水系统的选择、布置以及相关参数的计算。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值（1）阶段性设计计划周次工作内容检查方式12资料收集，文献阅读，翻译完成翻译3资料收集，文献阅读完成文献综述4-6完成管径选择、布站等计算检查相关计算结果，并按要求修改78完成管线的校核及相关工艺计算检查计算书和相关资料，并按要求修改910计算修改，毕业调研检查计算资料和毕业实习报告11-12绘制工艺流程图和平面布置图检查工艺流程图和平面布置图，并按要求修改13-14绘制泵房安装图和消防工艺图，撰写说明书检查泵房安装图和消防工艺图，并按要求修改15-16毕业答辩检查毕业设计计算书、图纸等全部资料，按要求修改（2）设计目标与应用价值通过本次毕业设计，综合应用油气管道设计与管理专业课专业基础课的理论，结合工程实际，培养分析问题和解决一般工程实际问题的能力，使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展，学习管道工艺设计的一般方法，掌握输油管道的设计原理和过程。四、主要参考文献1宋艾玲世界油气管道现状与发展趋势J油气储运，2006，25(10)：162李祥勇我国成品油管道建设及发展趋势J石油库与加油站，2008，17(2)：常州大学本科生毕业设计（论文）文献综述第11页共10页710.3杨筱蘅.输油管道设计与管理M.东营:中国石油出版社,20064姬忠礼,邓志安，赵会军.泵和压缩机M.北京:石油工业出版社，20085范德明.工业泵推荐产品样本M.北京:化学工业出版社，20046宝鸡石油钢管厂.GB/T9711.1-1997石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分：A级钢管S.北京：中国标准出
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