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学号：10409322常州大学毕业设计（论文）（2014届）题目某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六月某成品油管道工艺设计(首站)摘要：在一条管道内,按照一定的批量和次序,连续不断地输送不同种类油品的方法称为顺序输送。管道输送是成品油运输最经济的运输方式。本文完成了对某成品油管道及首站的设计。某全长688km。设计年输量为430万吨/年。本工程采用密闭输送工艺，分别输送汽油和柴油。管道沿线不需要加热。根据经济流速和管线钢管规范，选螺旋焊缝钢管X60，确定3种管径方案。进行摩阻计算，选泵及确定泵站数。泵站出站压力根据钢管的最大承压结合其它已建管线的设计压力确定为8MPa。通过计算工程费用，确定最优管径和泵站数方案。全线共布置4个泵站，每座泵站选两台泵串联工作（一台泵备）。首站布置14个油罐（有8个2万方汽油罐和4个2万方柴油罐和2个3千方的柴油罐）。经管道校核，该方案能够达到输送要求。本设计完成了全线纵断面图、首站工艺流程图、泵房安装图、首站总平面布置图和消防系统流程图等图纸的绘制工作。关键词：成品油管道；首站；中间泵站；顺序输送；混油量；IZhanjiang-DapengBayPipelineandInitialStationProcessDesignAbstract：Withinapipeline,Batchtransportationisthemethodofdeliveryingdifferenttypesofoil,Accordingtoacertainbatchandorder.Pipelinetransportationofrefinedoiltransportationisthemosteconomical.ThispapercompletedtheProductsPipelinefromZhanjiangtoDapengwanandthedesignofinitialstation.Thelengthofthepipelineis688kilometers.Thedesignedannualoutputcapacityof4.3milliontons/year.Consideringthetransportofrefinedoilproducts,theclosedorderdeliverypipelinetechnologyisadopted.Alongthepipelinedoesnotrequireheating.Accordingtotheeconomicflowrateandlinepipespecifications,chooseaspiralweldpipeX60andthreekindsofcaliberprogram.Accordingtothemaximumpressuresteelpipeandthedesignpressureofotherpipelinewhichhasbeenbuilt,designpressureis8MPa.Bycalculatingthecostoftheproject,theoptimaldiameterandthenumberofpumpingstationwasidentified.Acrosstheboarditwasarrangedfourpumpingstations,pumpingstationsisselectedtwopumpsinseries(onepumpequipment).Theinitialstationisarranged14tanks(6petroltanksand6dieseltanksandtwo3,000squaredieseltanks).Afterchecking,theprogramisabletomeetthetransportrequirements.Thedesigncompletethedrawingofthehydraulicgradientmap,thefirststopofafloorplan,processflowdiagrams,pumpingstations,installationdrawingandfireprotectionsystemsflowchartdrawing.Keywords:Productspipeline；Initialstation；Intermediatepumpingstation；Batchtransportation；Oilmixturesum；II目录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1引言.11.2设计方案的可行性研究和选择.11.3设计的主要依据.11.3.1设计的主要依据.11.4主要设备选择.21.4.1输油泵串、并联形式的选择.21.4.2对电动机的要求.21.4.3输油阀选用的原则.22水力计算部分.32.1毕业设计计算依据及参考.32.2基本参数计算.32.2.1粘度确定.32.2.2密度计算.52.3管径选取与摩阻计算.52.3.1粗选管径.52.3.2摩阻计算.62.4选泵及确定泵站数.82.4.1确定出站压力.82.4.2确定泵型号.82.4.3确定泵站数.112.5工程费用计算.122.5.1管材费用.122.5.2泵站费.132.5.3电力费.132.5.4人工费用.142.5.5总费用.142.6泵站布置与调整.142.6.1水力坡降.142.6.2泵站布置.152.6.3泵站调整.152.6.4泵站布置的结果.16III2.7泵站布置校核.162.7.1运动粘度计算.172.7.2确定工作点.172.7.3水力坡降.182.7.4进站压头校核.182.7.5动、静水压力校核.203顺序输送工艺计算.223.1一年中每种油品输送天数的计算.223.2循环次数.223.3首站和末站所需油罐总容积.233.4混油量计算.233.4.1临界雷诺数.233.4.2混油雷诺数.233.4.3混油长度.243.4.4混油量.253.5混油段处理方案的选择.253.5.1首站混油处理方案.263.5.2中间站污油处理方案.263.5.3末站混油处理方案.263.6最佳循环次数计算.263.6.1确定最佳循环周期.263.6.2确定两种油品与循环周期有关的B值.273.6.3每次循环的油品贬值损失.273.8.4确定最优循环次数.274罐容选择计算.294.1储罐选择原则.294.2首站罐容计算.294.3油罐区计算设计.304.3.1汽油罐区布置.304.3.2柴油罐区布置.315管道强度校核.335.1确定许用应力.335.2壁厚校核.335.3强度校核.335.4刚度校核.346首站消防设计.356.1概述.356.2泡沫消防系统设计.35IV6.2.1泡沫供给强度.356.2.2泡沫计算耗量.356.2.3泡沫产生器的数量.366.3消防用水总耗量的确定.386.3.1冷却水供给强度.386.3.2冷却水供给时间.386.3.3消防用水耗量.396.4消防设备的选择和布置.396.4.1泡沫系统.396.5清水系统设计.426.6消火栓的数量与布置.44参考文献.45致谢.46常州大学本科生毕业设计（论文）第0页/共46页1绪论1.1引言目前，世界上成品油管道的总长度已经有30万公里。我国建设成的成品油管道长度约14万km，与美国等发达国家相比，我国成品油管道运输量在运输总量中所占的比例较低。近几年来，我国的成品油管道虽获得了长足发展，但仍有诸多问题：一是，成品油管道从干线管道向周边市场的扩散程度低，干线管道的分输点较少，管道运输对市场的占有率较低。因此，应加快成品油支线管道建设步伐，提高市场覆盖率。二是，由于国外对SCADA软件的应用领域的限制，我国管道输送技术与仪表自动化控制水平与国外先进水平相比，仍存在一定差距。成品油管道顺序输送技术目前处于初级阶段，这一理论尚未成熟，因此成品油管道顺序输送特点和优势还没有充分发挥出来。建议今后应当与时俱学习进国外先进技术，对SCADA软件技术的应用进一步深化，充分发挥其作用，逐步掌握控制方案和规律，实现灵活地多批次、多品种运输1。三是，一些成品油管道的输量较低，如兰成渝成品油管道等，影响了管道的生产效率。建议把成品油管道与上游炼油厂和下游用户充分联系起来，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。1.2设计方案的可行性研究和选择输油管道工程项目可行性研究一般应包括以下主要内容：（1）总论、工程概况、依据与原则。（2）阐述该输油管道建设的可行性和必要性。（3）站场、油品去向的近、远期规划。（4）线路状况，包括走向、线路长度、大型穿（跨）越方案、沿线气候、地形、水文及工程地质概况等2。（5）工艺方案，包括输送工艺，输量，管径大小，管材规格，管道防腐措施，设定输送温度，设计输送压力，计算输油站数，站址及规模，选择主要设备类型等。（6）环境保护与节能。（7）自动控制、通信、供水、供电、供热、机修等设备的论述，管理机构及人员编制及说明。（8）经济分析（财务分析、国民经济评价、结论与建议）。最后确定推荐方案本设计中管材使用年限暂取20年，采用年当量费用最低的设计方案，但并不一定最合适的，还要考虑以后的发展形势，以及其它的设备、材料等的供应情况和其它条件综合的评定。常州大学本科生毕业设计（论文）第1页/共46页1.3设计的主要依据1.3.1设计的主要依据表1.1参考规范参考设计规范相关出版社及标准代号输油管道工程设计规范GB502532003石油库设计规范GBJ74输油管道设计与管理中国石油大学出版社石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管GB/T9711.2-1999油罐区防火堤设计规范SY/T0075-2002原油和天然气工程设计防火规范GB50183-20041.4主要设备选择1.4.1输油泵串、并联形式的选择在泵站的设计过程中涉及选泵问题和泵组的连接方式，考虑到某地形平坦，泵所提供的能量主要用于克服管道沿程摩阻，并且当多台泵串联运行时，整个泵组具有运行效率高，排量大，高效区覆盖范围较宽等特点，因此输油泵站一般采用泵与泵串联的连接方式。而且在输送过程中可根据实际运行情况，通过调节泵的转速灵活的控制泵组运行。这有利于实现节能和提高管线的自动化水平。根据本工程输油管段所处的地形，以及各个泵站提供的能量需满足要求等因素，故输油泵组选择串联方式。1.4.2对电动机的要求由于是输送成品油，所以要求具备防爆功能，运行可靠，润滑系统为自润滑。1.4.3输油阀选用的原则阀门类型的选择一般应根据输送介质的性质，操作条件及其对阀门的要求等因素确定。（1）安装在通清管器得管道上的阀门应选择直通型阀门，通常是直通型球阀或平板闸阀；没有清管器通过的阀门可用缩径型。（2）输油主泵进、出口处应选用球阀。（3）给油泵进、出口阀门选用平板闸阀。（4）阀门应密封可靠、使用寿命长、启闭灵活等特性。在关键部位使用的阀门，还应具有耐火性能，一般采用国外产品。常州大学本科生毕业设计（论文）第2页/共46页（5）若阀门的连接方式为焊接，阀体材料的焊接性能应与所连接的管道的焊接性能相同。（6）输油管道用的阀门不得使用铸铁材料。（7）安装用于切换油品的阀门应为快速开启，快速关闭的，其开启、关闭的时间不宜超过10s。2水力计算部分2.1毕业设计计算依据及参考1.任务输量：湛江大鹏湾段设计入口输量为430104t/a，输送品种主要为89#、92#、95#汽油和0#、10#柴油，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：湛江大鹏湾段全长688千米5.油品物性参数：表2.1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5.98.5018.00.846地形表2.2地形高程/m25171210914178013里程/km01072253594054405366806882.2基本参数计算2.2.1粘度确定根据任务书中给出的汽油在不同温度下的粘度，可回归汽油的粘温曲线如下图：常州大学本科生毕业设计（论文）第3页/共46页图1汽油粘温曲线图根据汽油粘温曲线可还原公式：y=0.000075x2-0.0085x+0.75当取管道冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y=0.000075142-0.008514+0.75=0.6514时汽油粘度值为0.65厘沱。图2柴油粘温曲线图常州大学本科生毕业设计（论文）第4页/共46页同理，可求得柴油的粘温曲线方程为：y=0.0086x2-0.3025x+8.5当取冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y=0.0086142-0.302514+8.5=5.9514时柴油粘度值为5.95厘沱。2.2.2密度计算已知20时油品的密度，按下式换算成计算温度下的密度4(21)20=()tt式中、-t及20时油品密度；t20-温度系数，201.85.31=0.74t/m3=740kg/m3汽20.84/tmkg柴柴油在14.0时的密度为：201.5.1.85.01840.72柴14=20（t20）=840+60.72=844.3kg/m3柴油在25时的密度为:320()845.7286.4/tkgm柴5同理：汽油在14.0时的密度为：=1.8250.00131520=1.8250.0013157400.853207406.8574.1/tkgm汽14（）-汽油在25时的密度为：3205./t汽-（）2.3管径选取与摩阻计算2.3.1粗选管径采用柴油在冬季时的有关性质进行设计。（1）计算体积流量Q7343010.168/8.52ms取经济流速为v=2.0m/s，则.7314dv根据石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管，初选三种管径为:d1=323.9mm常州大学本科生毕业设计（论文）第5页/共46页d2=355.6mmd3=406.4mm由于本管线为长输管线，沿途大部分为平原地区，地形平坦，且设计压力高，应选择承压较好的钢种，故选用螺旋焊缝钢管X60。表2-1钢管型号管型内径（mm）壁厚（mm）管重（kg/m）螺旋无缝钢管X60最大承压值(MPa)32.971309.77.155.4711.8556341.47.161.0210.7540.390.67.977.6310.45注：最大承压值（MPa）=（抗拉强度管壁厚）/管内径X60钢抗拉强度为517MPa2.3.2摩阻计算根据输油管道工程设计规范GB50253-2003计算水力摩阻系数：首先计算雷诺数Re，判断流态：(22)4ReQd式中：输油平均温度下的体积流量();Qsm/3输油平均温度下的运动粘度();d输油管道的内径（m）。(1)当d取309.7mm，时:32.971240.168/us64.Re39.3.97510Qdv由输油管道工程设计规范GB50253-2003中雷诺数的划分范围知：根据范围Re分为层流区，紊流水力光滑区和紊流混合摩擦区。表2-2我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表流态划分范围f(Re,)层流ReRe2=657lg1.742lg(23)7/81)2(.9Red式中：由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数；1Ree管内壁绝对（当量）粗糙度；直缝钢管e取0.0054mm；无缝钢管e取0.06mm；螺旋缝钢管DN250DN350:e取0.125mm；DN400以上：e取0.10mm。1887759.Re20456.21()()3de30此时流态属于紊流水力光滑区。=0.3164Re-0.25=0.3164116139.9-0.25=0.01714解得=0.0171422680.30.174960.8.9jlvhmdgHf=hj+hj1%=9660.81.01=9757.4m但是应用上面公式进行成品油顺序输送管道的沿程摩阻损失计算时，输送汽油、煤油时的流态常处于混合摩擦区，而输送柴油时又处于水力光滑区，因此，在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式：(24)0.25680.1Red.250.2568.0.119e3971d220.9.8jlvhmg%1fjjH(2)当d取342.3mm，时:356.72240.8/4Qus61Re1053.9v同理:成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式常州大学本科生毕业设计（论文）第7页/共46页0.250.2568.125680.1196Re34d解得=0.019622.970.98jlvhmg1%6731.4fjjH(3)当d取390.6mm，时:.224./09Qus618Re9085.33.5.v同理：成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式0.250.2568.125680.1198Re3903d解得=0.019822.4.97.0.68jlvhmg1%3487135.fjjH2.4选泵及确定泵站数2.4.1确定出站压力本工程为成品油管道设计，不需确定进、出站温度，应首先确定泵站的设计压力。泵站(以及管道)的出站压力根据管道的任务输量和任务输量下对应的管径、壁厚、输油站数量、管材强度、阀门及管件的耐压等级等因素并参考已建成管道的设计压力综合确定，本管线设计压力定为8MPa，同时粗选的三条管线中最低强度的一条管线的最大承压为10.45MPa,所以出站压力符合管道承压范围。湛江大鹏湾段管线设计压力：8MPa2.4.2确定泵型号对于离心泵，可以由实验测的几组扬程、流量数据，利用最小二乘法回归得到泵的特性方程H=f（Q），可近似表示为：(26)2mHabQ式中H-离心泵扬程，m；Q-离心泵排量，m3/h；a，b-常数；m-流态指数，取值见下表。常州大学本科生毕业设计（论文）第8页/共46页表2-3不同流态区的m值紊流流态层流水力光滑区混合摩擦区粗糙区m10.250.1230因为本设计采用冬季低温输送柴油进行设计的，所以此时流态属于水力光滑区，m=0.25。设计压力为8MPa，则相当于的柴油柱高度为：H68109724.PHmg又Q=0.168m3/s=604.8m3/h初选以下两种泵：(1)DYI850-1254型泵，配功率为1800kw的YB710M2-2型电动机已知参数:表2.4DYI850-1254型泵参数型号流量Qm3/h扬程Hm转速nr/min功率kw配带电动机型号60052085050029801800YB710M2-2DYI850-12541270320已知离心泵三个工作点的参数和离心泵的特性方程就可以把a、b解出来。1.75HabQ当Q=600m3/h，H=520m即1.75206ab当Q=850m3/h，H=500m即8当Q=1270m3/h，H=320m即.3利用最小二乘法进行计算，则有：(27)3221()miiFabQH(28).7520iii(29)1.7531.)(iiiabb即.753608(23)0a11.751.751.3.5.5.751.7206202常州大学本科生毕业设计（论文）第9页/共46页将、两个方程联立解得：6101.0612ab310由已知特性方程可绘图如下：图3该离心泵的工作特性方程为：1.75160.cHQ(2)DYI850-1253型泵，配功率为1250kw的YB710S1-2型电动机已知参数：表2.5DYI850-1253型泵参数型号流量Qm3/h扬程Hm转速nr/min功率kw配带电动机型号60039085037529801250YB710S1-2DYI850-12531270240同理，利用已知的三个工作点和离心泵特性方程，可解出a、b1.75HabQ当Q=600m3/h，H=390m即1.753906a当Q=850m3/h，H=375m即8当Q=1270m3/h，H=240m即.24b利用最小二乘法进行计算，则有：321()miiFaQH1.7520iiib常州大学本科生毕业设计（论文）第10页/共46页1.7531.75)0(2iiiQaFbbH即1.751.751.7536080924ab1.3.53.53.51.751.751.768093242方程联立解得：=457=ab.90由确定的特性方程可绘图如下：图4该离心泵的工作特性方程为：1.75257.90cHQ当出站压力为8MPa，所选泵为：一台DYI850-1254大泵和DYI850-1253小泵，备用一台DYI850-1254大泵又由于该地区的地形起伏不大，属平原地区，所以一般采用单泵串联的形式。当多台离心泵串连时，根据离心泵串连组合的特性，每台泵排量相等，均等于管道的工作流量，泵站扬程等于各泵扬程之和，所以两台泵串联时的特性方程为：1.75121212()ccHabQ因此，本设计中将泵DYI850-1254和泵DYI850-1253的特性方程相加，得；3.
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