油气管道输送技术课程设计

1、目 录1 总 则11.1设计依据及原则11.1.1设计依据11.1.2设计原则11.2总体技术水平11.3确定工艺流程的原则12 工程概况33 工艺计算43.1管径与管材的确定43.1.1 管道内径计算43.1.2管材的确定43.1.3管道壁厚计算53.1.4管道规格的确定63.2 输油管道热力计算63.2.1管道总传热系数的确定63.2.2原油比热容、平均地温的确定93.2.3进出站油温、质量流量的确定93.2.4站间距的试算与热站数的确定93.2.5站间距与出站温度的重定103.2.6加热站的热负荷计算113.2.7加热炉的选型与数量的确定113.3热油管道水力计算113.3.1油流平均温

2、度的有关计算113.3.2油流的体积流量与雷诺数计算123.3.3摩阻计算123.3.4泵站数的确定与泵的选型124 站场布置144.1泵站数校核144.2泵站的布置144.3加热站的布置154.4判断翻越点165 结 论17参考文献182191 总 则1.1设计依据及原则1.1.1设计依据（1）国家的相关标准、行业的有关标准、规范； （2）相似管道的设计经验； （3）设计任务书。1.1.2设计原则 （1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。 （2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，保证工程项目的高水平、高效益，确保管道安全可靠，长期平稳运行。 （3）

3、节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布置要与油区内各区块发展紧密结合。 （4）在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。 （5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。1.2总体技术水平 （1）采用高压长距离全密闭输送工艺。 （2）采用原油变频调速工艺。 （3）输油管线采用先进的scada系统，使各站场主生产系统达到有人监护、自动控制的管理水平。既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管道在异常工况时的超前保护，使故障损失降低到最小。 （4）采用电路传输容量大

4、的光纤通信。给全线实现scada数据传输带来可靠的传输通道，给以后实现视频传输、工业控制及多功能信息处理提供了可能。 （5）在线路截断阀室设置电动紧急切断球阀，在scada中心控制室根据检漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球阀。 （6）站场配套自成系统。 （7）采用固化时间短、防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层。1.3确定工艺流程的原则制定和规划工艺流程要考虑以下原则：（1）满足输送工艺及各生产环节（试运投产，正常输油，停输再启动等）的要求。（2）便于事故处理和维修。泵站的突然停电， 管道穿孔或破裂，加热炉紧急放空和定期检修，阀门的更换等在输油生产中并非罕

5、见，流程的安排要方便这类事故的处理。（3）采用先进工艺技术及设备，提高输油技术水平。（4）在满足以上要求的前提下，流程应尽量简单，尽可能少用阀门，管件，力求减少管道及其长度，充分发挥设备性能，节约投资，减少经营费用。2 工程概况某油田初期产量为180万吨/年，五年后原油产量达到260万吨/年，计划将原油输送到380km外的炼油厂，要求设计一条输油管道，采用密闭输送方式。管道最大输送压力8mpa，末站剩余压头70m，局部摩阻以沿程摩阻的1.2%计算。本次课程设计的设计要求为：（1）确定管道材质与规格；（2）在一期输量（180万吨/年）条件下，确定设备的选型与运行方式；（3）确定热站和泵站的布站位

6、置；（4）在一期输量条件下（180万吨/年），确定是否存在翻越点，若存在翻越点，则给出解决措施；（5）设计并绘制一期工程首站工艺流程图（2#）1张。 基本数据有原油的性质参数，沿线高程，沿线地温。具体数据如以下表： 表2-1原油性质表 含蜡量，%沥青质，%密度,kg/初馏点，凝固点，粘度,50，mpa.s33875.48854.617030.57.9表2-2里程和高程表 里程，km070146178220287347380高程，m220270120227160280210250表2-3 管道经过地区的地温 月份123456789101112地温3467891518131086其他有关基础数据有

7、：粘温指数0.036，保温层采用黄夹克，厚度35mm。土壤导热系数1.21w/(m.)，埋地深度1.8m，年输送天数350天。说明：由于所给的基础资料有限，在计算过程中基础资料未给出的数据可通过查阅相关书籍以及相关的规范获得。3 工艺计算3.1管径与管材的确定3.1.1 管道内径计算在本次设计中我们采用经济流速法来确定管道的管径，根据油气管道输送技术课本可知，输油管道经济流速的变化范围一般为1.02.0 m/s，我国长距离输油管道中原油或成品油的推荐流速如下表2： 表3-1我国长距离输油管道中原油或成品油的推荐流速 管径/mm流速/(m/s)管径/mm流速/(m/s)管径/mm流速/(m/s)

8、2191.04261.28201.92731.05301.38202.13251.16301.410202.33771.17201.612202.7经过大量试算，最终取1.1m/s作为管道的经济流速。在确定了经济流速后，要计算管道内径，还需确定管道的输送流量。由于该工程输油分为初、后两期，而后期管道输量有明显的增大。考虑到后期输量变化对该工程的影响较大，在进行初期管道设计计算中选择后期输量260万吨/年，作为管道的设计年输量。则根据设计年输量可得管道的输送流量如下： 管道的内径计算如下2： （3-1）式中 -管道的计算内径，；-体积流量，；-经济流速，；由以上分析与计算可知，。代入公式计算得：

9、 3.1.2管材的确定根据输油管道设计与管理在长距离输油管道中常用的管道为直缝高频焊钢管，而在直缝焊钢管中x70最为常用，管道的性能好、且性价比高。故该管道选择直缝高频焊钢管x703。3.1.3管道壁厚计算在对管道内径进行计算后，需对管道的壁厚进行计算，以便选择合适的管道。管道的壁厚可依据薄膜理论按下式进行计算5： （3-2） 式中 -管道的计算壁厚，；-管道的设计内压力，；-管线外径，； -管道材料的许用应力，。对输油气管道直管段的许用应力应按下式计算： （3-3） 式中 -管道材料的许用应力，； -钢管的最低屈服强度，按表3-2取值； -设计系数；-焊缝系数，按表3-2取值； -温度折减系

10、数，当管内介质温度低于120时，取1.0。钢管的最低屈服强度与焊缝系数可由下表查得：表3-2钢管的最低屈服强度与焊缝系数 钢管标准名称钢号或钢级最低屈服强度/焊缝系数备 注输送液体用无缝钢管gb/t8163-1999q295295(s16mm为285)1.0s为钢管的公称壁厚q345325(s16mm为315)20245(s16mm为235)石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分:a级钢管gb/t9711.1-1997l175(a25)175(172)1.0l210(a)210(207)l245(b)245(241)l290(x42)290(289)l320(x46)320(317)l36

11、0(x52)360(358)l390(x56)390(386)l415(x60)415(413)l450(x65)450(448)l485(x70)485(482)l555(x80)555(551)表3-3设计系数取值表 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根据以上两表可查得，直缝高频焊钢管x70的最低屈服强度为482mpa，焊缝系数为1.0，设计系数为0.72。则有材料的许用应力为： 钢管的壁厚为：= 求解上述方程可得。3.1.4管道规格的确定根据钢管的计算内径341.3mm，以及钢管的计算壁厚

12、4.03mm，查国产钢管规格表可以选取规格为341.67的标准管道，作为该工程输油所用的钢管。在选择了管道规格后，需要对管道的规格合理性进行校核。根据所选择的管道，内径，则有该内径下的经济流速计算如下： 由于计算所得的经济流速1 m/s v 80,故不符合要求，应加大站间距。（3）取首站与第三站的站间距为235，对应高程z=186.86时，进站压头为： 可知此时进站压头符合要求，故第三站布置在距离首站235处。（4）取首站与第四站的站间距为330，对应高程z=229.83时，进站压头为： 可知此时的进站压头80.0180,故不符合要求，应加大站间距。（5）取首站与第四站的站间距为340，对应高

13、程z=218.17时，进站压头为： 可知此时进站压头符合要求，故第四站应布置在距离首站340处。（6）末站进站时的剩余压头为：远大于70，如果继续使用前几站所用的泵这样不经济。为了节约成本可改用小扬程的泵。为了减小其压头，改用小扬程的泵，需要的扬程为： 根据所输油品的流量，以及到末站时所需的能头。选择250ys150型离心油泵，其流量为500，扬程为150m，允许汽蚀余量5.2m，配带电动机功率为440kw，转速为2950r/min，效率69%。选用两台，一台备用。（7）终点剩余压头为：符合要求，则全线泵站布置完毕。4.3加热站的布置 加热站布置采用平均法布站。由加热站布站计算可知，全线需要5

14、个加热站，加热站的站间距为76km，具体的布站位置如下： 加热站首站与泵站首站布置在同一处，加热站第二站布置在距离首站76 km处，加热站第三站布置在152 km处，加热站第四站应布置在228 km处，考虑到节约工程成本，与距离较近的泵站的第三站布置在同一处，故最终布置在235 km处。加热站第五站布置在311km处，为此所有加热站布置完毕。4.4判断翻越点若 则有翻越点存在，反之不存在2。（1）从首站到第二个泵站处之间的翻越点判断在70km处，以上所得小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适（2）从第二个泵站处到第三个泵站处之间的翻越点判断在146km处，在178km处， 在220km处， 以上

15、所得均小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适。（3）从第三个泵站处到第四个泵站处之间的翻越点判断在287km处， 以上所得小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适。（3）从第四个泵站处到管线终点处之间的翻越点判断在347km处， 以上所得小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适。5 结 论在为期两周的课程设计中，通过运用所学的油气管输技术知识，以及查阅相关规范和书籍，圆满的完成了任务书上所布置的任务。最终确定的结果为：管道的规格与材质（表5-1所示），一期输量条件下设备的数量与选型（表5-2所示），一期输量下加热站与泵站的具体位置（表5-3所示）。表5-1输油管道管材与规格表管材高频焊钢管x70管道规格341.67表5-2一期条件下设备选型表加热炉管式加热炉加热炉型号：gl4000-y/2.5-yq/q-型离心油泵自吸式离心泵离心泵型号：250y s1502型流量：500扬程：300允许汽蚀：5.2转速：2950r/min功率：800千瓦效率：69%原动机防爆型电动机转速：2950r/min功率：850千瓦效率：69%每个加热站均为两台加热炉，一台工作，一台备用；每个泵站均为两台泵，一台工作，一台备用。表5-3一期条件下站场布置表加热站站数：5第一站位置：0km第二站位置：76km第三站位置：152km第四站位