管道输送工艺课程设计-某热油管道工艺设计

1、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:油气储运升-13学生姓名：学 号:设计地点（单位） 石油与安全大楼k802设计题目：某热油管道工艺设计完成日期：2017年1月6日指导教师评语：成绩（五级记分制）：指导教师（签字）：目录1总论31. 1设计依据及原则31. 1. 1设计依据31. 1.2设计原则31. 2总体技术水平32设计参数42. 1管道设计参数42. 2原油物性42. 3设计输量42. 4其他有关基础数据42.5 1程概况43工艺计算63.1采用的输送方式63. 2管道规格63. 2. 1平均温度63. 2.2油品密度63. 2. 3流量计算73

2、. 2.4油品粘度73. 2.5管道内径73. 2. 6壁厚73. 2. 7管道外径83. 2. 8验证经济流速93. 3热力计算93. 3. 1雷诺系数93. 3. 2总传热系数93. 3. 3原油比热容103. 3. 4加热站布站113. 3.5水力计算133. 3. 6计算摩阻1334选用泵的型号133. 4. 1原动机的选型143. 4. 2加热设备选型1435 站场布置1436校核动静压力163.6. 1判断翻越点163. 6. 2动水压力校核173. 6. 3静水压力校核173. 7最小输量174设计结果19参考文献20摘要易凝、高黏油品当其凝点高于管道周围环境温度，或在环境温度下

3、油流黏度 很高，不能直接输送，必须采用措施降黏、降凝。加热输送是冃前最常用的的方 法，即将原油加热、加压后进入管道，通过提高原油输送温度使油品黏度降低， 减少管路摩阻损失，使管内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送，本设计根 据课程设计任务书的设计要求并以及相关设计手册规范进行设计，分别对输油管 线所采用输送方式，管道规格及选材，加热设备的选型，泵机组的选型及泵站、 热站的布置位置进行设计并进行校验。关键词：热油 管道 输送 工艺设计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

4、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) 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总体技术水平采用高压长距离全密闭输送工艺，整体工艺达到国内较为先进的工艺设计水 平2设计参数2.

5、1管道设计参数最大运行压力6. 5mpa,末站剩余压头70m,局部摩阻为沿程摩阻的l 2%,进站温度控制在33°c,最高输送温度70°c,最低输送温度30°co2. 2原油物性20“c相对密度0. 854, 50°c粘度7. impa. s,粘温指数0.038。2. 3设计输量年输量为220万吨。2. 4其他有关基础数据(1) 保温层(聚氨酯胶泡沫塑料)46価，土壤导热系数1.2w/(m. °c)o(2) 管道埋地深1.4m；(3) 管道埋深处平均地温:=6.6cc)2 + 4 + 5 + 7 + 8 + 8.5 + 10 + 11 + 8 +

6、 7 + 5 + 3.512(4) 年输送天数:350天。2.5 1程概况某油田计划铺设一条280公里、年输量为220万吨的热油管道，管线经过区 域地势起伏较大（里程和高程见表）。表2.1地温资料月份123456789101112地温。c24l788.510118753.5表2. 2高程数据里程（km ）0.070.0100.0150.0200.0280.0高程（m ）750800820s1079()7603工艺计算3. 1采用的输送方式密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲 用的旁接油罐，上站來油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密 闭的水力系统，可充

7、分利用上站余压，节省能量，还可以基本屮间站的轻质油蒸 发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在水击问题，需要全线的 水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。现代 的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设 计的输送方法为加热密闭输送方式。3. 2管道规格3. 2. 1平均温度円 33 z（4.1）式屮：tr,t加热站的起点，终点温度，°co12t =-x33 + -x70-58刃33c3.2.2油品密度pt =02（）-§（20）（4 2）式屮：“亠20温度tt及20°c时的油品密度，kg/m；温度系

8、数。 = 1.825-0.001315妙（）,kg /（m3 °c）o = 1.825-0.001315 x 854 二 0.70199kg /（亦 °c）= 854 一 0.70199（58 - 20） = 827 kg / m33. 2. 3流量计算"px 粽:;600皿88心式中：g年任务质量输量，10h/d；q体积流量，” /s ；q油品平均温度的密度，kg/n?；3.2. 4油品粘度油品黏度计算公式为:(4.3)式中：%运动粘度;久粘温指数;则根据式4. 3代入数据有:妆=7.1xl(尸 x 严曲(55)=6i3xl(f62/s8543.2.5管道内径d

9、 =4q7tv(4.4)式中：q体积流量，17经济流速，经济流速取值范围是广2之间。假设17 二 1. 6m/so型哩=0.2653.14x1.63. 2. 6壁厚(4.5)式中:p管线设计的工作压力,mpa；d管线内径，mm；0焊缝系数：无缝钢管°二1 ,其中：直缝管和螺旋焊缝钢管 螺旋埋弧焊钢管©二0.9。6刚性屈服极限，mpa（查表1）；c腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐 蚀性物质时c二0,当所输油、气中含腐蚀性物质时c二0. 51. 0mm；f设计系数（查表2）。6.5x2652x353x0.72x1+ 0 = 3.9mm表2. 1钢管材质

10、优质碳素钢碳素钢a3f低合金钢16mnap1s-sl1020x52x60x65x70mpa205245235353358413448482表2.2管线野外地区居住区，油气ft1站内部、穿跨越铁路公路小河渠（常年枯水面宽w20m）输油管线0. 720. 60输气管线0. 600. 503. 2. 7管道外径d = d+ 23（4. 6）式中：d管道内径，mm；力一管道壁厚，mmod = 265 + 2x3.9 = 212.smm表3. 1dn外径（mm）壁厚（mm）重量(kg/m)壁厚（mm）重量(kg/m)2002196.031.54&041.632502737.045. 929.05

11、3. 593003258.062. 5411.085. 18根据上表选择公称直径为250,外径为273mm,壁厚为7価。3. 2. 8验证经济流速根据选择管道,内径 d = 273 2x7 = 259mm4q_ 4x0,088兀v v 3.14v= 0.259经济流速满足在广2之间，所以，选择的管道0273x7符合。3. 3热力计算3. 3. 1雷诺系数re =处=% °088 = 706077idv 3.14x0.259x6.13x10"因为：70607 > 3000,所以成紊流状态。选取硬质聚氨酯泡沫塑料作为保温材料，第一层低合金钢管，16ln是低合 金高强度结构

12、钢，是一个旧的牌号，旧的国标号是gb/t 1591-1988o在现在的 新国标gb/t 1591-1994中，16mn对应的是q345,它的热导系数：56w/（m，c）o 第二层保温层的导热系数为0.027"/（。0。保温材料厚度为4050mm。假设取 厚度为46mmo3. 3. 2总传热系数传热系数ax7id2 祝dt$ 加入(4.7)总传热系数(4.8)k = kl7id式中：d管内径，m；。一第i层的外径，叫第i层的内径，m； 久一最外层的管外径，叫d管径，m。若$ 勺，d取外径；若。严色，d取算数平均值；若°|冷， d取内径。油流至管内壁的放热系数少，在紊流情况下比

13、层流时大得多，通常情 况下大都大于i°°w/(fc)。因此在紊流情况下，0对总传热系数的影响很小， 可忽略不计，而在层留情况下就必须计入。管最外层至周围介质的放热系数°2。2入当+dwa2 =dw ln式中:&-土壤导热系数，w/(mc)； 勺-管中心埋深,m； 几-最外层的管外径，叭2x1.2o38,lnowj(ow)2-1丄+二a、7id2兀人jm型+i比吐1+i二 2x3.14x562592x3.14x0.0270.2732.7x3.14x0.381二0. 57k = k0d = 0.57 x3.14x 0.273 = 0.493.3.3原油比热容原

14、油和石油产品的比热容通常在1. 625kj/(kg °c)之间。 15'c时原油的相对密度为：15 _ 020 _犯_20)(4. 10)4 _ 1000式中：j4515°c时原油的相对密度； 纟一温度系数,焰/(©； 门。一温度为20°c时的油品密度，kg用854-0.70199x(.5-20)=08581000原油的比热容为:c = (1.687 + 339x 10*)(4. 11)式中：必515°c时原油的相对密度； c 比热容，s(如°)； t原油温度，°。得：=/ 1x(l .687 + 3.39>&

15、lt;10一冬58) = 1.88362v /(檢°c)c j0858(4. 12)3.3.4加热站布站质量流量为:(4. 13)确定岀加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度耳和匚后，可按 冬季月平均最低温度及全线的k值估算加热站间距厶r ,g,cxjr-t.兀dk t厂t°(4. 14)热油管全场280公里，加热站数n,n = £/ lr(4. 15)在进行n的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基础上课求出每个加热站的热负荷：c=gc(tr-t»“(4. 16)式中：一加热炉的效率，；c原油的比热容,j/(kg. °

16、;c)；g原油质量流量，kg/s；q加热站的热负荷，j/so管道周围的自然温度；2 + 4 + 5 + 7 + 8 + 8.5 + 10 + 11 + 8 + 7 + 5 + 3.5<<久)二12°c.g _220xl(v7 350x24x3600=73 kg/sl _ g£_fn tr-t) _ 73xl88xlo3 70-6.6r_ 兀dk n7：-7 3.14x0.273x0.49 “33-6.6二286kmn二280/286二0. 98(个)取n=l个。q = g、c(tr_tz)= 73x1.88362x(70 - 33)=“°-86359.

17、57kj/s由于热站的热负荷不小，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取“2个。则热站间距为:llr =nm；m；rl280lr= =140 kmn2式屮：n加热站数，个;l输油管道总长,s加热站间距,(4. 17)出站温度为:kttdltr=tq(tz-tq)e gc(4. 18)式中：g原油质量流量，kg*匚一加热站的进站温度，°c；耳一加热站的岀站温度，°；c 比热容，s(如l加热站间距，m；k管道总传热系数，w/(加°c)；d管道内径，m；%管道周围的自然温度，°c。0.49x3.14x0.273x140x1(?厶=66 + (33-66)幺73x

18、1.88362x10= 47°c73x1.88362x(47 33)61= 2406(k7/$)3. 3. 5水力计算= lx47 + -x33 = 37.7cc)33 50°c吋原油的密度为：/?5o = 854 0.70199 x (50 20) = 832.9焙 / m3故平均温度下的运动粘度为:一"（f）(4. 19)式中：%一温度为平均温度、*）时油品的运动黏度，的s ； u-黏温指数，"°c。=7.1x103 严（）珈37.7-5。）= 1.36x105（加2 心）刃 832.93. 3. 6计算摩阻一个加热站间的摩阻为： q2nt

19、vm(4.20)(4.21)(4. 22)总摩阻为：hr = nhr全线所需总压头为：h = h + .2%/ + hm + az 式中：加一沿线总摩阻，m；心i加热站间距的摩阻，m；h全线所需要的总压头，mo=0.0246 xo.o882_o-25 x(1.36xlo-5)0250.2595-0.25x 140000 = 1820.2(m)心=2x1820.2 = 3640.4(加)h = 3640.4 + 3640.4x1.2%+ 70 4- (820 -750) = 3824 am3. 4选用泵的型号e = 0.088m3/5 = 316.8；7i3/?假设0 设=1x2 = l.lx3

20、16.8 = 348.48m3/?选用泵型号为dg280-55x 10,其流量为280加'/力，扬程为550m,转速为 1480r/min,电动机功率为850千瓦，效率为73%。每个泵站选用两台，其中一 台为备用泵。平均温度下的密度为：p37 7 = 832.9 - 0.70199 x (37.7 - 20) = 820.5 kg/m3泵所产生的压力为：p = pgh式中：p泵所能够提供的压力，pa；p油品的密度，kg肩;h泵所提供的扬程，m。p = 820.5x9.8x550x10“ =4.4(mpq)v6.5mpq故所选择的泵符合要求。3. 4. 1原动机的选型防爆型电动机，转速为

21、1480r/min,电动机功率为850千瓦，效率为73%。3.4.2加热设备选型首站选用换热器，其他加热站选用加热炉，其热负荷为10956kj/s,效率 为 80% o3. 5站场布置泵站数为:(4. 23)式中：n泵站数，个；h全线所需的总压头，m；h一泵所提供的扬程，叽得:3824.1“n 550(个)向下取整，取n=6 (个)；为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组采 取减小级数等措施。采用平均法布站，其站间距为:n(4. 24)式中：s泵站站间距，m；l管线总长，m<>=罟=46.7 伽)取泵站内压头损失为 wm ,泵站进口压力控制在3080m范围内。(1) 当首站与第二

22、站站间距取46. 7km,对应高程为z=783. 36m时，其进口压力 为：(4. 25)(4. 26)hti=h-.02il-az-hmo2mvmi =严$d5m式中：他一泵站进口的剩余压头，m；h泵站所提供的扬程，m；i 一水力坡降；l两泵站的站间距，m；z两泵站间的高程差，m； 饥一泵站内压头损失，mo得:5246严u；畀心= 550-1.012x0.013x46.7xl03-(783.36 一 750)-15 = -122.74(加)由于其进口剩余压头小于30m,故不符合要求，需缩小站间距。(2) 取首站与第二站的站间距为35km, z=770,进口压力为：勺=550 -1.012 x

23、 0.013 x 35 x 10? - (775 - 750)-15 = 49.54(加)符合要求，故第二站布置在距离首站35km处。(3) 取首站与第三站的站间距为75km, z=803进口压力为： 虹=550 + 49.54-1.012 x 0.013x(75 - 35)x 103 -(803 - 775)-15 = 30.3(/)符合要求，故第三站布置在距离首站75km处。(4) 取首站与第四站的站间距为115km,对应高程为z=817m时，由公式(6-4) 得进口压力为：/1/4 =550+ 30.3-1.012x0.013x(115-75)xl03-(817-803)-15 = 35

24、.06(m)符合要求，故第四站布置在距离首站115km处。(5) 取首站与第五站的站间距为175km, z=800,进口压力为：ht = 550 + 35.06-1.012x0.013x(175-115)xlo3-(800-817)-15 = 60.82(m)符合要求，故第五站布置在距离首站175km处。(6) 取首站与第六站的站间距为220km, z二771.25进口压力为：/?/3 = 550 + 60.82 - 1.012x0.013x(220-175)xl03-(771.25 - 800)-15 = 40.3(m)符合要求，故第六站布置在距离首站220km处。(7) 取首站与第七站的站

25、间距为255km,对应高程为z二776. 875m时，由公式(6-4) 得进口压力为：/z/4 =550 + 40.3-1.012x0.013x(255-220)xl03-(776.875 - 771.25)-15 = 32.5(m) 符合要求，故第七站布置在距离首站255km处。末站进口压力为：/?/4 = 550 + 32.5 - 1.012x0.013x(280-255)xl03-(760-776.9)-15 = 328.9(m)410>70,所以泵机组不符合要求。为了减小其压头，改用小扬程的泵，需要的扬 程为.h = l.012x0.013x(280-225)xlo3 +(760

26、-776.9) +15+ 70-32.5 = 141(/72)(8) 其流量为180加'/力，扬程为150m,配带电动机功率为30kw,转速为 2950r/min,效率76%。选用两台，一台备用。终点剩余压头为：勺5 =280 + 44 1.012x0.013x(280-255)x10'-(760 776.9) 15 = 75(加)符合要求，故全线泵站布置完毕。3. 6校核动静压力3.6. 1判断翻越点hf =ilf +zz -zq > zl + zz -z0 = h则有翻越点存在，反z不存在。h=i 厶+ az = 0.013x280xl()3+70 = 3710加在3

27、5km处,在75km处，在115km处,在175km处,在220km处,在255km处,h = ilf + zf - zc = 0.013x35x 103 + 25 = 480mh = ilf + zf-zq = o.o13x75xlo3 + 28 = 1003mh =4-zy-ze =0.013x115xlo3 +14 = 1509mh = ilf + zf-zq = o.o13xl75xlo3 + 17 = 2292 mh = ilf + zf - zc = 0.013x 220 x io3 + 28.75 = 2888.75mh = ilf + zf-zc =o.o13x255xlo3 + 5.625 = 3320.625 m以上所得均小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适。3.6.2动水压力校核动水压力的校核。最大动水压力为:(4. 27)(4. 28)式屮：高程为i点处的动水压头，m；h泵站输出的压头，m；x泵站与低点处的距离，m；z”，z1低点处、泵站的高程，m；p动水压力，pao动水压力为：=3824-0.013xl25xl03+ (815-760) = 214 4加£皿=832.9x9.8x21.441x10“ =5.91 mpa < 6