管道输送工艺——某热油管道工艺设计VIP

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:油气储运工程201A3班学生姓名:何滔学号：2010440142设计地点（单位）石油与安全科技大楼K715设计题目:莫热油管道工艺设计完成日期：2013年12月25日指导教师评语：成绩（五级记分制）:指导教师（签字）：某热油管道工艺设计摘要摘要易凝、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。加热输送是目前最常用的的方法，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

2、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I某热油管道工艺设计目录目录摘要L1绪论11.1 工程概况及设计要求11.2 设计参数11.2.1 原油物性11.2.2 设计输量11.2.3 其他基础数据12工艺设计计算22.1 输送方式22.2 管道规格22.2.1 流量计算22.2.2 油品密度22.2.3 平均温度32.2.4 油品粘度32.2.5 管道内径32.2.6 管道壁厚32.2.7 管道外径42.2.8 验证经济流速52.3 热力计算

3、52.3.1 雷诺系数52.3.2 总传热系数62.3.3 原油比热容72.3.4 热站布站72.4 水力计算92.4.1 计算摩阻92.4.2 泵及原动机的选型92.4.3 站场布置102.5 校核动静压力112.5.1 判断翻越点112.5.2 动水压力校核112.5.3 静水压力校核112.6 最小输量123总结13参考文献14某热油管道工艺设计工艺设计计算输油管道的工艺设计是为了妥善解决沿线管内流体的能量消耗与输油站能量供应之间的矛盾，以达到安全经济地完成输送任务的目的。在管道设计过程中，通过工艺设计计算确定管径、选泵、选炉、确定泵数及其布站位置的最优组合方案，并为管道采用的控制盒保护

4、措施提供设计参数；在管道运行过程中，根据输送条件的变化，通过工艺设计计算合理确定各站的压力等运行参数，从而确定最优运行方案。为此，必须先了解管道和输油站的各自工作特性，即能量消耗和能量供应规律，在此基础上研究两者的联合工作，从而明确整个管线系统的工作状况。1.1 工程概况及设计要求某油田计划铺设一条280公里、年输量为200万吨的热油管道，管线经过区域地势平坦。设计要求：1）采用的输送方式；2）管道规格；3）泵站位置；4）选用泵机组的型号，包括泵的运行方式、原动机的种类和型号；5）计算最小输量。表1.1地温资料月份123456789101112地温C24.56788.510118753.51.

5、2 设计参数最大运行压力7.0MPa,末站剩余压头40ml局部摩阻为沿程摩阻的1.2%,进站温度控制在39C,最高输送温度68C,最低输送温度35Co1.2.1 原油物性20c相对密度0.875,50c粘度10.0mPa.s,粘温指数0.037。1.2.2 设计输量热油管道年输量为：G=2.0M104t/a1.2.3 其他基础数据保温层采用黄夹克，厚度40mm土壤导热系数1.2W/（m.oc）。管道埋地深1.3m；管道埋深处平均地温：丁24.56788.510118753.5c、T0=6.7（C）2工艺设计计算2.1 输送方式原油管道输送根据管道与泵的连接方式可分为开式输送和密闭输送。开式输送

6、也叫非密闭输送，又分为“从罐到罐”和“旁接油罐”两种输送方式。管道建设初期，多采用“从罐到罐”的输油方式。采用这种方式时，油品全部通过各中间站的油罐，蒸发损失大。后来逐步发展到“旁接油罐”，上站来油可直接进入泵站的输油泵也可同时进入油罐，油罐通过旁通管路廉洁在干线上，当本地输油站与上下两站输量不平衡时，油罐起到缓冲作用。具特点是：各管段输量可以不相等，油罐起到调节作用；每个泵站的进站压力都近似等于缓冲罐液位高度，不会发生全线压力波动；各管段单独成为一水利系统，有利于运行参数的调节和减少站间的相互影响；操作简单，对自动化要求不高，设计和管理容易；但旁接罐会造成轻组分挥发，浪费能源。密闭输送也叫“

7、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，上站来油全部直接进泵。具特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以基本中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。所以本设计选择的输送方式为密闭输送万式。2.2 管道规格2.2.1 流量计算G 107流量计算公式为:(21)200107:8400360085784003600式中：G年任务质量输量，104t/a；Q体积

8、流量，m3/sP油品平均温度的密度，Kg/m3；则根据式2-1代入数据有:G107200107"3,0.8m/s:84003600857840036002.2.2 油品密度油品密度计算公式为：R=：20-20)式中：Pt,P20温度tc及20c时的油品密度，kg/m3；(22)2某热油管道工艺设计工艺设计计算14-,温度系数；U=1.8250.001315P20,kg/(m3oc)则根据式2-2,2-3,有：=1.8250.001315875=0.6744Kg/(m3oc)：'46-875-0.6744(46-20)-857Kg/m3：50=875-0.6744(50-20)

9、=854Kg/m32.2.3平均温度平均温度计算公式为:Tpj式中：Tr,Tz加热站的起点,则根据式24代入数据有：1丁2T二-Tr-Tz33终点温度,C。12.Tni=-68-35:46c332.2.4油品粘度油品黏度计算公式为:-(T10)Vt=v0e0式中：7运动粘度;粘温指数；则根据式25代入数据有：10102.2.5管道内径管道内径计算公式为:式中：Q体积流量经济流速取值范围是2.2.6管道壁厚管道壁厚计算公式为:854J3-0.037(46-50)62,-e()=13.510m/sJIV1m/s和2m/s之间,假设v=1.2m/s,则有:40.080.299m,3.141.2一C2

10、-F(23)(24)(25)(26)(27)式中：P管线设计白工作压力，MpaD管线内径，mm*焊缝系数；无缝钢管取1,直缝管和螺旋焊缝钢取1,螺旋弧焊钢取2%刚性屈服极限，MpaF设计系数C腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐蚀性物时C=a当所输油、气中含腐蚀性物质时C=0.51.0mm表2.1设计系数表，作划、境管线j野外地区居住区，油气田站内部、穿跨越铁路公路小河渠（常年枯水向览w20m）输油管线0.720.60输气管线0.600.50表2.2钢材刚性屈服极限表钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70仃Cs,Mpa

11、205245235353358413448482则根据式27,表2.1,表2.2,代入数据可得：7.0289、:0=4.0mm23530.7212.2.7 管道外径管道外径计算公式：(28)D=d2、式中：d管道内径，mm、:一一管道壁厚，mm则根据式28代入数据可得：D=29124.0299.0mm表2.3长输管道规格表JTW讣称mmHIT*WfAmmk«/m*mmU，Efnmk.Jmk</nto142nO.”2.SO.713一O0-SI1-一17标Z.oCL742,5Ok893-O1.041518£5O.9否3.O1+113r5】，H54.O1.3&_包上

12、51.203.OI+413,51.据口4,O1.20NS弘.2.S.1>3-O】G*SI.8ft4O&0727*3.怅1.St晶O7A&Sit.口XOa-ar2532ra51-«21B02.153.S4<4.0工-765.O丸33341-2.51jh1.0*Z9鬣5£,S34.02.*6k0配5M3ZIX*丸01i,爷*15*n*o3-35心与3.7C5.54.41421WX0£M2I3Z4.。3.754.£4.1片§54.954。4530a*ii3.53,58*.o4.CM5.D4.93现05,77483r03.3

13、33.5着544.O4.345.O工»6.A6.21S72-，0<M3.54.4.O时235.5金»»露Qa.据yW1*Xo*Z£3k54.HM4.O525九39九0915£为.X5$264-0九IO4.S7.937.O1|皿wQI3+Mao*43,57.O,8-385.0IO,as.二O14.JtS10°19.4B1g1084*4.<11O.EQ4T511.41&O15.9.OZl.971批。ZB.4I1144.4Id35*512.IS*o15xdA杀Q23,3D12,O30.1a12S1335*4+012,73

14、4.514.5.0IS,7fl九口£1.7S1。O30.131405*4TQ-4.51S-04我。i£«s7.O22.10.o12xO«115ro159G-4.S17.ISS.。1&.0>77.0尾.24$-C29-79IQ.O3S.7418£4.55.O21。7.O27.?9Al由ai.s?ID.O标9Gsooa"丸O31*X叽41.«3ID.OSi.54基。<2IS.o了5.4春gQlb7.外45.»2"053.外12.O77«£4is.o»5.433

15、的iy8.05411.0as.1814-OIM37一-i330i7TI14*H；UB¥-fi¥JXnoIDS.O115olJ3-90一-«一40042*1*“9.09左£5IQ-OLQ2.59】孔O132.40根据计算结果，查表2.3,选择公称直径为300,外彳全为325mm壁厚为8mm2.2.8 验证经济流速根据选择管道，内径为：d325-28309mm根据26可得:4Q40.080.3093.14、=1.1m/s所以选择的管道符合要求。则可知经济流速在1m/s和2m/s之间,2.3热力计算2.3.1雷诺系数算:Re4Q雷诺根据式29代入数据可得:Re

16、4Q二 d4 0.083.14 0.309 13.6 10-二 5345因为5345大于3000,所以成紊流状态2.3.2总传热系数设计选取黄夹克作为保温材料，第一层低合金钢管，16Mn低合金高强度结构钢,是一个旧的牌号，旧的国标号是GB/T1591-1988。在现在的新国标GB/T1591-1994中,16Mn对应的是Q345,它的热导系数：56W/(moc)。第二层保温层的导热系数为0.027W/(m-oc)。保温材料厚度为40至50mm假设取厚度为40mm传热系数计算公式为:(210)(211)Kl:11二d2二-di二2二Dw总传热系数计算公式为:K=KL-D式中：d管内径，mDi第i

17、层的外径，m；di第i层的内径，mDw最外层白管外径，m；D管径，mt若巴»口2,D取外径；若叫之外，D取算数平均值；若%«0(2,D取内径。油流至管内壁的放热系数%,在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大都大于100W/(m-oc)。因此在紊流情况下，叫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,计算公式为：%=2(212)Dw皿"力-1式中：土壤导热系数，W/(m-oc)；ht管中心埋深，m；Dw最外层白管外径，m由式210,211,212代入数据计算可得:=2.3W/(m C)21.221.3,

18、21.3、2一0.405ln、()-10.4050.405Kl二L1,0.325ln,0.405In=0.6123.14560.30923.140.0270.3252.33.140.405K=KL二D=0.613.140.325=0.622.3.3原油比热容原油和石油产品的比热容通常在1.62.5KJ/(Kg.C)之间。15C时原油的相对密度计算公式为：15:20-'(t-'20)d4二1000式中：d；515C时原油的相对密度；温度系数，kg/(m3C)；P20温度为20C时的油品密度，kg/m3(213)15d4875-0.6744(15-20)=0.8781000原油的比

19、热容计算式为:1_3_(1.6873.3910T),d：5(214)式中：d45c-15C时原油的相对密度;比热容,t原油温度,则代入数据计算可得：kJ/(kgC)；C。-1_3'C(1.6873.391046)=1.97kJ/(kgC).0.8782.3.4热站布站(215)t确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度Tr和Tz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Lr：Lr二DKTz-又(216)热油管全场280公里，加热站数n：n=L.Lr(217)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：Gc(TrF

20、)(218)式中：n加热炉的效率，%c原油的比热容，J/(kg.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：丁24.56788.510118753.5八八T0=6.7C12则根据式215,216,217,218代入数据计算可得：c200107G1=66Kg/s350243600LR66 2.0 1031n3.14 0.325 0.6268-6.735-6.7=161km二 61。熊-功二 66 29 (68 - 35): 5445J/S0.8n -280161 =1.73则取整数n=2个，而为避免热站负荷过高，故设 3个热站热站间距可由下式计算:式中：nL -

21、LR加热站数，个;输油管道总长-加热站间距，m；m；出站温度计算公式为：LR =- n(219)K-DLTr =T0 (Tz -T0)e GC(220)式中：G原油质量流量，kg / s ;Tz 加热站的进站温度，C ； Tr 加热站的出站温度，C。C 比热容，kJ /(kg 'C)L 加热站间距，m;K 管道总传热系数，W/(m C)；D管道内径，m。T0 管道周围的自然温度，C；则根据式219, 220代入数据计算可得:2.4水力计算0.62 3.14 0.325 96 103Tr = 6.7 (39 -6.7)e66 2.0 103 = 57.9 C66 a。(57.9 一39)

22、=3118.8kJ/s0.8根据式24,代入数据可得:Tpj1= 5732 - 八39 = 45 C 3平均温度下的运动粘度计算公式为:式中：u的u0 温度为平均温度，10时油品的运动黏度 黏温指数，1/ C。则根据式2-21代入数据计算可得：Pj310 10_0.037(45 _50)6e14.1 10 m8542 1s2.4.1计算摩阻一个加热站间的摩阻计算公式为:hR1Q2皿m1 QPLL,5.mLRd总摩阻为:hR = nhRi全线所需总压头为:H =hR +1.2%hR+hm + AZ(221)(222)(223)(224)式中：hR沿线总摩阻，m；加热站间距的摩阻，m;H全线所需要

23、的总压头则根据式222,223,224代入数据计算可得：0.08243.25(14.110")°.25hR1=0.0246-(-)-96000=460.9mR10.309545.25hR=2460.9=921.8(m)H=921.8921.81.2%40(411-280)=1103.9m2.4.2泵及原动机的选型已知Q=0.08m3/s=288m3/h,彳贸设Q设=1.MQ=1.1父288=316.8m3/h一*-、一3,一550m,配带其中一台选用泵型号为DKS450-550型输油泵，具额定流量为450m/h,扬程为电动机转速为2980r/min,功率为1000kW效率为

24、61%每个泵站选用两台，为备用泵。平均温度下的密度为:4=875-0.6744(45-20)=858kg/m3泵所产生的压力可由下式计算：式中：PPP 二加-泵所能够提供的压力，Pa； 油品的密度，kg/m3;-泵所提供的扬程，mi(225)则根据式225代入数据可得:P =858 9.8 550 10' = 4.6MPa ：二 8.5MPa故所选泵符合要求。2.4.3站场布置泵站数可由下式计算：Hn =Hc(226)式中：n 泵站数，个；H 全线所需的总压头,Hc 泵所提供的扬程，则根据式226计算可得：m)1103.9 n2550取n=2个；为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组

25、采取减小级数等措施。采 用平均法布站，具站间距为：Lr=L(227)n式中：Lr 泵站站间距，m；l 管线总长，m则根据是227计算可得：LR 2- -140km2取泵站内压头损失为 儿=15m ,泵站进口压力控制在3080m范围内。当首站与第二站站间距取140km对应高程为Z=0mW,其进口压力可由下式计算:2 -m m i = :Q 5-m d(228)hi =H -1.012JL -Z-hm(229)式中：h 泵站进口的剩余压头，m h 泵站所提供的扬程，ni水力坡降；L两泵站白站间距，m；z两泵站间的高程差，mhm泵站内压头损失，m则根据式228,229代入数据计算可得:= 0.024

26、6= 0.00480.08".25m(14.1x10多0250.3095-0.2532550-1.0120.0048145103-(0-280)-15=75.65m则可知计算结果满足泵站进口压力控制范围3080m故符合要求，全线泵站布置完毕。2.5 校核动静压力2.5.1 判断翻越点如果Hf=iLf+Zf_ZqAiL+ZzZQ=H则有翻越点存在，反之不存在。H=iLZ=0.0048290103(411-280)=1523m在60km处，H=iLf+ZfZQ=0.0048父60M103+(370-280)=378m在150km处，Hf=iLf十Zf-Zq=0.0048M150M103十

27、(400280)=840m以上所得Hf均小于H,故不存在翻越点，泵站布置合适。2.5.2 动水压力校核动水压力的校核：f=Hix十(ZxZ。(230)最大动水压力：Pmax=PgHmax(2-31)式中：Hi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；Zx,Zi低点处、泵站的高程，m;P动水压力，Pa。则根据式2-30,2-31代入数据计算可得动水压力为：H330=1103-0.0048110103(330-280)=525mPmax=8579.852510=4.4MPa<7.0MPa故动水压力校核符合要求。2.5.3 静水压力校核静水压力的校核：P=PgH=%AZmax(232)式中：P静水压力，Pa；配max沿线的最大高程差，m则根据式232代入数据计算可得：P=8579.8（411280）106=I.IMPa：二7.0MPa故静水压力校核符合要求。2.6 最小输量管道的最小输量计算公式：(2 33)-K二DLG=minClnTRmax_0TZmin一丁0式中：Gmin管道最小输量，kg/S；K总传热系数，W/（mC）；D管道外径，m；L加热站间距，m；C原油比热容，kJ/（kg，=C）；To管道周围的自然温度，C；Tzmin加热站的最低进站温度，C