加热输油管道的总体设计

加热输油管道的总体设计

随着世界经济的不断发展，发展中国家逐渐成为能源需求增长的主体。作为连接上下游的大中型油气管道、站场正在被迅速建设,高度自动化的计算机软件和模拟系统也越来越多的应用于管道设计,加速了管道设计和建设的进度,但是作为初学者,很有必要了解设计中的一些初步计算,以防止一些输入错误而导致的重大设计事故。1设计参数和内容1.1设计参数1.1.1年数量最大输量为320万t/a,生产期生产负荷(各年输量与最大输量的比率)见表1。1.1.2土壤导热系数年最低月平均地温1℃;年最高月平均地温22℃;管道中心埋深1.5m;土壤导热系数1.4W/(m·℃);沥青防腐层导热系数1.5W/(m·℃)。1.1.3馏点及凝固点(1)20℃的密度855kg/m3;(2)初馏点63℃;(3)凝固点23℃;(4)比热2.1kJ/(kg·℃);(5)燃油热值4.18×104kJ/kg。(6)粘温关系数据见表2。1.1.4里程和高度数据见表3。1.1.5该泵的特性泵的型号200D-65×10,额定流量280m3/h,η=74.1%;单泵的特性方程H=795-0.006415Q1.75。1.2热站数和水泵数的确定(1)确定管径、总传热系数、粘度等基本参数。(2)通过热力和水力计算确定该经济管径方案下的热站数和泵站数,并进行热泵站的合一。(3)站址确定,在纵断面图上布站。2工艺设计2.1基本参数的确定2.1.1出站、进出温度计算用加权平均法计算加热站间油流的平均温度Tpj,根据公式:式中:TR,TZ——加热站的出站、进站温度,℃。根据经验取出站油温TR=50℃,进站油温TZ=28℃。经计算:2.1.2t2020t根据20℃时油品密度按下式换算成计算温度下的密度式中:ρt、ρ20——温度为t℃及20℃时的油品密度,kg/m3;ξ——温度系数,ξ=1.825-0.001315ρ20,kg/(m2·℃)。2.1.3确定钢管规格表长输管道经济流速的变化范围一般在1.0~2.0m/s范围内,我国一般采用经济流速为1.5~2.0m/s。经济管径为d:式中:d——经济管径,m;Q——体积流量,m3/s;查API标准钢管规格表选定管径和壁厚。取d=315.1mm;壁厚δ=4.4mm;D=323.9mm反算经济流速在1.5~2.0m/s之间,故所选管径符合要求。2.1.4油流至管外壁的热系数的计算对于无保温层的大直径热油管道,其内外径之差可忽略,则总传热系数可近似按下式计算:式中:α1——油流至管内壁的放热系数,W/(m2·℃);δi——管道第i层的厚度,m;λi——第i层的导热系数,W/(m2·℃);α2——管外壁与周围介质的放热系数,W/(m2·℃)。(1)油流至管内壁放热系数α1的计算紊流时的α1对总传热系数的影响很小,可以忽略不计,即α1=0。(2)管壁至土壤的放热系数α2的计算式中:λt——土壤导热系数,λt=1.4W/(m2·℃);Dw——与土壤接触的管外径,m。带入数据计算则总传热系数2.2计算石油粘度带入已知温度下的粘度2.3计算的热量2.3.1为0.2436,m为0.32%雷诺数因此,属与水力光滑区,则β=0.0246,m=0.25。(2)水力坡降管道的水力坡降就是单位长度管道的摩阻损失,可表示为:所以2.3.2布站结果再核算热油管道工艺设计过程是首先进行热力计算,得出全线所需加热站数。按加热站间管道进行水力计算,根据全线所需压头计算所需泵站数。在线路纵断面图上布置加热站、泵站并进行调整,根据布站结果再核算热力与水力工况。确定了加热站的出、进口温度TR和TZ后,可按冬季月平均最低地温,及全线的K值估算加热站间距LR。式中:T0——管道埋深处年最低月平均地温,取1℃;G——原油的质量流量,kg/s,一般取最小输量;C——油品比热,kJ/(kg·℃);i——水力坡降;L——管路总长,m。加热站数带入计算可得站间距向上取整NR=10,加热站的平均距离这只是初步估算,实际上各站间的K值不完全相同。更重要的是,为了便于生产管理,应尽可能使加热站与泵站合并。因此在布置泵站时,加热站的位置要相互调整。2.3.3平均加热站2.4计算的河水2.4.1液流东南角结构设计某高峰f处的高程为Zf,距起点的距离为Lf,则将规定流量的液流输送到该高峰处所需要的压力为如果Hf小于H则没有翻越点;如果Hf大于H则有翻越点,需要在翻越点后换用小直径管路、在终点或中途设减压站截流等措施。经计算Hf<H,所以全程不存在翻越点。2.4.2任务输量下水泵的扬程全线N个泵站提供的总扬程必然与消耗的总能量平衡,于是有泵站数式中:H——输油泵总压头,m;iL——管道沿程摩阻,m;ΔZ——管道终点(或翻越点)与起点的高程差,m;Hc——任务输量下泵站的扬程,m液柱;因为,最大流量Qmax=450m3/h,200D-65×10泵,额定流量280m3/h,采用2台泵并联,泵站的特性方程H=795-0.0019072Q1.75,每个泵站有3台泵,其中1台备用。总压头扬程泵站数取5个泵站,平均泵站间距。2.4.3站配置2.5经过检查和重新配置2.5.1出站温度tz(1)最大输量下,固定进站温度TZ=28℃,出站温度取进站温度TZ=30℃,出站温度(2)最小输量下,出站温度低于最高出站温度,符合要求。2.5.2到达终点的出站压力(1)在最大流量下出站压力50+711–30=731m2#站进站压力5#站进站压力为110.594m(此处考虑了最小输量)出站压力110.594+711-30=791.594m为到达终点需要铺设变径管。经计算终点的进站压力为118.6,需要在终点设减压站。(2)在最小流量下出站压力50+748.7-30=768.7m2#不加热终点进站压力为382.7,需要在终点设减压站。(3)钢管承压经校核进出站压力均符合要求。2.5.3站压力最大流量下进出站压力见表8。最小流量下进出站压力见表9。2.5.4重复使用水泵站2.5.5热泵站的组合2.5.6管道纵断面分布3确定压力—结论(1)原油的温度、粘度及总传热系数对管道的水力和热力计算均有影响,正确的计算这些参数能有效的减少一些误差。(2)全线所需要的泵站数和热站数由水力和热力计算来确定,但仍需要进行校核来重新布站。(3)本文中在水力校核时,考虑到最小数量的影响,采用铺设副管的方式来达到末站进站的压力要求。(4)本文只是提供了一些基本的计算方法,还需要结合实际深入分析才能指导实践。v——经济流速,m/s;Q——取最大输量。ht——管中心埋深,ht=1.5m;δ——沥青防腐层厚度,一般为6~9mm,取δ=6mm,其导热系数λ=0.15W/