全国大学生油气储运工程设计大赛R油田输油管道及沿线站场设计

全国大学生油气储运工程设计大赛

R油田输油管道及沿线站场设计

全国大学生油气储运工程设计大赛

NationalStorageandTransportationEngineeringDesignCompetition

日期2016年7月20日

全国大学生油气储运工程设计大赛组委会制

方案简介

本作品根据《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛赛题及基

础数据》和相关标准，秉承经济、高效、节能、环保的设计理念，对R

油田输油管道工程进行了设计。主要设计内容包括：A・B、B-C段管道

工艺及运行管理，河流穿越方案，沿线站场及阀室工艺，火车装车方

案，辅助生产及配套工程技术方案以及投资估算等内容。

输油管道设计方面：采用加热输送工艺，从技术经济角度优选管

径，通过逆向推算得到设计压力及布站情况，通过考虑油水乳化状态

提高了水力计算的准确性。使用商业软件对其进行了模拟及优化，并

编制相应程序辅助计算。

河流穿越方案方面：分析了穿越区岩土层可钻性，确定并设计了

水平定向钻（HDD）管道穿越河流施工方案，并进行了管道强度校核

和施工风险评价。

沿线站场及阀室方面：设计了原油脱水及污水深度处理工艺，确

定了沿线各站场及阀室的分布，并对其进行了设计。

火车装车方案方面：对装车站进行了详细设计，从可靠性的角度

采用了“双管、双泵、双用单鹤管”的装车工艺；针对来油量衰减较快

特点，从经济的角度对装车操作的运行与管理进行了优化，制定了高

效益、低成本的火车装车方案。

此外，本文还对整体输油管道工程的防腐、自控、消防、HSE管

理、辅助生产及公用工程等进行了设计.

设计中使用了OLGA，PIPESIM等商业软件对各种工况下的管道

进行了模拟，并且基于VB平台编制了相应软件辅助计算，校核了整

体方案的可行性和可靠性，完成了管道及站场工艺的优化，提高了方

案的经济性。

本设计充分借鉴了国内外原油输送及装车的成熟技术，优化了管

道及站场的工艺流程及运行方案，选用了高效设备，降低了投资及运

行维护费用，具有一定的工程应用价值。

目录

第1章总论.............1

1.1工程概况.................................................1

1.2编制依据.................................................2

1.3编制原则.................................................2

1.4设计范围.................................................2

1.5国家级地方有关法律、法规.................................2

1.6国家、地方、行业、企业的技术标准和规范...................3

第2章R油田输油管道设计基础........................................6

2.1工程概况.................................................6

2.2设计基础资料.............................................6

2.2.1基础数据............................................6

2.2.2原油物性...........................................7

2.2.3设计环境............................................8

2.23.1土壤条件......................................8

2.23.2铁路依托条件..................................8

223.3气象条件.....................................8

第3章输油管道工艺设计..............................................9

3.1输送工艺.................................................9

3.2设计参数................................................10

3.2.1管道设计参数.......................................10

设计输量......................................10

3.2.1.2设计压力.....................................10

3.2.1.3管径优选.....................................11

3.2.1.4钢管类型选择.................................11

3.2.1.5管道纵断面图.................................11

3.2.1.6管道埋深参数.................................12

I

3.2.1.7管道防腐层....................................12

3.2.2原油物性...........................................13

油品密度.....................................13

3.2.2.2油品粘度.....................................13

3.2.2.3原油乳化.....................................15

3.2.1热力设计参数.......................................16

加热站出站油温...............................16

3.3.1.2加热站进站油温...............................16

3.3.1.3管道周围介质温度To16

3.3.1.4管道保温层设计...............................16

3.3A-B段工艺设计...........................................17

3.3.1设计输量下的设计方案...............................17

332最低输量下的设计方案...............................19

3.3.3设计压力及管道壁厚.................................21

3.3.4经济性分析........................................24

3.3.5适应性分析.........................................26

3.4B・C段工艺设计..........................................28

3.4.1设计输量下的设计方案...............................28

3.4.2最低输量下的设计方案...............................32

3.4.3设计压力及管道壁厚.................................34

3.4.4经济性分析........................................37

3.4.5适应性分析.........................................44

3.4.5.1冬季运行方案.................................44

3.452夏季运行方案.................................44

3.5设备选型................................................46

3.5.1泵机组选型.........................................46

3.5.2原动机选型.........................................48

3.5.3加热炉选型........................................48

3.6管道强度校核............................................49

II

3.6.1进出站压力校核.....................................49

3.6.3静水压力校核.......................................49

3.6.4动水压力校核......................................49

3.8设计成果................................................49

第4章穿越河流设计方案.............................................51

4.1遵循的主要标准、规范....................................51

4.1.1法律法规...........................................51

4.1.2标准规范...........................................51

4.2穿越河流方式比选........................................51

4.3水平定向钻穿越设计......................................52

4.3.1HDD可钻性评价....................................52

穿越场地地层岩性结构.........................52

穿越场地土的物理力学性质指标.................53

穿越区域岩土层可钻性评价.....................55

施工条件评价.................................55

地下障碍物评价...............................55

4.3.2HDD穿越曲线设计.................................56

4.3.3HDD设备选型......................................58

钻机选型.....................................58

433.2钻具选型......................................59

4.3.4场地布置..........................................61

4.3.5穿越段管道设计.....................................62

穿越段管道壁厚设计...........................62

穿越段管道防腐与防护.........................63

435.3穿越段管道热力校核...........................63

4.3.6穿越管道应力校核...................................63

管道回拖工况应力校核.........................63

43.6.2管道试压工况应力校核........................66

4.3,6.3管道运行工况应力校核.........................66

III

43.6.4管道径向屈曲失稳校核.........................67

4.3.7套管结构设计.......................................68

套管最大夯入长度计算.........................68

4.372套管壁厚选取.................................69

437.3套管强度验算.................................69

4.3.7.4套管稳定性验算.............................71

4.4穿越施工方案............................................72

4.4.1施工工艺流程.......................................72

4.4.2施工技术措施.......................................72

施工准备.....................................72

泥浆配制.....................................74

4.4.23钻导向孔.....................................75

4.4.24预扩孑LT艺...................................76

4A2.5管道回拖......................................77

管道焊接检验和试压...........................77

4.5对水文地质和环境的影响..................................78

4.5.1对地貌的影响.......................................78

4.5.2对河床结构的影响..................................78

4.5.3对生物的影响.......................................78

4.5.4施工过程对环境的影响..............................78

4.6消防、安全..............................................79

4.6.1设计采取的安全及消防措施...........................79

4.6.2施工中的主要安全措施...............................79

4.7施工风险及应对措施......................................80

4.7.1穿越风险分析.......................................80

4.7.2施工应急史置预案...................................81

导向施工应急预案.............................81

4.722扩孔过程中发生卡钻、抱钻、断钻的应急预案......81

管线回拖中卡死的应急预案......................82

IV

冒浆应急预案.................................82

塌孔的处理预案...............................82

4.8主要工程量及投资估算.....................................83

第5章输油管道的流动保障............................................84

5.1管道运行管理............................................84

5.1.1热力冬季运行方案...................................84

5.1.2热力夏季运行方案...................................85

5.1.3水力运行方案.......................................85

5.2清管....................................................86

5.2.1清管的作用.........................................86

5.2.2清管器选拦.........................................86

5.3停输再启动..............................................86

5.3.1停输后的管内温降...................................87

5.3.2管内原油温度场.....................................87

5.3.3停输再启动过程.....................................88

第6章沿线站场...........89

6.1站场设置................................................89

6.2站场工艺................................................89

6.3A联合站................................................89

6.3.1联合站工艺.........................................90

6.3.2联合站主要工程量...................................90

6.4B外输首站..............................................90

6.4.1进站计量...........................................91

6.4.2加热工艺..........................................91

6.4.3脱水工艺..........................................91

6.4.4污水处理..........................................93

6.4.4储油工艺..........................................95

6.4.5外输工艺...........................................95

6.4.6B外输首站工艺流程................................96

v

6.4.7主要工艺设计参数...................................98

6.4.8平面布置说明.......................................98

6.4.9首站主要工程量....................................100

6.5中间输油站.............................................100

6.6线路阀室...............................................101

6.7C装车站...............................................102

6.8沿线站场及阀室分布总结.................................102

第7章装车站设计..................................................103

7.1装车站总体设计.........................................103

7.1.1装车站功能........................................103

7.1.2装车站工艺流程设计................................103

7.1.3装车站分区........................................103

7.1.4装车站总平面布置..................................104

总平面布置原则...............................104

总平面布置..................................104

站内道路....................................105

围墙........................................105

绿化........................................106

7.2储油区设计.............................................106

7.2.1储油区容量确定....................................106

周转系数法..................................106

储存天数法..................................107

库容确定方法对比优选........................108

7.2.2储油罐数量确定....................................108

7.2.3储油容量等级......................................108

7.2.4油罐类型选择......................................109

7.2.5储罐强度设计......................................110

罐壁厚度计算.................................110

浮顶计算....................................111

VI

7.2.6油罐加热与保温....................................113

原油储存温度.................................113

7.2.6.2油罐加热方式................................114

7.2.63油罐加热器选用.............................114

7.2.6.4油罐保温....................................116

7.2.7油罐防腐..........................................116

防腐部位.....................................116

7.2.7.2防腐涂层结构及材料..........................117

7.2.73阴极保护...................................117

7.3铁路装车设计............................................117

7.3.1铁路装车工艺......................................118

7.3.2铁路油罐车设计....................................118

7.3.3铁路专用线设计....................................120

7.3.3.1铁路装卸线布置形式.........................120

7.33.2装卸线的有效长度............................120

73.4铁路装油设施设计..................................121

7.3.4.1铁路装油鹤管选用...........................121

73.4.2鹤管数量确定................................122

73.4.3鹤管与集油管的连接..........................122

734.4集油管与鹤管的连接.........................123

7.3.4.5栈桥设计...................................124

7.4装车方案设计...........................................124

7.4.1方案设计出发点....................................125

7.4.2不同方案所需装油设施..............................125

7.4.3不同方案每年装车次数..............................126

7.4.4方案对比优选......................................126

7.5站内管道设计...........................................127

7.5.1管道作用..........................................127

7.5.2管道分类..........................................128

VII

7.5.3常用的管道工艺流程................................128

7.5.4管道工艺流程对比优选..............................129

7.5.5管道保温层设计....................................129

7.5.6管道强度设计......................................130

站内管道管径计算............................130

7.5.6.2站内管道壁厚计算............................131

7.5.63站内管道强度校核...........................131

7.5.7管路水力计算......................................133

7.5.8管道敷设与防腐....................................135

7.6发油泵站设计............................................135

7.6.1泵站形式..........................................135

7.6.2泵站工艺流程......................................136

7.6.3泵的选用..........................................137

油泵选型.....................................137

7.632油泵数量....................................138

7.6.3.3原动机选择................................138

7.63.4电动机功率计算..............................139

7.63.5油泵基本参数................................139

7.63.6油泵规格参数................................141

7.6.4油泵站布置........................................141

7.7站内污水处理...........................................142

7.7.1污水来源..........................................142

7.7.2含油污水史理......................................142

7.7.3生活污水史理......................................142

7.8油品计量...............................................143

7.8.1液面高度的人工测量................................143

7.8.2液面高度的自动测量................................143

常用测量液位计..............................143

7.S.2.2液位计的选用.................................145

VIII

第8章辅助生产系统及配套工程......................................146

8.1通信...................................................146

8.2供配电.................................................146

8.3建筑结构...............................................147

8.4供热与暖通.............................................148

8.5自动化控制..............................................148

8.5.1自动化控制系统....................................148

8.5.2储油区工业自动化系统..............................149

8.6防火防爆...............................................152

8.6.1火灾和爆炸原因....................................153

8.6.2防火防爆措施......................................153

8.7站场消防...............................................154

R.7.I灭火原理与方法....................................154

8.7.2灭火方法及设备....................................155

8.7.3消防给水..........................................157

8.8防雷...................................................158

8.9防静电.................................................158

8.10防杂散电流............................................162

8.11穿越施工安全..........................................163

8.11.1设计采取的安全及消防措施.........................163

8.11.2施工中的主要安全措施.............................163

8.12管道水工保护..........................................163

8.12.1冲刷防护.........................................164

8.12.2坡面防护.........................................164

8.12.3支挡防护.........................................164

8.13管道标志..............................................165

第9章HSE风险管理................................................166

9.1长输管道HSE管理.......................................166

9.1.1长输管道危害性因素分析............................166

IX

9.1.2管道系统安全防护对策..............................166

9.2站场HSE管理...........................................168

9.2.1站场危害怛因素分析................................168

9.2.2站场安全防护对策..................................168

9.3HSE管理体系建设与运行.................................170

9.3.1HSE体系建设......................................170

9.3.2HSE体系实施......................................170

9.4应急保障体系...........................................171

9.4.1突发事件分类与分级................................171

9.4.2应急工作原则......................................172

第10章投资成本估算...............................................173

10.1长输管道工程投资.......................................173

10.2站场投资..............................................173

10.3方案工程总投资........................................174

参考文献175

附录.....................177

附录A管道水力摩阻计算...................................177

附录B不同管道钢级投资表.................................178

附录C河流穿越施工图.....................................179

附图1....................................................................................................179

附图2....................................................................................................180

附录D自编程序VisualBasic程序代码........................181

附录E穿越轨迹设计程序代码................................189

x

第1章总论

第1章总论

1.1工程概况

R油田开发是将井场原油通过集输管道汇集至位于区块南部的A联合站，通

过外输管道170km外输管道将原油输送至装车站。输油干线起点是A联合站，途

经B外输首站，终点是C装车站，该站原油经火车装车外运给用户。距离A联合

站40km处有一条河流，拟建输油管道穿越该河流进入B外输首站，穿越河道长

度为1000m左右。河床相对比较平坦，河岸两侧地势相对较高。

装车站位于外输首站正北方向，距离外输首站84km,原油通过管道输送至装

车站，装车站所在区域地势平坦，位于铁路编组东侧8km处。各站相对位置如图

1.1所示。

铁力第绢站O/IlC装车站

8km

84kn

B外Itt站

河流穿越

40IUB

A联合站

第1章总论

图1.1各站相对位置示意图

2

第1章总论

1.2编制依据

方案编制依据包括：

(1)管道站场设计与规划相关规范及标准。

(2)《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛方案基础数据》。

(3)《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛方案编制要求》。

1.3编制原则

(I)遵守国家及本行业的有关法规和政策，严格执行国家及行业的有关方针、

政策、标准、规范和法规。

(2)贯彻“安全、可靠、成熟、实用、效益、节能、环保”的指导思想，以提高

经济效益为中心，采用各种有效措施，优化总体布局。

(3)根据研究区块的地理位置及环境特点，针对原油物性参数，整体设计，分

布实施，考虑适当预留，建设规模、设备能力和布局上具有灵活性和适应性；

(4)在确保安全生产的前提下，尽量简化工艺流程并做到工艺合理、安全、经

济、高效运行。

(5)充分考虑环境保护、节约能源、职业安全卫生和污染源的控制，必须符合

安全、环保、节能降耗等有关规范要求，确保万无一失。

(6)重视环境保护，采取有效措施防止环境污染。

(7)以提高经济效益为中心，采取各种有效措施，优化总体布局，简化工艺，

提高整体设计水平和综合经济效益。

1.4设计范围

长输管道工程设计，包括管道工艺及管道运行与管理设计。

穿跨越工程设计，包括穿越曲线设计和施工方案设计。

站场设计，包括工艺流程设计、油水处理方案设计、工艺设备规格参数设计、站

内管道水力热力计算及强度校核、铁路装车方案设计。

辅助生产系统及配套工程设计，包括自控系统、消防、防火防爆、防雷防静

电、防杂散电流、数字化建设，

1.5国家级地方有关法律、法规

《中华人民共和国安全生产法》中华人民共和国主席令第70号

《中华人民共和国消防法》中华人民共和国主席令第4号

《中华人民共和国环境保护法》中华人民共和国主席令第22号

《中华人民共和国突发事件应对法》中华人民共和国主席令第69号

3

第1章总论

《危险化学品泄漏安全管理条例》中华人民共和国国务院令第344号

《危险化学品泄漏事件应急救援预案编制导则》国家安全生产监督管理局安

监管司函字［2003J4号

AQ2012-2007《石油天然气安全规程》

《关于全面加强应急管理工作的意见》

《特种设备安全监察条例》

SY/T6524-2002《石油工业作业场所劳动防护用具配备要求》

《中华人民共和国石汕天然气管道保护法》

AQ/T9002-006《生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则》

1.6国家、地方、行业、企业的技术标准和规范

《石油和化工工程设计工作手册》第二册《油田地面工程设计》

《石油和化工工程设计工作手册》第四册《输油管道工程设计》

《石油和化工工程设计工作手册》第六册《油气储库工程设计》

GB18218-2000《重大危险源辨识》

GB50253-2015《输油管道工程设计规范》

SY/T0004-98《油田油气集输设计规范》

SY7513-88《出矿原油技术条件》

SY0007-99《钢制管道及储罐防腐蚀工程设计规范》

SYJ18-86《钢质管道硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层标准》

SY0027-94《稠油集输及注蒸汽系统设计规范》

SY/T0533《清管设备设计技术规定》

SY5737《原油管道输送安全规定》

APISpec5L《管道钢管规范》

ANSIB31.4-2002《液态烧和其他液体输送管道系统》

GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》

GB/T17766-1999《固体矿产资源/储量分类》

GB50350-2005《油气集输设计规范》

SY0009-93《石油工程地面设计文件编制规程》

SH3022-1999《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》

SYT0003-2003《石油天然气工程制图标准》

SY6320-2008《陆上油气田油气集输安全规程》

GB50316-2000《工业金属管道设计规范》

GB50424-2007《油气输送管道穿越工程施工规范》

4

第1章总论

GB50369-2014《油气长输管道工程施工及验收规范》

SYT6968-2013《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》

4thEdition-2015《DCATechnicalGuidelines》

JB/T10764-2007《无损检测常压金属储罐声发射检测及评价方法》

GB-T21448-2008《埋地钢制管道阴极保护技术规范》

GBT50698-2011《埋地钢剃管道交流干扰防护技术标准》

GB50054-95《低压配电装置及线路设计规范》

GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》

GB50061-2010《66kV及以下架空电力线路设计观范》

GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》

GB50264-97《工业设备及管道绝热工程设计规范》

GB50016-2006

《建筑设计防火规范》

GB150-2001

《钢制压力容器》

GB50341-2003

《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》

GB16297-1996

《大气污染物综合排放标准》

HG/T20505-2000

HG/T20507-2(X)0《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号》

HG/T20509-2000《自动化仪表选型设计规定》

HG/T20511-2(X)0《仪表供电设计规定》

GB50160-2008《信号报警、安全联锁系统设计规定》

GB50074-2002《石油化工企业防火设计规范》

GB50016-2006《石油库设计规范》

SH1T3013-2000《建筑设计防火规范》

SH/T30232005

《石油化_L厂区竖向布置设计规范》

GB/T8163-2008

《石油化工厂内道路设计规范》

GB/T9711.1

《输送流体用无缝钢管》

GB50351-2005

《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分》

SH3005-1999

《储罐区防火堤设计规范》

SH/T3081-2003

《石油化工自动化仪表选型设计规范》

SH/T3082-2003

SH/T3019-2003《石油化工仪表接地设计规范》

GB50058-92《石油化工仪表供电设计规范》

GB50341-2003《石油化工仪表配管配线设计规范》

GB50128-2005《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》

《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》

5

第1章总论

GB5.393-2008《钢制石油储罐防腐蚀工程技术规范》

SH3022-1999《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》

SY0007-1999《钢制管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》

SY/T0319-1998《钢制储罐液体环氧涂料内防腐层技术标准》

CNCIA/TOOO1-2006《石油贮罐导静电防腐蚀涂料涂装与验收规范》

GB8923-2008《涂覆涂料前钢材表面处理》

GB50013-2006《室外给水设计规范》

GB50014-2006《室外排水设计规范》

GB50151-92《低倍数泡沫灭火系统设计规范》

GB50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》

GB50052-2009《供配电系统设计规范》

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

GBS0011-2001《建构抗震设计规范》

GB50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》

SH/T3068-2007《石油化工钢储罐地基与基础设计规范

6

第2章R油田输油管道设计基础

第2章R油田输油管道设计基础

2.1工程概况

R油田投入开发，初期原油通过汽车外运。为了满足油田开发上产需要，降

低汽车拉油成本，需进行原油外输管道及火车装车方案设计。

输油干线起点是A联合站，途经B外输首站，终点是C装车站，该站原油

经火车装车外运给用户。距离A联合站40km处有一条河流，拟建输油管道穿越

该河流进入B外输首站，穿越河道长度为1000m左右。河床相对比较平坦，河

岸两侧地势相对较高。

2.2设计基础资料

2.2.1基础数据

外输管道长度如表2.1所示。

表2.1R油田输油管道基础数据

管线起点管线线占长度(km)

A联合站B外输首站86.0

B外输首站C装车站84.0

该区块2016・2025年原油产量如下表所示:

表2.2A联合站所辖区域产量预测

时间

201620