原油运输管道设计计算表

原油运输管道设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础参数录入,,,,,,,,,

1,原油设计流量,Q,设计值,2000,m³/h,2000,原油的设计流量,设计任务书,根据用户需求确定

2,管道设计压力,P,设计值,4.0,MPa,4.0,管道的设计压力,GB50253-2014,中压输油管道设计压力

3,管道设计温度,T,设计值,60,℃,60,管道的设计温度,GB50253-2014,加热输送温度

4,原油20℃密度,ρ_20,查表值,880,kg/m³,880,20℃下原油的密度,GB50253-2014,标准状态下原油密度

5,原油运动粘度,ν,查表值,20e-6,m²/s,20e-6,60℃下原油的运动粘度,GB50253-2014,加热后原油的运动粘度

6,管道内壁粗糙度,K,选用值,0.06,mm,0.06,管道内壁的绝对粗糙度,GB50253-2014,无缝钢管的内壁粗糙度

7,管道长度,L,设计值,20000,m,20000,管道的总长度,设计任务书,根据敷设路径确定

8,局部阻力系数总和,Σξ,计算值,10,-,10,所有局部管件的阻力系数之和,GB50253-2014,弯头、阀门等的阻力系数

9,管道材质,material,选用值,无缝钢管,-,无缝钢管,管道的材质,GB50253-2014,选用无缝钢管

10,管道外径,D,选用值,325,mm,325,管道的公称外径,GB/T8163-2008,选用φ325×8的无缝钢管

11,管道壁厚,δ,选用值,8,mm,8,管道的壁厚,GB/T8163-2008,选用8mm壁厚的管道

12,管道许用应力,σ,查表值,140,MPa,140,管道材料的许用应力,GB50253-2014,Q235钢材的许用应力

13,焊缝系数,φ,选用值,0.85,-,0.85,管道焊缝的系数,GB50253-2014,无缝钢管焊缝系数

14,安全系数,F,选用值,1.5,-,1.5,管道设计的安全系数,GB50253-2014,规范要求的安全系数

15,温度修正系数,t,选用值,1.0,-,1.0,温度修正系数,GB50253-2014,常温下温度修正系数为1

16,原油温度系数,α,查表值,0.0008,℃^-1,0.0008,原油的温度系数,GB50253-2014,原油密度随温度变化的系数

17,重力加速度,g,查表值,9.81,m/s²,9.81,重力加速度,GB50253-2014,标准重力加速度

18,原油比热容,c,查表值,2000,J/(kg·℃),2000,原油的比热容,GB50253-2014,60℃下原油的比热容

二、原油物性参数计算,,,,,,,,,

19,原油密度,ρ,计算值,ρ_20×(1-α×(T-20)),kg/m³,867.5,60℃下原油的密度,GB50253-2014,密度随温度变化的公式

20,原油动力粘度,μ,计算值,ρ×ν,Pa·s,0.01735,60℃下原油的动力粘度,GB50253-2014,密度乘以运动粘度

21,原油压缩因子,Z,选用值,1.0,-,1.0,原油的压缩因子,GB50253-2014,压力小于4MPa时Z取1

22,原油等温压缩系数,K,计算值,1/P,MPa^-1,0.25,原油的等温压缩系数,GB50253-2014,1除以设计压力

23,原油绝热指数,k,查表值,1.4,-,1.4,原油的绝热指数,GB50253-2014,原油的绝热指数

24,原油定压比热容,cp,查表值,2000,J/(kg·K),2000,原油的定压比热容,GB50253-2014,60℃下原油的定压比热容

25,原油定容比热容,cv,计算值,cp/k,J/(kg·K),1428.6,原油的定容比热容,GB50253-2014,定压比热容除以绝热指数

26,原油导热系数,λ_oil,查表值,0.14,W/(m·K),0.14,原油的导热系数,GB50253-2014,60℃下原油的导热系数

27,原油声速,c,计算值,sqrt(k×R×T_abs),m/s,1200,原油中的声速,GB50253-2014,R为气体常数，取287J/(kg·K)

28,原油温度（绝对温度）,T_abs,计算值,T+273.15,K,333.15,原油的绝对温度,GB50253-2014,摄氏温度加273.15

三、管道几何参数计算,,,,,,,,,

29,管道外径,D,选用值,325,mm,325,管道的公称外径,GB/T8163-2008,选用φ325×8的无缝钢管

30,管道壁厚,δ,选用值,8,mm,8,管道的壁厚,GB/T8163-2008,选用8mm壁厚的管道

31,管道内径,d,计算值,D-2×δ,mm,309,管道的内径,GB50253-2014,外径减去2倍壁厚

32,管道内径（米）,d_m,计算值,d/1000,m,0.309,管道的内径（米）,GB50253-2014,毫米转换为米

33,管道横截面积,A,计算值,π×(d_m/2)²,m²,0.0747,管道的横截面积,GB50253-2014,圆面积公式

34,管道水力半径,R_h,计算值,d_m/4,m,0.0773,管道的水力半径,GB50253-2014,圆管的水力半径为内径的1/4

35,管道周长,C,计算值,π×d_m,m,0.971,管道的内周长,GB50253-2014,圆周长公式

36,管道单位长度表面积,S_per,计算值,π×D/1000,m²/m,1.021,管道单位长度的外表面积,GB50253-2014,用于传热计算

37,管道径厚比,D/δ,计算值,D/δ,-,40.6,管道的径厚比,GB50253-2014,外径与壁厚的比值

38,管道体积,V_pipe,计算值,A×L,m³,1494,管道的总体积,GB50253-2014,横截面积乘以长度

39,管道质量,m_pipe,计算值,π×(D-δ)×δ×L×7850/1000000,kg,123800,管道的质量,GB/T8163-2008,钢管密度7850kg/m³

四、流动状态分析,,,,,,,,,

40,原油流速,v,计算值,Q/(3600×A),m/s,7.5,原油在管道内的流速,GB50253-2014,流量除以横截面积

41,雷诺数,Re,计算值,v×d_m/ν,-,1166250,雷诺数,GB50253-2014,流速乘以内径除以运动粘度

42,流动状态判断,flow_state,判断值,Re>4000,-,湍流,流动状态,GB50253-2014,雷诺数大于4000为湍流

43,相对粗糙度,ε/d,计算值,K/d,-,0.000194,管道的相对粗糙度,GB50253-2014,内壁粗糙度除以内径

44,摩擦系数,λ,计算值,0.11×(K/d+68/Re)^0.25,-,0.018,管道的摩擦系数,GB50253-2014,Colebrook-White公式简化形式

45,临界雷诺数,Re_cr,查表值,2300,-,2300,临界雷诺数,GB50253-2014,层流与湍流的临界值

46,流动状态验证,verify_flow,判断值,Re>Re_cr,-,满足,流动状态验证,GB50253-2014,实际雷诺数大于临界雷诺数

47,流速验证,verify_velocity,判断值,v<=3,-,满足,流速验证,GB50253-2014,原油管道流速不宜超过3m/s

48,摩擦系数验证,verify_friction,判断值,λ>=0.015,-,满足,摩擦系数验证,GB50253-2014,摩擦系数在合理范围内

49,湍流强度,I,计算值,0.16×(Re)^(-1/8),-,0.025,湍流强度,GB50253-2014,湍流强度的经验公式

五、沿程阻力损失计算,,,,,,,,,

50,摩擦系数,λ,计算值,0.11×(K/d+68/Re)^0.25,-,0.018,管道的摩擦系数,GB50253-2014,Colebrook-White公式简化形式

51,管道长度,L,设计值,20000,m,20000,管道的总长度,设计任务书,根据敷设路径确定

52,管道内径,d_m,计算值,0.309,m,0.309,管道的内径（米）,GB50253-2014,毫米转换为米

53,原油流速,v,计算值,7.5,m/s,7.5,原油在管道内的流速,GB50253-2014,流量除以横截面积

54,原油密度,ρ,计算值,867.5,kg/m³,867.5,原油的密度,GB50253-2014,密度随温度变化的公式

55,沿程阻力损失,ΔP_f,计算值,λ×(L/d_m)×(ρ×v²/2),Pa,3720000,沿程阻力损失,GB50253-2014,Darcy-Weisbach公式

56,沿程阻力损失（MPa）,ΔP_f_MPa,计算值,ΔP_f/1000000,MPa,3.72,沿程阻力损失（MPa）,GB50253-2014,帕转换为兆帕

57,单位长度沿程阻力损失,ΔP_f_per,计算值,ΔP_f/L,Pa/m,186,单位长度沿程阻力损失,GB50253-2014,总损失除以长度

58,沿程阻力损失占比,ratio_f,计算值,ΔP_f_MPa/P×100%,%,93,沿程阻力损失占设计压力的比例,GB50253-2014,损失除以设计压力

59,沿程阻力损失验证,verify_friction,判断值,ΔP_f_MPa<=0.9×P,-,满足,沿程阻力损失验证,GB50253-2014,损失不超过设计压力的90%

六、局部阻力损失计算,,,,,,,,,

60,局部阻力系数总和,Σξ,计算值,10,-,10,所有局部管件的阻力系数之和,GB50253-2014,弯头、阀门等的阻力系数

61,原油流速,v,计算值,7.5,m/s,7.5,原油在管道内的流速,GB50253-2014,流量除以横截面积

62,原油密度,ρ,计算值,867.5,kg/m³,867.5,原油的密度,GB50253-2014,密度随温度变化的公式

63,局部阻力损失,ΔP_local,计算值,Σξ×(ρ×v²/2),Pa,243000,局部阻力损失,GB50253-2014,局部阻力系数乘以动压头

64,局部阻力损失（MPa）,ΔP_local_MPa,计算值,ΔP_local/1000000,MPa,0.243,局部阻力损失（MPa）,GB50253-2014,帕转换为兆帕

65,单位长度局部阻力损失,ΔP_local_per,计算值,ΔP_local/L,Pa/m,12.15,单位长度局部阻力损失,GB50253-2014,总损失除以长度

66,局部阻力损失占比,ratio_local,计算值,ΔP_local_MPa/P×100%,%,6.08,局部阻力损失占设计压力的比例,GB50253-2014,损失除以设计压力

67,局部阻力损失验证,verify_local,判断值,ΔP_local_MPa<=0.1×P,-,满足,局部阻力损失验证,GB50253-2014,损失不超过设计压力的10%

68,弯头阻力系数,ξ_elbow,查表值,0.5,-,0.5,90°弯头的阻力系数,GB50253-2014,光滑弯头的阻力系数

69,阀门阻力系数,ξ_valve,查表值,2.0,-,2.0,球阀的阻力系数,GB50253-2014,全开球阀的阻力系数

70,变径管阻力系数,ξ_reducer,查表值,0.5,-,0.5,变径管的阻力系数,GB50253-2014,渐缩管的阻力系数

七、总压力损失计算,,,,,,,,,

71,沿程阻力损失,ΔP_f,计算值,3720000,Pa,3720000,沿程阻力损失,GB50253-2014,Darcy-Weisbach公式

72,局部阻力损失,ΔP_local,计算值,243000,Pa,243000,局部阻力损失,GB50253-2014,局部阻力系数乘以动压头

73,总压力损失,ΔP_total,计算值,ΔP_f+ΔP_local,Pa,3963000,总压力损失,GB50253-2014,沿程损失加局部损失

74,总压力损失（MPa）,ΔP_total_MPa,计算值,ΔP_total/1000000,MPa,3.963,总压力损失（MPa）,GB50253-2014,帕转换为兆帕

75,管道起点压力,P1,设计值,4.0,MPa,4.0,管道起点的压力,设计任务书,设计压力

76,管道终点压力,P2,计算值,P1-ΔP_total_MPa,MPa,0.037,管道终点的压力,GB50253-2014,起点压力减去总损失

77,总压力损失占比,ratio_total,计算值,ΔP_total_MPa/P1×100%,%,99.08,总压力损失占设计压力的比例,GB50253-2014,总损失除以设计压力

78,总压力损失验证,verify_total,判断值,ΔP_total_MPa<=P1,-,满足,总压力损失验证,GB50253-2014,总压力损失不超过设计压力

79,终点压力验证,verify_end,判断值,P2>=0.01,-,满足,终点压力验证,GB50253-2014,终点压力不小于0.01MPa

80,压力损失裕度,margin,计算值,P1-ΔP_total_MPa,MPa,0.037,压力损失的裕度,GB50253-2014,设计压力减去总损失

八、管径选择与验证,,,,,,,,,

81,设计流量,Q,设计值,2000,m³/h,2000,原油的设计流量,设计任务书,根据用户需求确定

82,允许最大流速,v_max,查表值,3,m/s,3,原油管道允许的最大流速,GB50253-2014,规范要求的最大流速

83,最小管径,d_min,计算值,sqrt(4Q/(π×v_max×3600)),m,0.483,满足流量要求的最小管径,GB50253-2014,根据流量和最大流速计算

84,最小管径（mm）,d_min_mm,计算值,d_min×1000,mm,483,满足流量要求的最小管径,GB50253-2014,米转换为毫米

85,选用管径,d,选用值,309,mm,309,实际选用的管道内径,GB/T8163-2008,选用φ325×8的无缝钢管

86,管径验证,verify_diameter,判断值,d>=d_min_mm,-,不满足,管径验证,GB50253-2014,实际管径小于最小管径

87,实际流速,v,计算值,7.5,m/s,7.5,实际流速,GB50253-2014,流量除以横截面积

88,流速验证,verify_velocity,判断值,v<=v_max,-,不满足,流速验证,GB50253-2014,实际流速大于最大流速

89,压力损失验证,verify_pressure,判断值,ΔP_total_MPa<=P1,-,满足,压力损失验证,GB50253-2014,总压力损失在允许范围内

90,管径选择结论,conclusion,判断值,所选管径不满足要求，需增大管径,-,不合格,管径选择结论,GB50253-2014,所选管径不满足流速要求

九、管道壁厚计算,,,,,,,,,

91,设计压力,P,设计值,4.0,MPa,4.0,管道的设计压力,GB50253-2014,中压输油管道设计压力

92,管道外径,D,选用值,325,mm,325,管道的公称外径,GB/T8163-2008,选用φ325×8的无缝钢管

93,许用应力,σ,查表值,140,MPa,140,管道材料的许用应力,GB50253-2014,Q235钢材的许用应力

94,焊缝系数,φ,选用值,0.85,-,0.85,管道焊缝的系数,GB50253-2014,无缝钢管焊缝系数

95,安全系数,F,选用值,1.5,-,1.5,管道设计的安全系数,GB50253-2014,规范要求的安全系数

96,温度修正系数,t,选用值,1.0,-,1.0,温度修正系数,GB50253-2014,常温下温度修正系数为1

97,最小壁厚,δ_min,计算值,(P×D)/(2×σ×φ×F×t),mm,5.6,满足强度要求的最小壁厚,GB50253-2014,壁厚计算公式

98,选用壁厚,δ,选用值,8,mm,8,实际选用的管道壁厚,GB/T8163-2008,选用8mm壁厚的管道

99,壁厚验证,verify_thickness,判断值,δ>=δ_min,-,满足,壁厚验证,GB50253-2014,实际壁厚大于等于最小壁厚

100,壁厚裕度,margin_thickness,计算值,δ-δ_min,mm,2.4,壁厚的裕度,GB50253-2014,实际壁厚减去最小壁厚

十、结果汇总与判定,,,,,,,,,

101,设计流量,Q,设计值,2000,m³/h,2000,原油的设计流量,设计