長輸管道工藝設(shè)計

長輸管道工藝設(shè)計

現(xiàn)代管道運輸始于1865年美國賓夕法尼亞的第一個原油管道。我國的管道網(wǎng)建設(shè)則始于上世紀(jì)50年代末新疆建成的全長147km管徑150mm的克拉瑪依—獨山子輸油管道。上世紀(jì)60年代后,隨著我國石油工業(yè)的快速發(fā)展,大慶、勝利等油田相繼建成,管道運輸?shù)玫搅溯^大發(fā)展。到1994年底,以(大)慶鐵(嶺)、鐵(嶺)大(連)、鐵(嶺)秦(皇島)、東(營)黃(島)和魯(山東臨岜)寧(江蘇儀征)五大干線為主的全國原油長輸管道輸送的原油占總產(chǎn)量的89.31%,天然氣管道輸送的天然氣占總產(chǎn)量的60.97%;全國管道總里程達(dá)到16800km。與國外發(fā)達(dá)國家相比,我國輸油管道技術(shù)還存在一定差距。除了管材與制管工藝、電機、泵、閥門等管件、自動化控制技術(shù)以及防腐和管道施工技術(shù)上存在差距外,管線的工藝設(shè)計也存在一定的差距?，F(xiàn)以我國中部某管道設(shè)計為例,對長輸油管道工藝設(shè)計進行簡單介紹。1密度和溫度對油脂粘度的影響該管線任務(wù)輸量為每年650萬噸;溫度密度:根據(jù)20℃時油品密度按下式換算成計算溫度下的密度:式中:ρt、ρ20—溫度為t℃時及20℃時的油品密度,kg/m3;ζ—溫度系數(shù),ζ=1.825-0.001315ρ20,kg/(m3.℃)。油品粘度,已知:油品運動粘度可按下式計算:式中:υt、υ0—溫度為t、t0時油品的運動粘度,m2/s;u—粘溫指數(shù),1/℃。2輸油管道的選型和輸油泵的設(shè)置大量經(jīng)濟計算及運行實踐總結(jié)的長輸管道經(jīng)濟流速的變化范圍,一般為1.0~2.0m/s。這給設(shè)計計算帶來很大方便。建設(shè)時由于設(shè)備、材料價格、建設(shè)工程費用、燃料、動力價格等等的差異,計算得出的經(jīng)濟流速范圍也不相同。對于同一地區(qū)而言,經(jīng)濟流速的取值主要決定于油品的粘度和管徑。根據(jù)初定經(jīng)濟流速所對應(yīng)的內(nèi)管,其外徑D=508mm,在其上下各選一個標(biāo)準(zhǔn)管徑,對應(yīng)的外徑可分別為D=457mm和D=559mm。根據(jù)被輸介質(zhì)性質(zhì)、管道的工作環(huán)境、施工條件、市場供應(yīng)和管道的工藝設(shè)計條件,選擇管材和管子類型,目前新建大型管道多采用X65、X70級鋼。在本設(shè)計中,根據(jù)所選管材X65(L450)鋼作為設(shè)計材料,Qs=450MPa。泵站應(yīng)有備用輸油泵。備用泵臺數(shù)按照泵與原動機的可靠性與維修條件而定。選泵時,通常是先從泵制造廠提供的泵型譜與特性曲線上,挑選出與確定的額定排量及揚程相符的泵型。按照所輸原油性質(zhì)對特性曲線加以換算,應(yīng)使額定排量與揚程位于所選泵型特性曲線的高效區(qū),泵應(yīng)具有連續(xù)平滑的特性曲線,高效區(qū)較寬;泵關(guān)死點(排量為零)的揚程上升不應(yīng)過大。如果已有的泵特性曲線不符合要求,可向泵制造廠提出重新設(shè)計或修改曲線的要求。給油泵只用于首站,安裝在輸油主泵之前,并聯(lián)操作。給油泵按照泵站總排量與主泵所要求的正壓頭,確定臺數(shù)及每臺泵的排量與揚程。目前國內(nèi)輸油管道采用的輸油泵主要有:400KD型、DKS型、KS型、SH型、D(DA)型、Y(YS)型、DY型等。根據(jù)任務(wù)數(shù)量和計算揚程要求,本設(shè)計中采用輸油量為1000m3/h的400KD型泵。每個站設(shè)置兩臺輸油泵,其中一臺備用。初步確定工作壓力為5.6MPa。3按規(guī)格進行計算管道工藝計算的方法和及驟:工藝計算主要包括強度計算和水力計算,步驟如下:(1)根據(jù)流量推算等溫輸油管道的經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑;(2)在經(jīng)濟管徑上下各選一個標(biāo)準(zhǔn)管徑;(3)進行工藝計算,針對管徑、輸量選擇泵的總揚程及輸量高效區(qū);(4)進行強度計算;(5)進行水力計算,選擇最低地溫和平均地溫,確定油品粘度、任務(wù)輸量,從而求出全線壓頭損失;(6)根據(jù)壓頭損失確定泵站數(shù),并進行圓整;對三種管徑分別按(3)—(6)步驟計算,再進行經(jīng)濟比較;(7)布站;(8)校核最高地溫和最低地溫、進出站壓力及動靜水壓力;(9)確定工作點;(10)選擇設(shè)備及首末站罐。完成工藝計算后,對所計算的各種方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較,最終確定最佳方案,并對最佳方案進行工況校核。3.1管道穿跨越工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)輸油管道直管道的設(shè)計公式如下:式中:δ—管壁厚度,mm;D—外徑,mm;Φ—焊縫系數(shù),無縫鋼管取1.0;C—考慮鋼管公差和腐蝕的余量,根據(jù)管路的工作環(huán)境,取C=0~2mm。輸送C5及C5以上的液體管道的設(shè)計系數(shù)除穿越段按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計規(guī)范》(SY/T0015)的規(guī)定取值外,輸油站外一般地段取0.72。再根據(jù)選用的管道規(guī)格的壁厚計算設(shè)計壓力。3.2速度計算由下列公式計算:式中:V—流速,m/s;A—管道橫截面積,mm2。3.3計算雷諾數(shù)流態(tài)判定由下式計算:式中:—油品的運動粘度,m2/s;ν3.4由于水流梯度的降低，綜合磨坊的參數(shù)由下式計算:式中:i—水力坡降;A—管道橫截面積,mm2;Q—油品在管路中的體積流量。3.5水力坡降工藝設(shè)計方案翻越點判斷可用在縱斷面圖上作水力坡降線的方法來判斷。在接近末端的縱斷面線的上方,按其縱斷面坐標(biāo)的比例作水力坡降線,將此線向下平移,直到與縱斷面線相切為止。如水力坡降線在與管道終點相交之前,不與管道縱斷面上的任一點相切,即不存在翻越點。反之,在與終點相交之前,水力坡降線與縱斷面線的第一個切點就是翻越點。根據(jù)縱斷面圖及水力坡降線可判斷,在此工藝設(shè)計方案中沒有翻越點。管道計算長度為管路全長435.65km。3.6確定整個過程所需的壓力頭由下式計算:式中:Lf——管道的計算長度,m;hmi——局部摩阻,m液柱;3.7按泵站揚程計算取能量根據(jù)任務(wù)輸量,在泵站工作特性曲線上可以得到每個泵站所能提供的揚程為HCT。全線N個泵站提供的總揚程必然與消耗的總能量平衡,由公式得:式中:HCT—任務(wù)輸量下泵站的揚程,m液柱;hm—泵站站內(nèi)損失,m液柱;顯然計算出的N不一定是整數(shù),只能取與之相近的整數(shù)作為該方案需建設(shè)的泵站數(shù)。本設(shè)計中泵站數(shù)為4個。3.8管道建設(shè)投資s輸油管道方案的優(yōu)劣主要取決于工業(yè)設(shè)計方案的選擇。重點考慮基建投資及輸油成本費用兩方面。基建投資及輸油成本費用主要包括基本建設(shè)投資指標(biāo)和輸油成本指標(biāo)兩大類。這些指標(biāo)系根據(jù)多年管道建設(shè)經(jīng)驗積累、依據(jù)國家有關(guān)政策規(guī)定編制而成的。技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)用于工藝方案的經(jīng)濟性比較。管道建設(shè)投資指標(biāo)包括線路部分、泵站部分和配套工程三部分。輸油成本費用主要包括大修理、材料、動力、燃料、工資、職工福利、損耗及其他費用。再根據(jù)總投資和運行管理費用計算年折折舊費用:S=IK+E式中:I—投資效益(回收)系數(shù),1/年;反映了管道工程項目的經(jīng)濟性好壞的重要指標(biāo),在儲運工程項目設(shè)計中取一般取0.15。式中:i—基本投資收益率,i<1;t—投資回收期,年。3.9壓力需求特性方程求泵站—管道系統(tǒng)的工作點,除了圖解法以外,也可根據(jù)壓頭供需平衡的原則,列出管道的壓力供應(yīng)特性方程和壓力需求特性方程,使兩者相等求解工作點。假設(shè)管道上有N座泵站,全線管徑相同,無分支,首站進站壓頭和各站內(nèi)摩阻均為常量,可寫出全線的壓力供需平衡關(guān)系式如下:由上式可求出管道的工作流量:式中:Q——全線工作流量,m3/s;N——全線工作站泵數(shù);3.10對泵站和管道的運行進行回顧3.10.1.各站的進給壓力進站壓力計算公式:式中:L1、?Z1——第一站間管道長度及高差,m;Hd1——首站出站壓頭。出站壓力計算公式:3.10.最高動水壓力的確定動水壓力:油流沿管道流動過程中各點的剩余壓力。在縱斷面圖上,動水壓力是管道縱斷面線之間的垂直壓力。動水壓力的大小不僅取決于地形的起伏變化,而且與管道的水力坡降和泵站的運行情況有關(guān)。校核動水壓力,就是檢查管道的剩余壓力是否在管道操作壓力的允許值范圍內(nèi)。即最低動水壓力(一般為高點壓力)應(yīng)高于0.2MPa,最高動水壓力應(yīng)在管道強度的允許值范圍內(nèi)。鋼管最大承受壓力可由公式計算:3.10.3.靜水壓校正靜水壓力:油流停止流動后,由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力。管道沿程最大高差為:為安全起見,取最低溫度下油流密度進行計算:3.11選擇存儲材料儲罐總?cè)萘?式中:V—首、末站油罐總?cè)萘?m3;ε—油罐容積利用系數(shù),金屬浮頂罐取0.9;4輸油管路總壓頭及管道設(shè)計本設(shè)計主要針對等溫輸油管道進行工藝設(shè)計計算,在設(shè)計過程中,根據(jù)輸油管道工程設(shè)計規(guī)范,通過流量推算其經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑,再在經(jīng)濟管徑上下各選一個標(biāo)準(zhǔn)管徑,最終確定最佳方案,即:管道規(guī)格:Ф457×6.4;流速:1.6m/s;流態(tài):紊流狀態(tài),混合摩擦區(qū);水力坡降i:0.0048;無翻越點,計算長度為435.65km;全線需要的總壓頭:2153m;泵站數(shù):4。本設(shè)計能夠滿足中部某長輸油管線的工藝設(shè)計要求,而且有比較好的技術(shù)經(jīng)濟指數(shù)。P—設(shè)計壓力或管道的工作壓力,MPa;[σ]—輸油管道的許用應(yīng)力,Q—油品在管路中的體積流量,m3/s;d—管內(nèi)徑,mm;Q—油品在管路中的體積流量,m3/s?！推返倪\動粘度,m2/s;νL—管長,m;d—管內(nèi)徑,mm;nhf—水頭損失,m;ZQ、ZZ——管道起點和終點的高程,m;HSZ——末站剩余壓力,m液柱。H—任務(wù)數(shù)量下管道所需總壓頭,m液柱;HSZ—末站剩余壓力,m液柱。f——單位流量的水力坡降,(m3/s)m-2;