某熱油管道工藝設(shè)計(jì)課-程設(shè)計(jì)

重慶科技學(xué)院《油氣管道輸送技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院:_石油與天然氣工程學(xué)院_專(zhuān)業(yè)班級(jí):油儲(chǔ)學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):設(shè)計(jì)地點(diǎn)〔單位〕_______________設(shè)計(jì)題目:_某熱油管道工藝計(jì)算_____________________完成日期：年月日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成績(jī)〔五級(jí)記分制〕:________________指導(dǎo)教師〔簽字〕:________________目錄1總論11.1設(shè)計(jì)依據(jù)及準(zhǔn)那么11.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)11.1.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么11.2總體技術(shù)水平12設(shè)計(jì)參數(shù)22.1工程概況22.2管道設(shè)計(jì)參數(shù)22.3原油的性質(zhì)22.4設(shè)計(jì)輸量22.5其他參數(shù)23根底工藝計(jì)算33.1采用的輸送方式33.2管道規(guī)格33.2.1平均溫度33.2.2油品密度3流量計(jì)算33.2.4油品黏度43.2.5管道內(nèi)徑43.2.6管道壁厚和外徑5驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速63.3熱力計(jì)算73.3.1確定流態(tài)73.3.2總傳熱系數(shù)73.3.3原油比熱容93.3.4加熱站布站9水力計(jì)算113.4設(shè)備的選用12泵及原動(dòng)機(jī)的選用123.4.2加熱設(shè)備選型133.5站場(chǎng)布置133.6判斷翻越點(diǎn)154結(jié)論16參考文獻(xiàn)171總論1.1設(shè)計(jì)依據(jù)及準(zhǔn)那么設(shè)計(jì)依據(jù)〔1〕國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)?！?〕其他相似管道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?！?〕設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么〔1〕嚴(yán)格遵循先行國(guó)家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)。〔2〕采用先進(jìn)、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，保證工程工程的高水平、高效益，確保管道平安可靠，長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行?！?〕節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線(xiàn)結(jié)合。站場(chǎng)的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊開(kāi)展緊密結(jié)合?！?〕在保證管線(xiàn)通信可靠的根底上，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程投資。提高自控水平，實(shí)現(xiàn)主要平安性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作?！?〕以經(jīng)濟(jì)效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險(xiǎn)投資，力爭(zhēng)節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.2總體技術(shù)水平設(shè)計(jì)采用高壓長(zhǎng)距離全密閉加熱輸送工藝，整體工藝到達(dá)國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)水平。2設(shè)計(jì)參數(shù)2.1工程概況某油田初期產(chǎn)量油240萬(wàn)噸/年，五年后原油產(chǎn)量到達(dá)365萬(wàn)噸/年，方案將原油輸送到289km外的煉油廠，需要設(shè)計(jì)一條輸油管道，采用密閉輸送方式。里程和高程見(jiàn)表2.1，地溫資料見(jiàn)表2.2。表2.1里程和高程表里程，km073147179220289高程，m220270120227160260表2.2管道經(jīng)過(guò)地區(qū)的地溫月份123456789101112地溫℃5689111315181310872.2管道設(shè)計(jì)參數(shù)輸送壓力6.5MPa,末站剩余壓頭70m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%計(jì)，粘溫指數(shù)0.038，進(jìn)站溫度控制在36℃。最高輸送溫度68℃2.3原油的性質(zhì)原油性質(zhì)見(jiàn)表2.3。表2.3某原油性質(zhì)含蠟量，%瀝青質(zhì)，%密度，kg/m3初餾點(diǎn)，℃凝固點(diǎn)，℃粘度，50℃36.875.78852.86929.58.22.4設(shè)計(jì)輸量油田初期產(chǎn)量油240萬(wàn)噸/年，五年后原油產(chǎn)量到達(dá)365萬(wàn)噸/年2.5其他參數(shù)保溫層采用黃夾克，厚度40mm。土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.15W/〔m﹒℃〕，埋地深度1.7m。3根底工藝計(jì)算3.1采用的輸送方式本設(shè)計(jì)采用密閉加熱輸送。密閉輸送即“從泵到泵”輸送，在這種工藝中，中間輸油站不設(shè)供緩沖用的旁接油罐，上游來(lái)油直接進(jìn)泵。其特點(diǎn)是：整條管線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的密閉水力系統(tǒng)，可充分利用上站余壓，節(jié)省能量，還可以消除中間站的輕質(zhì)油蒸發(fā)損耗，但對(duì)自動(dòng)化程度和全線(xiàn)集中監(jiān)測(cè)要求較高。我國(guó)生產(chǎn)的原油大局部為高凝點(diǎn)、高粘度和高含蠟原油，因此，需要加熱輸送，降低油品粘度，減少管路摩擦阻力損失。3.2管道規(guī)格為滿(mǎn)足管道二期運(yùn)行要求，所以計(jì)算管徑時(shí)依據(jù)二期輸量計(jì)算管徑。平均溫度加熱站油流的平均溫度，用加權(quán)平均法計(jì)算?！?.1〕式中——加熱站的起點(diǎn)，終點(diǎn)溫度，℃。假設(shè)℃，℃，將數(shù)據(jù)代入式〔3.1〕得：℃油品密度當(dāng)溫度在0～50℃的范圍內(nèi)，原油不同溫度下的密度由式〔3.2〕計(jì)算：〔3.2〕式中——為℃時(shí)油品的相對(duì)密度；——溫度為20℃時(shí)油品的相對(duì)密度；——油品的溫度體積校正系數(shù)，1/℃。相對(duì)密度在0.8500~0.8599，取0.000699。液體受壓后體積變化很小，通常壓力對(duì)液體油品的密度影響可以忽略。只有在幾十兆帕的極高壓力下才考慮。Kg/m3代入式〔3.2〕得：流量計(jì)算以任務(wù)書(shū)給定的最大輸量作為工藝計(jì)算依據(jù)，考慮到管道維修及事故等因素，計(jì)算時(shí)年輸油時(shí)間應(yīng)按350天〔8400h〕計(jì)算?！?.3〕式中G——年任務(wù)質(zhì)量輸量，；Q——體積流量，；——油品平均溫度的密度，。將kg/m3代入式(3.3)得：m3/s將一期流量G=240代入式〔3.3〕得：m3/s油品黏度〔3.4〕50℃時(shí)，油品的相對(duì)密度由式〔3.2〕計(jì)算：將，代入式〔3.4〕，得：m2/s不同溫度下油品粘度由式〔3.5〕油品粘溫指數(shù)公式計(jì)算：〔3.5〕式中——溫度為時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；——黏溫指數(shù)，1/℃。將m2/s，代入式〔3.5〕中可得46℃下的平均粘度。m2/s管道內(nèi)徑管道內(nèi)徑可按式〔3.6〕計(jì)算：〔3.6〕式中Q——體積流量，；——經(jīng)濟(jì)流速，。經(jīng)濟(jì)流速取值范圍是1~2m/s之間。假設(shè)=1.6m/s。將m3/s，假設(shè)經(jīng)濟(jì)流速m/s代入式〔3.6〕得：管道壁厚和外徑按照我國(guó)《輸油管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50253-2003〕中規(guī)定，輸油管道直管段的設(shè)計(jì)公式如下：〔3.7〕式中——壁厚，m；P——管線(xiàn)設(shè)計(jì)的工作壓力，；D——管線(xiàn)外徑，m；——輸油管道的許用應(yīng)力，。輸油管道的許用應(yīng)力按式〔3.8〕計(jì)算?！?.8〕式中——焊縫系數(shù)，見(jiàn)表3.1；——鋼管的最低屈服強(qiáng)度，按表3.1的規(guī)定取值。K——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)；輸送C5及C5以上的液體管道除穿跨越管段按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔SY/T0015〕的規(guī)定取值外，輸油站外一般地段取0.72。表3.1鋼管的最低屈服強(qiáng)度和焊縫系數(shù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)鋼號(hào)或鋼級(jí)最低屈服強(qiáng)度〔MPa〕焊縫系數(shù)備注《輸送流體用無(wú)縫鋼管》GB/T8163-1999Q295295〔>16mm為285〕1.0為鋼管的公稱(chēng)壁厚Q345295〔>16mm為315〕20245〔>16mm為235〕《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第1局部：A級(jí)鋼管》GB/T9711.1-1997L175(A25)175(172)1.0B級(jí)鋼管的質(zhì)量和試驗(yàn)要求高于A級(jí)鋼管L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555(X80)555(551)《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第2局部：B級(jí)鋼管》GB/T9711.2-1999L245NBL245MB245～440*1.0L290NBL290MB290～440*L360NBL360QBL360MB360～510*L415NBL415QBL415MB415～565*L450QBL450MB450～570*L485QBL485MB485～605*L555QBL555MB555～675*選用最低屈服強(qiáng)度為的Q345鋼。將，代入式〔3.8〕中得：由計(jì)算內(nèi)徑339mm，選取管徑為的無(wú)縫鋼管。計(jì)算壁厚是否符合要求，將，，代入式〔3.7〕得：管子壁厚符合壓力要求，所以選取管子為的無(wú)縫鋼管。驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速根據(jù)選擇管道，內(nèi)徑：將d=337mm，Q=0.1446m3/s代入式〔3.6〕得：+經(jīng)濟(jì)流速滿(mǎn)足在1~2m/s之間，所以選擇的管道符合要求。3.3熱力計(jì)算確定流態(tài)〔3.9〕〔3.10〕式中——雷諾數(shù)；——臨界雷諾數(shù)；——管壁的絕對(duì)粗糙度，《輸油管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》推薦了e的取值，無(wú)縫鋼管取0.06mm。由于，所以油品在管道的流態(tài)是紊流水力光滑區(qū)?？倐鳠嵯禂?shù)保溫材料選取硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其多為閉孔結(jié)構(gòu)，具有絕熱效果好、重量輕、比強(qiáng)度大、施工方便等優(yōu)良特性，同時(shí)還具有隔音、防震、電絕緣、耐熱、耐寒、耐溶劑等特點(diǎn)，常用于工業(yè)設(shè)備的保溫，如儲(chǔ)罐和管道等。第一層低合金鋼管管壁，16Mn是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，是一個(gè)舊的牌號(hào)，舊的國(guó)標(biāo)號(hào)是GB/T1591-1988。在新國(guó)標(biāo)GB/T1591-1994中，16Mn對(duì)應(yīng)的是Q345，它的熱導(dǎo)系數(shù)為56。第二層為黃夾克保溫層，其厚度為40mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.035。材料。第三層為瀝青防腐層，按SY/T0420-97《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》可查防腐層結(jié)構(gòu)如表3.3，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.15，選用加強(qiáng)級(jí)，防腐層厚度取為6mm。表3.3石油瀝青防腐層結(jié)構(gòu)防腐等級(jí)普通級(jí)加強(qiáng)級(jí)特加強(qiáng)級(jí)防腐層總厚度≥4≥5.5≥7防腐層結(jié)構(gòu)三油三布四油四布五油五布防腐層數(shù)1底漆一層底漆一層底漆一層2石油瀝青厚≥1.5mm石油瀝青厚≥1.5mm石油瀝青厚≥1.5mm3玻璃布一層玻璃布一層玻璃布一層4石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm5玻璃布一層玻璃布一層玻璃布一層6石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm7外保護(hù)層玻璃布一層玻璃布一層8石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm9外保護(hù)層玻璃布一層10石油瀝青厚1.0～1.5mm11外保護(hù)層〔1〕當(dāng)量長(zhǎng)度的總傳熱系數(shù)〔3.11〕〔2〕總傳熱系數(shù)〔3.12〕式中d——管內(nèi)徑，m；——第i層的外徑，m；——第i層的內(nèi)徑，m；——第i層〔鋼管層、保溫層、防腐絕緣層〕的導(dǎo)熱系數(shù)，；——最外層的管外徑，m；D——管徑，m。假設(shè)，D取外徑；假設(shè)，D取算數(shù)平均值；假設(shè)，D取內(nèi)徑。油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，在紊流情況下比層流時(shí)大得多，通常情況下大都大于。因此在紊流情況下，對(duì)總傳熱系數(shù)的影響很小，可忽略不計(jì)，而在層留情況下就必須計(jì)入。管最外層至周?chē)橘|(zhì)的放熱系數(shù)?！?.13〕式中——土壤導(dǎo)熱系數(shù)，；——管中心埋深，m；——最外層的管外徑，m。將，，代入式〔3.13〕中得：=1.89將，，，，，代入式〔3.11〕中得：=0.7538根據(jù)，代入式〔3.12〕得：W/(m2·℃)原油比熱容比熱容用來(lái)表示物質(zhì)間的吸熱或放熱能力，原油比熱容的數(shù)值隨原油溫度升高而增大，可由式〔3.14〕計(jì)算?！?.14〕式中——15時(shí)原油的相對(duì)密度；c——比熱容，KJ/(Kg·℃)；T——原油溫度，℃。由式〔3.2〕可計(jì)算，得：將℃，代入式〔3.14〕原油的比熱容為：KJ/(Kg·℃)加熱站布站質(zhì)量流量為：〔3.15〕式中——原油質(zhì)量流量，；——原油輸量，；——管道全年運(yùn)行時(shí)間，一年工作日為350天。將，代入式〔3.15〕中得：確定加熱站的進(jìn)、出口溫度，即站間管段的起、終點(diǎn)溫度和后，可按冬季月平均最低溫度及全線(xiàn)的K值估算加熱站間距，〔3.16〕熱油管全長(zhǎng)289公里，加熱站數(shù)n，(3.17)式中n——加熱站數(shù)，個(gè)；L——輸油管道總長(zhǎng)，m；——加熱站間距，m。在進(jìn)行n的具體計(jì)算時(shí)，需要進(jìn)行化整，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度。在以上根底上可求出每個(gè)加熱站的熱負(fù)荷：〔3.18〕式中——加熱爐的效率，%；C——原油的比熱容，J/(kg.℃)；G——原油質(zhì)量流量，kg/s；Q——加熱站的熱負(fù)荷，J/s。將kg/s，J/(Kg·℃)，，℃，℃W/(m2·℃)，m，=5代入式〔3.16〕、〔3.17〕、〔3.18〕得：=213.5km個(gè)那么向上取2個(gè)加熱站由于熱站的熱負(fù)荷太大，為了保證熱站不承受過(guò)大的負(fù)荷，所以取n=3個(gè)。那么熱站站間距由式〔3.17〕計(jì)算，代入L=289Km，n=3，得：Km出站溫度為:〔3.19〕式中——原油質(zhì)量流量，；——加熱站的進(jìn)站溫度，；——加熱站的出站溫度，；——比熱容，；——加熱站間距，m；K——管道總傳熱系數(shù)，；——管道內(nèi)徑，m；——管道周?chē)淖匀粶囟?，。將℃，℃，W/(m2·℃)，，，kg/s，J/(Kg·℃)代入式〔3.19〕得：=54.1℃因?yàn)?4.1℃﹤68℃，所以出站溫度合理。一個(gè)加熱站的熱負(fù)荷為：3.3.5水力計(jì)算將℃，℃代入式〔3.1〕中得：℃將，，℃代入式〔3.5〕中得：m2/s兩個(gè)加熱站站間的摩阻為：〔3.20〕全線(xiàn)總摩阻為：〔3.21〕全線(xiàn)所需總壓頭為：〔3.22〕式中——沿線(xiàn)總摩阻，m；——加熱站間距的摩阻，m；——首站進(jìn)口壓頭，m；——末站剩余壓頭，m；H——全線(xiàn)所需要的總壓頭，m。，m3/s,m2/s，，，，，代入式〔3.20〕，〔3.21〕，〔3.22〕中得：兩熱站間摩阻：全線(xiàn)所需總壓頭為：3.4設(shè)備的選用泵及原動(dòng)機(jī)的選用泵是將原動(dòng)機(jī)所做的功轉(zhuǎn)換為被輸送流體壓力能和動(dòng)能的流體機(jī)械，其中輸送液體介質(zhì)并提高其能頭的機(jī)械稱(chēng)為泵。選擇泵機(jī)組的主要原那么有：滿(mǎn)足工藝要求；工作平穩(wěn)可靠，能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行；易于操作與維護(hù)；效率高、價(jià)格合理，能充分利用現(xiàn)有能源；滿(mǎn)足防爆、防腐蝕或露天設(shè)置等使用及安裝的特殊要求。流量計(jì)算：選泵時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)钠桨蚕禂?shù)，一般取正常流量的1.05～1.10倍。那么由公式〔3.2〕可計(jì)算42.03℃下原油的相對(duì)密度，那么輸送壓力要求6.5MPa換算為油柱為：換算為水柱為：那么依照Q=359.1，H=663.3進(jìn)行選泵，該設(shè)計(jì)選用泵型為DY型臥式多級(jí)離心輸油泵。DY型多級(jí)離心油泵，具有高效節(jié)能、性能范圍廣、低噪音、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)可輸送石油和石油產(chǎn)品，介質(zhì)溫度在-20℃～150℃。選擇型號(hào)為DY360-95*7，輸送常溫水時(shí)的性能為額定揚(yáng)程637m液柱〔760.7m油柱〕，額定流量360，轉(zhuǎn)速為1480r/min，軸功率893.2KW，效率73%，汽蝕量4.5m，葉輪直徑534mm。配帶電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y25003-4，電動(dòng)機(jī)功率為1000kw。每個(gè)泵站選用2臺(tái)，其中一臺(tái)為備用。泵出口壓力為：〔3.23〕式中P——泵所能夠提供的壓力，Pa；——油品的密度，；H——泵所提供的揚(yáng)程，m。kg/m3,m代入式〔3.23〕中得：輸送壓力滿(mǎn)足平安壓力6.5MPa，故所選擇的泵符合要求。加熱設(shè)備選型加熱設(shè)備選用目前油田應(yīng)用較多的管式加熱爐，它是在爐內(nèi)設(shè)有管排或盤(pán)管，熱量通過(guò)管壁傳給管內(nèi)被加熱介質(zhì)而使溫度升高的加熱爐，是一種直接火焰加熱設(shè)備，具有單臺(tái)熱負(fù)荷大、升溫快加熱溫度高等特點(diǎn)，在油田和長(zhǎng)輸管道中間加熱站獲得廣泛應(yīng)用。但由于使用時(shí)的結(jié)焦問(wèn)題，所以應(yīng)慎重選用。結(jié)合加熱站的最大符合，選用型號(hào)為HDLPGW4000-SY/6.3-Y(Q)的管式爐，其功率為4000KW,熱效率為90%，燃料可采用原油、柴油、天然氣。3.5站場(chǎng)布置泵站數(shù)為：〔3.24〕式中n——泵站數(shù)，個(gè)；H——全線(xiàn)所需的總壓頭，m；——泵所提供的揚(yáng)程，m。將，，代入式〔3.24〕中得：n個(gè)向上取整，取n=2個(gè)；為了保證任務(wù)輸量不變，可對(duì)泵站中的泵機(jī)組采取減小級(jí)數(shù)、輪換小、調(diào)小泵的轉(zhuǎn)速等措施或者將泵站后移。采用平均法布站，其站間距為：〔3.25〕式中——泵站站間距，m；L——管線(xiàn)總長(zhǎng)，m。將，代入式〔3.25〕中得：取泵站內(nèi)壓頭損失為，使中間站不再用輔助增壓泵和防止輸油泵發(fā)生氣蝕，要求泵進(jìn)口有一定的壓力，壓力的大小決定于泵的性能要求。在布置泵站時(shí)，進(jìn)口壓力太低會(huì)吸入不正常，太高容易引起出口超壓，并要考慮今后留有調(diào)節(jié)余地，故泵站進(jìn)口壓力控制在30～80m范圍內(nèi)?！?〕當(dāng)首站與第二站站間距取144.5km,對(duì)應(yīng)高程為Z=125m，那么第二站進(jìn)口壓力為：〔3.26〕〔3.27〕式中——首站進(jìn)口壓力，m;——泵站進(jìn)口的剩余壓頭，m；H——泵站所提供的揚(yáng)程，m；I——水力坡降；L——兩泵站的站間距，m；——兩泵站間的高程差，m；——泵站內(nèi)壓頭損失，m。將m，，m，，，，代入〔3.26〕、〔3.27〕中得：由于其進(jìn)口剩余壓頭遠(yuǎn)大于80m，故不符合要求，重新選泵，并將第二個(gè)泵站后移設(shè)在147Km處。所需泵揚(yáng)程為：故首站選DY450-60*7的泵，額定揚(yáng)程為408.6m水柱，額定流量為450，在流量為360時(shí)，揚(yáng)程為430.7m水柱〔514.33m油柱〕，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率605.4KW，效率69.8%，汽蝕量3m，葉輪直徑430mm。配原動(dòng)機(jī)為Y450-4功率為800KW。均一備一用。此時(shí)第二站進(jìn)口壓力為：進(jìn)口壓頭大于30m且小于80m符合要求。〔2〕終點(diǎn)剩余壓頭為：大于要求的末站剩余70m，所以滿(mǎn)足要求。因此，第二站選擇DY360-95*7型揚(yáng)程為m的泵。泵站設(shè)在居首站147Km處。全線(xiàn)泵站布置完畢。3.6判斷翻越點(diǎn)沿線(xiàn)有兩處高點(diǎn)，即在73K