油气储运工程专业毕业论文管道工艺初步设计.doc

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1、管道工艺初步设计学生姓名：谢可凯学 号：02122608 专业班级：油气储运工程 02-6班指导教师：史秀敏 2006年6月20日摘 要本管线设计全长320km，海拔高度在1068m之间，所经地段地势较为平坦。设计输量经过计算，不存在翻越点。本设计全线均采用从“泵到泵”的密闭输送方式，从而减小了蒸发损耗，并使其各站能充分利用上站的剩余压头。本设计根据规范中推荐的经济流速来确定管径，选为396.84.8，管材选为 ,最低屈服强度为415MPa。经过热力和水力计算，确定了所需的热站和泵站数，考虑到运行管理的方便，尽量做到了热泵站的合一。热泵站站址的确定综合考虑了沿线的地理情况和环境保护、职工生活方

2、便情况诸方面的因素，最终确定三个中间站的位置：2#站、3#站和4#站分别位于离首站80km、160km和240km处。本设计进行了首站和中间站的工艺流程设计，设计中遵循在满足各种条件的情况下，工艺流程尽可能的简单，并且输油工艺尽可能地体现可靠的先进技术的原则。本管道采用“先炉后泵”的运行方式。其中首站的工艺流程包括：正输、反输、倒罐、热油循环、清管球的收发等操作，中间站工艺流程有：正输、反输、压力越站、热力越站、清管球的收发等操作。最后，计算各种费用，进行经济效益分析，包括内部收益率等，确定方案的可行性。关键词: 管道；输量；热泵站；工艺流程ABSTRACTThe length of the

3、pipeline design is 320 kilometers, the elevation height is between 10-68meters,the section which pipeline passed is smooth.Go through the calculate, there was no get over point.This design used tight line pumping which called “from pump to pump”, so it can reduce consumptive waste, Moreover, this me

4、thod can utilize sufficiently remain pressure head.In the design, economic pipe diameter is firstly determined by economic velocity. At lest, 396.84.8,L415 pipe is used.The transportation capacity and the geography conditions are considered of in order to determine the heating station. And including

5、 the environmental protection the workers live conditions and so on. Finally, the heating station id placed to the first station,0Km. And direct heating is used.In the condition of meeting all the kinds of those factors, the technological processes are used as simply as possible, and the advanced te

6、chnologies are used an usually as possibly. In each station, oil is first heated and then pumped in heatingpump station in the design. The process of the origin station is: forward transportation, reverse transportation, heat oil cycling and pigging operation, etc. The technology process of the foll

7、owing station is: forward transportation, reverse transportation, nonpumping operation, nonheating oil cycling and pigging operation, etc.The last , analysis of the projects economic becefics is necessary.The IRR is included.SO ,the project is possible.Keyword:tube type;transmit output;hot pumpstati

8、on;technical process目 录第1章 前言1 第2章 工艺设计说明书2 21工程概况2 2.2 基本参数的选取42.3 其它参数的选取62.4工艺计算说明72.5确定加热站数及泵站数82.6 校核计算说明112.7 站内工艺流程设计122.8 主要设备选取122.9 经济计算143.0 绘图部分内容18第3章 工艺设计计算书19 3.1经济管径193.2热力计算及确定热站数203.3水力计算及泵站数确定223.4各站运行参数243.5反输计算273.6设备的选取及管线校核273.7 经济参数计算29第4章 文献翻译1第1章 前言 长输管道设计是对油气储运专业本科毕业生综合素质和

9、能力的一次重要培养与锻炼，也是对其专业知识学习的一次综合考验。本设计主要内容包括：由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，由最小输量确定其热站数，最大输量确定其泵站数，并计算各个输量下的运行参数等等，最后还有经济计算，各年的输油费用等等，以及用内部收益率评价其项目可行性。在本次设计中，我本人自己学到了许多平常课堂无法学到的东西，使自己不但系统了学习了以前的知识，还有了对管输设计更深刻的理解。由于自己水平有限，虽然已尽力，但难免存在疏漏和错误之处，希望老师多批评、指正。第2章 工艺设计说明书2.1 工程概况2.1.1 线路基本概况本设计依据东黄管线实际情况，由工建情况，结合人文地理环境等方面通过

10、综合分析确定线路走向。管线全长320km，海拔最低处为10m，最高处68m，整条管线位于平原地区，全线最高点距外输首站约280公里。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行，输送油品手外界环境恶劣气候的影响小，无噪音，油气损耗少，且对环境污染小，能耗少，运费较低。2.1.2 输油站主要工程项目本管线设计年输量为550万吨年，综合考虑沿线的地理情况，贯彻节约占地、保护环境和相关法律法规，本着尽量避免将站址布置在海拔较高地区和远离城市的人口稀少地区，以方便职工生活，并本着“热泵合一”的原则，兼顾平原地区的均匀布站方针，采用方案如下：设立热泵站四座，即首站和三座中间站，均匀布站。本次设计中管道采用可

11、减少蒸发损耗，流程简单，固定资产投资少，可全部利用剩余压力便于最优运行的密闭输送方式，并采用“先炉后泵”的工艺方案。选用直接加热式加热炉。鉴于传统的采用加热盘管对罐内油品进行加热的方法存在种种弊端，本次设计将热油循环工艺也包括在内，即部分油品往热油泵和加热炉后进罐，而且设有专用泵和专用炉，同时该泵和炉还可分别作为给油泵的备用泵和来油的加热炉，充分体现了一泵两用，一炉两用的方针。2.1.3 管道设计 本设计中选择的管道为外径406.4，壁厚4.8mm，管材为L415的管道。由于输量较大，且沿线地温较高，故从经济上分析，本管道不采用保温层。2.2 基本参数的选取2.2.1 设计依据本设计主要根据国

12、家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布的输油管道工程技术规范GB50253-94，并参照其他有关设计规范进行的。设计中应以下四条设计原则：（1） 以国家设计规范为主要和基本原则，选择最优化最经济的工艺方案。（2） 充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。（3） 设计中以节能降耗为目的，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗。（4） 注意生态平衡，三废治理和环境保护。2.2.2 原始数据（1）最大设计输量为550万吨/年；生产期生产负荷（各年输量与最大输量的比率）见下表2-1。表2-1 生产期生产负荷表年1234567

13、891011121314生产负荷（%）708090100100100100100100100100908070（2）年最低月平均温度2；（3）管道中心埋深1.55m；（4）土壤导热系数1.45w/(m)；（5）沥青防腐层导热系数0.15w/（m)；（6）原油物性20的密度860kg/m；初馏点81；反常点28；凝固点25；比热2.1kJ/(kg)；燃油热值4.1810kJ/kg。（7）粘温关系 见表2-2表2-2 油品温度与粘度数据温度（）2830354045505560粘度（cp）124.511183.26960534842.5（8）沿程里程、高程（管道全程320km）数据见表2-3表2-3

14、 管道纵断面数据里程（km）04070130165190230250280300320高程（km）28301025352836426845352.2.3 温度参数的选择（1）出站油温考虑到原油中不可避免的含水，故加热温度不宜高于100，以防止发生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式，则加热温度不应高于初馏点，以免影响泵的吸入。另外，管道采用沥青防腐绝缘层，其输油温度不能超过沥青的耐热程度。而且，考虑到管道的热变形等因素，加热温度也不宜太高。综上考虑，初步确定出站温度T=60。（2）进站油温加热站进站油温的确定主要取决于经济比较。对于凝点较高的含蜡原油，由于在凝点附近粘温曲线很陡，故其经济进站温度

15、常略高于凝固点。由于含蜡原油的粘温特性及凝点都会随热处理条件不同而不同，故应考虑最优热处理条件及经济比较来选择进出站温度。综合考虑，借鉴经验数据，初步设计进站温度T=30。（2）平均温度当管路的流态在紊流光滑区时，可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。计算平均温度可采用下式： （2-1）式中 平均油温，；、加热站的出站、进站温度，。2.3 其他参数的选择2.3.1 工作日年工作天数350天。2.3.2 油品密度根据20时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度： （2-2）式中 分别为温度为 和20 下的密度；温度系数，；2.3.3 粘温方程根据粘度和温度的原始参数，用最小二乘法回归得到：原油

16、析蜡点T=41 =2.692-0.02158T t41 （2-4）T=t+273.14 （2-5）2.3.4 总传热系数K管道传热由：（1）管壁、沥青防腐层的热传导（2）管外壁周围土壤的传热=+ （2-6）= （2-7）式中 Di，Di+1钢管、沥青防腐层的内径和外径，m； i导热系数，w/（m）； Dw管道最外围的直径，m； 1油流至管内壁的放热系数，w/（m2）； 2管壁至土壤放热系数，w/（m2）； t土壤导热系数，w/（m）； ht管中心埋深，1.5m。2.3.5 最优管径的选择在规定输量下，若选用较大的管径，可降低输送压力，减少泵站数，从而减少了泵站的建设费用，降低了输油的动力消耗，

17、但同时也增加了管路的建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际经验，热油管道的经济流速在1.02.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径406.4，壁厚4.8mm。2.4 工艺计算说明2.4.1 概述对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送，如果直接在环境温度下输送，则油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻损失大，导致了管道压降大，动力费用高，运行不经济，且在冬季极易凝管，发生事故，所以在油品进入管道前必须采取降凝降粘措施。目前国内外很多采用加入降凝剂或给油品加热的办法，使油品温度升高，粘度降低，从而达到输送目的。本管线设计采用加热的办法，降低油品的粘度，减少摩阻损失，从而减少管道压降，节约动力消耗，但

18、也增加了热能消耗以及加热设备的费用。热油管道不同于等温输送，它存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，而且这两种损失相互影响，摩阻损失的大小决定了油品的粘度，而粘度大小又取决于输送温度的高低，管子的散热损失往往占能量损失的主导地位。热油沿管路流动时，温度不断降低，粘度不断增大，水力坡降也不断变化。计算热油管道的摩阻时，必须考虑管路沿线的温降情况及油品的粘温特性。因此设计管路时，必须先进行热力计算，然后进行水力计算，此外，热油管的摩阻损失应按一个加热站间距来计算。全线摩阻为各站间摩阻和。2.5 确定加热站及泵站数2.5.1 热力计算埋地不保温管线的散热传递过程是由三部分组成的，即油流至管壁的放热，沥

19、青绝缘层的热传导和管外壁至周围土壤的传热，由于本设计中所输介质的要求不高，而且管径和输量较大，油流到管壁的温降比较小，故管壁到油流的散热可以忽略不记。而总传热系数主要取决于管外壁至土壤的放热系数，值在紊流状态下对传热系数值的影响可忽略。计算中周围介质的温度取最冷月土壤的平均温度，以加权平均温度作为油品的物性计算温度。由于设计流量较大，据经验，将进站温度取为T=30，出站温度取为T=60。在最小输量下求得加热站数。（1）流态判断 （2-8） （2-9）=式中 Q d内径，m； e管内壁绝对粗糙度，m。 经计算3000ReminRemaxRe1，所以各流量下流态均处于水力光滑区 （2）加热站数确定

20、 由最小输量进行热力计算确定加热站数 加热站间距LR的确定 LR= （2-10）式中 = ， b=， T0管道埋深处年最低月平均地温， 取5.2； G原油的质量流量，/s； C油品比热，kJ/（kg）； i水力坡降。加热站数 NR=经计算，需要设8个加热站。2.5.2 水力计算最大输量下求泵站数，首先反算出站油温，经过计算，确定出站油温为33。由粘温关系得出粘度等数据，为以后计算打好基础。为了便于计算和校核，本设计中将局部摩阻归入一个加热站的站内摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻损失。(1)确定出站油温不能忽略摩擦热的影响，用迭代法计算最大输量下的出站油温TR TR=T0+b+(TZ-T0-b)

21、eal （2-11） i= （2-12）式中 、m由流态确定，水力光滑区：m=0.25，=0.0246；Q体积流量，m3/s。(2) 管道沿程摩阻 H总=iL+Z+hj （2-13） 式中 Z起终点高差，m；hj局部压头损失，m；(3) 判断有无翻越点经判断，全程无翻越点。(4) 泵的选型及泵站数的确定 因为流量较大，沿线地势较平坦，且从经济角度考虑并联效率高，便于自动控制优化运行，所以选用串联方式泵。选型并根据设计任务书中的已知条件， 202019HSB H=314.189-5.93110-5Q1.75 计算管道承压确定站内泵的个数：管道承压 P=H=确定站内泵的个数 n 确定泵站数 Np=

22、 （2-14） 经计算，需要设4个泵站2.5.3 站址确定根据地形的实际情况，本着热泵合一的原则，进行站址的调整。确定站址，除根据工艺设计要求外，还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电和交通运输等条件，并结合施工、生产、环境保护，以及职工生活等方面综合考虑，最终确定站址如下表2-4：表2-4 布站情况表站号12345678站类型热泵站热站热泵站热站热泵站热站热泵站热站里程（km）04080120160200240280高程(m)28302020303040682.6 校核计算说明2.6.1 热力、水力校核由于对站址的综合考虑，使热站、泵站的站址均有所改变，因此必须进行热力、水力校核。

23、求得站址改变后的进出站温度、压力，以确保管线的安全运行。2.6.2 进出站温度校核不同输量下由进站油温反算出站油温，所得油温符合要求（低于初馏点等）即可。2.6.3 进出站压力校核不同输量下，利用反算出的出站油温，得出水力坡降，近而得出进出站压力，进站压力满足摩阻等要求，出站压力在30-80m即可。各站进站压力只要满足泵的吸入性能要求，出站压力均不超过最大承压，出站温度低于最高出站温度，就可以合格。2.6.4 压力越站校核当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小，从而导致沿程摩阻减小，为了节约动力费用，可以进行中间站的压力越站，以充分利用有效的能量。从纵断面

24、图上判定压力越站最困难的站，并对其的进出站压力进行确定以满足要求，对于压力越站而言，其所具有的困难主要是地形起伏的影响及加热站间距的影响。压力越站的计算目的是计算出压力越站时需要的最小输量，并根据此输量计算越站时所需压力，并校核其是否超压。2.6.5 热力越站校核当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小2.6.6 反输运行参数的确定当油田来油不足时，由于流量小，温降快导致进站油温过低或者由于停输等原因，甚至出现凝管现象，需进行反输。由于反输是非正常工况，浪费能量，故要求反输量越小越好。本设计取管线可能的最小输量为反输输量。由具体计算可知，可以满足反输条件。经

25、过一系列的校核，选择的站址满足要求。2.7 站内工艺流程的设计输油站的工艺流程是指油品在站内的流动过程，实际上是由站内管道、器件、阀门所组成的，并与其他输油设备相连的输油系统。该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站的性质和所能承担的任务。制定和规划工艺流程要考虑以下的要求：（1）满足输送工艺及生产环节的要求。输油站的主要操作包括：来油与计量；正输；反输；越站输送，包括全越站、压力越站、热力越站；收发清管器；站内循环或倒罐；停输再启动。（2）便于事故处理和维修。（3）采用先进技术及设备，提高输油水平。（4）流程尽量简单，尽可能少用阀门、管件，力求减少管道及其长度，充分发挥设备性能，节约投资

26、，减少经营费用。2.8主要设备的选择2.8.1 输油泵的选择 （1）输油主泵选泵原则：满足管线输量要求，使泵在各输量下均在高效区工作。充分利用管线承压能力，减少泵站数，降低工程造价。故所选输油主泵为：200D-6510（2）给油泵选泵原则：大排量、低扬程、高效率故所选输油主泵为：SJA68P18(3)反输泵：管道在以下两种情况下需要反输：输量不足，需要正反输交替来活动管道以防止凝管。出现事故工况时进行反输，如末站着火。主要考虑资源利用问题所以选用输油主泵充当。经计算满足要求。2.8.2 加热炉的选择选炉原则：（1）应满足加热站的热负荷要求，炉效高； （2）为便于检修，各站宜选用两台以上加热炉。

27、加热站的热负荷由下面的公式计算： Q=Gc(TR-TZ) （2-15）式中 Q加热站的热负荷，kw； G油品流量，m3/h； c油品比热，kJ/kg。提供的加热炉型号如下：800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw2.8.3 首末站罐容的选择 （2-16）式中 m年原油输转量，kg；V所需罐容，m；-储油温度下原油密度，kg/m；利用系数，立式固定罐0.85，浮顶罐 0.9；T原油储备天数，首站3天，末站4-5天。2.8.4 阀门 根据规范及各种阀门的用途，站内选用的阀门类型如下：（1） 油罐上的阀门用手动闸阀（2

28、） 泵入口用手动闸阀（3） 串联泵出口用闸阀（4） 出站处设调节阀阀组（5） 为防止泵出口管线超压，泵出口管线上设高压泄压阀（6） 热泵站设低压泄压阀（7） 清管器收发球筒与站间管线连接用球阀阀门规格的选用（1） 阀门的公称直径应与管线的公称直径相同（2） 阀门的公称压力应大于阀门安装处的压力。2.9 经济计算2.9.1经济计算基本数据（1）线路工程投资指标（万元/千米）表2-5 线路投资指标管径1685.6219.17273.17.1323.97.93557.94577.9指资31.247.9460.4177.4685.67106.68管径5598.76109.56609.571110.38

29、1310.391411.9指资140.16164.97178.17205.03233.4296.56（2）输油站工程投资指标（万元/座）表2-6 输油站工程投资指标外输首站末站中间热泵站中间泵站中间热站500050004000300020002.9.2 其他参数原油价格2200元/吨；电价0.50元/度；输油站人员编制：首末站各50人，中间热泵站30人，中间热站或泵站20人，职工工资按每人1500元/月，福利费按工资总额的14%计算。固定资产原值按固定资产投资的85%计算，管道折旧年限取14年，综合折旧率7.14%，残值为0；修理费按折旧的50%计算；油品损耗费按最大年输量的0.35%计算；折

30、旧费：固定资产原值按固定资产总投资的85%计算，管道折旧年限（生产期）取14年，综合折旧率取7.14%，残值为0； 利息支出包括固定资产投资借款利息和流动资金借款利息。计算固定资产借款利息时，可以认为每年的折旧费全部用于偿还固定资本年的固定资产投资借款利息。本年固定资产投资借款利息=年初固定资产投资借款利息固定资产投资借款利息年初固定资产投资借款余额=上年初固定资产投资借款余额上年折旧费利润流动资金借款利息=流动资金借款额流动资金借款利率其他费用一般取为工资及福利的200250%。输油成本：2.9.3费用现值计算计算公式如下： （2-17）式中 第t年的全部投资（包括固定资产总投资和流动资金）

31、；第t年的经营成本；计算期末回收的固定资产余值（此处为零）；计算期末回收的流动资金；计算期；行业基准收益率。2.9.4 输油成本计算输油成本=经营成本+折旧费+利息支出；经营成本=燃料费用+电力费用+工资及福利费+修理费+油品损耗费+其他费用；燃料费用按下式计算： （2-18）式中 油品比热容，kJ/kg；第i出站油温，；第i站进站油温；燃油价格，元/吨；加热炉效率，取为0.85；燃油热值，kJ/kg。电力费用按下式计算： （2-19）式中 全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；第i泵站的扬程，m；电力价格，元/千瓦时；年输量，吨/年；泵站数。2.9.5盈亏平衡分析以运价表示的盈亏平衡点=单位输

32、量固定总成本+单位输量可变成本+单位输量销售税金及附加年固定总成本=年工资及福利费+年修理费+年折旧费+年利息支出+年其他费用年可变总成本=年动力费+年燃料费+年油气损耗费+销售税金及附加=营业税+城市建设维护税+教学附加税营业税=销售收入营业税率所得税=利润总额33%利润总额=销售收入-输油成本-销售税金及附加营业税率取3%，城市建设维护税按营业税的7%计算，教学附加税按营业税的3%计算。2.9.6 方案敏感性分析敏感性因素：运价、动力和燃料价格；评价指标：内部收益率。内部收益率IRR按下式计算： （2-20）式中：现金流入量；=年销售收入+固定资产残值回收+流动资金回收+其他收入现金流出量

33、=年度固定资产投资额+流动资金+经营成本+销售税金及附加+所得税注：流动资金一般在生产期第一年投入，其后各年若有追加，则上式中的流动资金为各年的追加额，否则，其后各年的流动资金为0。第3章 工艺设计计算书3.1 经济管径： d= （3-1）式中：d-经济管径（m） Q-质量流量（kg/s） v-经济流速（m/s）-原油密度（kg/m）G=550/(350243600)=181.878(kg/s) 选定进站油温T=30C 出站油温T=60C T=（60+230）=40C =1.825-0.001315=1.825-0.001315860=0.6941 =860-0.6941(40-20)=846

34、.118kg/m Q=G/=181.878/846.118=0.215m/s3.1.1 经济流速含蜡原油经济流速在1.5m/s2.0 m/s之间，这里取1.8 m/s故d=390.1mm选管：由API标准钢管规格取D=406.4mm =4.8mm 内径d=396.8mm反算经济流速 v=1.74 m/s经济流速在1.5m/s2.0m/s之间，故所选管径符合要求3.1.2 选管材X56计算最大承压：由 = （3-2） 式中： K- 计算系数0.72焊缝系数1.0最低屈服强度360MP得，P=6.6Mpa3.2 热力计算与确定热站数3.2.1确定计算用各参数确定粘温关系见表3-1 表3-1温度()

35、2830354045505560粘度（cP）124.511183.26960534842.5由表给出的粘度和温度作粘温关系图，得析蜡点41C由最小二乘法（28C 41C）lg=2.692-0.02158T (41C60C) lg=2.2204-0.00986T3.2.2 确定流态属水力光滑区计算如下：雷诺数： e=计算后得：Re=8662.6 Re=6063.8选直缝钢管，粗糙度e=0.06mm = Re=0.6310 3000ReReRe因此，属水力光滑区，=0.0246，m=0.25水利坡降：i=0.01273 i=0.0068223.2.3总传热系数的确定：k= （3-3） 其中，管外壁至大气放热系数：= （3-4）紊流时管内放热系数对K影响很小，可忽略。土壤导热系数： =1.45w/(mC)管中心埋深 ： h=1.55m沥青防腐层一般6mm9mm, 这里取7mm即沥青防腐层：厚度