成品油长输管道工艺方案设计报告姚楚玥.docx
《成品油长输管道工艺方案设计报告姚楚玥.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《成品油长输管道工艺方案设计报告姚楚玥.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
成品油长输管道工艺方案设计报告姚楚玥
本科生课程设计
课程名称：
管道课程设计
设计任务：
长距离成品油管道工艺方案设计计算
指导教师：
李晓平
学院：
机械与储运工程学院
专业：
油气储运工程2012级
班级：
储运12-3班
姓名：
姚楚玥
学号：
2012010958
完成日期：
2016.5.15
目录
第1章任务书1
1.1设计输量1
1.2输送下载量1
1.3油品物性2
1.4沿线地形2
1.5经济评价参数2
第2章计算说明书4
2.1计算物性参数4
2.1.1计算地温选的油品密度4
2.1.2黏度计算5
2.1.3选择壁厚5
2.1.4各管段输量计算6
2.2水力计算6
2.3布站7
2.4计算混油量和混油长度9
2.5计算首站罐容及选罐方案10
2.5.1首站设计原则10
2.5.2罐容计算及选罐方案10
2.6经济计算10
2.6.1费用现值10
2.6.2投资建设费11
2.6.3外购动力费11
2.7计算依据和所参照的规范12
2.8工艺流程图设计说明12
第3章计算书13
3.1管径选取13
3.2水力计算14
3.2.1确定流态14
3.2.2确定水力坡降15
3.3混油长度计算18
3.4计算首站罐容及选罐方案19
3.5计算成本20
3.6首站流程21
第1章任务书
1.1设计输量
该管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力560×104t/a，输送介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年25批次输送。
设计年输送天数350天，采取起点连续进油，各分输点均匀连续分输下载的方式，设计压力10MPa。
各站场进站最低压力0.3MPa，最高4MPa。
地温取17摄氏度。
站场进出站压力通过节流阀控制。
1.2输送下载量
表1.1输送下载量
省份
序号
名称
进出油品量×104t/a
备注
Σ
汽油90#
汽油95#
柴油0#
广东
1
茂名
560
126
72
362
进油
广西
2
玉林
41
7
4
30
下载分输
3
贵港
47
8
4
35
下载分输
4
黎塘
21
4
2
15
下载分输
5
柳州
81
15
6
60
下载分输
6
河池
29
4
2
23
下载分输
贵州
8
都匀
30
7
3
20
下载分输
9
贵阳
75
20
15
40
下载分输
10
安顺
32
8
4
20
下载分输
11
晴隆
3
1
1
1
下载分输
12
盘县
17
4
2
11
下载分输
云南
13
曲靖
43
8
5
30
下载分输
14
昆东
92
20
12
60
下载分输
15
长坡
49
20
12
17
下载分输
1.3油品物性
1.2油品物性
品种
密度（t/m3）
粘度（mm2/s）
15.6℃
37.8℃
15.6℃
37.8℃
汽油
90#
0.7339
0.7139
0.5941
0.4890
95#
0.7544
0.7135
0.5932
0.4884
柴油
0#
0.8421
0.8267
6.080
3.452
1.4沿线地形
序
号
站场名称
里程
（cm）
高程
（m）
1
茂名
0.00
18.75
2
玉林
161.09
71.51
3
贵港
246.33
47.94
4
黎塘
310.77
105.00
5
柳州
457.66
105.23
6
河池
617.09
209.50
7
陆桥
687.79
481.73
8
下司
767.77
925.88
9
都匀
876.67
803.53
10
贵阳
976.06
1120.60
11
安顺
1070.87
1349.61
12
晴隆
1183.37
1401.2
13
盘县
1261.52
2017.22
14
曲靖
1348.84
1958.78
15
昆东
1492.62
2044.50
16
长坡
1555.56
1906.04
1.5经济评价参数
（1）电力价格：
0.55元/度，燃料油价格：
4500元/吨。
（2）管道建设期为1年，运行期为20年。
管道建设单位长度总投资如下表，其中40％为自有资金，其余为建设银行贷款，利率按当前利率建设银行利率计算，流动资金按管内存油价值计算。
经营成本按能源消耗（电力及燃料）的2.5倍计算。
单位长度总投资表
管径（mm）
单位长度总投资（元/公里）
168
569685.6
219
788937.6
273
1048264
323
1250478
355
1381952
406
1682296
457
1887041
508
2126729
559
2324545
610
2666440
660
2859853
711
3387005
813
4050866
914
5453485
1016
7531240
1210
10120136
第2章计算说明书
输油管道工艺的工艺计算要妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应之间的矛盾，以达到安全、经济地完成输送任务的目的。
管道工艺设计的主要目的是根据设计委托书或设计任务书规定的输送油品的性质、输量及线路情况，由工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：
管径，泵站数及其配置等。
2.1.计算物性参数
2.1.1计算地温下的油品密度、粘度
根据任务书所给数据无法采用密度公式进行密度求解，故假设密度变化为温度的线性函数，算出各个油品的密度变化公式，求出在地温17℃时各油品的密度。
同理，根据任务书所给数据假设粘度变化为温度的线性函数，算出各个油品的粘度变化公式，求出在地温17℃时各油品的粘度。
表2.1各油品密度
品种
密度（t/m3）
粘度（mm2/s）
15.6℃
37.8℃
15.6℃
37.8℃
汽油
90#
0.7339
0.7139
0.5941
0.4890
95#
0.7544
0.7135
0.5932
0.4884
柴油
0#
0.8421
0.8267
6.080
3.452
计算可得各油品的密度变化函数：
汽油：
90#:
=-9*10-4t+0.748
95#:
=-1.8423*10-3t+0.78314
柴油：
0#:
=-6.9369*10-4t+0.8529
计算可得各油品的粘度变化函数：
汽油：
90#vt=-4.7342*10-3t+0.66795
95#vt=-4.7207*10-3t+0.66684
柴油：
0#vt=-0.11838t+7.9267
计算得出在17℃各油品的粘度、密度如下表格：
表2.2各油品黏度、密度
种类
粘度（mm2/s）
密度（kg/m³）
90#汽油
0.5872
732.5
95#汽油
0.586
748.9
0#柴油
5.8668
841.2
2.1.2黏度
粘温指数方程：
——为温度为
时的油品粘度。
U——一般在0.01—0.03之间，此处取0.02。
则17摄氏度时：
90#汽油：
=0.5941
95#汽油：
=0.5932
0#柴油：
=6.080
表2.3计算所得17℃时的黏度
品种
黏度（mm2/s）
15.6℃
17℃
37.8℃
汽油
90#
0.5941
0.587472072
0.489
95#
0.5932
0.586590991
0.4884
柴油
0#
6.08
5.91427027
3.452
2.1.3选择壁厚
壁厚的选择：
根据管壁厚度与输送介质的压力、温度以及选用的管材和管径有关。
管道的壁厚由环向应力公式并遵循有关规范和标准确定，按照我国《输油管道工程设计规范》（GB50253—2003）中规定，输油管道直管段的设计公式如下：
式中：
——管道壁厚，mmP——设计内压MPa,P=10MPa
D——管道外径，mm
——材料最低屈服强度，MPa
K——设计系数，站外取0.72.
——焊接系数，取1.0.
2.2各管段输计算
省份
序号
名称
进出油品量×104t/a
备注
Σ
汽油90#
汽油95#
柴油0#
广东
1
茂名
560
126
72
362
进油
广西
2
玉林
41
7
4
30
下载分输
3
贵港
47
8
4
35
下载分输
4
黎塘
21
4
2
15
下载分输
5
柳州
81
15
6
60
下载分输
6
河池
29
4
2
23
下载分输
贵州
8
都匀
30
7
3
20
下载分输
9
贵阳
75
20
15
40
下载分输
10
安顺
32
8
4
20
下载分输
11
晴隆
3
1
1
1
下载分输
12
盘县
17
4
2
11
下载分输
云南
13
曲靖
43
8
5
30
下载分输
14
昆东
92
20
12
60
下载分输
15
长坡
49
20
12
17
下载分输
2.2水利计算
牛顿流体的摩阻计算如下。
流态划分：
A、层流：
Re<2000
B、紊流：
水力光滑区
；
混合摩擦区
；
粗糙区
；
根据公式
计算管道的相对当量粗糙度，其中e为管壁的绝对当量粗糙度，中国《输油管道工程设计规范》GB50253-2003中所推荐的管壁绝对当量粗糙度e设计值为：
无缝钢管，e=0.06mm；直缝钢管，e=0.054mm；螺旋焊缝钢DN250~DN350时，e=0.125mm，DN400以上，e=0.10mm[8]。
牛顿流体段摩阻i的计算采用列宾宗公式：
（3-2）
其中
各流态区的A、β、m值见表3.1。
表2.4不同流态时的A、β、m值
Tab3.1A、β、mindifferentflowregime
流态
A
m
β
层流
64
1
4.15
紊流
水力光滑区
0.3164
0.25
0.0246
混合摩擦区
0.123
0.0802A
粗糙区
λ
0
0.0826λ
2.3布站
根据任务书要求，选取两种型号泵备用：
表2.5泵型号
型号
Q（m3/h）
H（m）
ZLMIP440/06
1400
170
1200
180
450
200
400
205
ZLMIP530/06
1600
270
1400
290
1000
300
400
315
选用ZLMIP440/06，ZLMIP530/06计算泵的特性方程即公式：
式中Hc——离心泵扬程，m液柱；
Q——离心泵排量，m3/h；
ab——常数；
m——管道流量—压降公式中的指数，在水力光滑区内m=0.25，混合摩擦区中m=0.123。
以柴油为例计算得知沿程管流均处于水力光滑区，故选取m=0.25计算泵的特性曲线。
型号
Q（m³/h）
Q（^1.75）
H（m）
ZLMIP440/06
1400
320423.3
170
1200
244662.4
180
450
43966.5
200
400
35777.09
205
ZLMIP530/06
1600
404771.5
270
1400
320423.3
290
1000
177827.9
300
400
35777.09
315
当m取0.25时，泵的扬程与Q1.75存在线性关系，故作图求出方程如下：
因此得出ZLMIP440/06型泵的特性曲线为：
Hc=-0.0001Q1.75+207.2
ZLMIP530/06型泵的特性曲线为：
Hc=-0.0001Q1.75+320.29
当多台泵串联时，根据离心泵串联组合的特点，每台泵排量相当，均等于泵站排量，泵站扬程等于各泵扬程之和，所以若有N台泵串联时的特性方程为：
泵站的特性方程为：
，其中
，
，如果N台型号的泵串联工作，泵站的特性方程的常系数为：
A=NaB=Nb
预选的输油泵站，在给定的任务输量的工作条件下，泵站的进站压力△H的范围为0.3~4MPA，设定本设计中泵站与分输站不重合的进站压头为40m液柱，站内损耗为10m液柱，根据此压头确定泵站工作压力为：
P=（HC+△H）pg
式中P———泵站工作压力，MPA
HC———任务输量下泵站的扬程，m
△H———泵站进站与站损压力和换算的液柱，m
2.4计算混油量和混油长度
首站到第一个分输站，由之前的计算知平均粘度
和平均流速
，进而可计算出该段的平均雷诺数Repj。
该管道内的混油长度计算公式为：
其中：
C、d、L——分别为混油长度、管道内径和管道长度，m；
——修正系数；
Z——浓度系数。
通过查阅资料，当105由此可算出混油长度C。
混油量的计算公式为：
其中：
、
——分别表示混油量和管道容积，
。
由C就可以计算得到
。
2.5计算首站罐容及选罐方案
2.5.1首站设计原则
首战的操作包括接受来油、计量、站内循环或者倒罐、正输、发清管器等操作，流程较复杂。
首先需要确定首战油罐区各种油品所需罐容，即油罐数量和体积。
储存汽油应选用浮顶罐或内浮顶罐，柴油可以选用固定顶罐。
各种油品应设2座以上油罐，以便倒罐。
2.5.2罐容计算及选罐方案
首战输送油品的储罐容积可以按照如下公式进行计算：
（2.18）
其中：
---每批次、每种牌号油品所需的储罐容积，
；
---每种牌号油品年输送量，
；
---储存条件下每种牌号油品密度，
；
---油罐装量系数。
容积大于10000
的固定顶罐（含内浮顶）、浮顶罐宜取0.9；
---循环次数，次数。
代入计算即可求出首站三种油品所需的罐容。
2.6经济计算
2.6.1费用现值
经济比选的方法是计算总费用现值P：
式中i——折现率，取10%；
A——年运营经费，按能源消耗（电力及燃料）的1.5倍计算；
Sg——投资建设费。
则：
式中SR——外购燃料费，本工程为常温输送，本项不考虑。
SP——外购动力费。
通过此种方法比较出总费用现值最少的管径。
总成本费用是固定投资和运营期内为生产产品或提供服务所发生的全部成本与费用之和。
包含投资建设费、外购原材料费、外购辅助材料费、外购燃料及动力费、工资及福利费、折旧费、修理费、摊消费、财务费用（利息支出）、其他费用[10]。
这里为了方便比选只考虑投资建设费、外购燃料和动力费。
2.6.2投资建设费
投资建设费仅考虑管道耗材费和站场建设费。
根据初选的管径，查阅《输油管道设计与管理》附录二可得到各种规格管材的重量，乘以管材单价即可得到管道耗材费用。
式中Sg——投资建设费，元；
M——钢管重量，kg；
F——钢管单价，元/吨；
Zg——站场建设费，元。
其中X60管材取5000元/吨。
泵站单独建设为6000万元/座。
2.6..3外购动力费
式中Sp——全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；
Hi——第i泵站的扬程，m；
ed——电力价格，元/（kW·h），取0.55元/（kW·h）；
ηpei——第i泵站泵机组的效率，取80%；
G——年输量，吨/年；
np——泵站数。
2.7计算依据和所参照的规范
《输油管道设计与管理》
《油气储运经济学》
《输油管道工程设计规范GB50253-2003》
《石油天然气工程制图规范SY/T0003-2003》
2.8工艺流程图设计说明
流程说明已经写在流程图的流程说明上，总的原则是按照“竖断横不断的”的要求来绘制流程。
各阀、罐、泵、流量计、单向阀、过滤器都有详细编号。
详细参阅流程图。
见附件1
第3章计算书
3.1管径选取
成品油管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力560×104t/a，输送介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年（350天）25批次输送。
其中部分站下载量如下表所示：
省份
序号
名称
进出油品量×104t/a
备注
Σ
汽油90#
汽油95#
柴油0#
广东
1
茂名
560
126
72
362
进油
广西
2
玉林
41
7
4
30
下载分输
3
贵港
47
8
4
35
下载分输
4
黎塘
21
4
2
15
下载分输
5
柳州
81
15
6
60
下载分输
6
河池
29
4
2
23
下载分输
贵州
8
都匀
30
7
3
20
下载分输
9
贵阳
75
20
15
40
下载分输
10
安顺
32
8
4
20
下载分输
11
晴隆
3
1
1
1
下载分输
12
盘县
17
4
2
11
下载分输
云南
13
曲靖
43
8
5
30
下载分输
14
昆东
92
20
12
60
下载分输
15
长坡
49
20
12
17
下载分输
根据输送要求得到每一批每种油品的输送量以及每个分输站的流量：
整条管道年输送能力为560*10^4t，总共25个批次，每个批次输送为23.6*10^4t，总输送天数为350天，每个批次输送天数为14天。
每批次0#采油15.68万吨，90#汽油5.04万吨，95#汽油2.88万吨。
计算得到第一段的理论管径为393.6mm,然后再在每一站卸载后进行校核使其都在经济流速范围内，为了清管的方便在真个管道上只进行了两次变径，最后根据《API标准钢管规格表》选取了各钢管内径，厚度和管材,如下表所示：
初算各段管径mm
管段壁厚mm
相对粗糙度
当量粗糙度mm
茂名-玉林
393.6
6.4
0.0005081
0.1
玉林-贵港
393.6
6.4
0.0005081
0.1
贵港-黎塘
393.6
6.4
0.0005081
0.1
黎塘-柳州
393.6
6.4
0.0005081
0.1
柳州-河池
346
4.8
0.0007225
0.125
河池-陆桥
346
4.8
0.0007225
0.125
陆桥-下司
346
4.8
0.0007225
0.125
下司-都匀
346
4.8
0.0007225
0.125
都匀-贵阳
346
4.8
0.0007225
0.125
贵阳-安顺
346
4.8
0.0007225
0.125
安顺-晴隆
301.7
3.15
0.0008286
0.125
晴隆-盘县
301.7
3.15
0.0008286
0.125
盘县-曲靖
301.7
3.15
0.0008286
0.125
曲靖-昆东
301.7
3.15
0.0008286
0.125
昆东-长坡
301.7
3.15
0.0008286
0.125
3.2水力计算
3.2.1确定流态
根据式以下两式计算每一段每一种油品的雷诺数Re，以及临界雷诺数
。
以方案一的第一段管道的90#汽油为例，计算二者的值。
依次可以算出各油品在不同管径管道中的雷诺数，如表3.13所示
表3.1方案一中油品雷诺数与临界雷诺数
管段编号
雷诺数Re
临界雷诺数
90#汽油
95#汽油
0#柴油
L1
1503146.04
1505491.448
146882.1832
760553.2
L2
1393094.276
1395267.967
136128.3091
760553.2
L3
1266937.376
1268914.22
123800.6973
760553.2
L4
1210569.4
1212458.291
118292.6154
760553.2
L5
1248203.989
1250151.603
121970.1361
585702.9
L6
1150371.785
1152166.748
112410.3146
585702.9
L7
1049166.056
1050803.104
102520.8441
585702.9
L8
951052.186
952536.144
92933.4993
478012.3
L9
822095.9574
823378.7007
80332.34685
478012.3
L10
810006.311
811270.1904
79150.98881
478012.3
L11
741498.3145
742655.2987
72456.62657
478012.3
L12
568213.3823
569099.9843
55523.82797
478012.3
L13
197464.2251
197772.335
19295.51468
478012.3
3.2.2确定任务流量下的水力坡降
（1）相对粗糙度
参考《输油管道设计与管理》，绝对当量粗糙度e可取0.1mm，则相对粗糙度为：
（2）摩阻系数
同理可算出各段的摩阻系数如表3.14所示。
表3.2摩阻系数
摩阻系数
90#汽油
95#汽油
0#柴油
0.010311959
0.010309981
0.010307
0.008940491
0.008938776
0.009023
0.007481374
0.007479939
0.007642
0.006868812
0.006867494
0.007057
0.015306109
0.015303174
0.014781
0.013131977
0.013129459
0.01281
升级会员 