毕业论文--某成品油管道工艺设计.doc

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某成品油管道工艺设计

摘要

在一条成品油顺序输送管线中，顺序输送的循环次数越少，每一种油品的一次输送量越大，在管道内形成的混油段和混油损失也随之减少，但另一方面，油品的生产和消费通常是均衡进行的，各种油品每天都在生产和消费，顺序输送管道对每一种油品来讲是间歇输送。

循环次数越少，就需要在管道的起、终点以及沿线的分油点和进油点建造较大容量的储罐区来平衡生产、消费和输送之间的不平衡，油罐区的建造和经营费用就要增加。

因而，最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。

成品油顺序输送管道设计应首先根据输量确定管道的管径以及首末站、分输站、中间泵站等基本工艺条件，同时考虑管道应能适应不同季节成品需求量的变化。

在确定了这些基本工艺条件后，顺序输送和罐容的优化只与管道输送次序、混油处理方式和油罐设置等有关。

优化批次、罐容时应根据不同批次分别计算首站罐容、分输油库和末站罐容，并根据输送顺序计算混油量以及混油处理的各项费用，最终确定管道的最优批次和罐容配置。

本文以所给的设计任务书为依据，在进行了相关设计计算的基础上利用计算机编程对该管道进行了水力计算、经济计算，确定了最经济的管道工艺参数（如管径、壁厚、工作压力、泵站数），并计算出了该方案中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积，并确定了油品的切割方案，绘制了水力坡降、和首站工艺流程图。

关键词：

管道输送批次混油量混油处理罐容设计

Abstract

Withinaproductoilbotchedtransportationpipeline,thelessthetransportationcirclesareandthemorethetransportationsumofeachkindofoil,thelessthemixedoilsegmentandoilmixturelosswillform.However,oil'sproducingandconsumptionareusuallybalanced.Eachday,everykindsofoilareproducedandconsumed,sobotchedtransportationisintermittentforeachoilkind.Thelessthetransportationcirclesare,thebiggerthestorageoilcanareasareneededatthepipeline'sstartandfinalpointandtheoiloutputandinputpointalongthepipelinesoastobalancetheimbalanceofoil'sproducing,consumptionandtransportation,thusincreasestheoilcanareas'constructionandrunfee.So,theoptimumtransportationcircleshouldbedecidedfromthetwoaspectsofthefeecostbyconstructionandrunofoilcanareasandthedepreciationlossofoilmixture.

Thedesignworkofaproductoilbatchedtransportationpipelineshouldbestartedfromselectingthesuitablediameterofpipelineaccordingtothetransportationsumandthebasictechnicalparametersofstartandfinalstation,outputstationandthepumpingstation,simultaneityconsideringthepipelineshouldbeadaptedtothechangesofrequirementsumofdifferentseasons.Afterthat,theoptimizationworkisonlyrelatedtothetransportationorder,methodofmanagingtheoilmixtureandthesettingsofoilcans.Duringtheoptimization,weshouldcalculatetheoilcancubageofthestartstation,outputoildepositandthefinalstationaccordingtodifferenttransportationcircle,andcalculatetheoilmixturesumandthemanagementfeeaccordingtotransportingsequence,thenfinallydecidetheoptimumtransportationcircleandthecubageofoilcans.

ThispapergivesthedesigntaskonthebasisofFollowingtherelateddesigncalculationonthebasisofcomputerprogrammingonthechannelsofhydrauliccalculation,theeconomy,determinethemosteconomicalpipelineprocessparameters（suchasdiameter,wallthickness,thepressureofwork,anumberofpumpingstations）,onthepipelineandfortheprocesstocalculateayearofthedeliveryofoilafewdays,theoptimalnumberofcycles,theendofthefirststopsfortheoptimaloiltankvolumeanddeterminetheoil'scuttingprograms,Drawingahydraulicgradientandthestationmapandthefirststopoftheprocessflowchart.

Keywords:

hatchedtransportation；pipeline；transportationcircle；oilmixturesum；managementofoilmixture；designofoilcan'scubage

目录

1绪论 7

1.1研究目的和意义 7

1.2成品油管道技术现状及发展趋势 7

1.2.1世界成品油管道技术现状 7

1.2.2世界成品油管道技术主要发展趋势 8

1.2.3我国成品油管道技术现状 8

1.2.4国内外成品油管道技术差距分析 8

1.2.5我国油气管道技术发展趋势 8

1.3主要研究内容 10

1.4采用方法 10

2设计说明书 11

2.1熟悉设计任务书的内容，掌握基本数据和原始资料 11

2.2方案设计 11

2.3设计计算的基本步骤 12

3计算说明书 16

3.1计算物性参数 16

3.1.1温度计算 16

3.1.2计算年平均地温下的密度 17

3.1.3计算年平均地温下油品的粘度 17

3.1.4计算流量 18

3.2管径和压力 18

3.2.1初定管径 18

3.2.2泵及管道压力 19

3.2.3确定管道壁厚 22

3.2.4管壁的强度和稳定性校核 24

3.3水力坡降、翻越点、管道长度计算 26

3.3.1计算雷诺数，判断流态 26

3.3.2判断有无翻越点 27

3.4泵站数的确定 28

3.4.1泵站数化整 30

3.5投资总额计算 32

3.5.1管道的投资费用计算 32

3.5.2机泵投资 33

3.5.3操作经营费用 34

3.5.4折旧费用和维修费用 35

3.5.5总投资 36

3.6最优方案工作点参数计算及泵站位置 37

3.7工况校核 38

3.7.1进出站压头校核 38

3.7.2动、静水压力校核 39

3.8顺序输送工艺计算 40

3.8.1一年中每种油品输送天数的计算 40

3.8.2循环次数 41

3.8.3首站和终点站所需油罐总容积 42

3.8.4混油长度的计算 42

3.8.5最优循环次数 44

3.8.6全线首、末站所需建的最优储罐总容量 46

3.8.7最优循环周期 46

3.8.8循环周期内各种油品的输送时间 47

3.8.9混油切割方案以及混油亏损 47

3.9混油处理 48

3.10减少混油的措施 50

结论 51

致谢 52

参考文献 53

附录 54

附录1编程计算 54

1绪论

1.1研究目的和意义

随着我国社会经济的快速稳步发展,机动车保有量不断增长,各地区的成品油消费需求量增长加速,对运输能力的提高和安全及时间的保证度提出了新的要求,同时成品油输送量的增大为发展和采用管道运输提供了可能。

管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势,尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气。

近年来,随着世界经济的稳步增长以及世界各国对能源需求的快速发展,全球油气管道的建设步伐加快,建设规模和建设水平都有很大程度的提高。

1.2成品油管道技术现状及发展趋势

1.2.1世界成品油管道技术现状

目前国际成品油管道输送技术已相当成熟，输送的品种多、规模大，实现了化工产品和成品油的顺序输送；原油和成品油的顺序输送；汽油、煤油、柴油等轻质油品，液化石油气、液化天然气、化工产品及原料和重质油品等的顺序输送。

世界最大的成品油管道系统——美国的科洛尼尔管道，双线可顺序输送不同牌号的成品油118种，一个顺序周期仅为5天。

国际成品油输送工艺多采用紊流密闭输送和顺序输送流程。

输送性质差距较大的两种油品时，多采用隔离输送方式。

混油界面多采用计算机进行批量跟踪。

界面检测方法大致分为标示法和特性测量法，其中采用特性测量法居多，尤以密度测量法最多。

为了提高检测的精度，也常采用各种组合式的检测方法。

1.2.2世界成品油管道技术主要发展趋势

（1）成品油管道正向着大口径、大流量、多批次方向发展，除输送成品油外，还输送其他液体烃类化合物。

（2）广泛采用管道优化运行管理软件系统，合理安排各批次油品交接时间；在极短的时间内系统可自动生成调度计划，对管内油品的流动过程进行动态图表分析，远程自动控制泵和阀门的启停，实现水击的超前保护。

（3）顺序输送的混油界面检测以超声波检测法为发展趋势，美国在这方面保持着技术领先地位。

1.2.3我国成品油管道技术现状　

20世纪90年代后随着成品油管道的建设，我国成品油管道输送研究有了进展，先后开展了成品油顺序输送水力计算、批量跟踪等方面的研究及运行管理软件的开发，但与国外相比差距还很大。

我国成品油管道除格-拉管道采用“旁接油罐”顺序输送工艺外，均采用密闭顺序输送工艺。

顺序输送主要有两种输送方式：

一种是紊流输送；一种是隔离输送。

2002年投入运营的兰-成-渝管道是我国第一条大口径、高压力、长距离、多出口、多油品、全线自动化管理的商用成品油管道。

全线采用密闭顺序输送工艺，沿途13个分输点，输送油品为90＃汽油、93＃汽油和0＃柴油。

油品界面检测、跟踪采用密度法、超声法和计算跟踪，代表了我国成品油管道目前最高水平。

1.2.4国内外成品油管道技术差距分析　

目前我国成品油顺序输送技术尚处于初级水平，且自动化程度较低，无法全面体现成品油管道的输送特点和优势。

随着国民经济对成品油需求的不断增长，我国应逐步建立起长距离成品油管道干线和区域性成品油管网。

因此必须对解决复杂地形下大落差动、静压控制，防止管道出现不满流，以及顺序输送的混油界面监控等技术难题进行联合攻关。

1.2.5我国油气管道技术发展趋势

（1）油气管道技术发展目标

未来我国油气管输技术的发展目标如下：

①在易凝高粘含蜡原油管输工艺方面保持世界领先水平。

②具备保证大型油气管网安全、经济、优化运行的能力。

③新建干线管道实现高水平的设计、施工和运营管理,达到世界先进水平。

④提高成品油管道输送工艺水平,2015年成品油长距离输送运量比例将提高30%。

⑤2015年新建油气管道各项指标将达到世界平均水平。

⑥提高劳动生产率,天然气管道管理为0.1～0.2人/km。

⑦降低油气管道输送能耗,原油管道综合能耗低于400kJ/（t·km）,天然气管道综合能耗低于890kJ/（t·km）。

（2）油气管道重点发展技术

2004年中国石油管道技术与管理座谈会指出,今后中国石油将攻关、推广应用和超前研发43项技术,包括需要重点攻关的技术26项,推广应用的新技术10项和超前研究的储备技术7项。

通过这些重点技术项目的实施,逐步形成油气输送技术、油气储存技术、管道工程技术、管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理与信息技术五大管道技术系列,以全面提升管道技术水平。

需要重点攻关的26项技术如下：

①7项油气输送技术。

东北管网安全经济运行技术、进口俄罗斯原油输送工艺及配套技术、西部油田及进口原油管道输送技术、原油管道新型化学添加剂的研制与应用、多品种顺序输送工艺及配套技术、原油流变性研究及LNG技术。

②2项油气储存技术。

原油低温储存技术与储气库建设技术。

③4项管道工程技术。

国家石油储备地下库建设工程技术、储罐工程建设技术、管道水土保护技术与大口径管道高清晰度漏磁内检测装备及技术。

④4项管道完整性评价及配套技术。

管道完整性评价技术、油气管道泄漏检测技术、地质灾害及特殊地段监测与防护技术、储运设备安全检测及评价技术。

⑤9项油气管道运行管理与信息技术。

数字管道技术、天然气管网安全优化运行技术、成品油管道优化运行技术、天然气气质评价技术、天然气贸易计量技术、管道快速维抢修技术、管道节能与环保技术、油气管网规划研究、天然气经济研究。

⑥推广应用的10项新技术。

管道自动焊接和超声波检测等集成技术、大型河流穿越技术、仿真技术、天然气管道内涂层技术、管道生产信息系统、地理信息系统、管道安全评价与风险管理技术、站区阴极保护技术、大口径X70高钢级管道钢管件制造装备及工艺技术、大口径输气管道干燥技术。

⑦将要进行超前研发的7项储备技术。

富气管道输送技术、超稠油管道输送技术、天然气减阻剂研制与应用技术、X80以上高强度管道钢制管与施工技术、管道防腐新技术、海洋管道工程技术与永冻土地带工程施工技术。

1.3主要研究内容

对某条管道顺序输送三种油品，已知管长、任务输量、所输油品的性质、沿线高程等，要求：

利用计算机编程对该管道进行水力计算、经济计算，确定出最经济的管道工艺参数（如管径、壁厚、工作压力、泵站数等），并且对该管道进行工艺计算，计算一年中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积，并确定出油品的切割方案等，并绘制相关的图纸。

1.4采用方法

采用方案比较法：

在熟悉设计内容的基础上，根据任务书给出的数据，提出多种可供竞争的方案；对所提出的方案分别进行水力计算、经济性计算；选择优化算法，找出最经济合理的管道参数（管径、壁厚、泵站数等）；根据所求得的最经济的管道参数，对顺序管道进行工艺计算；最优循环次数；一年中每种油品的输送天数；首末站所需建的油罐容积；混油切割方案以及混油亏损等；编制计算机程序；编写设计说明书和设计计算书，并绘制管道水力坡降图及首站工艺流程图。

2设计说明书

2.1熟悉设计任务书的内容，掌握基本数据和原始资料

（1）输送量、管道长度，所输送油品性质；沿线气象及低温资料、管理纵断面图；

（2）查阅相关资料，收集有关管材规格；泵、原动机型号及性能等的材料，以备比较选用。

2.2方案设计

（1）根据任务书算出平温度下的油品密度，粘度和平均输量。

（2）查相关资料，得知成品油流速在1.2—2.7m/s，由此初定五个油品经济流速，并计算出经济管径。

（3）根据任务输量和初选的工作压力选择工作泵的型号、然后计算泵台数以及确定组合方式。

本设计采取3台或4台泵串联的方案，并计算出管道的工作压力。

（4）根据泵站所确定的管道工作压力和选定的管径计算壁厚，并进行强度校核和稳定性校核。

（5）计算任务输量下的水力坡降，并判断翻越点。

（6）计算全线总压头，确定泵站数并化整。

（7）根据技术经济指标计算各方案的基建投资及输油成本费用。

（8）综合比较各方案，确定最优方案。

（9）按最优方案的参数，计算求解工作点参数。

（10）按水力坡降和工作点的压头在纵断面图上布置泵站，确定泵站的位置。

（11）根据所求得的最经济管道参数，对顺序输送管道进行工艺计算。

2.3设计计算的基本步骤

（1）根据任务书算出平均输送量（质量流量和体积流量）、油品的粘度。

（2）查相关资料，得知成品油流速一般在1—2.7m/s，由此初定油品经济流速，由公式

计算出经济管径，根据管径的出算值，根据管道标准算选择一系列可能的管径。

然后参考输油管道工艺设计规范（GB50253—2003）中，不同直径管道的工作压力及经济输量范围初选各管径下的输送压力。

（3）根据任务输量和初选的工作压力选择工作泵的型号、然后计算泵台数以及确定组合方式。

为便于长输管道的应用，泵的特性曲线方程可近似表示为：

（2-1）

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.

手册中给出的（H，Q）值一般为多组，我们可以用最小二乘法算出a，b的值其方法是：

令，；所以：

（2-2）

对a，b求偏导使得：

求得：

（2-3）

（2-4）

将a，b代入公式就可以求得泵的特性方程。

并用相关指数进行检验。

根据上述计算结果来选择泵站的组合方式，对初步制定的压力、管径搭配做出相应的更改，并确定为本设计的管径、压力组合的比较方案

（4）根据泵站所确定的P和选定的管径根据下列公式

（2-5）

式中——管壁厚度计算值，m；

D——外径，m；

P——设计压力或管道的工作压力，MPa；

——输油管道的许用应力，MPa

——焊缝系数，无缝钢管取1.0；

C——考虑钢管公差和腐蚀的余量，根据管路的工作环境，取C=0~2mm。

（5）求出各方案的壁厚，并进行强度、稳定性校核，然后求出管道的内径。

1）强度校核:

①　热应力：

（2-6）

式中α——管道材料的线性膨胀系数m/℃；

E———管材的弹性模量，MPa

△t——管道的工作温度与安装温度只差，取极限有

②　环向应力的泊松效应；

（2-7）

式中u——管材的泊松系数；

P——设计压力

D——外径，m；

———壁厚，m。

③　总的轴向应力；

（2-8）

满足上述条件即满足强度要求。

2）稳定性校核

地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大轴向压力P为：

（2-9）

式中

P——管道轴向压力，N；

P——内压，MPa；

A——管子的管壁截面积，m2；

D——管道直径，m；

E——管道弹性模量，MPa；

——管道壁厚，m；

———膨胀系数，m/℃；

———温度变化，按最危险情况考虑，℃

当轴向力P达到或超过某一临界值PCR时，埋地管道将丧失轴向稳定性，管道将产生波浪形弯曲，发生拱出地面而造成破坏事故。

因此，必须对管道的轴向稳定性进行验算。

直管段的失稳临界力；

（2-10）

式中

PCR———失稳临界力，N；

K0———土壤压缩抗力系数；

D———管道外径，m；

E———管道的弹性模量，MPa

I———管道横截面积惯性矩，m4

当P<0.6PCR时，稳定性满足要求。

（6）计算任务流量下的水里坡降，并判断翻越点，确定管道计算长度。

（7）计算全线需要的总压头、确定各方案的泵站数并化整。

根据任务输量，在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为HC。

管路全线消耗的压力能为

（2-11）

全线N个泵站提供的总扬程必然与消耗的总能量平衡，于是有

（2-12）

泵站数

（2-13）

式中

HC———任