原油长输管道初步设计计算书Word文档格式.docx

原油长输管道初步设计计算书Word文档格式.docx

《原油长输管道初步设计计算书Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原油长输管道初步设计计算书Word文档格式.docx（49页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

9

10

11

12

13

14

生产负荷

（%）

70

80

90

100

（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

120℃的密度860kg/m3；

2初馏点81℃；

3反常点28℃；

4凝固点25℃；

5比热2.1kJ/（kg·

℃）；

6燃油热值4.18×

104kJ/kg。

7）粘温关系见表2

表2油品温度与粘度数据

温度（℃）

28

30

35

40

45

50

55

60

粘度（cp）

124.5

111

83.2

69

53

48

42.5

8）沿程里程、高程（管道全程320km）数据见表3

表3管道纵断面数据

里程（km）

130

165

190

230

250

280

300

320

高程

（km）

25

36

42

68

2.设计基础参数

1）原油物性参数

1原油进站温度、出站温度

由于一般原油加热温度为60~70℃，考虑到最高出站温度为60℃，故取TR=60℃。

由于最低进站温度比凝固点高7℃，且考虑到反常温度和最低进站温度都为

30℃，故在最低进站温度时仍可以满足牛顿流体的特性，故取TZ=30℃。

2平均输送温度

在加热输送条件下，

法，按下式计算：

计算温度采用平均输油温度T，平均输油温度采用加权

T=TR+2TZ错误！

未指定书签。

33

（1-1）

式中：

TR——原油出站温度，℃，取TR=60℃；

TZ——原油进站温度，℃，取TZ=30℃；

T——原油平均温度，℃，由上式计算得T=40℃

3原油密度

所输原油密度ρ（g/cm3）随温度T（℃）的变化关系为：

ρρ20ξ（T20）

（1-2）

ρ20——20℃下原油密度，kg/m3；

——温度系数，=1.825-0.001315ρ20，kg/（m3·

℃），解得=0.6941；

T——平均输油温度，℃，取T=40℃。

即得原有粘度与温度的变化关系式：

ρ=860-0.6941（T-20）（1-3）解得ρ=846.12kg/m3。

4原油粘度由最小二乘法回归粘温关系如表1-1

表1-1粘温关系回归表

粘度

（×

10-6m2/s）

lnν

-10.066

-9.9443-

9.8452-9.

7212-9.58

14-9.394

3-9.1060

-8.9912

取xi为T，yi为lnν，并设y=a+bx

Σxi=343

Σyi=-76.6496

x=42.875

b=

（xix）（yiy）

（xix）2

=31.2497=0.0328

952.875

aybx-8.1751回归结果为lnν=-8.1751-0.0328T得原油粘度为：

-8.1751-0.0328T

ν=e

T--平均输油温度（℃）；

（1-4）

2）其他设计参数管道全线任务输量、最小输量、进出站油温、埋深处月平均气温等列于表

1-12设计参数表中。

生产天数按照350天计算。

任务输量

（×

104t/a）

最小输量

104t/

a）

管线里程（Km）

最高出站油温℃

最低出站油温℃

埋深处月平均气温℃

550

385

2.0

表1-2设计参数表

质量流量为：

550104103

3508400

max

181.88kg/s

GminGmax70%127.31kg/s

由质量流量与体积流量换算公式：

（1-5）

Qmax0.2149m3/s

Qmin0.1505m/s

二、经济管径的选择

1.管径及管材的初选

1）管径选择

根据规范，输油管道经济流速范围为1.5-2.0m/s，管径计算公式如下：

4Q

d=（2-1）

V

Q--额定任务输量（m3/s）,0.2149m3/s；

V--管内原油经济流速（m/s）；

d--管道内径（m）；

根据输量计算结果如下表1-13：

表1-13初选管径表

经济流速

（m/s）

计算结果

（mm）

初选管Ⅰ

初选管Ⅱ

初选管径Ⅲ

（mm）

.5

27.2

06.4

57

2）管材选用本工程采用直缝电阻焊钢管。

综合考虑输油系统的压力、输油泵的特性、阀门及管件的耐压等级等综合因素，管材选用按照API标准生产的X60直缝电阻焊钢管，局部高压管段选用按照API标准生产的X80直缝电阻焊钢管。

根据输量的大小，本次设计提出了3种可能的管径，分别是Φ406.4×

6.4、

Φ457×

7.1、Φ508×

7.9。

在这里采用费用现值来确定最经济管径。

2.费用现值法确定经济管径

1）确定经济管径的原则

对某一输量下的管路，随着管径的增大，基本建设中钢材及线路工程投资增大，但压力损失降低，泵站数减少，站场投资减少。

而有些项目如道路、供水、通讯等投资不变。

故总投资随着管径的变化必有极小值存在，而输油能耗也在下降。

其它项目如材料费、折旧费、税金、管理及维修费等是按照投资总额提成一定比例计算的。

该费用随着管径的变化与投资随着管径的变化趋势相同，所以总投资与经营费用的叠加总有一个与其最小值对应。

该费用最小值的管径为最优管径。

2）费用现值法

费用现值比较法简称现值比较法。

使用该方法时，先计算各比较方案的费用现值，然后进行对比，以费用现值较低的方案为优。

费用现值法的计算公式为：

N

Pc（ItCtSvW）（1ic）t（1-8）

t1

It--第t年的全部投资（包括固定资产和流动资金）；

'

--第t年的经营成本；

Sv--计算期末回收的固定资产余值（此处为0）；

W--计算期末回收的流动资金；

N--计算期N=16；

ic--行业基准收益率=12%；

油气储运企业的要素成本包括：

电力费用、工资及福利费、修理费、油气损耗费、折旧费、利息支出、其他费用。

3）经营成本和流动资金

年经营成本＝燃料费用＋电力费用＋工资及福利费＋修理费＋油气损耗费＋折旧费+其他费用

燃料费用主要是指加热设备（包括加热炉和锅炉）的燃料费用。

对于长距离输油管道系统，燃料费用主要是原油加热输送工艺中加热炉的燃料油费用。

可根据原油进出站温度计算，计算公式如下：

R=GCy（TRi

–Tzi）

ey

BHRi

nR

（1-9）

SR--燃料费用，元/年；

ey--燃料油价格，元/吨；

Cy--原油比热，J/kg℃；

BH--燃料油热值，J/kg；

TRi--第i加热站的出站温度，℃；

TZi--第i加热站的进站温度，℃；

Ri--第i加热站的加热炉效率；

G--管道年输量，吨/年；

nR--加热站个数；

电力费用是指用于支付泵的电力设备和电动机具所消耗电能的费用，主要是输油泵等动力设备的电费。

对于长输管道系统，电力费用主要是泵站输油泵机组的电费。

全线的电力费用可采用下式计算：

SP=2.72310HGed（1-10）

Ppei

SP--全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；

H--第i泵站的扬程，m；

ed--电力价格，元/kWh；

ηpei--第i泵站泵机组的效率；

G--年输量，吨/年；

油气损耗费包括大罐的蒸发损耗和泄漏损失等，可按年输量或销售量的一定比例计算。

油气损耗费＝损耗比例×

年输量（或年销量）×

油价（或气价）

损耗比例一般可取为0.1%～2.3%。

固定资产形成率为85%，综合折旧率取7.14%（综合折旧年限为14年），残值为0。

修理费按固定资产原值的1%计算，输油成本中其他费用按工资总额与职工福利费之和的2倍计算。

水电设施、道路、通讯设施等费用按线路投资与输油站投资之和的12%计算。

管道建设期为2年，第一年和第二年投资分别按总投资的40%、60%计算，固定资产投资方向调节税税率为0。

固定资产的30%为自有资金，70%为建设银行贷款，贷款利率为8%。

流动资金利用扩大指标估算法，按流动资金占固定资产原值的5%计算。

4）比较方案

三种管径的计算结果如下：

其中Φ457×

7.1的费用现值最小，采用Φ457×

7.1的管道进行施工和投产运行更为经济。

3.管道壁厚选择

根据《输油管道工程设计规范》，输油管道直管段钢管管壁厚按下式计算：

=PD

2K

（1-11）

——计算的屈服应力，MPa；

P——工作压力，MPa；

D——管道外径，mm；

K——强度设计系数，此处取K=0.72；

——焊缝系数，此处取=1.0；

——管道厚度，mm。

管道系统设计压力为7MPa时，管道选用X60直缝电阻焊钢管，屈服

强度413MPa，壁厚计算结果如下表1-14：

表1-14壁厚计算表

公称直径

计算壁厚

腐蚀余量

实选壁厚

管道外径

（mm）

DN457

5.379

7.1

7.

三、输油工程

1.主要工艺

1）原油密闭加热输送工艺

（1）加热输送工艺

易凝易粘的油品当其凝点高于管道周围环境温度、或在环境温度条件下油流粘度很高时，不能直接采用等温输送方法。

油流过高的粘度使管道的压降剧增，不经济也不安全。

加热输送是目前最常用的方法。

其可以降低粘度减少摩阻损失并降低管输压力，保证安全输送。

（2）密闭输送工艺

泵到泵密闭输送工艺是目前国内外管道采用的先进输送工艺。

对输油系统压力实行自动调节以及系统自动连锁保护，是实现密闭输油的前提。

中间泵站设一水击泄放罐，不设旁接油罐和缓冲罐，大幅降低各站储罐的容量，节约工程投资，减少原油损耗。

2.判断流态并计算总传热系数

1）判断流态

雷诺数的计算公式如下：

Re=

πdv

只需在最小和最大流量两种极端状况下便可判断流态是否变化，由表1-1知在计算温度下的原油动力粘度为：

ν=69×

10-6m2/s。

则

Re

4Qmin

40.2149

3.140.442869106

=8960.04

Remin

40.1505

6274.95

由推荐值：

e=0.054mm。

则管壁相对当量粗糙度为：

查得公式：

2e20.054103d0.4428

0.2439×

10-3。

Re1=

59.5

代入计算得：

59.55

Re138/78.006×

105。

1（0.2439103）8/7

因为3000<

Remin<

Remax<

Re1，两种极端情况下的流动都处在水力光滑区据此，可确定m=0.25，=0.0246。

2）总传热系数由

2t

DwlnDwt

（2-3）

Dw--管道外径（m）；

t--土壤导热系数（w/m℃），取1.45w/m℃；

ht--管道中心埋深（m），取1.55m；

21.45

得2

241.55

0.457ln41.55

0.457

=2.434

K=沥青1

沥青2

（2-4）

沥青--沥青防腐层（m），0.006m；

沥青--防腐层导热系数（w/m℃），取0.15w/m℃；

得总传热系数

K=

=2.22（w/m℃）；

0.152.434

3.工艺计算及站场布置

1）最小输量工况计算

根据任务书的要求，设计最小输量为Qmin=0.1505m3/s=541.8m3/h即Gmin=127.3kg/s。

确定热站数

热力计算按最小输量情况进行计算。

根据任务书的要求，，设计最小输量为0.1505m3/s

即127.3kg/s.

总传热系数由（2-4）得为2.22w/m℃。

由雷诺数判断流态均为紊流的水力光滑区。

根据以下公式求解所需的热站数。

水力坡降

1.750.25

QMIN

i=4.75

4.75

d

（2-5）

最终得热站数：

最终向上取整得热站数n

KDWa=

GMINC

b=gi

ca

/1TRTObLRln

aTZTOb

n/rLL/R

LR

Dw--管道外径（m），取0.457m；

K--热油管道总传热系数（w/m℃），取2.22w/m℃；

C--油品比热（J/（kg·

℃）），取2100J/（kg·

℃）；

（2-6）

（2-7）

（2-8）

（2-9）

i=0.003999m/mb=1.568℃a=1.19×

10-5mL′R=6.3721×

104mn=5.02向上取整得n=6需要6座加热站，站间距为L=53.33Km。

②按平均布站反算出站温度设TZ=30℃，b=1.568℃，起点油温计算公式：

TR=（T0+b）+（TZ-T0-b）ea（2-10）将各参数代入上式得：

TR1=53.436℃。

则由公式（1-1）得平均温度：

T=37.812℃；

由公式（1-4）得计算动力粘度：

ν=8.148×

10-5m2/s；

由公式（1-3）得在计算温度下的密度：

ρ=847.64kg/m3；

由公式（1-5）得在计算温度下的最小体积流量：

Q=0.1502m3/s；

将上述参数值带入公式（2-5）得：

i=0.00406m/m；

由公式（2-7）得：

b=1.591℃；

由公式（2-8）得：

LR=53.33km。

故取TR=56.69℃。

则在最小输量工况下的设计参数选取结果如表2-1：

表2-1最小输量工况下热力计算参数表

出站温度

平均温度

平均密度

体积流量

b

站间距LR

TR（℃）

T（℃）

ρ（kg/m）

Q（m/s）

i（m/m）

（℃）

53.436

37.812

847.64

0.1502

0.00406

1.59

53.33

③翻越点判断

由沿程高程表3知（280km，68m）处可能存在翻越点。

在长输管路中，局部摩阻总是占据很小的部分，一般占沿程摩阻的约1%，

全线总压头损失公式：

（2-11）

H——全线压头损失，m；

iLt——沿程摩阻，m；

（ZZ-ZQ）——管道起点与终点的高程差，m；

hmi——局部摩阻，m。

由公式（2-11）计算得：

全线总压头损失：

H=1.01×

0.00406×

320×

103+（35-28）=1319.192m。

到可能翻越点处压头损失:

Hf=1.01×

0.00406×

280×

103+（68-28）=1188.168m。

由Hf<

H，知在最小输量工况下不存在翻越点。

④确定泵站数

管道允许的最大操作压力为：

=9.24MPa

2Ks20.721.04137.1P==

D0.457

管道最大承受压力9.24Mpa时，

P9.24106H=P9.2410=1109.24m

g8509.8

即管道承压为1109.24m，出站压力要小于此值。

参照《JBT10114-1999输油离心泵型式与基本参数》选择型号为KSY800-190的泵，其特性方程为：

H=240.56-0.00042Q1.75

最小输量时，Q=540.7m3/h，则H=215.1m，泵站内泵数为n=1109.24=5.2，215.1

向下取整为5，则最大输量工况下每个泵站应选用5台KSY800-190泵串联，可

增加一台备用。

泵站特性方程为HC=5×

（240.56-0.00042Q1.75）=1075.44m，全程所需泵站数N=1319.192=1.2向上取整为N=2，则最小输量工况下需设置2个泵站。

1075.44

2）最大输量工况计算

根据任务书的要求，设计最大输量为Qmax=0.2149m3/s=773.84m3/h即Gmax=181.9kg/s=6.4576×

105kg/h。

1热力计算及确定加热站

由公式（2-5）计算得：

i=0.00747m/m；

由公式（2-6）计算得：

a=8.3319×

10-6m；

由公式（2-7）计算得：

b=4.181℃；

由公式（2-8）计算得：

LR=97.84km；

由于最小输量时加热站数为六个，从经济环保角度考虑，最大输量时可调

整成六个加热站。

下面反算在最大输量时设六个加热站时的出站温度。

仍取进站温度TZ=30℃。

现令b=0，对出站油温进行第一次迭代试算：

由公式（2-10）计算得：

TR1=45.67℃；

由公式（1-1）计算得平均温度：

T=35.22℃；

由公式（1-4）得计算动力粘度：

ν=0.887×

10-4m2/s；

ρ=849.43kg/m3；

由公式（1-5）得在计算温度下的最小体积流量：

Q=0.2141m3/s；

将上述参数值带入公式（2-5）得i=0.00771m/m；

由公式（2-7）计算得：

b=4.319℃；

由公式（2-10）得：

TR2=43.25℃。

由于|TR1-TR2|>

0.2，故对出站油温进行第二次迭代试算：

T=34.41℃；

ν=0.9109×

ρ=850.00kg/m3；

Q=0.2140m3/s；

将上述参数值带入公式（2-5）得i=0.00775m/m；

b