完整版输油管道初步设计.docx
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完整版输油管道初步设计
学生毕业设计（论文）
任
务
书
00八年二月一日
2•题目设计范畴及主要内容：
该管道的设计输量为2000万吨/年，管道全长为220km,管道的纵断面数据见表1,输送的原油性质如下：
20T的密度为860kg/m3，初馏点为81C,反常点为28E，凝固点为25C。
表2列出了粘温数据。
表1沿程里程、高程数据（管道全长220km）
里程（km）
0
45
80
110
150
170
190
210
220
高程（m）
28
60
90
35
25
28
46
52
88
表2粘温数据
温度（C）
28
30
35
40
45
50
55
60
粘度（cP）
124.5
111
83.2
69
60
53
48
42.5
本设计主要的研究内容如下：
1用经济流速确定管径，并计算该管径下的费用现值和输油成本；
2通过热力和水力计算确定该经济管径方案下的热站数和泵站数，并进行热泵站的合一；
3主要设备选择（包括泵、炉、罐、原动机）；
4站址确定，在纵断面图上布站；⑤反输运行参数的确定；
⑥站内工艺流程设计；⑦方案经济效益分析。
3.设计方案及研究要求：
本次设计的题目是输油管道工艺的初步设计。
长输管道的投资巨大，需在长期的时间内保持在其经济输量范围内，才有明显的经济效益。
所以选择合适的路线走向，合理确定建设规模，选择正确的站址，对于节省投资和运行费用，以及安全环保都有很重要的意义。
长距离输油管道由输油站和线路组成。
故设计的主要内容也主要关于
这两部分：
1通过选线和管道路线的勘查，收集基本的设计参数。
2、工艺计算部分，具体包括：
（1）根据导师给的原始数据，确定进出站油温，并由此确定经济管径，其中经济管径的确定方法最经常用的有输油成本法和费用现值法。
（2）通过热力和水力计算及流态的判断，泵站数的确定，最终进行站址的确定，其中按最小输量确定热站数，按最大输量确定泵站数。
（3）校核计算。
包括热力、水力校核，压力越站校核，热力越站校核，动静水压力校核，反输校核，全越站校核等。
（4）工艺流程设计，其原则是满足各个输油生产环节的需要，中间热泵
站工艺流程应与输油方式相适应，便于事故的处理和检修，节约，和能促进新技术新设备的采用。
学生毕业设计（论文）
开题报告
设计题目：
Z-L输油管道初步设计
选题来源：
长输原油输油管道初步设计
题目：
Z-L输油管道初步设计
选题背景及理由：
长距离输油管道初步设计是根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。
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，热站数，及其位置等。
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，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。
在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行热力，水力计算。
合理确定各站的温度，压力等运行参数。
计算各个输量下的运行参数等等。
主要参考文献：
[1]GB/T50253-2003,输油管道工程设计规范.
[2]杨筱蘅，张国忠•输油管道设计与管理.第一版.山东东营：
石油大学出版社，2005:
15-160.
[3]GB/T500074-2002.石油库设计规范.
[4]张国忠•长输管道设计中的壁厚选择.油气储运.1993:
12.
论文框架:
第一章前言
第二章工艺设计说明书
1、工程概况；2、基本参数的选取；
2、参数的选取；4、工艺计算说明；
5、确定加热站及泵站数；6、校核计算说明；
7、站内工艺流程的设计；8主要设备的选择第三章工艺设计计算书
1、经济流速确定管径；2、热力计算与确定热站数;
3、确定站址；4、反输量的确定；
5、设备选取及管线校核；6、开炉开泵方案；第四章结论
致谢
参考文献
拟完成论文进度安排：
（一稿、二稿、三稿、定稿）
（1）2月初开始任务书和开题报告的编写，并阐明设计原则和设计任务，在2月末完成热站数和泵站数的确定以及工艺流程的说明。
指导教师定期对学生进行辅导；
（2）3月份开始工艺设计计算书的编写，并确定不同输量下的布站方案和开炉开泵方案，期间指导教师进行中期检查；
（3）4月中旬完成全部计算，经指导教师检查审批后做最终定稿。
指导教师意见：
该学员积极上进、态度认真、虚心好学，编写论文时充分利用各类参考文献，将自己所学的理论知识与实际工作经验完好结合；语言组织很好,层次清晰，论文内容阐述顺畅明了，计算准确无误。
经审核，可以进行答JlA亠辩。
本管线设计最大设计年输量为2000万吨。
管道全长220km所经地段地势较为平坦，高程在28〜88m之间。
经过计算，不存在翻越点。
全线均采用“从泵到泵”的密闭输送方式以及先炉后泵流程。
本设计根据经济流速来确定管径，选为①813X10.3，管材选择无缝钢管，钢号Q345最低屈服强度为325MPa
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，热泵站的合一。
本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，并且输油工艺本着应用先进技术的原则，进行了首站和中间站的工艺流程设计。
最后绘制五张图：
管道纵断面图，中间热泵站工艺流程图，首站平面布置图，泵房安装图，首站工艺流程图。
关键词：
管道；输量；热泵站；工艺流程
ABSTRACT
Thelengthofthepipelinedesignis220kilometers,theelevationheightisbetween28-88meters,thesectionwhichpipelinepassedissmooth.Gothroughthecalculate,therewasnogetoverpoint.Thisdesignusedtightlinepumpingwhichcalled“frompumptopump',soitcanreduceconsumptivewaste,Moreover,thismethodcanutilizesufficientlyremainpressurehead.
Inthedesign,economicpipediameterisfirstlydeterminedbyeconomicvelocity.Atlest,①813x10.3,L325pipeisused.
Thetransportationcapacityandthegeographyconditionsareconsideredofinordertodeterminetheheatingstation.Andincludingtheenvironmentalprotectiontheworker'sliveconditionsandsoon.Finally,theheatingstationidplacedtothefirststation,0Km.Anddirectheatingisused.
Intheconditionofmeetingallthekindsofthosefactors,thetechnologicalprocessesareusedassimplyaspossible,andtheadvaneedtechnologiesareusedanusuallyaspossibly.Ineachstation,oilisfirstheatedandthenpumpedinheating—pumpstationinthedesign.Theprocessoftheoriginstationis:
forwardtransportation,reversetransportation,heatoilcyclingandpiggingoperation,etc.Thetechnologyprocessofthefollowingstationis:
forwardtransportation,reversetransportation,non—pumpingoperation,non—heatingoilcyclingandpiggingoperation,etc.
Thelast,analysisoftheprojectseconomicbeceficsisnecessary.TheIRRisincluded.SO,theprojectispossible.
Keyword:
tubetype：
transmitoutput;hotpumpstation；technicalprocess
第一章前言1
第二章工艺设计说明书2
1.工程概况2
1.1线路基本概况2
1.2输油站主要工程项目2
1.3管道设计
2.1设计依据3
2.2原始数据3
2.3温度参数的选择4
3.参数的选择5
3.1管道设计参数5
3.2油品密度5
3.3粘温方程6
3.4总传热系数K6
3.5最优管径的选择6
4.工艺计算说明7
5.确定加热站及泵站数7
5.1热力计算8
6.3进出站压力校核11
6.4压力越站校核12
6.5热力越站校核12
6.6动、静水压力校核12
8.2首末站罐容的选择15
8.3加热炉的选择15
第二章工艺设计计算书17
1.经济流速确定管径17
2.1确定计算用各参数19
2.2确定流态19
2.3总传热系数的确定20
2.4最小输量下确定热站数和泵站数21
2.5判断翻越点23
2.6最大输量下确定热站数和泵站数23
3.2水力校核
4.反输量的确定29
4.1反输量的确定30
30
4.2反输泵的选择
5.设备选取及管线校核30
5.1输油站储罐总容量30
5.2输油主泵的选择31
5.3给油泵选择31
5.4反输泵的选择31
5.5加热炉选取31
5.6电动机选择31
5.7阀门32
6.开炉开泵方案32
6.1最大输量下32
6.2
33
最小输量下
第四章结论34
35
第一章前言
作为油气储运专业的本科毕业生，我们进行了输油管道的初步设计，使我对以前所学专业知识进行了一次综合回顾及应用，尤其是对管输工艺的初步设计有了更深的了解和认识。
长距离输油管道初步设计是根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。
其主要目的是根据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，热站数，及其位置等。
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，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。
在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行热力，水力计算。
合理确定各站的温度，压力等运行参数。
计算各个输量下的运行参数等等。
经过这次毕业设计，我系统了专业课知识，学到了很多东西，但水平和时间有限，难免有疏漏和错误之处，希望老师批评指正。
第二章工艺设计说明书
1.工程概况
1.1线路基本概况
本设计依据设计任务书的要求，结合实际条见作出工程的实际具体实施方案。
管线最大年输量为2000万吨。
全长220km沿线地势平缓，海拔最低处为28m最高处88m距外输首站约80公里，首末站高差为60m,管线位于平原地区。
管线外有沥青防腐层，以减轻腐蚀损耗。
管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行。
并采用先炉后泵的流程。
占地少，密闭安全，且对环境污染小，能耗少，受外界环境恶劣气候的影响小。
便于管理，易于实现远程集中监控，自动化程度很高，劳动生产率高。
油气损耗少，运费较低。
1.2输油站主要工程项目
本管线设计年输量为2000万吨/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：
设立热泵站两座，即首站和一座中间站，均匀布站。
本次设计中管道采用可减少蒸发损耗，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。
1.3管道设计
本设计中选择的管道为外径©813,壁厚10.3mm管材为L325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。
全线设沥青防腐层从而减少腐蚀损失。
并设机械清蜡设备，保证全线输油管道的畅通无阻。
2.基本参数的选取
2.1设计依据
本设计主要根据国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，通过技术比较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原始数据
（1）最大设计输量为2000万吨/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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
生产负
荷（%
70
80
90
100
100
100
100
100
100
100
100
90
80
70
（2）年最低月平均温度2C；
（3）管道中心埋深1.55m；
（4）土壤导热系数1.45w/（m?
C）;
（5）沥青防腐层导热系数0.15w/（m?
C）；
（6）原油性质
120C的密度860kg/m3；
2初馏点81C；
3反常点28C；
4凝固点25C；
5比热2.1kJ/（kg?
C）；
6燃油热值4.18x104kJ/kg。
（7）粘温关系见表2-2
表2-2油品温度与粘度数据
温度（C）
28
30
35
40
45
50
55
60
粘度（cp）
124.5
111
83.2
69
60
53
48
42.5
（8）沿程里程、高程（管道全程220km见表2-3
表2-3管道纵断面数据
里程（km）
0
45
80
110
150
170
190
210
220
高程（km）
28
60
90
35
25
28
46
52
88
2.3温度参数的选择
（1）出站油温Tr
考虑到原油中不可避免的含水，故加热温度不宜高于100C,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81C，以免影响泵的吸入。
而且管道采用沥青防腐绝缘层，故原油的输油温度不能超过沥青的耐热温度。
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Tr=60C。
（2）进站油温Tz
加热站进站油温的确定主要考虑经济比较。
对于像本设计这样凝点较高的含蜡原油，由于在凝点附近粘温曲线很陡，故经济进站温度常取高于凝固点2-3°C。
又因为原油的反常点为28°C，而反常点以上可认为是牛顿流体。
考虑最优热处由理条件及经济比较来选择进出站温度。
借鉴经验数据综合考虑，初步设计进站温度Tz=30C。
（3）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：
12
TpjTrTz（2-1）
33
式中：
Tpj—平均油温，C;
Tr、Tz—加热站的出站、进站温度，C。
3.参数的选择
3.1管道设计参数
（1）热站、泵站间压头损失15m
（2）热泵站内压头损失30m;
（3）进站压力范围一般为20~80m
（4）年输送天数为350天；
（5）首站进站压力50m>
3.2油品密度
根据20C时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度：
（2-2）
t20（t20）
式中：
t,20—分别为温度为tC和20C下的密度;
ntlgtlg
22~
nt（t）
3.4总传热系数K
管道散热的传递过程由三部分组成：
（1）油流至管壁的放热
（2）管壁、沥青防腐层的热传导
（3）管外壁周围土壤的传热总传热系数的计算公式为：
111]D（i1）1
（2-4）
（2-5）
=+刀In+
KD1D12iDi2Dw
_2t
2：
Dwh^（丁）21]
式中di,D+1—钢管、沥青防腐层的内径和外径，m入i—导热系数，w/（n?
°C）；dw—管道最外围的直径，m
a1—油流至管内壁的放热系数，w/（m?
C）；a2—管壁至土壤放热系数，w/（m?
C）;入t—土壤导热系数，w/（n?
C）;
ht—管中心埋深，m
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，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1.0〜2.0m/s范围内。
经过计算，最终选定为外管径©813,壁厚10.3mm
4.工艺计算说明
对于咼含蜡及易凝易粘油品的管道输送，当其凝点咼于管道周围环境的温度，或在环境温度下油流粘度很高时，不能直接在环境温度下等温输送。
油流过高的粘度使管道阻力变大，管道沿途摩阻损失变大，导致了管道压降剧增，动力费用高，在工程上难以实现或运行不经济，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输送的办法。
加热输送时，油品温度升高，粘度降低，减少从而达到输送目的。
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，降低管输压力，节约动力消耗，或使关内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送。
但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的特点是它存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，在设计和管理工作中，要正确处理这两种能量的供求平衡关系；这两种能量损失多少又是互相影响的，其中散热损失起了确定性作用。
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。
5.确定加热站及泵站数
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计。
而总传热系数主要取决于管外壁至土壤的放热系数2，i值在紊流状态下对传热系数k值的影响可忽略。
计算中周围介质的温度To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Tz=30C，出站温度取为Tr=60C。
在最小输量下求得加热站数。
（1）流态判断
4Q
dv
59.7
8
7
2e
£=
d
式中q—体积流量，m/s；，
V—运动粘度;
d—内径，m；
e—管内壁绝对粗糙度，m。
经计算3000（2）加热站数确定
在最小输量下进行热力计算来确定加热站数。
加热站间距Lr的确定:
式中
GC
To—管道埋深处年最低月平均地温取「C
G—原油的质量流量kg/s
C—油品比热KJ/kgC取2.2KJ/kgC
—水力坡降
B,m—由流态确定，因为处于水力光滑区
m=0.25,B=0.0246
Q—体积流量m3/s
加热站数Nr=丄
1R
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49.31C。
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）eal
i=B
（2-10）
—2mm
Q
5m
d
（2-9）
式中
B、m—由流态确定，水力光滑区：
m=0.25,
B=0.0246;
Q—体积流量，m3/s
（2）管道沿程摩阻
（2-11）
H总=1.01iL+△Z
式中：
△Z—起终点高差，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
因为流量较小，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，所以选用并联方式泵。
选型并根据设计任务书中的已知条件，
20X20X19HSB泵：
H3226.9824105Q1'75串联泵，额定
流量Q=2500m3/h，额定效率=0.87。
20X20X15HSB泵：
H1393.1759105Q175串联泵，额定
流量Q=2500m3/h，额定效率=0.89。
计算管道全线摩阻确定站内泵的个数：
H总=1
升级会员 