毕业设计（论文）胜利管道工艺初步设计.doc

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1、胜利管道工艺初步设计学生姓名：学 号：02122625 专业班级：油气储运工程 02-6班指导教师： 2006年6月20日摘 要本管线设计全长245.8公里，海拔高度在5到114米之间，所经地段地势较为平缓，因而不存在翻越点。管道内径根据经济流速来确定，最后选定管型为7118, 管材为，设计内压力MP。本设计全线均采用从“泵到泵”的密闭输送方式，加热方式为直接加热。设计输量为1700万吨年，为了满足输量要求，以热泵合一为原则，并考虑到多方面的因素，全线共采用了三座热泵站来为输油提供能量，各站站内均采用先炉后泵的方式运行。考虑到优化组合,每站均由三台141419CMSD.D型大泵和一台小泵组成，

2、其中一台大泵为备用泵。加热炉均采用圆筒型加热炉，各站内加热炉台数随需要情况而定。确定热泵站站址的过程中综合考虑了沿线的地理情况和环境保护，职工生活方便情况等各方面的因素，布站如下：首站选在0公里处，2#站布置在80公里处，3#站布置在160公里处。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，减少能耗。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。关键词: 管型；输量；热泵站；站址；工艺流程ABSTRACTAll of this pipeline designs

3、grow 245.8 kilometers, the elevation height is between 5-114 meters, the district of the pipeline through is slow, as a result there is no turning over point.The inside diameter of the pipeline basis on the economical speed of flow，Finally the designated type is7118，the tube type is L390, the design

4、ed press MP. This entire line designed uses from pumps to pumps and the way of the airtight transfer, the heating way is the direct heating. The designed quantity of the transport is1700ton every year, In order to satisfied the requestion of the quantity of the transport,gathering the heat and the p

5、ump one as the principle,And considers to the various factors, The entire line altogether used three hot pumping stations to provide the energy for the oil transfer, in each station uses the movement way which the pump is first. Considers to the optimum composition, every station has three 141419 CM

6、SD.D pumps and a small pump, among the pumps a big one is used for the relay pump. The heating furnace uses the cylinder heating furnace,Each station internal heating stove top number along with needs the situation but to decide.according to the need of the station to decide the number of the heatin

7、g stove in every station.in the process of Determining the site of the hot pumping station has synthesizly considered the route geography situation and the environmental protection, the convenience situation of the staff lives and so on, the arrangement of the stations is as followed: the first stat

8、ion elects in 0 kilometers, 2# station in 80 kilometers, 3# station in 160 kilometers.In the situation of satisfing each kind of condition,the technical process should be as far as possible simple,And the oil transfered craft manifests the reliable advanced technology as far as possible,and reduce t

9、he energy consumption.The head station technical process includes:right transmit, opposite transmit, tank switching, hot oil circulation, pipe pig receiving and dispatching;The intermediate station technical process includes:right transmit, opposite transmit, the pressure turning over, the thermal e

10、nergy turning over, pipe pig receiving and dispatching.Keyword: tube type;transmit output;hot pump station; technical process目 录第一章 工艺设计说明书1 1工程概况1 2基本参数的选取23最优管径的选择54工艺计算说明65、校核计算说明86、工艺流程107、设备选取10第二章 工艺设计计算书12 1确定经济管径12 2热力计算及热站数确定133水力计算及泵站数确定204热越校核26 5压力越站校核306热力越站校核417全越站校核448反输计算509加热炉的选取511

11、0.储油罐的选取54第三章 结论56致谢57参考文献58第一章 工艺设计说明书1. 工程概况1.1 线路基本情况简介本设计管线全长245.8公里，海拔最低5米，最高处114米，整条管线位于平原地区，全线最高点距外输首站约218公里，全线采用密闭输送的方式输送，能够长期连续稳定运行，且受外界恶劣气候的影响小，无噪音，油气损耗少，对环境污染小。1.2 输油站基本情况简介输油站站址的确定根据本管道工程线路走向及工艺设计的要求，综合考虑沿线的地理情况，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

12、泵站三座，即首站和两座中间站，另设末站一座，基本上均匀布站。各个输油站为了安全经济输送，站内部均以先炉后泵的方式运行，每站采用圆筒形加热炉对油品进行直接加热；同时各站为了满足输送要求和考虑到泵机组的优化组合，都设有三台141419CMSD.D型大泵和一台小泵，可根据具体情况选用不同组合；由于管线沿途所经位平原地区，且由于串联泵效率较高，调节方便且不存在超载的问题，因而各站均采用串联泵的运行方式。本设计中采用了水击超压保护，为防止水击影响，在各出口处设立了弹簧封闭微启式安全阀来卸压。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

13、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 管道概况 本设计中根据需要，选择外径711，内径695.0mm,壁厚8.0mm，管材为L390的管道。管线的允许承压达到6.319MP。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,只需加一层厚7mm的沥青防腐层即可。2. 基本参数的选取2.1 设计依据本设计主要依据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中华人民共和国建设部联合发布的输油管道工程设计规范GB50253-2003等有关设计规范进行的。设计原则为：（1） 以国家设计规范为中心

14、原则，选择最优的工艺方案。（2） 采取热泵合一的原则。（3） 设计中尽量以节能降耗为目的，并充分利用管线的承压能力。（4） 充分利用地形，尽量少占耕地。2.2 原始数据2.2.1 设计输量年设计输量为1700万吨年。2.1.2 油品物性（1）基本参数密度kg/m凝点 反常点石蜡 沥青质胶质 906.4253413.90.429.48（2）原油流变参数:,T3433， 32， 31， 30，28，（3）沿线地形高程距离km04080133164181205高程m5.48.6 24.580.7311238210218220223226246791141143075（4）设备1） 离心泵2） 加热炉

15、：2000，3000，4000，6000，8000kw3） 管材及管子4） 阀门：闸阀，球阀，调节阀门（5）其他1） 环境温度：最高月平均地温23，最低月平均地温6。2） 土壤参数：亚粘土，含水率15，土壤电阻率 。2.3 温度参数的选择2.3.1 出站油温由于原油中不可避免的含有水分，故加热温度不以高于100。C，以免发生沸溢，而且本条管线采用的是先炉后泵的运行方式，因此加热温度不以高于初馏点，否则影响泵的吸入性能而造成不必要的损失。此外，该管道采用沥青绝缘防腐层，其最高耐热温度为70，故出站油温应低于70，以免影响绝缘性能而造成管子的腐蚀，而且由于管子的热变形等种种因素，都决定了加热温度不

16、宜过高。另外，本设计中输送的是高含蜡原油，其在凝点附近的粘温区线很陡，而当温度高于凝固点30-40以上时，粘度随温度变化很小。又由于含蜡原油往往在紊流状态下输送，摩阻与粘度的0.25次方成正比，提高油温对摩阻的影响很小，而热损失却显著增大，故加热温度不宜过高。综合考虑以上种种因素，以及以往设计中所的经验，确定最高出站温度。2.3.2 进站油温加热站的进站油温是经过经济比较而确定的。对于输送任何油品，为防止停输后凝管，同时考虑到通过提高油温来改变油品的粘度，从而提高输送的经济性，故进站温度应高于油品的凝点。对于本次设计中的输送原油，其含蜡量和胶质的含量均比较高，而对于凝点较高的含蜡原油，由于其在

17、凝点附近的粘温曲线很陡，所以经济进站温度常常略高于油品的凝固点。根据经验，确定最低进站温度为。由于本次设计输量大，油流温降小，故在初步计算中根据经验取进站油温34,出站油温45。2.2.3周围介质温度对于埋地管道，一般取中心管道埋深处的最低月平均地温。是随季节和地区变化的，设计热油管道时，至少应分别按其最低月和最高月的月平均温度计算温降及热负荷。2.3.4平均温度由于管道的摩阻与其流态有一定的关系，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： 2.4 其他参数的选取2.4.1 工作日：全年按350天，每天24小时计算 2.4.2 油品密度根据时油

18、品的密度按下式换算成计算温度下的密度：其中，分别为温度为和下的油品密度，kg/m； 温度系数，。2.4.3 油品的比热容比热容可按下式确定：其中，油品在的相对密度，； 油品温度，； 油品的比热容,kJ/kg，。 2.4.4土壤及沥青层的导热系数本设计中土壤为亚粘土，且含水量为15%，可查得W/m，；沥青层导热系数按经验一般取 W/m.。2.4.5管道设计参数 (1)热站，泵站或热泵站站内压头损失为15m； (2)进站压力的范围一般为30-80m；3. 最优管径的选择在设计输量下，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

19、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1.5-2.0m/s范围内。在此基础上选定1.8m/s为经济流速。由经济流速和输量来确定经济管径，选择合适的值，最终选定为外管径711，壁厚8mm。4. 工艺计算说明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，所以为了安全输送，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，从而达到降凝目的。本设计采用加热的办法，提高油品温度以

20、降低其粘度，减少摩阻损失，降低管输压力，使输油总能耗小雨不加热输送，并使管内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送。热油管道不同于等温输送的特点在于在输送过程中存在摩阻损失和散热损失两种能量损失，因此我们必须从两方面给油流供应能量，由加热站供应热能，由泵站供应压力能。此外这两种损失相互影响，摩阻损失的大小决定于油品的粘度，而粘度大小又取决于输送温度的高低，通常管子的散热损失往往占能量损失的主导地位。当热油沿管路流动时，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

21、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之和。4.2 确定加热站及泵站数4.2.1 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。由于本设计中所输介质为高粘原油，故而在热力计算中考虑了摩擦生热对温升的影响。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

22、站温度取为，出站温度取为。然后由苏霍夫公式计算站间距，从而进一步求得加热站数。4.2.2 水力计算当管路的流态在紊流光滑区时，摩阻仅与粘度的0.25次方成正比，可按平均温度下的油流粘度，用等温输送的方法计算加热站间摩阻。先根据流量和管径判断流态。在大于34时一直处于紊流水力光滑区，由平均温度求出平均粘度，再由列宾宗公式计算站间摩阻。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。4.2.3 初步确定热站、泵站数由热力计算可确定加热站数，加以化整。确定泵站数时，要考虑到管线的承压能力选定输油主泵，再根据流量及其扬程确定泵机组的组合方式，最后由全线所

23、需的压头求出所需的泵站数，并结合水力计算定出。4.2.4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：站 号1#2#3# 站 类 别热泵站热泵站热泵站里 程（ km） 0 80 160高 程 （m） 5.4 27.5 37.55. 校核计算说明5.1 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。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。5.1.

24、1 进出站温度校核为了满足工艺和热力要求，对以其输量校核时，应固定进站油温为，根据初算时的值和值反算得出站温度，此时的值和值都是估算值，需进一步校准，由于对值影响较大的是油品粘度，因而根据之前所得数据计算出平均温度下的油品粘度，进而得到水力坡降，并由水力坡降计算出值和值，再取进站温度为34，根据所得的和重复以上步骤，得到准确的出站温度，校核其是否低于最高出站温度60。经过以上校核，各站的进出站温度均满足要求，其校核结果如下：站号1#2#3#()353434()39.639.640.15.1.2 进出站压力校核为了防止管线的压力超过管道的最大承压，也为防止进站压头偏低，故而需对进站压力进行校核，

25、所的校核结果如下：站号1#2#3#（m）6446.9441.98（m）652634.94629.98各站进站压力均满足泵的吸入性能要求，出站压力均不超过最大承压,校核合格。5.2 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。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。本设计中校核了将2#和3#站同时停泵时压力越站的情况，校核合格。5.3 热力越站校核由于在本设计中，根据规范要求，对加热炉不设置备用炉，当发

26、生事故和检修时均须停炉。为了不影响介质的输送，可采用热力越站的工艺措施，热力越站的计算目的是保持进展温度，校和出站温度是否低于最高的允许出站温度。本设计中校核了将2#和3#站同时停炉时热力越站的情况，校核合格。5.4全越站校核在本设计中，全越站有两种情况，2站停运，由1站输到3站，3站停运，由2站输到末站，比较以上两种工况，第二种距离较长，因此只需校核3站停运的工况。经过校核可满足要求。5.5 动、静水压力校核5.5.1 动水压力校核动水压力是指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力，即管道纵断面线与水力坡降线之间的垂直高度，动水压力的变化不仅取决于地形的变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况

27、有关，从纵断面图上可以看出，本次设计的最高动水压力为652m油柱，小于管子最大承压720m油柱，最低动水压力为39.658m油柱，大于最小的压力22.7m油柱（0.2MPa），故此时动水压力满足输送要求。5.5.2 静水压力校核静水压力是指油流停止流动后，由地形高差产生的静液柱压力，由纵断面图可知：其最大静水压力为109m米油柱，由于管子承压较大，故产生静水压力时不需要增加壁厚，而且也不需要设置减压阀，因此可知：本设计中静水压力符合要求。5.6反输校核当油田来油不足时，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

28、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。6.工艺流程所谓工艺流程是指所输介质在各输油站中的输送操作过程的简化图线。工艺流程设计的基本原则：1、能切实可靠的实现各种情况管线所必须进行的输送操作，并能在这些操作中体现出现代所具有的各种新技术。2、在满足上述要求的前提下，流程要尽可能简单，也就是要尽可能减少阀门和管件。首站所具有的工艺流程有：正输、反输、站内循环、热油循环、热力越站、清管、接受来油和向来油处反输。中间站所具有的工艺流程有：正输、反输、热力越站、压力越站、全越站、清管。7.设备的选取7.1泵的选取对于首站而言，输油管道用泵根据用途可分为给油泵

29、和输油主泵，而中间站一般不设给油泵，一般情况下，给油泵选用大流量，低扬程，泵吸入口扬程要求低的平行泵，其扬程一般为几十米，并采用并联运作，用以输油主泵的正常吸入，由于本次设计的输量较大，给油泵除要提供输油主泵所需的吸入压力外，还需要提供克服站内摩阻所需要的压头，因而应综合考虑后选泵。输油主泵根据设计的要求需要选择大流量，高扬程的泵，本设计中选择141419CMSD.D型泵。7.2加热炉的选取为管输介质提供热量提高油温的设备有两种：加热炉和换热器，按照其加热方式可以分为直接加热和间接加热式，而间接加热式使用于自动化程度较高的热站，在本设计中考虑实际情况后，选择直接加热方式，即选用圆筒形加热炉，选

30、取结果如下：站号1#2#3#加热炉400034000340003第二章 工艺设计计算书1. 确定经济管径1.1 初选管径经济管径 （21）1.1.1 体积流量（1）质量流量设计输量万吨/年，按照规范的规定，年工作天数应取350天。则有：kg/s（2）平均温度根据凝点和输送要求，及管线的实际情况和经验等因素，设定进出站油温分别如下：T=34 T=45 则根据 得：=（3）密度 根据20时的油品密度按下式换算成平均温度下的密度：式中： 、 温度为及时的油品密度，kg/m； 温度系数，kg/(m )。 kg/(m )kg/m体积流量m/s1.1.2 经济流速根据国家设计要求和规范所规定的经济流速为m

31、/s,现选取经济流速m/s。1.1.3 经济管径根据式（21）可得经济管径mm根据国产钢管部分规格初步选定管子，其规格为：内径mm；壁厚mm；外径mm。1.2 反算经济流速由式（21）可得则m/s，在规范所规定的范围内。1.3选择管材根据需要初步选定的管材，其规格为：钢管的最低屈服强度=390 MP；设计系数；焊缝系数。则根据可得：MP设计内压力MP根据以上计算可知，本设计中所选用的管子规格为，管材为，设计内压力MP。2.热力计算及热站数的确定2.1总传热系数值的确定由于大直径，高输量下的油流温降较小，故在本设计中采用不保温输送。对于无保温层的大直径管道，忽略其内外径差值，则其总传热系数为：

32、（22）其中： 油流至管内壁的放热系数，W/(m)；第层的厚度，m；第层的导热系数，W/(m)；管外壁至土壤的放热系数，W/(m)。2.1.1 由于大管径，高输量下的油流到管壁的温降较小，故可以忽略及钢壁导热的影响，而只考虑沥青防腐层及管外壁至土壤的放热的影响。根据需要和经验以及现有数据，取沥青绝缘层厚度为mm，其导热系数为 W/(m)。2.1.2 的计算一般情况下，热油管道顶覆土1.21.5m。在本设计中取管中心的埋深 m。与土壤接触的管外径m。可按下式确定：其中：土壤的导热系数，由于本设计中土壤为含水15%的亚粘土，其 W/(m)。则 W/（m）2.1.3 值的确定式（21）可化简为W/（

33、m）2.2考虑油流摩擦而引起的温升b当油流在管道中流动时，与管壁不可避免的存在摩擦，而却随着粘度的增大，其摩擦也就越严重。由于摩擦生热从而会使油温有所上升，即会引起温升。温升 （23）其中水力坡降 （24） 则kg/m由原始数据可知：当时， lg 则油品的动力粘度Ps。 又因油品的运动粘度 m/s因雷诺数 根据相对粗糙度其中： 绝对粗糙度，mm。3000在水力光滑区 根据式（24）得m/m由（23）可得2.3 确定油品的比热比热是油品的重要物性之一。根据 相对密度其中：20下的相对密度则15下的相对密度因为比热则得kJ/(kg)2.4 加热站数的确定2.4.1 初定加热站数由苏霍夫温降公式 （

34、25）其中：由2.3计算知则得站间距km加热站数化整取，即初定两个加热站。2.4.2 时按平均布站反算出站温度km设 则Pskg/mkJ/(kg)m/sm/mPs kg/mm/skJ/(kg)m/sm/mPs kg/mm/skJ/(kg)m/sm/m2.4.3 翻越点的确定沿线各点极有可能成为翻越点的点为如下各点，即（223km，30m）；（220km,114m）。现在我们分别对以下各点分别进行确定：令 （26）其中，高程差，m； 沿程摩阻,m。则mm因为，即，即该点到末点的高差不足以克服沿线的摩阻从而把介质输送到末站，所以没翻越点。因为沿程摩阻则m2.4.4 确定加热站数全线总压降 其中：末

35、站剩余压头，本设计中取为35m。则m管子的设计内压力换算为米油柱 m则最少泵站数 取整由前面所求初定加热站数为2个，按照热泵合一的原则，若泵站数取2个时，每个泵站应提供的扬程最小为884.728m,超过管材承压，故应该热站数取3个。3.水力计算及泵站数的确定3.1 按平均布站反算出站温度km设 则 kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m则 kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/mm3.2 确定泵站数并选泵全线总压降最少泵站数 取整给油泵特性方程 选两台给油泵并联，则给油泵提供的压头为：m每个泵站提供的最小压头：m已知设计中提供的两种泵的特性方程如下：为了优化组合，采用两台大泵和一台小

36、泵。则大泵扬程为：m小泵杨程为：m每个泵站提供的压头：m3.3 确定各站进出站压力3.3.1 确定1#站出站压力和2#站进站压力 设 kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m由可得m由可得m由可得m3.3.2 确定2#站出站压力和3#站进站压力因2#3#站间距与1#2#站间距相等，所以水利坡降相等，即m/m则mmm3.3.3 确定3#站出站压力和末站进站压力设 m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/mmm4. 热月校核4.1 校核1#站设 kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/mm大泵扬程：m小泵扬程：m则mmm4.2校核2#站因2#3#站间距与1#2#站间距相等，所以水利坡降相等，即m/m则mmm4.3校核3#站设 kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m kg/mm/sPskJ/(kg)m/sm/m则mmm经校核各站均符合热月校核。5.压力越站校核在长输管线上，事故时难免的，如停电，泵检修，这是就需要压力越站。而压力越站是以管道的最小输量为依据