【正文】 年美國在賓夕法尼亞州建成世界上第一條原油管道起，油氣管道的發(fā)展已有近 130 年的歷史了。到目前為止，估計世界各種管道的總長度超過 200 萬公里，其中油氣干線的總長度超過 150 萬公里。世界石油管道工業(yè)歷經(jīng) 400 多年的風風雨雨，現(xiàn)已成為民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，管道技術已經(jīng)發(fā)展成為一門獨立的學科和行業(yè)。1963 年印度建成的納霍卡蒂亞 — 高哈蒂 — 伯勞尼輸油管線 , 加熱輸送工藝第一次在原油管輸系統(tǒng)中實施 ,迄今已發(fā)展到包括 :加熱輸送、熱處理輸送、添加化學劑輸送、摻水保溫輸送及稀釋輸送等多種輸送工藝技術。我國的輸油管道始建于 20 世紀 50 年代。 1958 年建成克拉瑪依 — 獨山子輸油管道，這是我國的第一條原油管道。到 21 世紀初，我國的油氣管道已超過 2 萬公里，其中干線原油管道超過 1 萬公里，已形成東北、華北、 華東輸油管網(wǎng)，西部的西氣東輸工程正在建設之中，“西油東輸”也正在擬議中，在原油運輸量中，管道輸送的比重近幾年驟然上升，已達到 80%以上。目前，管道運 1 緒論 3 輸已與鐵路、公路、水運、航空一起，成為我國的五大運輸行業(yè)。能耗指標已成為代表當前各生產(chǎn)企業(yè)有無競爭力乃至企業(yè)生死存亡的最重要的表征之一。低耗、節(jié)能、提高管道輸送的經(jīng)濟社會效益，是管道運輸行業(yè)科研攻關的大目標。由于管道輸運中普遍存在析蠟、結垢、凝管及堵塞現(xiàn)象，嚴重影響管道輸送能力和效率，因此，所有這些輸送工藝研究和應用 (包括物理的和化學的方法 )的目的旨在解決原油輸 送過程中存在諸如析蠟、結垢、凝管、堵塞等問題，從宏觀效果改善原油的流動特性，尤其是低溫狀況下的流變特性，從而達到降低能耗，安全輸油，提高社會與經(jīng)濟效益之目的。當前，含蠟粘性原油輸送工藝研究與實施情況分述如下： （ 1）加熱輸送， （ 2）熱處理輸送， （ 3）添加降凝劑、減阻劑輸送工藝， （ 4）稀釋輸送， （ 5）低粘液環(huán)輸送， （ 6）乳化輸送， （ 7）伴熱保溫輸送工藝 （ 8）水懸浮輸送， （ 9）天然氣飽和輸送， （ 10）漿料輸送， （ 11）壓力處理輸送。 除上述中主要輸送工藝外，已經(jīng)研究和正在醞釀研究的輸送工藝還 有：熱裂解，脫蠟，加氫減粘，磁處理，核輻照，界面處理減阻等。但這些工 1 緒論 4 藝普遍存在技術研發(fā)難度大，操作復雜，安全性差等不足。 研究目標和研究內容 研究的目標 本次設計的題目是某原油管道的工藝設計，原油管道的投資巨大，需要在長期時間內保持在其經(jīng)濟輸量范圍內，才有明顯的經(jīng)濟效益。所以選擇合適的輸送管徑，合理確定建設規(guī)模，選擇正確站址，對于節(jié)省投資和運行費用，以及安全保障等都是此次研究的目標。 研究內容 （ 1）用基礎數(shù)據(jù)確定經(jīng)濟管徑。 (2)經(jīng)濟管徑下的水力和熱力計算。 （ 3）主要設備的選型。 （ 4）站址確定及調整和工況校核。 （ 5）對不同方案進行比較，選擇經(jīng)濟性好的方案。 1 緒論 5 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 6 2 工程概況及基本參數(shù) 工程概況 線路基本概況 本設計依據(jù)已給出的管長、任務輸量、所輸油品的性質、沿線高程和加熱方式來設計某原油管道。管線全長 335km。管線設計采用密閉輸送方式，能夠支持長時間的運輸任務，外界環(huán)境對輸油時的影響比較小，油耗少，對環(huán)境的危害小，運行能耗少，運費經(jīng)濟低廉。 輸油站主要工程 項目 本管線設計的任務輸量為 500 萬噸／年，設計時考慮經(jīng)濟的因素，采用“熱泵合一”的方式。使用的方案為：設立熱泵站兩座，設立泵站一座，即首站和三號中間站為熱泵站，二號中間站為泵站。 在設計中管道采用密閉輸送方式，有利于減少蒸發(fā)損耗，而且流程簡單，工程施工中投資少，能更好的利用剩余壓力來運輸，同時采用“先爐后泵”的加熱工藝方案。選用加熱爐為直接加熱式。 管道設計 在設計中通過計算選擇的管道為外徑 400mm，壁厚 ，管材為 20號鋼的管道。 基本參數(shù)的選取 設計 依據(jù) 《輸油管道工程設計規(guī)范》 GB 50253— 2021 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 7 《油氣管道設計與施工》 中國石化出版社 《油氣管道工程》 中國石化出版社 《輸油管道設計與管理》 中國石油大學出版社 其它有關法規(guī)及技術文件 設計原則 (1) 設計中遵守國家有關政策和設計規(guī)范，積極采用新的工藝、技術、設備和材料，做到經(jīng)濟合理、安全使用、確保質量； (2) 在做到保護環(huán)境的前提下，盡量降低能源消耗，滿足管線設計要求的同時，還要充分利用管線的承壓能力來減少不必要的損耗； (3) 管道全線采用地下埋設方式。當受到自然條件的限制時，受限地段可以采用地上敷設或者土堤埋設。 原始數(shù)據(jù) (1) 最大設計輸量為 500 萬噸 /年； (2) 年最低月平均溫度 ? C； (3) 管道中心埋深 ； (4) 土壤導熱系數(shù) (m? C)； (5) 瀝青防腐層導熱系數(shù) （ m? C)； (6) 原油物性：① 20℃的密度 832kg/m3 ； ②初餾點 71℃；③反常點32℃ ； ④凝固點 28℃ ； ⑤熱熔 千卡 /kg； ⑥燃油熱值 10 4 kJ/kg。 (7) 粘溫關系 : 36～ 42℃ lgμ= 42～ 71℃ lgμ= (8) 沿程里程、高程（管道全程 335km） 數(shù)據(jù)見表 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 8 表 管道縱斷面數(shù)據(jù) 樁號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 里程（ km） 0 7 16 28 67 83 105 124 145 160 173 高程（ m） 48.2 60.3 90.8 120.9 111.5 102.3 92.1 80.4 75.6 57.8 55.6 樁號 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 里程（ km） 182 196 212 235 254 287 295 310 318 324 335 高程（ m） 60.2 71.4 106.3 135.4 141.6 160.5 157.8 120.9 110.3 90.2 75.3 （ 9）管道沿線月平均氣溫見表 22 表 22 管道沿線月平均氣溫 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 地溫C? 10.5 15.8 18.2 21.7 22.5 19.6 14.8 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 9 溫度參數(shù)的選擇 (1) 出站油溫 在考慮原油出站溫度時，因為原油中不可避免的含有一定量的水分，所以加熱溫度不應該高于水的沸點 100℃，以防止發(fā)生沸溢。因為設計采取的加熱方式是先爐后泵，所以加熱溫度不能高于原油的初餾點，避免免影響油泵的吸入。設計的管道防腐絕緣層是采 用瀝青防腐絕緣層，故輸送溫度不能高于瀝青的耐熱程度。同時考慮到管道的熱變形等因素，所以加熱溫度也不宜太高。 綜合上述中的考慮，初步確定的出站溫度為 TR =65℃。 (2) 進站油溫 考慮進站原油溫度時主要取決于經(jīng)濟比較。含蠟原油凝點較高時，因為在凝點附近粘溫曲線很陡，所以原油的經(jīng)濟進站溫度一般要高于凝固點。隨熱處理條件不同，含蠟原油的粘溫特性及凝點都會隨之變得不同，所以最優(yōu)熱處理條件及經(jīng)濟比較是確定進出站溫度必須考慮的因素。 綜 合上述中的考慮，同時根據(jù)經(jīng)驗，初步確定的進站溫度為 Tz =36℃。 (3) 平均溫度 當管路中原油的流態(tài)處于紊流光滑區(qū)時，按平均溫度下的油流粘度來計算站間摩阻。計算平均溫度時采用以下的公式： ZRpj TTT 3231 ?? 式中 pjT — 平均油溫，℃； RT 、 ZT — 加熱站的出站、進站溫度，℃。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 10 其他參數(shù)的選擇 工作日 一年的工作天數(shù)為 350 天。 油品密度 根據(jù) 20℃時油品的密度按下式換算成計算溫度下的密度： ）（ 2020 ??? tt ??? 式中 20,??t — 分別為溫度為 t ℃和 20 ℃下的密度 ζ — 溫度系數(shù)， 201 .8 2 5 0 .0 0 1 3 1 5???? 粘溫方程 lo g 2 .3 6 2 0 .0 1 5 3uT?? 總傳熱系數(shù) K 管道傳熱有兩部分： (1) 管壁、瀝青防腐層的熱傳 導 (2) 管外壁周圍土壤的傳熱 ( 1 )1 1 21 1 1 1ln2 ii i wDK D D D D? ? ??? ? ?? 22ttww22h 2h[ ( ) 1 ]DDtwD?? ??? 式中 Di， Di+1— 鋼管、瀝青防腐層的內徑和外徑， m； λ i— 導熱系數(shù) ， w/(m? C)； Dw— 管道最外圍的直徑， m； α 1— 油流至管內壁的放熱系數(shù)， w/（ m2? C)； 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 工程概況及基本參數(shù) 11 α 2— 管壁至土壤放熱系數(shù)， w/（ m2? C)； λ t— 土壤導熱系數(shù)， w/(m? C)； Ht— 管中心埋深， 。 摩阻計算 當管路中的原油流態(tài)在紊流光滑區(qū)時，可按平均溫度下的油流粘度來計算站間摩阻。 管道設計參數(shù)： (1) 熱站、泵站間壓頭 損失 20m； (2) 熱泵站內壓頭損失 40m； (3) 年輸送天數(shù)為 350 天； (4) 首站進站壓力 80m。 最優(yōu)管徑的選擇 在一定輸量下，如果選用較大的管徑，可以降低管道輸送壓力，減少泵站的數(shù)量，從而減少泵站的建設費用，降低輸油的動力消耗，但是也增加了管道的建設費用。根據(jù)目前國內加熱輸油管道的實際例子和經(jīng)驗，熱油管道的經(jīng)濟流速在 ～ 。經(jīng)過計算，最終選定為外管徑400mm，壁厚 。 摩阻損失 高含蠟及易凝易粘油品在管道輸送的過程中， 假如直接在環(huán)境溫度下進行輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，這些都會導致管道壓降大，動力耗費高，運行成本高，而且在冬季的時候很容易發(fā)生凝管，產(chǎn)生事故，所以在油品進入管道前一定要采取降凝降粘的措施。目前重慶科技學院本科生畢業(yè)設計