【正文】 緒論原油的運(yùn)輸作為能源利用技術(shù)的重要一環(huán)，越來越受到重視，而其中管道運(yùn)輸與鐵路、水路、公路、航空相比，因其輸送距離長、建設(shè)速度快、占地少、管徑大、輸量高、能耗低、不污染環(huán)境、受地理及氣象條件影響小等優(yōu)點(diǎn)，而得到快速發(fā)展，已成為世界主要的原油輸送方法[1]。原油按其油品性質(zhì)來分，可以將原油分為輕質(zhì)原油和高粘易凝原油，后者還可以分為含蠟量較高的含蠟原油和含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)較高高粘重質(zhì)原油（即稠油）[2]。輕質(zhì)原油的輸送較為容易，一般常規(guī)輸送工藝就能滿足要求。含蠟原油的的凝點(diǎn)較高，管輸過程中易出現(xiàn)析蠟、凝管、堵塞等事故，嚴(yán)重影響管輸?shù)哪芰托?。而高粘重質(zhì)原油的粘度非常高（通常是幾百甚至是幾萬厘波[3]），因此管路的壓降就相當(dāng)大，這就大大增加了原始基建投資和運(yùn)行費(fèi)用?，F(xiàn)在原油管輸工藝的種類很多，應(yīng)用較多、技術(shù)比較成熟的傳統(tǒng)管輸工藝有火焰加熱器的加熱輸工藝、熱處理輸送工藝、加劑（包括降凝劑、減阻劑、乳化劑）輸送工藝[4~13]、稀釋輸送工藝[14]。另有相對來說應(yīng)用較少、有待進(jìn)一步研究開發(fā)的現(xiàn)代工藝，有保溫結(jié)合伴熱輸送工藝、太陽能加熱等特殊加熱工藝[15]、低粘液環(huán)輸送工藝、微波降粘輸送工藝[16]、水懸浮輸送工藝、氣飽和輸送工藝、磁處理輸送工藝[17]、改質(zhì)輸送工藝[18]、管道內(nèi)涂輸送工藝[19]等。由于我國生產(chǎn)的原油多屬高含蠟、高凝固點(diǎn)、高粘度原油，因此我國多數(shù)管道仍采用加熱輸送。無論從輸油成本以及設(shè)備投資方面都比常溫輸送高出很多，并且我國大部分輸油管道都建在70年代，為了保證安全運(yùn)行和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，舊管輸工藝的改進(jìn)和新建管道先進(jìn)技術(shù)研究開發(fā)是當(dāng)前管輸工作的重點(diǎn)。我國從事管道科研人員近年來在這方面取得了較大進(jìn)展。我國輸油工藝技術(shù)發(fā)展方向[20]： (1) 適應(yīng)國內(nèi)油田發(fā)展的特點(diǎn)， 解決東部管道低輸量運(yùn)行， 西部管道常溫輸送， 海洋管道間歇輸送和成品油順序輸送問題。堅(jiān)持輸油工藝的新型化和多樣化。(2) 采用高效節(jié)能設(shè)備， 管輸過程中節(jié)能和降低油耗的最有效措施是采用高效的輸油泵和加熱爐， 開展新型高效離心泵和國產(chǎn)高效加熱爐的研制是擺在我們面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。(3) 加強(qiáng)原油熱處理、降凝劑和減阻劑機(jī)理的研究， 從根本添加劑對不同原油減阻降凝機(jī)理的認(rèn)識問題。(4) 開展添加劑的研制工作， 形成添加劑研究—生產(chǎn)—應(yīng)用一條龍。(5) 進(jìn)一步研究降粘裂化輸送， 水環(huán)輸送， 界面減阻輸送， 磁處理輸送機(jī)理和適應(yīng)范圍。針對不同油田原油的特點(diǎn)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，對特定的原油采用特殊的方法輸送。設(shè)計(jì)內(nèi)容（1） 計(jì)算及說明書部分內(nèi)容要求1) 根據(jù)費(fèi)用現(xiàn)值最小原則確定最優(yōu)管徑。2) 水力與熱力計(jì)算。3) 主要設(shè)備選型，包括泵、爐、罐、原動機(jī)等。4) 站址確定、調(diào)整及工況校核。5) 反輸計(jì)算。6) 站內(nèi)流程設(shè)計(jì)。7) 幾種輸量下的運(yùn)行方案確定。8) 繪圖部分內(nèi)容要求。9) 繪圖采用AUTOCAD。10) 圖幅均采用1號或2號圖紙。（2）設(shè)計(jì)依據(jù)：（1）《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》(2) 《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(3) 《泵產(chǎn)品樣本》(4) 《石油化工裝置 工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊》(5) 《管路附件設(shè)計(jì)選用手冊》(6)《油庫設(shè)計(jì)與管理》其他國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的規(guī)定計(jì)算部分DH原油管線初步設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù)與基礎(chǔ)參數(shù)1. 原始數(shù)據(jù)（1）最大設(shè)計(jì)輸量為550萬噸/年；生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷（各年輸量與最大輸量的比率）見下表1。表1 生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷表年1234567891011121314生產(chǎn)負(fù)荷（%）708090100100100100100100100100908070（2）年最低月平均溫度2℃；（3）；（4）(m?℃)；（5）（m?℃)；（6）原油物性①20℃的密度860kg/m；②初餾點(diǎn)81℃；③反常點(diǎn)28℃；④凝固點(diǎn)25℃；⑤(kg℃)；⑥10kJ/kg。（7）粘溫關(guān)系 見表2表2 油品溫度與粘度數(shù)據(jù)溫度（℃）2830354045505560粘度（cp）11169605348（8）沿程里程、高程（管道全程320km）數(shù)據(jù)見表3表3 管道縱斷面數(shù)據(jù)里程（km）04070130165190230250280300320高程（km）28301025352836426845352. 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)1） 原油物性參數(shù)① 原油進(jìn)站溫度、出站溫度由于一般原油加熱溫度為60~70℃，考慮到最高出站溫度為60℃，故取TR =60℃ 。 由于最低進(jìn)站溫度比凝固點(diǎn)高7℃，且考慮到反常溫度和最低進(jìn)站溫度都為30℃，故在最低進(jìn)站溫度時仍可以滿足牛頓流體的特性，故取TZ =30℃。② 平均輸送溫度在加熱輸送條件下，計(jì)算溫度采用平均輸油溫度T，平均輸油溫度采用加權(quán)法，按下式計(jì)算： Error! No bookmark name given. (11)式中：——原油出站溫度，℃，取=60℃；——原油進(jìn)站溫度，℃，取=30℃；——原油平均溫度，℃，由上式計(jì)算得= 40℃。③ 原油密度所輸原油密度(g/cm3)隨溫度T(℃)的變化關(guān)系為： (12) 式中：——20℃下原油密度，kg/m3；——溫度系數(shù)，=，kg/( m3℃)，解得=； ——平均輸油溫度，℃，取=40℃。即得原有粘度與溫度的變化關(guān)系式：ρ=(T20) (13)解得= kg/m3。④ 原油粘度由最小二乘法回歸粘溫關(guān)系如表11表11 粘溫關(guān)系回歸表溫度(℃)6055504540353028粘度(106m2/s)48536069111lnν 取xi為T，yi為lnν，并設(shè)Σxi= 343Σyi= = = ===回歸結(jié)果為lnν=得原油粘度為：ν= (14)式中：T平均輸油溫度(℃)；2） 其他設(shè)計(jì)參數(shù)管道全線任務(wù)輸量、最小輸量、進(jìn)出站油溫、埋深處月平均氣溫等列于表112設(shè)計(jì)參數(shù)表中。生產(chǎn)天數(shù)按照350天計(jì)算。表12 設(shè)計(jì)參數(shù)表任務(wù)輸量(10t/a)最小輸量(10t/a)管線里程(Km)最高出站油溫℃最低出站油溫℃埋深處月平均氣溫℃5503853206030質(zhì)量流量為： kg/s 由質(zhì)量流量與體積流量換算公式： (15) 經(jīng)濟(jì)管徑的選擇1. 管徑及管材的初選1)管徑選擇根據(jù)規(guī)范，管徑計(jì)算公式如下：d= (21)式中：Q額定任務(wù)輸量(m/s),； V管內(nèi)原油經(jīng)濟(jì)流速(m/s)； d管道內(nèi)徑(m)；根據(jù)輸量計(jì)算結(jié)果如下表113：表113 初選管徑表經(jīng)濟(jì)流速(m/s)計(jì)算結(jié)果(mm)初選管Ⅰ(mm)初選管Ⅱ(mm)初選管徑Ⅲ(mm)4575082)管材選用本工程采用直縫電阻焊鋼管。綜合考慮輸油系統(tǒng)的壓力、輸油泵的特性、閥門及管件的耐壓等級等綜合因素，管材選用按照API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的X60直縫電阻焊鋼管，局部高壓管段選用按照API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的X80直縫電阻焊鋼管。根據(jù)輸量的大小，本次設(shè)計(jì)提出了3種可能的管徑，、Φ45Φ508。在這里采用費(fèi)用現(xiàn)值來確定最經(jīng)濟(jì)管徑。2. 費(fèi)用現(xiàn)值法確定經(jīng)濟(jì)管徑1)確定經(jīng)濟(jì)管徑的原則對某一輸量下的管路，隨著管徑的增大，基本建設(shè)中鋼材及線路工程投資增大，但壓力損失降低，泵站數(shù)減少，站場投資減少。而有些項(xiàng)目如道路、供水、通訊等投資不變。故總投資隨著管徑的變化必有極小值存在，而輸油能耗也在下降。其它項(xiàng)目如材料費(fèi)、折舊費(fèi)、稅金、管理及維修費(fèi)等是按照投資總額提成一定比例計(jì)算的。該費(fèi)用隨著管徑的變化與投資隨著管徑的變化趨勢相同，所以總投資與經(jīng)營費(fèi)用的疊加總有一個與其最小值對應(yīng)。該費(fèi)用最小值的管徑為最優(yōu)管徑。2)費(fèi)用現(xiàn)值法費(fèi)用現(xiàn)值比較法簡稱現(xiàn)值比較法。使用該方法時，先計(jì)算各比較方案的費(fèi)用現(xiàn)值，然后進(jìn)行對比，以費(fèi)用現(xiàn)值較低的方案為優(yōu)。費(fèi)用現(xiàn)值法的計(jì)算公式為： (18)式中：I第t年的全部投資(包括固定資產(chǎn)和流動資金)； ’第t年的經(jīng)營成本； S計(jì)算期末回收的固定資產(chǎn)余值(此處為0)； W計(jì)算期末回收的流動資金； N計(jì)算期 N=16； i行業(yè)基準(zhǔn)收益率 =12%；油氣儲運(yùn)企業(yè)的要素成本包括：電力費(fèi)用、工資及福利費(fèi)、修理費(fèi)、油氣損耗費(fèi)、折舊費(fèi)、利息支出、其他費(fèi)用。3)經(jīng)營成本和流動資金年經(jīng)營成本＝燃料費(fèi)用＋電力費(fèi)用＋工資及福利費(fèi)＋修理費(fèi)＋油氣損耗費(fèi)＋折舊費(fèi)+其他費(fèi)用燃料費(fèi)用主要是指加熱設(shè)備(包括加熱爐和鍋爐)的燃料費(fèi)用。對于長距離輸油管道系統(tǒng)，燃料費(fèi)用主要是原油加熱輸送工藝中加熱爐的燃料油費(fèi)用?？筛鶕?jù)原油進(jìn)出站溫度計(jì)算，計(jì)算公式如下： SR= G Cy (TRi –Tzi) nR (19)式中：SR 燃料費(fèi)用，元/年； ey燃料油價格，元/噸； Cy 原油比熱，J/kg℃； BH燃料油熱值，J/kg； TRi 第i加熱站的出站溫度，℃； TZi 第i加熱站的進(jìn)站溫度，℃； Ri第i加熱站的加熱爐效率； G管道年輸量，噸/年；nR加熱站個數(shù)； 電力費(fèi)用是指用于支付泵的電力設(shè)備和電動機(jī)具所消耗電能的費(fèi)用，主要是輸油泵等動力設(shè)備的電費(fèi)。對于長輸管道系統(tǒng)，電力費(fèi)用主要是泵站輸油泵機(jī)組的電費(fèi)。全線的電力費(fèi)用可采用下式計(jì)算： SP= (110)式中：SP全線泵機(jī)組所消耗的電力費(fèi)用，元/年；