【正文】 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)是對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生綜合素質(zhì)和能力的一次重要培養(yǎng)與鍛煉，也是對(duì)其專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的一次綜合考驗(yàn)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：由經(jīng)濟(jì)流速確定經(jīng)濟(jì)管徑，確定所使用管材，由最小輸量確定其熱站數(shù)，最大輸量確定其泵站數(shù)，并計(jì)算各個(gè)輸量下的運(yùn)行參數(shù)等等，最后還有經(jīng)濟(jì)計(jì)算，各年的輸油費(fèi)用等等，以及用內(nèi)部收益率評(píng)價(jià)其項(xiàng)目可行性。此設(shè)計(jì)管材采用φ 6010,20 號(hào)鋼管；采用加熱密閉式輸送流程，先爐后泵的工藝，充分利用設(shè)備，全線(xiàn)輸油主泵和給油泵均采用并聯(lián)方式，加熱爐采用直接加熱的方法。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括： 確定經(jīng)濟(jì)管徑、站址確定、調(diào)整及工況校核、設(shè)備選型、反輸計(jì)算、站內(nèi)工藝流程設(shè)計(jì)和開(kāi)爐開(kāi)泵方案；繪制首站及中間熱泵法學(xué)到的東西，使自己不但系統(tǒng)了學(xué)習(xí)了以前的知識(shí)，還有了對(duì)管輸設(shè)計(jì)更深刻的理解。由于自己水平有限，雖然已盡力，但難免存在疏漏和錯(cuò)誤之處，站的工藝流程圖、泵房安裝圖、管道的縱斷面圖。此外還進(jìn)行了一定量的外文翻譯。在本次設(shè)計(jì)中，我本人自己學(xué)到了許多平常課堂沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)，希望老師多批評(píng)、指正。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 2 工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 工程概況 線(xiàn)路基本概況 本設(shè)計(jì)依 據(jù)荊南管線(xiàn)實(shí)際情況，由工建情況，結(jié)合人文地理環(huán)境等方面通過(guò)綜合分析確定線(xiàn)路走向。管線(xiàn)全長(zhǎng) 350km，海拔最低處為 28m，最高處 90m，整條管線(xiàn)位于平原地區(qū)，全線(xiàn)最高點(diǎn)距外輸首站約 公里。管線(xiàn)設(shè)計(jì)為密閉輸送，能夠長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，輸送油品手外界環(huán)境惡劣氣候的影響小，無(wú)噪音，油氣損耗少，且對(duì)環(huán)境污染小，能耗少，運(yùn)費(fèi)較低。 輸油站主要工程項(xiàng)目 本管線(xiàn)設(shè)計(jì)年輸量為 1500 萬(wàn)噸／年，綜合考慮沿線(xiàn)的地理情況，貫徹節(jié)約占地、保護(hù)環(huán)境和相關(guān)法律法規(guī)，本著盡量避免將站址布置在海拔較高地區(qū)和遠(yuǎn)離城市的人口稀少地區(qū)，以方便職工生活，并本著“熱泵合一”的原則，兼顧平原地區(qū)的均勻布站方針 ， 采用方案如下：設(shè)立熱泵站四座，即首站和三座中間站，均勻布站。 本次設(shè)計(jì)中管道采用可減少蒸發(fā)損耗，流程簡(jiǎn)單，固定資產(chǎn)投資少，可全部利用剩余壓力便于最優(yōu)運(yùn)行的密閉輸送方式，并采用“先爐后泵”的工藝方案。選用直接加熱式加熱爐。 鑒于傳統(tǒng)的采用加熱盤(pán)管對(duì)罐內(nèi)油品進(jìn)行加熱的方法存在種種弊端，本次設(shè)計(jì)將熱油循環(huán)工藝也包括在內(nèi)，即部分油品往熱油泵和加熱爐后進(jìn)罐，而且設(shè)有專(zhuān)用泵和專(zhuān)用爐，同時(shí)該泵和爐還可分別作為給油泵的備用泵和來(lái)油的加熱爐，充 分體現(xiàn)了一泵兩用，一爐兩用的方針。 管道設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中選擇的管道為外徑 φ660，壁厚 ，管材為 20 號(hào)鋼的管道。由于輸量較大，且沿線(xiàn)地溫較高，故從經(jīng)濟(jì)上分析，本管道不采用保溫層。 基本參數(shù)的選取 設(shè)計(jì)依據(jù) 《吐鄯輸油管道初步設(shè)計(jì)》任務(wù)書(shū) 中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)教研室 《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50253— 2021 《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ 74 《工程 管道安裝手冊(cè)》 中國(guó)石化出版社 《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》 中國(guó)石油大學(xué)出版社 其它有關(guān)法規(guī)及技術(shù)文件 設(shè)計(jì)原則 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 (1) 設(shè)計(jì)中貫徹國(guó)家有關(guān)政策，積極采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備和新材料，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全使用、確保質(zhì)量； (2) 保護(hù)環(huán)境，降低能耗，節(jié)約土地；處理好與鐵路、公路、空運(yùn)、水路間的相互關(guān)系， 在滿(mǎn)足管線(xiàn)設(shè)計(jì)要求的前提下，充分利用管線(xiàn)的承壓能力以減少不必要的損耗； (3) 積極采用先 進(jìn)技術(shù)、合理吸取國(guó)內(nèi)外新的科技成果。管線(xiàn)線(xiàn)路選擇應(yīng)根據(jù)沿線(xiàn)的氣象、水文、地形、地質(zhì)、地震等自然條件和交通、電力、水利、工礦企業(yè)、城市建設(shè)等的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，在施工便利和運(yùn)行安全的前提下，通過(guò)綜合分析和技術(shù)比較確定； (4) 采用地下埋設(shè)方式。受自然條件的限制時(shí)，局部地段可采用土堤埋設(shè)或地上敷設(shè)。 (5) 充分利用地形條件，兼顧熱力站、泵站的布置，本著“熱泵合一”的原則，盡量減少土地占用。 原始數(shù)據(jù) (1) 最大設(shè)計(jì)輸量為 1500 萬(wàn)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(jiàn)下表 21。 表 21 生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷表 (2) 年最低月平均溫度 3? C； (3) 管道中心埋深 ； (4) 土壤導(dǎo)熱系數(shù) (m? C)； (5) 瀝青防腐層導(dǎo)熱系數(shù) （ m? C)； (6) 原油物性 ① 20℃的密度 870kg/m3 ； ② 初餾點(diǎn) 80℃ ； ③ 反常點(diǎn) 29℃ ； ④ 凝固點(diǎn) 25℃ ； ⑤ 比熱 (kg? C)； ⑥ 燃油熱值 104 kJ/kg。 (7) 粘溫關(guān)系 : 35～ 43℃ lgμ= 43～ 65℃ lgμ= (8) 沿 程里程、高程（管道全程 350km） 數(shù)據(jù)見(jiàn)表 22 表 22 管道縱斷面數(shù)據(jù) 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 生產(chǎn)負(fù)荷（ %） 60 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 60 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 溫度參數(shù)的選擇 (1) 出站油溫 RT 考慮到原油中不可避免的含水，故加熱溫度不宜高于 100℃ ，以防止發(fā)生沸溢。由于本設(shè)計(jì)采取先爐后泵的方式，則加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn)，以免影響泵的吸入。另外，管道采用瀝青防腐絕緣層，其輸油溫度不能超過(guò)瀝青的耐熱程度。而且，考慮到管道的熱變形等因素，加熱溫度也不宜太高。 綜上考慮，初步確定出站溫度 TR =60℃ 。 (2) 進(jìn)站油溫 ZT 加熱站進(jìn)站油溫的確定主要取決于經(jīng)濟(jì)比較。對(duì)于凝點(diǎn)較高的含蠟原油，由于在凝點(diǎn)附近粘溫曲線(xiàn)很陡，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝固點(diǎn)。由于含蠟原油的粘溫特性及凝點(diǎn)都會(huì)隨熱處理?xiàng)l件不同而不同，故應(yīng)考慮最優(yōu)熱處理?xiàng)l件及經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選擇進(jìn)出站溫度。 綜合考慮，借鑒經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步設(shè)計(jì)進(jìn)站溫度 Tz =35℃ 。 (3) 平均溫度 當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時(shí)，可按平均溫度下的油流粘度來(lái)計(jì)算站間摩阻。計(jì)算平均溫度可采用下式： ZRpj TTT 3231 ?? (21) 式中 : pjT — 平均油溫，℃； RT 、 ZT — 加熱站的出站、進(jìn)站溫度，℃。 其他參數(shù)的選擇 工作日 年工作天數(shù) 350 天。 油品密度 根據(jù) 20℃時(shí)油品的密度按下式換算成計(jì)算溫度下的密度： ）（ 2020 ??? tt ??? (22) 式中 20,??t — 分別為溫度為 t ℃和 20 ℃下的密度； 里程（ km） 0 高程（ km） 28 50 90 40 30 28 46 52 88 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 ζ — 溫度系數(shù)， 201 .8 2 5 0 .0 0 1 3 1 5???? ； 粘溫方程 ㏒ μ= (23) 總傳熱系數(shù) K 管道傳熱由： (1) 管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo) (2) 管外壁周?chē)寥赖膫鳠? ( 1 )1 1 21 1 1 1ln2 ii i wDK D D D D? ? ??? ? ?? (24) 22ttww22h 2h[ ( ) 1 ]DDtwD?? ??? (25) 式中 : Di， Di+1— 鋼管、瀝青防腐層的內(nèi)徑和外徑， m； λ i— 導(dǎo)熱系數(shù) ， w/(m? C)； Dw— 管道最外圍的直徑， m； α 1— 油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)， w/（ m2? C)； α 2— 管壁至土壤放熱系數(shù)， w/（ m2? C)； λ t— 土壤導(dǎo)熱系數(shù)， w/(m? C)； ht— 管中心埋深， 。 摩阻計(jì)算 當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時(shí)，可按平均溫度下的油流粘度來(lái)計(jì)算站間摩阻。 管道設(shè)計(jì)參數(shù)： (1) 熱站、泵站間壓頭損失 15m； (2) 熱泵站內(nèi)壓頭損失 30m； (3) 年輸送天數(shù)為 350 天； (4) 首站進(jìn)站壓力 80m。 最優(yōu)管徑的選擇 在規(guī)定輸量下，若選用較大的管徑，可降低輸送壓力，減少泵站數(shù)，從而減少了泵站的建設(shè)費(fèi)用，降低了輸油的動(dòng)力消耗，但同時(shí)也增加了管路的建設(shè)費(fèi)用。根據(jù)目前 國(guó)內(nèi)加熱輸油管道的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，熱油管道的經(jīng)濟(jì)流速在 ～ 。經(jīng)過(guò)計(jì)算，最終選定為外管徑 26 英寸，壁厚 。 工藝計(jì)算說(shuō)明 概述 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 對(duì)于高含蠟及易凝易粘油品的管道輸送，如果直接在環(huán)境溫度下輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，導(dǎo)致了管道壓降大，動(dòng)力費(fèi)用高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，且在冬季極易凝管，發(fā)生事故，所以在油品進(jìn)入管道前必須采取降凝降粘措施。目前國(guó)內(nèi)外很多采用加入降凝劑或給油品加熱的辦法，使油品溫度升高，粘度降低，從而達(dá)到輸送目的。本管線(xiàn)設(shè)計(jì)采用加熱的 辦法，降低油品的粘度，減少摩阻損失，從而減少管道壓降，節(jié)約動(dòng)力消耗，但也增加了熱能消耗以及加熱設(shè)備的費(fèi)用。熱油管道不同于等溫輸送，它存在摩阻損失和熱能損失兩種能量損失，而且這兩種損失相互影響，摩阻損失的大小決定了油品的粘度，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，管子的散熱損失往往占能量損失的主導(dǎo)地位。熱油沿管路流動(dòng)時(shí)，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也不斷變化。計(jì)算熱油管道的摩阻時(shí)，必須考慮管路沿線(xiàn)的溫降情況及油品的粘溫特性。因此設(shè)計(jì)管路時(shí)，必須先進(jìn)行熱力計(jì)算，然后進(jìn)行水力計(jì)算，此外，熱油管的摩阻損失應(yīng)按一 個(gè)加熱站間距來(lái)計(jì)算。全線(xiàn)摩阻為各站間摩阻和。 確定加熱站及泵站數(shù) 熱力計(jì)算 埋地不保溫管線(xiàn)的散熱傳遞過(guò)程是由三部分組成的，即油流至管壁的放熱，瀝青絕緣層的熱傳導(dǎo)和管外壁至周?chē)寥赖膫鳠幔捎诒驹O(shè)計(jì)中所輸介質(zhì)的要求不高，而且管徑和輸量較大，油流到管壁的溫降比較小，故管壁到油流的散熱可以忽略不計(jì)。而總傳熱系數(shù)主要取決于管外壁至土壤的放熱系數(shù) 2? ， 1? 值在紊流狀態(tài)下對(duì)傳熱系數(shù) k 值的影響可忽略。 計(jì)算中周?chē)橘|(zhì)的溫度 0T 取最冷月土壤的平均溫度，以加權(quán)平均溫度作為油品的物性計(jì)算溫度。由于設(shè)計(jì)流量較大，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)站溫度取為 Tz =30℃ ，出站溫度取為T(mén)R =60℃ 。在最小輸 量下求得加熱站數(shù)。 (1) 流態(tài)判斷 : dvQ?4Re? (26) 1 87?? (27)