【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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，在滿足管線設(shè)計(jì)要求的前提下，充分利用管線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。管線線路選擇應(yīng)根據(jù)沿線的氣象、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。 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 (2) 年最低月平均溫度 3 (3) 管道中心埋深 ； (4) 土壤導(dǎo)熱系數(shù) ℃ (5) 瀝青防腐層導(dǎo)熱系數(shù) (6) 原油物性 ①20℃ 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 ⑥ 燃油熱值 104kJ/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) 里程 0 高程 28 50 90 40 30 28 46 52 88 溫度參數(shù)的選擇 (1) 出站油溫 TR 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 TZ 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： 式中 :Tpj— 平均油溫， ℃ ； TR、 TZ— 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： 式中 ?t,? 20 分別為溫度為 t ℃ 和 20 ℃ 下的密度； 黏溫方程 ????ζ — 溫度系數(shù)， 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) 管外壁周圍土壤的傳熱 式中 : Di， Di+1— 鋼管、瀝青防腐層的內(nèi)徑和外徑， m； C)； Dw— 管道最外圍的直徑， m； ?λi — 導(dǎo)熱系數(shù)， w/(m C)； ?C)； λt — 土壤導(dǎo)熱系數(shù)， w/(m?C)； α2 — 管壁至土壤放熱系數(shù)， w/（ m?α1 — 油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)， w/（ m2 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 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)和管外壁至周圍土壤的傳熱，由于本設(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) 計(jì)算中周圍介質(zhì)的溫度 T0 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 TR=60℃ 。在最小輸量下求得加熱站數(shù)。 (1) 流態(tài)判斷 : 式中 : Q— 流量， m3/s ν — 運(yùn)動(dòng)粘度 d— 內(nèi)徑， m； ? e— 管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度， m。 經(jīng)計(jì)算 3000﹤ Remin﹤ Remax﹤ Re1，所以各流量下流態(tài)均處于水力光滑區(qū) (2) 加熱站數(shù)確定 由最小輸量進(jìn)行熱力計(jì)算確定加熱站數(shù) 加熱站間距 LR的確定 式中 : T0— 管道埋深處年最低月平均地溫， 取 3℃ ； G— 原油的質(zhì)量流量，㎏ /s； C— 油品比熱， kJ/（ kg?℃ ）； i— 水力坡降。 加熱站數(shù) 經(jīng)計(jì)算，需要設(shè) 4個(gè)加熱站。 水力計(jì)算 最大輸量下求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定出站油溫為 40℃ 。由粘溫關(guān)系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計(jì)算打好基礎(chǔ)。 為了便于計(jì)算和校核，本設(shè)計(jì)中將局部摩阻歸入一個(gè)加熱站的站內(nèi)摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻損失。 (1) 確定出站油溫 不能忽略摩擦熱的影響，用迭代法計(jì)算最大輸量下的出站油溫 TR 式中 : β 、 m— 由流態(tài)確定，水力光滑區(qū)： m=， β= ； Q— 體積流量， m/s。 (2) 管道沿程摩阻 H 總 =iL+△Z+∑hj 式中 :△Z — 起終點(diǎn)高差， m； ∑hj — 局部壓頭損失， m (3) 判斷有無(wú)翻越點(diǎn) 經(jīng)判斷，全程無(wú)翻越點(diǎn)。 (4) 泵的選型及泵站數(shù)的確定 因?yàn)榱髁枯^大，沿線地勢(shì)較平坦，且從經(jīng)濟(jì)角度考慮并聯(lián)效率高，便于自動(dòng)控制優(yōu)化運(yùn)行，所以選用串聯(lián)方式泵。 選型并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的已知條件， 202019HSB H=10 計(jì)算管道承壓確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù)： 管道承壓 確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù) : 確定泵站 數(shù) : 經(jīng)計(jì)算，需要設(shè) 4個(gè)泵站 站址確定 根據(jù)地形的實(shí)際情況，本著熱泵合一的原則，進(jìn)行站址的調(diào)整。確定站址，除根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求外，還需按照地形、地址、文化、氣象、給水、排水、供電和交通運(yùn)輸?shù)葪l件，并結(jié)合施工、生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)，以及職工生活等方面綜合考慮，當(dāng)熱站數(shù)和泵站數(shù)合一后，既要考慮滿足最大輸量下壓能的要求，又要考慮最小輸量下的熱能要求，應(yīng)滿足： (1)進(jìn)站油溫為 35℃ ； (2)根據(jù)進(jìn)站油溫反算出的出站油溫應(yīng)低于管道允許的最高出站油溫； (3)進(jìn)站壓力應(yīng)滿足泵的吸入性能； (4)出站壓力不超過(guò)管線承壓能力。 最終確定站址如下表 24： 表 24 布站情況表 站號(hào) 1 2 3 4 5 站類型 熱泵站 熱泵站 熱泵站 熱泵站 末站 里程 0 175 高程 28 末站 校核計(jì)算說(shuō)明 熱力、水力校核 由于對(duì)站址的綜合考慮，使熱站、泵站的站址均有所改變，因此必須進(jìn)行熱力、水力校核。求得站址改變后的進(jìn)出站溫度、壓力，以確保管線的安全運(yùn)行。 進(jìn)出站溫度校核 不同輸量下由進(jìn)站油溫反算出站油溫，所得油溫符合要求（低于初餾點(diǎn)等）即可。 進(jìn)出站壓力校核 不同輸量下，利用反算出的出站油溫，得出水力坡降，近而得出進(jìn)出站壓力，出站壓力滿足摩阻等要求。 各站進(jìn)站壓力只要滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過(guò)最大承壓，出站溫度低于最高出站溫度，就可以合格。 壓力越站校核 當(dāng)輸油主泵不可 避免地遇到斷電、事故或檢修時(shí)，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小，從而導(dǎo)致沿程摩阻減小，為了節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用，可以進(jìn)行中間站的壓力越站，以充分利用有效的能量。從縱斷面圖上判定壓力越站最困難的站，并對(duì)其的進(jìn)出站壓力進(jìn)行確定以滿足要求，對(duì)于壓力越站而言，其所具有的困難主要是地形起伏的影響及加熱站間距的影響。壓力越站的計(jì)算目的是計(jì)算出壓力越站時(shí)需要的最小輸量，并根據(jù)此輸量計(jì)算越站時(shí)所需壓力，并校核其是否超壓。 熱力越站校核 當(dāng)輸油主泵不可避免地遇到斷電、事故或檢修時(shí)，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小 動(dòng)、靜水壓力校核 (1) 動(dòng)水壓力校核 動(dòng)水壓力是指油流沿管道流動(dòng)過(guò)程中各點(diǎn)的剩余壓力，即管道縱斷面線與水力坡降線之間的垂直高度，動(dòng)水壓力的變化不僅取決于地形的變化，而且與管道的水力坡降和泵站的運(yùn)行情況有關(guān)，從縱斷面圖上可以看出，動(dòng)水壓力滿足輸送要求。 (2) 靜水壓力校核 靜水壓力是指油流停止流動(dòng)后，由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力，由縱斷面圖可知靜水壓力也滿足輸送要求。 反輸運(yùn)行參數(shù)的確定 當(dāng)油田來(lái)油不足時(shí)，由于流量小，溫降快導(dǎo)致進(jìn)站油溫過(guò)低或者由于停輸?shù)仍颍踔脸霈F(xiàn)凝管現(xiàn)象， 需進(jìn)行反輸。由于反輸是非正常工況，浪費(fèi)能量，故要求反輸量越小越好。本設(shè)計(jì)取管線可能的最小輸量為反輸輸量。由具體計(jì)算可知，可以滿足反輸條件。經(jīng)過(guò)一系列的校核，選擇的站址滿足要求。 站內(nèi)工藝流程的設(shè)計(jì) 輸油站的工藝流程是指油品在站內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，實(shí)際上是由站內(nèi)管道、器件、閥門(mén)所組成的，并與其他輸油設(shè)備相連的輸油系統(tǒng)。該系統(tǒng)決定了油品在站內(nèi)可能流動(dòng)的方向、輸油站的性質(zhì)和所能承擔(dān)的任務(wù)。 制定和規(guī)劃工藝流程 (1) 滿足輸送工藝及生產(chǎn)環(huán)節(jié)的要求。輸油站的主要操作包括： ① 來(lái)油與計(jì)量； ② 正輸；③ 反輸； ④ 越站輸送，包括全越站、壓力越站、熱力越站； ⑤ 收發(fā)清管器； ⑥ 站內(nèi)循環(huán)或倒罐； ⑦ 停輸再啟動(dòng)。 (2) 便于事故處理和維修。 (3) 采用先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，提高輸油水平。 (4) 流程盡量簡(jiǎn)單，盡可能少用閥門(mén)、管件，力求減少管道及其長(zhǎng)度，充分發(fā)揮設(shè)備性能，節(jié)約投資，減少經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 輸油站工藝流程 (1) 首站 接受來(lái)油、計(jì)量、站內(nèi)循環(huán)或倒罐，正輸、向來(lái)油處反輸、加熱、收發(fā)清管器等操作。 (2) 中間站 正輸、反輸，越站，收發(fā)清管器。 (3)末站 接受來(lái)油，正輸、反輸，收發(fā)清管器，站內(nèi)循環(huán)，外輸，倒 罐等操作。 流程簡(jiǎn)介 (1) 來(lái)油計(jì)量 來(lái)油 — 計(jì)量 — 閥組 (2) 站內(nèi)循環(huán)及倒罐 罐 — 閥組 — 泵 — 加熱爐 — 閥組 — 罐 (3) 正輸（首站） 上站來(lái)油 — 閥組 — 給油泵 — 加熱爐 — 主輸泵 — 下站 (4) 反輸 下站來(lái)油 — 閥組 — 給油泵 — 加熱爐 — 主輸泵 — 上站 (5) 壓力越站 來(lái)油 — 閥組 — 加熱爐 — 下站 主要設(shè)備的選擇 輸油泵的選擇 選泵原則 (1) 為便于維修和管理，盡量選取同系列泵； (2) 盡量滿足防爆、防腐或露天安裝使用地要求； (3) 為保證工作穩(wěn)定，持續(xù)性好，滿足密閉輸送要求，選用大排量的離心泵，配用效率高的電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。 (1) 輸油主泵 選泵原則： ① 滿足管線輸量要求，使泵在各輸量下均在高效區(qū)工作。 ② 充分利用管線承壓能力，減少泵站數(shù)，降低工程造價(jià)。 5,額定流量為 2850m179。/h (2) 給油泵 ?10???19HSB H?20?故所選輸油主泵為： 20 選泵原則：大排量、低揚(yáng)程、高效率