【文章內容簡介】 確定其熱站數(shù)，最大輸量確定其泵站數(shù)，并計算各個輸量下的運行參數(shù)等等，最后還有經(jīng)濟計算，各年的輸油費用等等，以及用內部收益率評價其項目可行性。此設計管材采用 φ6010,20 號鋼管；采用加熱密閉式輸送流程，先爐后泵的工藝，充分利用設備，全線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。設計主要內容包括：確定經(jīng)濟管徑、站址 確定、調整及工況校核、設備選型、反輸計算、站內工藝流程設計和開爐開泵方案；繪制首站及中間熱泵法學到的東西，使自己不但系統(tǒng)了學習了以前的知識，還有了對管輸設計更深刻的理解。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。此外還進行了一定量的外文翻譯。在本次設計中，我本人自己學到了許多平常課堂沒有學到的知識，希望老師多批評、指正。 第 2 章 工藝設計說明書 工程概況 線路基本概況 本設計依據(jù)荊南管線實際情況，由工建情況，結合人文地理環(huán)境等方面 通過綜合分析確定線路走向。管線全長 350km，海拔最低處為 28m，最高處 90m，整條管線位于平原地區(qū)，全線最高點距外輸首站約 。管線設計為密閉輸送，能夠長期連續(xù)穩(wěn)定運行，輸送油品手外界環(huán)境惡劣氣候的影響小，無噪音，油氣損耗少，且對環(huán)境污染小，能耗少，運費較低。 輸油站主要工程項目 本管線設計年輸量為 1500萬噸／年，綜合考慮沿線的地理情況，貫徹節(jié)約占地、保護環(huán)境和相關法律法規(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：設立熱泵站四座，即首站和三座中間站，均勻布站。 本次設計中管道采用可減少蒸發(fā)損耗，流程簡單，固定資產投資少，可全部利用剩余壓力便于最優(yōu)運行的密閉輸送方式，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)的采用加熱盤管對罐內油品進行加熱的方法存在種種弊端，本次設計將熱油循環(huán)工藝也包括在內，即部分油品往熱油泵和加熱爐后進罐，而且設有專用泵和專用爐，同時該泵和爐還可分別作為給油泵的備用泵和來油的加熱爐，充分體現(xiàn)了一泵兩用，一爐兩用的方針。 管道 設計 本設計中選擇的管道為外徑 φ660 ，壁厚 ，管材為 20號鋼的管道。由于 輸量較大，且沿線地溫較高，故從經(jīng)濟上分析，本管道不采用保溫層。 基本參數(shù)的選取 設計依據(jù) 《吐鄯輸油管道初步設計》任務書 中國石油大學儲運教研室 《輸油管道工程設計規(guī)范》 GB 50253— 2022 《石油庫設計規(guī)范》 GBJ 74 《工程管道安裝手冊》 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) 設計中貫徹國家有關政策，積極采 用新工藝、新技術、新設備和新材料，做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全使用、確保質量； (2) 保護環(huán)境，降低能耗，節(jié)約土地；處理好與鐵路、公路、空運、水路間的相互關系，在滿足管線設計要求的前提下，充分利用管線的承壓能力以減少不必要的損耗； (3) 積極采用先進技術、合理吸取國內外新的科技成果。管線線路選擇應根據(jù)沿線的氣象、水文、地形、地質、地震等自然條件和交通、電力、水利、工礦企業(yè)、城市建設等的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，在施工便利和運行安全的前提下，通過綜合分析和技術比較確定； (4) 采用地下埋設方式。受自然條件的限制時，局部地段可采用土堤埋設或地上敷設。 (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) 最大設計輸量為 1500 萬噸 /年； 生產期生產負荷（各年輸量與最大輸量的比率）見下表 21。 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 生產負荷 % 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) 土壤導熱系數(shù) ℃ (5) 瀝青防腐層導熱系數(shù) (6) 原油物性 ①20℃ 的密度 870kg/m3； ② 初餾點 80℃ ； ③ 反常點 29℃ ； ④ 凝固點 25℃ ； ⑤ 比熱(kg ⑥ 燃油熱值 104kJ/kg 。 (7) 粘溫關系 : 35～ 43℃ lgμ= 43～ 65℃ lgμ= (8) 沿程里程、高程（管道全程 350km）數(shù)據(jù)見表 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。由于本設計采取先爐后泵的方式，則加熱溫度不應高于初餾點，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) 進站油溫 TZ 加熱站進站油溫的確定主要取決于經(jīng)濟比較。對于凝點較高的含蠟原油，由于在凝點附近粘溫曲線很陡，故其經(jīng)濟進站溫度常略高于凝固點。由于含蠟原油的粘溫特性及凝點都會隨熱處理條件不同而不同，故應考慮最優(yōu)熱處理條件及經(jīng)濟比較來選擇進出站溫度。 綜合考慮，借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步設計進站溫度 Tz=35℃ 。 (3) 平均溫度 當管路的流態(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。計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℃ 時油品的密度按下式換算成計算溫度下的密度： 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 (2) 管外壁周圍土壤的傳熱 式中 : Di， Di+1— 鋼管、瀝青防腐層的內徑和外徑， m； C)； Dw— 管道最外圍的直徑， m； ?λi — 導熱系數(shù)， w/(m C)； ?C)； λt — 土壤導熱系數(shù)， w/(m?C)； α2 — 管壁至土壤放熱系數(shù)， w/（ m?α1 — 油流至管內壁的放熱系數(shù)， w/（ m2 ht— 管中心埋深， 。 摩阻計算 當管路的流態(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 15m； (2) 熱泵站內壓頭損失 30m； (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費用，降低了輸油的動力消耗，但同時也增加了管路的建設費用。根據(jù)目前國內加熱輸油管道的實際經(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 26英寸，壁厚 。 工藝計算說明 概述 對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，導致了管道壓降大，動力費用高，運行不經(jīng)濟，且在冬季極易凝管，發(fā)生事故，所以在油品進入管道前 必須采取降凝降粘措施。目前國內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，從而達到輸送目的。本管線設計采用加熱的辦法，降低油品的粘度，減少摩阻損失，從而減少管道壓降，節(jié)約動力消耗，但也增加了熱能消耗以及加熱設備的費用。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地位。熱油沿管路流動時，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也不斷變化。計算熱油管道的 摩阻時，必須考慮管路沿線的溫降情況及油品的粘溫特性。因此設計管路時，必須先進行熱力計算，然后進行水力計算，此外，熱油管的摩阻損失應按一個加熱站間距來計算。全線摩阻為各站間摩阻和。 確定加熱站及泵站數(shù) 熱力計算 埋地不保溫管線的散熱傳遞過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和管外壁至周圍土壤的傳熱，由于本設計中所輸介質的要求不高，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。而總傳熱系數(shù)主要取決于管外壁至土壤的放熱系數(shù) 計算中周圍介質的溫度 T0取最冷月土壤的平均溫度，以加權平均溫度作為油品的物性計算溫度。由于設計流量較大，據(jù)經(jīng)驗，將進站溫度取為 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 — 運動粘度 d— 內徑， m； ? e— 管內壁絕對粗糙度， m。 經(jīng)計算 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 由最小輸量進行熱力計算確定加熱站數(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— 原油的質量流量，㎏ /s； C— 油品比熱， kJ/（ kg?℃ ）； i— 水力坡降。 加熱站數(shù) 經(jīng)計算，需要設 4個加熱站。 水力計算 最大輸量下求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，經(jīng)過計算，確定出站油溫為 40℃ 。由粘溫關系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計算打好基礎。 為了便于計算和校核，本設計中將局部摩阻歸入一個加熱站的站內摩阻，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 — 起終點高差， m； ∑hj — 局部壓頭損失， m (3) 判斷有無翻越點 經(jīng)判斷，全程無翻越點。 (4) 泵的選型及泵站數(shù)的確定 因為流量較大，沿線地勢較平坦，且從經(jīng)濟角度考慮并聯(lián)效率高，便于自動控制優(yōu)化運行，所以選用串聯(lián)方式泵。 選型并根據(jù)設計任務書中的已知條件， 202019HSB H=10 計算管道承 壓確定站內泵的個數(shù)： 管道承壓 確定站內泵的個數(shù) : 確定泵站 數(shù) : 經(jīng)計算，需要設 4個泵站 站址確定 根據(jù)地形的實際情況，本著熱泵合一的原則，進行站址的調整。確定站址，除根據(jù)工藝設計要求外，還需按照地形、地址、文化、氣象、給水、排水、供電和交通運輸?shù)葪l件，并結合施工、生產、環(huán)境保護，以及職工生活等方面綜合考慮，當熱站數(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，應滿足： (1)進站油溫為 35℃ ； (2)根據(jù)進站油溫反算出的出站油溫應低于管道允許的最高出站油溫； (3)進站壓力應滿足泵的吸入性能； (4)出站壓力不超過管線承壓能力。 最終確定站址如下表 24： 表 24 布站情況表 站號 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 校核計算說明 熱力、水力校核 由于對站址的綜合考慮，使熱站、泵站的站址均有所改變，因此必須進行熱力、水力校核。求得站址改變后的進出站溫度、壓力，以確保管線的安全運行。 進出站溫度校核 不同輸量下由進站油溫反算出站油溫，所得油溫符合要求（低于初餾點等）即可。 進出站壓力校核 不同輸量下，利用反算出的出站油溫，得出水力坡降，近而得出進出站壓力，出站壓力滿足摩阻等要求。 各站進站壓力只要滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過最大承壓，出站溫度低于最高出站溫度，就可以合格。 壓力越站校核 當輸油主泵不可 避免地遇到斷電、事故或檢修時，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小，從而導致沿程摩阻減小，為了節(jié)約動力費用，可以進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，并對其的進出站壓力進行確定以滿足要求，對于壓力越站而言，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。壓力越站的計算目的是計算出壓力越站時需要的最小輸量，并根據(jù)此輸量計算越站時所需壓力，并校核其是否超壓。 熱力越站校核 當輸油主泵不可避免地遇到斷電、事故或檢修時，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小 動、靜水壓力校核 (1) 動水壓力校核 動水壓力是指油流沿管道流動過程中各點的剩余壓力，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