【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 設(shè)計(jì)原則 （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。 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)輸量第 1 章 工藝說(shuō)明書 3 最大輸量為 500 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 11。表 11 生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷表年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13生產(chǎn)負(fù)荷（%）70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 環(huán)境參數(shù)年最低月平均溫度 1℃； 管道中心埋深 ；土壤導(dǎo)熱系數(shù) (m?℃)； 瀝青防腐層導(dǎo)熱系數(shù) （m? ℃）； 原油物性①20℃的密度 885kg/m ；3②初餾點(diǎn) 85℃；③反常點(diǎn) 32℃；④凝固點(diǎn) 28℃；⑤比熱 (kg?℃)；⑥燃油熱值 10 kJ/kg。4 粘溫關(guān)系 見(jiàn)表 12表 12 油品溫度與粘度數(shù)據(jù)溫度（℃） 32 35 40 45 50 55 60 65粘度（cp） 60 30 21 沿程里程、高程 數(shù)據(jù)見(jiàn)表 13第 1 章 工藝說(shuō)明書 4 表 13 管道縱斷面數(shù)據(jù)高程（km） 0 25 61 94 122 155 183 212里程（km） 18 50 30 35 15 38 26 22高程（km） 243 268 303 336 367 394 415 440里程（km） 28 30 44 48 50 35 25 18 運(yùn)行參數(shù)的選取 進(jìn)出站油溫選取（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，借鑒經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步確定出站溫度 =65℃。RT（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。本設(shè)計(jì)中輸送的油品含蠟量和膠質(zhì)含量均較高，且于凝點(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)在熱處理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,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 =33℃。ZT（3）平均溫度 pjT有上面得到進(jìn)出站油溫計(jì)算平均溫度可采用下式：第 1 章 工藝說(shuō)明書 5 (11)ZRpjT32??式中 —平均油溫，℃；pjT、 —加熱站的出站、進(jìn)站溫度，℃。RZ 其它參數(shù)選取（1）熱站、泵站間壓頭損失 15m； （2）熱泵站內(nèi)壓頭損失 30m； （3）進(jìn)站壓力范圍一般為 20~80m； （4）年輸送天數(shù)為 350 天； （5）首站進(jìn)站壓力 50m。 基礎(chǔ)計(jì)算及經(jīng)濟(jì)管徑選取 最優(yōu)管徑的選取在規(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，查 API 標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格確定標(biāo)準(zhǔn)管徑及壁厚，最終選定為外管徑 ，壁厚 。（1）密度計(jì)算 （1??2020??tt??2）式中 —溫度為 ℃及 ℃時(shí)的油品密度，kg/m ；tt 3—原油在 20℃時(shí)的密度，ρ 20=885㎏/m 320 —溫度糾正系數(shù)，kg/( ℃ )， 。?.????（2）初選經(jīng)濟(jì)管徑 (13)vQdx?4?（3）反算經(jīng)濟(jì)管徑第 1 章 工藝說(shuō)明書 6 （1?v24dQ?4）式中 —流速，m/s?—管道內(nèi)直徑，m 粘溫方程根據(jù)粘度和溫度的原始參數(shù)，用最小二乘法回歸得到：㏒ ?= （15） 總傳熱系數(shù) K管道傳熱由：（1）油流至管內(nèi)壁的熱傳導(dǎo)；（2）管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo)；（3）管外壁周圍土壤的傳熱。= +∑ ㏑ + （1KD11?i?iD)1(?w2?6） 2= （1]1)2h([wtt??w7）當(dāng)（ wtDh） 〉2 時(shí)： 2?= （1wtD4h㏑?8）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?℃） ； 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/（m 2?℃） ；第 1 章 工藝說(shuō)明書 7 α 2—管壁至土壤放熱系數(shù)，w/（m 2?℃） ； λ t—土壤導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m?℃） ； ht—管中心埋深。 熱力計(jì)算對(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，所以為了安全輸送，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)到降凝目的。本設(shè)計(jì)采用加熱的辦法，提高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，降低管輸壓力，使輸油總能耗小雨不加熱輸送，并使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送。熱油管道不同于等溫輸送的特點(diǎn)在于在輸送過(guò)程中存在摩阻損失和散熱損失兩種能量損失，因此我們必須從兩方面給油流供應(yīng)能量，由加熱站供應(yīng)熱能，由泵站供應(yīng)壓力能。此外這兩種損失相互影響，摩阻損失的大小決定于油品的粘度，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，通常管子的散熱損失往往占能量損失的主導(dǎo)地位。當(dāng)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之和。 熱力計(jì)算說(shuō)明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，故第 1 章 工藝說(shuō)明書 8 管壁到油流的散熱可以忽略不記。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。由于本設(shè)計(jì)中所輸介質(zhì)為高粘原油，故而在熱力計(jì)算中考慮了摩擦生熱對(duì)溫升的影響。計(jì)算中周圍介質(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 3?zT℃，出站溫度取為 65?R℃。然后由蘇霍夫公式計(jì)算站間距 RL，從而進(jìn)一步求得加熱站數(shù) N。 流態(tài)判斷 Re = （1dvQ?49） 臨界雷諾數(shù) Re1 = （?10） ε= e= (111)de2 式中 d—內(nèi)徑，m； e—管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度， m。經(jīng)計(jì)算 3000﹤Re min﹤Re max﹤Re 1，所以各流量下流態(tài)均處于水力光滑區(qū)。 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：LR= ㏑ 加熱站數(shù) NR= （1a1bTZ?0 l12）i=β （1mdQ?52?13）第 1 章 工藝說(shuō)明書 9 式中 = b= （1aGCDK?ai14） T0—管道埋深處年最低月平均地溫，取 1℃； G—原油的質(zhì)量流量，㎏ /s； C—油品比熱 kJ/(kg?℃)，取 kJ/(kg?℃)； i—水力坡降； β ,m—由流態(tài)確定，因?yàn)樘幱谒饣瑓^(qū)，m=,β=； Q—體積流量，m 3/s。由式（113 ） （114 ） .)12754(. .. ?????i 3min. ???CGDkaw?℃b ??wKg則得站間距 km56..36ln08. ???RL加熱站數(shù) ?N化整取 ，即初定八個(gè)加熱站。所以加熱站間距 ＝ ＝55km ? Rl840 水力計(jì)算當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時(shí)，摩阻僅與粘度的 次方成正比，可按平均溫度下的油流粘度，用等溫輸送的方法計(jì)算加熱站間摩阻；先根據(jù)流量和管徑判斷流態(tài)。在大于 35℃時(shí)一直處于紊流水力光滑區(qū)，由平均溫度求出平均粘度，再由列賓宗公式計(jì)算站間摩阻；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 ℃。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)。為了便于第 1 章 工藝說(shuō)明書 10 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。 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： TR=T0+b+(TZT0b)eal （115） i=β （1mdQ?52?16）式中 β 、 m—由流態(tài)確定，水力光滑區(qū)：m=，β=；Q—體積流量，m 3/s。 沿程摩阻確定 H =+△Z （117）式中 △Z—起終點(diǎn)高差，m， 。QZ??? 翻越點(diǎn)判斷根據(jù)管道縱斷面圖找到可能存在翻越點(diǎn)的點(diǎn)。由公式： QZffiLH???111比較 H 與 的大小，f若 則全程不存在翻越點(diǎn)；反之則存在。f?1 泵的選型及泵站數(shù)的確定因?yàn)榱髁枯^小，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，所以選用并聯(lián)方式泵。選型并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的已知條件：選 200D65 10 泵。?泵的特性方程：H= （118）第 1 章 工藝說(shuō)明書 11 額定流量 280m /h， 。3%.74??計(jì)算管道全線摩阻確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù)：H=+△Z 式中 △Z—起終點(diǎn)高差，m。確定泵站數(shù) Np= （119）mhH?總 經(jīng)計(jì)算，需要設(shè) 7 個(gè)泵站 站址確定及熱力、水力校核 站址確定根據(jù)地形的實(shí)際情況，本著熱泵站合一的原則，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 33℃； （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