【文章內容簡介】 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 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。 設計原始數(shù)據(jù) 設計輸量第 1 章 工藝說明書 3 最大輸量為 500 萬噸/年；生產(chǎn)期生產(chǎn)負荷（各年輸量與最大輸量的比率）見下表 11。表 11 生產(chǎn)期生產(chǎn)負荷表年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13生產(chǎn)負荷（%）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 ；土壤導熱系數(shù) (m?℃)； 瀝青防腐層導熱系數(shù) （m? ℃）； 原油物性①20℃的密度 885kg/m ；3②初餾點 85℃；③反常點 32℃；④凝固點 28℃；⑤比熱 (kg?℃)；⑥燃油熱值 10 kJ/kg。4 粘溫關系 見表 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)見表 13第 1 章 工藝說明書 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 運行參數(shù)的選取 進出站油溫選取（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，借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步確定出站溫度 =65℃。RT（2）進站油溫 ZT加熱站進站油溫的確定主要取決于經(jīng)濟比較。本設計中輸送的油品含蠟量和膠質含量均較高，且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，故應在熱處理實驗的基礎上,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 =33℃。ZT（3）平均溫度 pjT有上面得到進出站油溫計算平均溫度可采用下式：第 1 章 工藝說明書 5 (11)ZRpjT32??式中 —平均油溫，℃；pjT、 —加熱站的出站、進站溫度，℃。RZ 其它參數(shù)選取（1）熱站、泵站間壓頭損失 15m； （2）熱泵站內壓頭損失 30m； （3）進站壓力范圍一般為 20~80m； （4）年輸送天數(shù)為 350 天； （5）首站進站壓力 50m。 基礎計算及經(jīng)濟管徑選取 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，查 API 標準鋼管規(guī)格確定標準管徑及壁厚，最終選定為外管徑 ，壁厚 。（1）密度計算 （1??2020??tt??2）式中 —溫度為 ℃及 ℃時的油品密度，kg/m ；tt 3—原油在 20℃時的密度，ρ 20=885㎏/m 320 —溫度糾正系數(shù)，kg/( ℃ )， 。?.????（2）初選經(jīng)濟管徑 (13)vQdx?4?（3）反算經(jīng)濟管徑第 1 章 工藝說明書 6 （1?v24dQ?4）式中 —流速，m/s?—管道內直徑，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）油流至管內壁的熱傳導；（2）管壁、瀝青防腐層的熱傳導；（3）管外壁周圍土壤的傳熱。= +∑ ㏑ + （1KD11?i?iD)1(?w2?6） 2= （1]1)2h([wtt??w7）當（ wtDh） 〉2 時： 2?= （1wtD4h㏑?8）式中 Di， Di+1—鋼管、瀝青防腐層的內徑和外徑，m； λ i—導熱系數(shù)，w/（m?℃） ； Dw—管道最外圍的直徑，m； α 1—油流至管內壁的放熱系數(shù)，w/（m 2?℃） ；第 1 章 工藝說明書 7 α 2—管壁至土壤放熱系數(shù)，w/（m 2?℃） ； λ t—土壤導熱系數(shù)，w/（m?℃） ； ht—管中心埋深。 熱力計算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，所以為了安全輸送，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，從而達到降凝目的。本設計采用加熱的辦法，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，并使管內最低油溫維持在凝點以上，保證安全輸送。熱油管道不同于等溫輸送的特點在于在輸送過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能量，由加熱站供應熱能，由泵站供應壓力能。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地位。當熱油沿管路流動時，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之和。 熱力計算說明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，故第 1 章 工藝說明書 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)下對傳熱系數(shù) k值的影響可忽略。由于本設計中所輸介質為高粘原油，故而在熱力計算中考慮了摩擦生熱對溫升的影響。計算中周圍介質的溫度 0T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 3?zT℃，出站溫度取為 65?R℃。然后由蘇霍夫公式計算站間距 RL，從而進一步求得加熱站數(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—內徑，m； e—管內壁絕對粗糙度， m。經(jīng)計算 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)確定由最小輸量進行熱力計算確定加熱站數(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，因為處于水力光滑區(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 ，即初定八個加熱站。所以加熱站間距 ＝ ＝55km ? Rl840 水力計算當管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時，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)過計算，確定出站油溫為 ℃。由粘溫關系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計算打好基礎。為了便于第 1 章 工藝說明書 10 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。 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： 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—起終點高差，m， 。QZ??? 翻越點判斷根據(jù)管道縱斷面圖找到可能存在翻越點的點。由公式： QZffiLH???111比較 H 與 的大小，f若 則全程不存在翻越點；反之則存在。f?1 泵的選型及泵站數(shù)的確定因為流量較小，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，所以選用并聯(lián)方式泵。選型并根據(jù)設計任務書中的已知條件：選 200D65 10 泵。?泵的特性方程：H= （118）第 1 章 工藝說明書 11 額定流量 280m /h， 。3%.74??計算管道全線摩阻確定站內泵的個數(shù)：H=+△Z 式中 △Z—起終點高差，m。確定泵站數(shù) Np= （119）mhH?總 經(jīng)計算，需要設 7 個泵站 站址確定及熱力、水力校核 站址確定根據(jù)地形的實際情況，本著熱泵站合一的原則，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(chǎn)、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 33℃； （2）根據(jù)進站油溫反算出的出站油溫應低于管道允許的