【文章內(nèi)容簡介】 1 1 1 1ln2 ii i wDK D D D D? ? ??? ? ?? 22ttww22 h 2 h[ ( ) 1 ]DDtwD?? ??? 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 7 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， 。 摩阻計算 當(dāng)管路中的原油流態(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(shè)計參數(shù)： (1) 熱站、泵站間壓頭損失 20m； (2) 熱泵站內(nèi)壓頭損失 40m； (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 在一定輸量下，如果選用較大的管徑，可以降低管道輸送壓力，減少泵站的數(shù)量，從而減少泵站的建設(shè)費用，降低輸油的動力消耗，但是也增加了管道的建設(shè)費用。根據(jù)目前國內(nèi)加熱輸油管道的實際例子和經(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 400mm，壁厚 。 摩阻損失 高含蠟及易凝易粘油 品在管道輸送的過程中，假如直接在環(huán)境溫度下進行輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，這些都會導(dǎo)致管道壓降大，動力耗費高，運行成本高，而且在冬季的時候很容易發(fā)生凝管，產(chǎn)生事故，所以在油品進入管道前一定要采取降凝降粘的措施。目前在國內(nèi)外大部分都是采用加入降凝劑或者給油品加熱的方法，促使油品的溫度升高，粘度降低，從而達到輸送目的。這次的管線設(shè)計采用加熱降粘的辦法，降低油品的粘度，減少管道摩阻損失，從而減小管道壓降，節(jié)約動力消耗，但是同時也增加了熱能消耗和加熱設(shè)備的費用。熱油管道與等溫輸送不同，在輸送中存在摩阻損失和熱能損失兩種能量損失，而且這兩種損失之間相互影響，摩阻損失的大小對油品的粘度有決定性，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，管道的散熱損失往往占去了能量損失的大部分。熱油沿管道線路流動時，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也隨之不斷變化。在對熱油管道的摩阻進行計算時，必須要考慮管道沿線的溫降情況和油品的粘溫特性。因此在設(shè)計管路時，必須先進行熱力計算，然后再進行水力計算，此外，熱油管的摩阻損失應(yīng)該按照一個加熱站的間距來進行計算。全線摩阻為各站摩阻的總和。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 8 確定加熱站及泵站數(shù) 熱力計算 埋地不保溫管道的散熱傳遞過程是由三部分組成的，一是油流至管壁的放熱，二是瀝青絕緣層的熱傳導(dǎo)和第三個管外壁至周圍土壤的傳熱，由于在這次設(shè)計中所輸送的介質(zhì)的要求不高，并且管徑和輸量較大，油流到管壁的溫降較小，所以管壁到油流的散熱忽略不計。而總傳熱系數(shù)主要取決于管外壁至土壤的放熱系數(shù) 2? ， 1? 值在紊流狀態(tài)下對傳熱系數(shù) k 值的影響可忽略。 計算中周圍介質(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算溫度。由于設(shè)計流量較大，據(jù)經(jīng)驗，將進站溫度取為 Tz =36℃，出站溫度取為TR =65℃。 (1) 流態(tài)判斷 : dvQ?4Re? 1 ?? 2ed?? 式中 Q— 流量， m3/s ν — 運動粘度 d— 內(nèi)徑， m； e— 管內(nèi)壁絕對粗糙度， m。 經(jīng)計算 20xx﹤ 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 加熱站間距 L的確定 ln ( )R ZT r T bGcL K D T T b? ??? ?? 式中 mingi Gb kD?? wKDa Gc?? To— 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； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 9 C— 油品比熱， kJ/（ kg? ℃）； i— 水力坡降。 加熱站數(shù)： R RlN l? 經(jīng)計算，需要設(shè) 2個加熱站。 水力計算 通過輸量求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，經(jīng)過計算，確定出站油溫為 65℃。由粘溫關(guān)系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計算打好基礎(chǔ)。 為了便于計算和校核，本設(shè)計中將局部摩阻歸入一個加熱站的站內(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，用迭代法計算最大輸量下的出站油溫 TR ? ?00RzT T b T T b eal? ? ? ? ? 25mmmQvi d???? 式中 β、 m— 由流態(tài)確定，水力光滑區(qū)： m=， β =； Q— 體積流量， m3/s。 (2) 管道沿程摩阻 = jH iL Z h? ? ??總 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(shè)計任務(wù)書中的已知條件 ,選擇 DKS450550型輸油泵 ,H=550m。 計算管道承壓確定站內(nèi)泵的個數(shù)： 管道承壓 2 slKP D?? ?? 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 10 PH g?? 確定站內(nèi)泵的個數(shù) : cHn H? 確定泵站數(shù) : +()t slpcmH h hN n H H?? ?總 經(jīng)計算，需要設(shè) 3 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(diào)整。確定站址，除根據(jù)工藝設(shè)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(jié)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(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)進站油溫為 35℃； (2)根據(jù)進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)進站壓力應(yīng)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 ： 表 熱泵站站址 里程（ km） 0 335 高程（ m） 布站情況 首站 1熱泵站 2泵站 3熱泵站 末站 校核計算 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 在規(guī)定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。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 11 進出站壓力校核 在規(guī)定輸量下，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(dāng)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(dǎo)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(dāng)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的運行情況有關(guān)，從縱斷面圖上可以看出，動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。 站內(nèi)工藝流程的設(shè)計 輸油站的工藝流程是指油品在站內(nèi)的流動過程，實際上是由站內(nèi)管道、器件、閥門所組成的，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)劃工藝流程要考慮以下的要求： (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來油與計量；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。 (2) 便于事故處理和維修。 (3) 采用先進技術(shù)及設(shè)備，提高輸油水平。 (4) 流程盡量簡單，盡可能少用閥門、管件，力求減少管道及其長度，充分發(fā)揮設(shè)重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 12 備性能，節(jié)約投資，減少經(jīng)營費用 輸油站工藝流程： (1) 首站 接受來油、計量、站內(nèi)循環(huán)或倒罐，正輸、向來油處反輸、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。 流程簡介： (1) 來油計量 來油 — 計量 — 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） 上站來油 — 閥組 — 加熱爐 — 給油泵 — 主輸泵 — 下站 (4) 反輸 下站來油 — 閥組 — 加熱爐 — 給油泵 — 主輸泵 — 上站 (5) 壓力越站 來油 — 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，配用效率高的電動機為原動機。 (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。 故所選輸油主泵為： DKS450550 加熱爐的選擇 選爐原則： (1) 應(yīng)滿足加熱站的熱負(fù)荷要求，爐效高； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 工程概況及基本參數(shù) 13 (2) 為便于檢修，各站宜選用兩臺以上加熱爐。 加熱站的熱負(fù)荷由下面的公式計算： ()c R ZQ G T T?? 式中 Q— 加熱站的熱負(fù) 荷， kw； G— 油品流量， m3/h； c— 油品比熱， kJ/kg℃。 提供的加熱爐型號如下： 800kw,1000kw,1250kw,1600kw,20xxkw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 20鋼管工藝設(shè)計計算 14 3 20鋼管工藝設(shè)計計算 經(jīng)濟管徑 4Qd v??? 式中 d