【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)容 對于等溫輸油管道，不需考慮熱損失，只考慮泵所提供的能量（壓頭）與消耗在摩阻和高差上的能量（壓頭）相匹配（相平衡），并根據(jù)泵站提供的壓力能與管道所需壓力能平衡的原則進(jìn)行工藝設(shè)計計算。也就是等溫輸油管道工藝設(shè)計計算不需要進(jìn)行熱力計算，只需進(jìn)行水力計算，相對要簡單；對于熱油輸送管道，輸送過程中沿程的能量損失包括熱能損失和壓能損失兩部分，輸送過程中的熱能損失和壓能 損失互相聯(lián)系，且熱能損失起主導(dǎo)作用。所以設(shè)計熱油管道時，要先做熱力計算，然后做水力計算，熱油輸油管道工藝設(shè)計計算要比等溫輸油管道復(fù)雜得多。 根據(jù)本科畢業(yè)設(shè)計的學(xué)時數(shù)及工程設(shè)計訓(xùn)練的目的， 以某一 熱油管道的初步工程設(shè)計 作為 輸油管道本科畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容。 實際輸油管道工程設(shè)計是一個龐大的系統(tǒng)工程， 一個輸油管道的可行性研究需要由工藝、 2 線路、機械設(shè)備、儀表自動化、輸配電、給排水與消防、熱工、采暖與通風(fēng)、環(huán)境保護、陰極保護、技術(shù)經(jīng)濟、總圖與建筑等相關(guān)專業(yè) 人員 集體協(xié)作完成 ； 而 本科畢業(yè)設(shè)計主要是 要求學(xué)生個人 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任 務(wù)書 的要求 ， 綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識針對某一熱油管道進(jìn)行初步工程設(shè)計， 以 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立分析和解決問題的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的工程實踐能力，使學(xué)生得到從事本專業(yè)實際工作的基本訓(xùn)練。輸油管道的本科畢業(yè)設(shè)計 既要在有限的時間內(nèi)完成某一熱油管道的初步設(shè)計，進(jìn)行輸油管道工程設(shè)計能力的培養(yǎng)和鍛煉，又要盡可能做到規(guī)范，符合實際輸油管道工程初步設(shè)計的基本要求 ， 實現(xiàn)學(xué)校和單位的無縫對接， 為畢業(yè)后在現(xiàn)場從事輸油管道的設(shè)計及運行管理工作打下堅實的基礎(chǔ) 。因此，本科畢業(yè)設(shè)計和實際工程設(shè)計在設(shè)計內(nèi) 容和設(shè)計要求上既有緊密聯(lián)系，又有較大區(qū)別。 本科畢業(yè)設(shè)計中輸油管道設(shè)計的主要內(nèi)容有： （ 1） 概述，包括設(shè)計依據(jù) 、 設(shè)計原則 ， 工程概況與主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，基礎(chǔ)資料與數(shù)據(jù)。 （ 2） 線路，主要包括管材規(guī)格，管道防腐與保溫 方案 ，以及線路 陰極保護 的初步設(shè)計 。 （ 3） 工藝， 包括輸送方式、設(shè)計壓力、最優(yōu)管徑、輸油站數(shù)及站址、輸油泵的配置方式、加熱方式及加熱爐熱負(fù)荷、 首、末站儲油罐容量及數(shù)量 等輸油工藝的初步設(shè)計 。 （ 4） 站場 ，包括首、末站及 各類中間輸油站的功能和組成，繪制主要工藝流程圖 。 （ 5） 安全專篇，說明工程項目遵循標(biāo)準(zhǔn) 和規(guī)范、主要不安全因素及防護措施。 （ 6） 環(huán)境保護專篇，包括設(shè)計依據(jù)和原則、遵循標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、主要污染及防治等。 （ 7） 節(jié)能專篇，包括遵循標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、主要節(jié)能工藝等。 輸油管道 初步設(shè)計里包括的通信，供電與配電，儀表及自動控制，給水排水，消防，采暖通風(fēng)，其他輔助設(shè)施，總圖與主要建筑物等其它 設(shè)計內(nèi)容 ， 由于 專業(yè) 和 時間 所限 在本科畢業(yè)設(shè)計中不作要求 ，但鼓勵學(xué)生在完成上述主要內(nèi)容的前提下，進(jìn)行 其它 相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計 。 第三節(jié) 輸油 管道設(shè)計要求 輸油管道設(shè)計在滿足安全生產(chǎn)及任務(wù)輸量要求的前提下，力求滿足以下原則： （ 1）符合 國家、當(dāng)?shù)卣姆?、法?guī)要求；符合國家、石油行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （ 2）保護環(huán)境，降低能耗，節(jié)約土地。在滿足管線設(shè)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；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；輸油管道設(shè)計宜采用密閉輸送工藝，減少油品增發(fā)損耗 。 （ 3）選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，減少建設(shè)投資，提高管道運行的經(jīng)濟效益。 （ 4）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)濟合理、安全使用、確保質(zhì)量。 （ 5） 通用材料應(yīng)盡量合并規(guī)格和型號。 本 科畢業(yè)設(shè)計中進(jìn)行輸油管道工程設(shè)計時，從工藝設(shè)計計算、圖紙繪制到設(shè)計報告的編寫，要盡量符合實際輸油管道工程設(shè)計的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。為此，在 進(jìn)行 輸油管道本科畢業(yè)設(shè)計 時 ，學(xué)生 首先 要學(xué)習(xí)了解 國家、石油行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求： （ 1） 《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范 GB50253－ 2021》 、 （ 2） 《 SYT － 2021 石油天然氣工程初步設(shè)計內(nèi)容規(guī)范 第 2部分：管道工程》 （ 3） 《 SY 0003－ 2021 石油天然氣工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》 輸油管道本科畢業(yè)設(shè)計具體要求有： 3 （ 1） 通過理論知識的學(xué)習(xí)，掌握熱油管道工程設(shè) 計理論、設(shè)計方法和設(shè)計過程，并通過查閱相關(guān)資料，了解、掌握熱油管道畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2） 按照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，進(jìn)行熱油管道工程的工藝設(shè)計，包括通過熱力、水力計算，確定最優(yōu)管徑、布置熱、泵站、工況校核、輸油管道適應(yīng)性分析，輸油站工藝設(shè)計、管道防腐與陰極保護設(shè)計、環(huán)境保護、節(jié)能和安全保護設(shè)計等，要求設(shè)計計算正確、合理。 （ 3） 利用計算機繪圖軟件，進(jìn)行水力坡降及布站圖、工藝系統(tǒng)總流程圖、站場工藝流程圖、站場平面布置圖、泵房安裝圖的繪制。要求繪制的圖紙正確、規(guī)范。 （ 5） 編寫熱油管道設(shè)計報告。設(shè)計報 告包括設(shè)計依據(jù)、設(shè)計計算過程、設(shè)計計算成果、附錄等內(nèi)容。設(shè)計報告應(yīng)該結(jié)構(gòu)合理、層次清楚、重點突出、文字簡練通順。 4 第二章 輸油管道設(shè)計計算過程 第一節(jié) 選線 選線是輸油管道勘察設(shè)計中的一項重要工作。線路的走向、長短和通過的難易程度，不但對整個輸油管道工程的材料消耗，投資和施工都有很大影響，還與運行管理、管道安全直接相關(guān)。選線又是一項政策性很強的工作，要正確處理工業(yè)和農(nóng)業(yè)，石油工業(yè)和其他工業(yè)，以及中央和地方等各方面的關(guān)系。同時，選線還是一項工作量 大、勞動強度高而又艱苦的工作。隨著地質(zhì)勘探、工程測量和計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，特別是衛(wèi)星遙感影像資料、全球定位系統(tǒng) （ GPS） 和地理信息系統(tǒng) （ GIS） 的逐步應(yīng)用和改進(jìn)，為勘察選線提供了強有力的技術(shù)手段，為獲得準(zhǔn)確詳盡的資料和進(jìn)行線路選擇最優(yōu)化的分析提供了可能，極大地改善了勘探設(shè)計環(huán)境和工作方法，極大地提高了工作效率。 長輸管道線路選擇應(yīng)遵循的原則： （ 1） 線路應(yīng)力求順直，平緩，并使起點、終點或控制點間的距離為最短。 （ 2） 線路應(yīng)盡量減少同天然和人工障礙的交叉，如鐵路、公路、河流、湖泊、水庫沖溝、山谷、沼澤和 地下管道、電纜等。 （ 3） 線路選擇應(yīng)同穿跨越大中型河流、沖溝和中間泵站位置的選擇相結(jié)合。線路總走向確定以后，局部線路走向應(yīng)服從中間泵站和大中型穿跨越工程的位置。 （ 4） 線路選擇應(yīng)考慮沿線動力、水源、材料供應(yīng)等條件。 （ 5） 線路選擇應(yīng)注意環(huán)境保護、生態(tài)平衡、節(jié)約土地，應(yīng)考慮所經(jīng)地區(qū)的城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、農(nóng)田基本建設(shè)、水利、交通等的現(xiàn)狀和近期發(fā)展規(guī)劃。 選擇輸油管道線路時，除應(yīng)遵循上述基本原則外，還應(yīng)針對不同自然條件和地理環(huán)境，因地制宜，做好方案比選工作。 在本科畢業(yè)設(shè)計中，線路數(shù)據(jù)由指導(dǎo)教師參考相關(guān)資料，以高程里 程數(shù)據(jù)形式 在畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中 給出。 第二節(jié) 基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)的選取 在進(jìn)行輸油管道具體的工程設(shè)計計算之前，必須掌握一些工程設(shè)計計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行工程設(shè)計計算的前提和基礎(chǔ)，往往通過任務(wù)書中給定、現(xiàn)場收集、實驗測定、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定等形式來獲取。 一 、 年設(shè)計輸量 管道輸量是設(shè)計輸油管道的最基本依據(jù)，它通常由設(shè)計任務(wù)書規(guī)定。 設(shè)計任務(wù)書中給出的輸量是管道全年完成的任務(wù)，單位是 104t/a，進(jìn)行工藝計算時常用體積輸量，要根據(jù)設(shè)計溫度下的油品密度和年輸油時間進(jìn)行換算。 考慮到管道的維修和事故停輸及輸量的不均衡等 因素，為了使設(shè)計的管道具有一定的輸送裕量，規(guī)范規(guī)定年工作天數(shù)為 350天，每天按 24小時 計算，全年工作時數(shù)為 8400小時 。 5 二 、 線路數(shù)據(jù) ： 在直角坐標(biāo)上表示管路長度與沿線高程變化的圖形稱為線路縱斷面圖。橫坐標(biāo)表示管路的實際長度，即管路的里程；縱坐標(biāo)表示管路的海拔高度，即管路的高程。 線路縱斷面圖是進(jìn)行水力計算和布置泵站的依據(jù) ，在本科畢業(yè)設(shè)計中，線路縱斷面圖根據(jù)任務(wù)書中給出的高程里程數(shù)據(jù)表繪出。 線路 縱斷面圖上的地形起伏情況并不是線路所經(jīng)地區(qū)的實際地形。在作縱斷面圖時，各測點之間用直線連接，不要 用曲線連接。 深：一般情況下，在寒冷地區(qū)，管道至少要敷設(shè)在土壤冰凍線以下；在非寒冷地區(qū)，土壤冰凍線較淺，管道埋深不根據(jù)冰凍深度而是按照保障管道不受來自地面的人為損害的要求確定，在這種情況下，管道埋深可能大于冰凍深度。規(guī)范規(guī)定，一般地區(qū)管頂覆土不得小于 ， 在某些特殊情況埋深還要大些，目前熱油管道的埋深大都取 2～ 3倍管徑，或按管頂覆土 ～ 。 只有知道了管道埋深，才能從有關(guān)氣象部門或從已有的氣象資料中收集和查找管道埋深溫度。 三 、 管 子 數(shù)據(jù) 管道線路工程是管道工程的主體部分 ， 約占管 道工程總投資的 2/3，管材的選取對于整個工程投資有非常大的影響。 管材鋼級： 實際工程設(shè)計中往往通過比較各鋼種等級的鋼管性能、質(zhì)量、供貨資源和供貨周期、用量和投資，分析對工程的適應(yīng)性后，提出推薦選用的鋼種等級。 目前油氣管道多采用按 API標(biāo)準(zhǔn)劃分等級的 X5 X60、 X6 X70號鋼，對管徑大于 DN1000 以上的大口徑 、 高壓力（ 10MPa 以上）鋼管，宜將 X80 管材等級納入比選范圍。 管材等級選擇時，若計算壁厚圓整后，壁厚規(guī)格相同，則應(yīng)盡量選擇低強度等級的鋼管。 考慮本科畢業(yè)設(shè)計的實際， 學(xué)生在進(jìn)行設(shè) 計過程中可以參考相關(guān)資料及現(xiàn)場具體情況選取某一等級鋼材 即可，或者由指導(dǎo)教師在任務(wù)書中指定 。 許用應(yīng)力： 工藝設(shè)計階段要進(jìn)行管壁厚度及管道強度計算，需知道所用管材的許用應(yīng)力值 。 許用應(yīng)力按下式計算： ? ? sK? ? ?? （ 2－ 1） 式中 ??? ——需用應(yīng)力（ MPa） ； K——設(shè)計系數(shù)，輸送 C5及 C5以上的液體管道除穿跨越管段按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) 《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計規(guī) 范》（ SY/T 0015）的規(guī)定取值外，輸油站外一般地段取 ； s? ——鋼管的最低屈服強度（ MPa）； ? ——焊縫系數(shù)。 《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范 GB50253－ 2021》中列出了常用輸油管道鋼的 最低屈服強度和焊縫系數(shù) ， 如表 2－ 1所示。 表 2－ 1 鋼管的最低屈服強度和焊縫系數(shù) 6 注： ① NB 為無縫鋼管和焊接鋼管用鋼， QB 為無縫鋼管用鋼， MB 為焊接管用鋼 ； ② 括號內(nèi)的鋼級及屈服強度為 API 5L 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值； ③ 帶 *數(shù)值為 %總伸長下的應(yīng)力值，在此值范圍內(nèi)，由用戶在合同書中提出 具體要求。 管子直徑與壁厚 管子的壁厚應(yīng)按 GB 50253的規(guī)定進(jìn)行計算，然后將壁厚圓整至標(biāo)準(zhǔn)壁厚，并按照 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 選取 相應(yīng)直徑與壁厚的 管子 。 對于輸油管道， DN400 及以下小口徑管道宜選用直縫電阻焊鋼管或螺旋縫埋弧焊鋼管，鋼管標(biāo)準(zhǔn)名稱 鋼號或鋼級 最低屈服強度 s? (MPa) 焊縫系數(shù) 備注 《輸送流體用無縫鋼管》GB/T 8163－ 1999 Q295 295(S16mm 為 285) S 為鋼管的公稱壁厚 Q345 325(S16mm 為 315) 20 245(S16mm 為 235) 《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術(shù)條件第 1 部分： A級鋼管》 GB/T － 1997 L175(A25) 175(172) L210(A) 210(207) L245(B) 245(241) L290(X42) 290(289) L320(X46) 320(317) L360(X52) 360(358) L390(X56) 390(386) L415(X60) 415(413) L450(X65) 450(448) L485(X70) 485(482) L555(X80) 555(551) 《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術(shù) B 級鋼管》GB/T － 1999 L245NB L245MB 245~440* B 級管的質(zhì)量和試驗要求高于 A級管 L290NB L290MB 290~440* L360NB L360QB L360MB 360~510* L415NB L415QB L415MB 415~565* L450QB L450MB 450~570* L485QB L485MB 485~605* L555QB L555MB 555~675* 7 DN400 以上管道宜選用螺旋縫埋弧焊鋼管，大型穿跨越等特殊地區(qū)可選用直縫埋弧焊管。熱煨彎管宜選用無縫鋼管或直縫鋼管。 國內(nèi)部分鋼管尺寸規(guī)格如表 2－ 2所示。 表 2－ 2 國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格 外徑 壁厚 內(nèi)徑 管重 in mm in mm mm kg/m 直縫高頻焊鋼管 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 85/8 85/8