【文章內(nèi)容簡介】 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)計采取先爐后泵的方式，則加熱溫度不應(yīng)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 ZT 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(yīng)考慮 最優(yōu)熱處理條件及經(jīng)濟比較來選擇進出站溫度。 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 綜合考慮，借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步設(shè)計進站溫度 Tz =30℃。 （ 2） 平均溫度 當(dāng)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： ZRpj TTT 3231 ?? （ 21） 式中 pjT — 平均油溫 ， ℃ ； RT 、 ZT — 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 ： ）（ 2020 ??? tt ??? （ 22） 式 中 20,??t — 分別為溫度為 t ℃ 和 20 ℃ 下的 密度 ； ? — 溫度系數(shù)， 200 0 1 3 1 2 ?? ?? ； 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 ： 原油析蠟點 T=41℃ ㏒ ? = t41℃ （ 23） ㏒ ? = t41℃ （ 24） T=t+ （ 25） 總傳熱系數(shù) K 管道傳熱由：（ 1）管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo) （ 2）管外壁周圍土壤的傳熱 KD1 = 111D? +∑ i?21 ㏑ iiDD)1(? +wD21? （ 26） 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2? =] 1)D2h(D2h[㏑22wtwt ??wtD? （ 27） 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/（ m2?℃ ）； α 2— 管壁至土壤放熱系數(shù) ， w/（ m2?℃ ） ； λ t— 土壤導(dǎo)熱系數(shù) ， w/（ m?℃ ）； ht— 管中心埋深， 。 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(shè)費用，降低了輸油的動力消耗，但同時也增加了管路的建設(shè)費用。根據(jù)目前國內(nèi)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φ ，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(dǎo)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(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，從而達到輸送目的 。本管線設(shè)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(shè)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，管子中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 的散熱損失往往占能量損失的主導(dǎo)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(shè)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(yīng)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(dǎo)和管外壁至周圍土壤的傳熱， 由于本設(shè)計中所輸介質(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。 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 =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 dvQ?4Re? （ 28） 781 ?? （ 29） ε =de2 式中 Q ν d— 內(nèi)徑 ， m； e— 管內(nèi)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 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 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=a1 ㏑bTT bTTZR ?? ?? 00 （ 210） 式中 a= GCDK? ， b=CaGi ， T0— 管道埋深處年最低月平均地溫 ， 取 ℃ ； G— 原油的質(zhì)量流量 ， ㎏ /s； C— 油品比熱 ， kJ/（ kg?℃ ）； i— 水力坡降 。 加熱站數(shù) NR=Rll 經(jīng)計算，需要設(shè) 8 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33℃。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 TR=T0+b+(TZT0b)eal （ 211） i=βmmmdQ??52 ? （ 212） 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 H 總 =iL+△ Z+∑ hj （ 213） 式中 △ Z— 起終點高差 ， m； ∑ hj— 局部壓頭損失 ， m； 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 (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 ， 20 20 19HSB H= 計算管道承壓確定站內(nèi)泵的個數(shù)： 管道承壓 P= DK ls???2 H=gP? 確定站內(nèi)泵的個數(shù) ncHH 確定泵站數(shù) Np=)( 1mc st hHn hhH ???總 （ 214） 經(jīng)計算，需要設(shè) 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(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，最終確定站址如下 表 24： 表 24 布站情況表 站號 1 2 3 4 5 6 7 8 站類型 熱泵站 熱站 熱泵站 熱站 熱泵站 熱站 熱泵站 熱站 里 程（ km） 0 40 80 120 160 200 240 280 高程 (m) 28 30 20 20 30 30 40 68 校核計算說明 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 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， 進站壓力滿足摩阻等要求 ， 出站壓力在 3080m 即可 。 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 反輸運行參數(shù)的確定 當(dāng)油田來油不足時，由于流量小，溫降快導(dǎo)致進站油溫過低或者由于停輸?shù)仍?，甚至出現(xiàn)凝管現(xiàn)象，需進行反輸。由于反輸是非正常工況，浪費中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 能量，故要求反輸量越小越好。本設(shè)計取管線可能的最小輸量為反輸輸量。由具體計算可知，可以滿足反輸條件。經(jīng)過一系列的校核， 選擇 的站址滿足要求。 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； ⑦ 停輸再啟動 。 （ 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)備性能，節(jié)約投資，減少經(jīng)營費用 。 主要設(shè)備的選擇 輸油泵的選擇 （ 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： 200D65 10 （ 2） 給油泵 選泵原則：大排量、低揚程、高效率 故所選輸油主泵為 ： SJA6 8P 18 (3)反輸泵：管道在以下兩種情況下需要反輸： ① 輸量不足，需要正反輸交替來活動管道以防止凝管 。 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 ② 出現(xiàn)事故工況時進行反輸， 如末站著火 。 主要考慮資源利用問題所以選用輸油主泵充當(dāng)。經(jīng)計算滿足要求 。 加熱爐的選擇 選爐原則：（ 1）應(yīng)滿足加熱站的熱負荷要求，爐效高 ； （ 2）為便于檢修，各站宜選用兩臺以上加熱爐 。 加熱站的熱負荷由下面的公式計算： Q=Gc(TRTZ) （ 215） 式中 Q— 加熱站的熱負荷 ， 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,2021kw