【正文】 計 算 及 確 定 熱 站數(shù) 21 不同輸量下的布站方案 ????????????????? 24 各站運行 參數(shù) ????????????????????? 27 反輸計算 32 致謝 34 第 1 章 前言 長輸管道設(shè)計是對油氣儲運專業(yè)本科畢業(yè)生綜合素質(zhì)和能力的一 次重要培養(yǎng)與鍛煉，也是對其專業(yè)知識學(xué)習(xí)的一次綜合考驗。 此設(shè)計管材采用 ? 700 ， Q295 鋼管；采用加熱密閉式輸送流程，先爐后泵的工藝，充分 利用設(shè)備，全線輸油主泵和給油泵均采用并聯(lián)方式，加熱爐采用直接加熱的方法。由于自己水平有限，雖然已盡力，但難免存在疏漏和錯誤之處 ， 站的工藝流程圖、首站的平面布置圖、泵房安裝圖、管道的縱斷面圖。在本次設(shè)計中，我本人自己學(xué)到了許多平常課堂 沒有學(xué)到的知識， 希望老師多批評、指正。管線全長 300km，海拔最低處為 10m，最高處 68m，整條管線位于平原地區(qū)，全線最高點距外輸首站約 270公里。 輸油站主要工程項目 本管線設(shè)計年輸量為 1800 萬噸／年，綜合考慮沿線的地理情況，貫徹節(jié)約占地、保 護環(huán)境和相關(guān)法律法規(guī)，本著盡量避免將站址布置在海拔較高地區(qū)和遠離城市的人口稀少地區(qū)，以方便職工生活，并本著“熱泵合一”的原則，兼顧平原地區(qū)的均勻布站方針 ， 采用方案如下：設(shè)立熱泵站兩 座，泵站兩座， 即首站和三座中間站，均勻布站。選用直接加熱式加熱爐。 管道設(shè)計 本設(shè)計中選擇的管道為外徑φ 711，壁厚 ，管材為 Q295 的管道。 3 基本參數(shù)的選取 設(shè)計依據(jù) 《吐鄯輸油管道初步設(shè)計》任務(wù)書 中國石油大學(xué)儲運教研室 《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》 GB 50253— 2021 《石油庫設(shè)計規(guī) 范》 GBJ 74 《工程管道安裝手冊》 中國石化出版社 《輸油管道設(shè)計與管理》 中國石油大學(xué)出版社 其它有關(guān)法規(guī)及技術(shù)文件 設(shè)計原則 （ 1）設(shè)計中貫徹國家有關(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、經(jīng)濟合理、安全使用、確保質(zhì)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(guān)系， 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； （ 3）積極采用先進技術(shù)、合理吸取國內(nèi)外新的科技成果。受自然條件的限制時，局部地段可采用土堤埋設(shè)或地上敷設(shè)。 原始數(shù)據(jù) （ 1） 最大設(shè)計輸量 為 1800 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 21。 （ 7） 粘溫關(guān)系 見表 22 表 22 油品溫度與粘度數(shù)據(jù) 溫度（℃） 29 32 35 40 45 50 55 60 粘度（ cp） （ 8） 沿程里程、高程（管道全程 320km） 數(shù)據(jù) 見表 23 表 23 管道縱斷面數(shù)據(jù) 里程（ km） 0 40 70 130 165 190 230 250 270 290 300 高程（ km） 28 30 10 25 35 28 36 42 68 45 35 溫度參數(shù)的選擇 5 （ 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。 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 。 綜上考慮，初步確定出站溫度 TR =60℃。 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。 綜合考慮，借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步設(shè)計進站溫度 Tz =30℃。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 ， ℃ 。 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； 6 ? — 溫度系數(shù)， ?? ?? ； 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 ： ㏒ μ = （ 23） 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） 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， 。 管道設(shè)計參數(shù)： （ 1）熱站、泵站間壓頭損失 15m； （ 2）熱泵站內(nèi)壓頭損失 30m； 7 （ 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。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 ～ 。 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。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。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。 8 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 不計 。 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。在最 小輸量下求得加熱站數(shù)。 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 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 3℃ ； 9 G— 原油的質(zhì)量流量 ， ㎏ /s； C— 油品比熱 ， kJ/（ kg? ℃ ）； i— 水力坡降 。 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 40℃。 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。 (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 (3) 判斷有無翻越點 經(jīng)判斷，全程無翻越點 。 10 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。 最終確定站址如下 表 24： 表 24 布站情況表 11 站號 1 2 3 4 站類型 熱泵站 泵站 熱泵站 泵站 里程（ km） 0 75 150 225 高程 (m) 28 35 校核計算說明 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。 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 。 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。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。 熱力越站校核 12 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。 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颍踔脸霈F(xiàn)凝管現(xiàn)象，需進行反輸。本設(shè)計取管線可能的最小輸量為反輸輸量。經(jīng)過一系列的校核， 選擇 的站址滿足要求。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)。 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 。 13 （ 3） 采用先進技術(shù)及設(shè)備，提高輸油水平 。 （ 2）中間站 正輸 、反輸，越站，收發(fā)清管器。 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 — 給油泵 — 加熱爐 — 主輸泵 — 下站 （ 4）反輸 下站來油 — 閥組 — 給油泵 — 加熱爐 — 主輸泵 — 上站 （ 5）壓力越站 來油 —