【正文】 先爐后泵”的加熱工藝方案。 管道設(shè)計 在設(shè)計中通過計算選擇的管道為外徑 400mm，壁厚 ，管材為 20 號鋼的管道。當(dāng)受到自然條件的限制時，受限地段可以采用地上敷設(shè)或者土堤埋設(shè)。 (7) 粘溫關(guān)系 : 36～ 42℃ lgμ= 42～ 71℃ lgμ= (8) 沿程里程、高程（管道全程 335km） 數(shù)據(jù)見表 表 管道縱斷面數(shù)據(jù) 樁號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 里程（ km） 0 7 16 28 67 83 105 124 145 160 173 高程（ m） 樁號 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 里程（ km） 182 196 212 235 254 287 295 310 318 324 335 高程（ m） （ 9）管道沿線月平均氣溫見表 22 表 22 管道沿線月平均氣溫 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 地溫C? 溫度參數(shù)的選擇 (1) 出站油溫 在考慮原油出站溫度時，因為原油中不可避免的含有一定量的水分，所以加熱溫度不應(yīng)該高于水的沸點 100℃，以防止發(fā)生沸溢。設(shè) 計的管道防腐絕緣層是采用瀝青防腐絕緣層，故輸送溫度不能高于瀝青的耐熱程度。 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) 6 綜合上述中的考慮，初步確定的出站溫度為 TR =65℃。含蠟原油凝點較高時，因為在凝點附近粘溫曲線很陡，所以原油的經(jīng)濟進站溫度一般要高于凝固點。 綜合上述中的考慮，同時根據(jù)經(jīng)驗，初步確定的進站溫度為 Tz =36℃。計算平均溫度時采用以下的公式： ZRpj TTT 3231 ?? 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 ??? 式中 20,??t — 分別為溫度為 t ℃和 20 ℃下的密度 ζ — 溫度系數(shù)， 201 .8 2 5 0 .0 0 1 3 1 5???? 粘溫方程 lo g 2 .3 6 2 0 .0 1 5 3uT?? 總傳熱系數(shù) K 管道傳熱有兩部分： (1) 管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo) (2) 管外壁周圍土壤的傳熱 ( 1 )1 1 21 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， 。 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。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 ～ 。 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。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。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。 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。 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。 (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。 (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。 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℃。 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 = 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。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。 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 ： 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。 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。 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 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。 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)。 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。 (2) 便于事故處理和維修。 (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。 (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。 (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。 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。 提供的加熱爐型號如下： 800kw,1000kw,1250kw,1600kw,20xxkw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw。 選管：由國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格初步選定鋼管，取 D=400mm δ = d=380mm 反算經(jīng)濟流速： 224 4 0 . 2 1 . 6 7 5 /3 . 1 4 ( 0 . 3 8 )Qv m sd? ?? ? ?? 經(jīng)濟流速在 ~，故所選管徑符合要求。 熱力計算與確定熱站數(shù) 確定計算用各參數(shù) 粘溫關(guān)系 : 36～ 42℃ lgμ= 42～ 71℃ lgμ= 確定流態(tài) 屬水力光滑區(qū)： 4Re QD??? 36～ 42℃ 時 : 2 .8 6 9 2 4 0 .0 2 6 4 7 7 1 3 736 10 T? ?? 6363636 1 0 .1 1 9 1 0?? ?? ? ? 5m a x 64 0 . 2 0 . 6 2 9 1 00 . 4 0 0 1 0 . 1 1 9 1 0eR ? ??? ? ?? ? ? 42～ 71℃ 時 : 2 .5 9 4 0 6 0 0 .0 2 0 0 4 6 5 771 10 T? ?? 6717171 2 8 .9 1 0?? ? ?? ? ? 5m i n 64 0 . 2 0 . 2 2 0 1 00 . 4 2 8 . 9 1 0eR ? ??? ? ?? ? ? 1 ?? 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 16 ? ? 51 84 75 9 . 5 3 . 8 3 8 1 04 . 6 4 1 1 0eR ?? ? ?? m in m a x e 120xx R R R? ? ? 因此，屬水力光滑區(qū)，β =， m=。 反算出站油溫： TR =65℃ Tz =36℃ 則根據(jù) ZRpj TTT 3231 ?? 126 5 3 6 4 5 .633 opjTC? ? ? ? ? ? ? 38 3 2 0 . 6 8 0 9 5 4 5 . 6 2 0 8 1 3 . 2 4 /pj k g m? ? ? ? ? ? 該溫度下流量 : Q= m3 /s l g 2 . 8 6 9 2 4 3 0 . 0 2 6 4 7 7 1 3 4 5 . 6 7? ? ? ? 因為 : ?? ?? 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 18 則 : 3 10 10 / ms? ? ??? ? ? 25mmmQi d ????? 1 . 7 5