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1、重庆科技学院油气管道输送技术课程设计报告学 院：石油与天然气工程学院 专业班级:油储学生姓名：学 号：设计地点（单位）设计题目:某热油管道工艺计算完成日期：年 月 日指导教师评语：成绩（五级记分制）指导教师（签字）：目录1总论11.1 设计依据及准则11.1.1 设计依据1112设计准则112总体技术水平12设计参数22.1 工程概况22.2 管道设计参数22.3 原油的性质22.4 设计输量22.5 其他参数23基础工艺计算33.1 采用的输送方式33.2 管道规格33.2.1 平均温度33.2.2 油品密度33.2.3 流量计算33.2.4 油品黏度43.2.5 管道内径43.2.6 管道
2、壁厚和外径 5327验证经济流速63.3 热力计算73.3.1 确定流态7332总传热系数7333原油比热容9334加热站布站9335水力计算113.4 设备的选用12341泵及原动机的选用12342加热设备选型133.5 站场布置133.6 判断翻越点154结论16参考文献171总论1.1设计依据及准则1.1.1 设计依据(1)国家的相关标准、行业的有关标准、规范。(2)其他相似管道的设计经验。(3)设计任务书。112设计准则(1)严格遵循先行国家、行业有关标准及规范。(2)采用先进、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，保证工程项目的 高水平、高效益，确保管道安全可靠，长期平稳运行。(3)
3、节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布置要与油 区内各区块发展紧密结合。(4)在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投 资。提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。(5)以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建 投资，提高经济效益。1.2总体技术水平设计采用高压长距离全密闭加热输送工艺，整体工艺达到国内较为先进的工艺 设计水平。2设计参数2.1 工程概况某油田初期产量油240万吨/年，五年后原油产量达到365万吨/年，计划将原油 输送到289km外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。里程和高 程见表2.1,地温资料
4、见表2.2。表2.1里程和高程表里程，km073147179220289高程，m220270120227160260表2.2管道经过地区的地温月份123456789101112地/皿5689111315181310872.2 管道设计参数输送压力6.5MPa沫站剩余压头70m,局部摩阻为沿程摩阻的12%计，粘温指 数0.038,进站温度控制在36E。最高输送温度68E，最低输送温度34C。2.3 原油的性质原油性质见表2.3表2.3某原油性质含蜡量，沥青质，密度kg/m3初镭点，c凝固点，c粘度，50C, mPa.s36.875.78852.86929.58.22.4 设计输量油田初期产量油2
5、40万吨/年，五年后原油产量达到365万吨/年2.5 其他参数保温层采用黄夹克，厚度40mm。土壤导热系数1.15W/ （mC），埋地深度 1.7m o3基础工艺计算3.1 采用的输送方式本设计采用密闭加热输送。密闭输送即“从泵到泵”输送，在这种工艺中，中间输油站不设供缓冲用的旁接油罐，上游来油直接进泵。其特点是：整条管线 构成一个统一的密闭水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以消除中间站 的轻质油蒸发损耗，但对自动化程度和全线集中监测要求较高。我国生产的原油大部分为高凝点、高粘度和高含蜡原油，因此，需要加热输送，降低油品粘 度， 减少管路摩擦阻力损失。3.2 管道规格为满足管道二期运
6、行要求，所以计算管径时依据二期输量计算管径。3.2.1 平均温度加热站油流的平均温度，用加权平均法计算。1 2Ta 二 Tr3tz(3)式中Tr,Tz加热站的起点，终点温度，C。假设Tr =66 C,Tz =36C,将数据代入式(3.1 )得：12TPj 6636 二 46 C向3 33.2.2 油品密度当温度在050C的范围内，原油不同温度下的密度由式(3.2)计算：d： (t-20)(3.2)式中d；为t 时油品的相对密度；温度为20 C时油品的相对密度；油品的温度体积校正系数，1/C。相对密度在0.8500-0.8599, 1取 0.000699。液体受压后体积变化很小，通常压力对液体油
7、品的密度影响可以忽略。只有在几 十兆帕的极高压力下才考虑。已知2。=852.8Kg/m3代入式(32)得：d： 6 =0.8528 - 0.000699 (46-20) - 0.83463.2.3 流量计算以任务书给定的最大输量作为工艺计算依据，考虑到管道维修及事故等因素，计算时年输油时间应按350天(8400h)计算Gx107Q =-P 汉 8400 汉 3600(3.3)式中G-年任务质量输量7 04t；3Q体积流量，；r油品平均温度的密度，Kg/m3。将 G 二 365,二 834.6kg/m3 代入式(3.3)得：3Q =0.1446 m/s将一期流量G=240代入式(3.3 )得:Q
8、 -0.095 m3/s324油品黏度VlP50C时，油品的相对密度由式(3.2 )计算：=0.8528-0.000699 (50 -20) =0.8318将 p =8.A10 3Pa s , P5o = 0.8318kg/m3 代入式(3.4 )，得：3(3.4)8.2 ”0一 ccc S6 2/9.86 10 m/s831.83不同温度下油品粘度由式(3.5 )油品粘温指数公式计算:J (t J 0)a)t oG(3.5)式中5 ro温度为t、t。时油品的运动黏度，mVs ；U黏温指数，1厂C。将、so =9.86 10-6 mVs，u = 0.038代入式(3.5 )中可得46C下的平均
9、粘度。52 pj-1.148 10 m2/s3.2.5管道内径管道内径可按式(3.6 )计算：d4QJIV(3.6)式中Q体积流量，3,m /s 经济流速， 经济流速取值范围是m/s。将Q =0.1446 m/s，假设经济流速V =1.6 m/s代入式(3.6)得:d 4 药 446 = 0 339m二 1.6326管道壁厚和外径按照我国输油管道工程设计规范(GB50253-2003中规定，输油管道直 管段的设计公式如下：(3.7)二 PD2二式中:-壁厚，m；P-管线设计的工作压力，MPa ;D管线外径,m ；.1输油管道的许用应MPao.IIVIr d V 1 输油管道的许用应力按式(3.
10、8)计算。(3.8)、1Ks式中-焊缝系数，见表3.1;6一钢管的最低屈服强度，按表3.1的规;E取值。K强度设计系数；输送C5及C5以上的液体管道除穿跨越管段按国家现行标准原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范(SY/T0015 )的规定取值外，输油站外一般地段取0.72。表3.1钢管的最低屈服强度和焊缝系数钢管标准名称钢号或钢级最低屈服强度Os(MPa焊缝系数*备注输送流体用无缝钢管GB/T8163-1999Q295295 (6 16mm 为285)1.0石为钢管的公 称壁厚Q345295 (6 16mm 为315)20245 (6 16mm 为235)石油天然气工 业输送钢管交货 条件第
11、1部分：A 级钢管GB/T9711.1-1997L175(A25)175(172)1.0B级钢官的质里和试验要求高于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)A级钢管L555(X80)555(551)石油天然气工L245NB245 440*业输送钢管交L245MB货条件第2部L290NB290 440*分：B级钢管L290MBGB/TL360
12、NB360-510*9711.2-1999L360QB1.0L360MBL415NB415565*L415QBL415MBL450QB450570*L450MBL485QB485605*L485MBL555QB555675*L555MB选用最低屈服强度为J二295的Q345钢。将K二0.72 ,，1代入式(3.8 )中得：295 0.72 1 -212.4MPa由计算内径339mm，选取管径为356 6的无缝钢管。计算壁厚是否符合要求,将P =6.5MPa , D 356mm，t J-212.4MPa代入式(3.7)得:6.5 3562 212.4=5.45 : : 6mm管子壁厚符合压力要求
13、，所以选取管子为356 6的无缝钢管3.2.7验证经济流速根据选择管道，内径：d = 356 -26 = 344mmd=337mm，。=0.1446|713/5代入式(3.6)得：4Q 0.1446 %，d = 4 5.5 7防腐层结构三油三布四油四布五油五布1底漆一层底漆一层底漆一层2r石油沥青厚1.5mm石油沥青厚1.5mm石油沥青厚1.5mm3玻璃布一层玻璃布一层玻璃布一层防腐层数4石油沥目厚1 .。1.5mm石油沥目厚1.01.5mm石油沥目厚1.01.5mm5玻璃布一层玻璃布一层玻璃布一层6石油沥RI厚1.01.5mm石油沥RI厚1.01.5mm石油沥R1厚1 .。1.5mm7外保护
14、层玻璃布一层玻璃布一层8石油沥目厚1.01.5mm石油沥R1厚1 .。1.5mm9外保护层玻璃布层10石油沥R1厚1.01.5mm11外保护层(1)当量长度的总传热系数(3.11)kJK11、 1 In Di1.Md 2 门.打d :辽二 Dw(3.12)(2)总传热系数Kl式中d -管内径，m；Di 第i层的外径m ；di 第i层的内径，m ；W/(m C)；v第i层(钢管层、保温层、防腐绝缘层)的导热系数，Dw-一-最外层的管外径，m；D管径，m。若：2，D取外径；若：.2，D取算数平均值； 若1 ： ： ： :，D取内径。油流至管内壁的放热系数在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大都大
15、 于100W/(m C)。因此在紊流情况下，一对总传热系数的影响很小，可忽略不计，而 在层留情况下就必须计入。管最外层至周围介质的放热系数:2式中】一一土壤导热系数，九吠生+心IDw VD/W/(m C)；(3.13)ht-一一一管中心埋深，m ；Dw最外层的管外径，m。Dw = 356 40 2 6 2 二 448mm将 4=1.15W/(m C)，DA 0.448m，%=1.7|71代入式(3.13)中得：2x1.152:2x17【2 汇 1720.448 ln()2-10.448 0.448=1.89 W/(m C)将 d =0.344m，A56W/(m C)，2=0.035W/(m C
16、)，A0.15W/(m C)，Dw= 0.448m: 2=1 .89W/(m C)代入式(3.11)中得：， 潸 1 符361 m4819 一 怙 2 兀汉 0.035 356 2 兀汇 0.15 436 1.89 汇兀汉 0.4 4 8 =0.7538根据 Kl =0.7538 , D -0.448m 代入式(3.12)得:2K =0.536W/(m C )3.3.3原油比热容比热容用来表示物质间的吸热或放热能力，原油比热容的数值随原油温度升 高而增大，可由式(3.14)计算。c (1.6873.39 10T)314)d5式中a 515C时原油的相对密度；c比热容，KJ/(Kg C);T原油
17、温度，Co由式(3.2)可计算d； 5,得：d： 5 = 0.8528 - 0.000699(15 - 20)=0.8563将 T=46C, d； 5 =0.8563 代入式(3.14)原油的比热容为：c：(1.6873.39 10“、0.8563c=1.99KJ/(KgC)46)3.3.4加热站布站质量流量为：Gi(3.15)式中Gi原油质量流量，kg/s ；原油输量,kg ；t一管道全年运行时间，一年工作日为350天将 G =240 107,1=350代入式(3.15)中得：二 79.4Kg / s240 107G,-一 350 24 3600确定加热站的进、出口温度，即站间管段的起、终点
18、温度冬Tr和Tz后，可按(3.16)(3.17)季月平均最低温度及全线的K值估算加热站间距Lr， gicTr ToLr -In -二 DK Tz-T。热油管全长289公里，加热站数n，n 二 L/Lr式中n加热站数，个;L输油管道总长，m ； Lr 加热站间距，m。GcT在进行n的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基础上 可求出每个加热站的热负荷：(3.18)式中加热炉的效率，%;C原油的比热容，J/(kgC)；G-原油质量流量，kg/s ；Q加热站的热负荷，J/s。将 G=79.4kg/s, c=1990 J/(Kg C )，口 =0.85, Tr=66 C, Tz =
19、36 C K =0.536W/(m2C )，D=0.356 m, 1=5(：代入式(3.16)、(3.17)、(3.18)得：79.4 099066-5L rIn0.448 0.356 二 36 5=213.5kmn - 289 = 1.35 个213.5则向上取2个加热站79.4 1990 300.8-5925.2KW由于热站的热负荷太大，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取 n=3个则热站站间距由式(3.17)计算，代入L=289Km , n=3，得：289Lr 96 - 3Km3出站温度为：Tr 二 T。(TzT)eGc(3.19)式中G原油质量流量，kg/s ；Tz 加热站的进站温度，
20、C ；Tr加热站的出站温度，C ；C比热容，kJ /(kg C)；L加热站间距5 m ；K管道总传热系数，W/(m C)；D管道内径，m；To管道周围的自然温度，Co 2将 To =5 C, Tz =36 , K=0.536W/(m rC ), D = 0.448m, L=96.3Km, G=79.4 kg/s, c=1990 J/(Kg C )代入式(3.19)得：0.7538 96.3 俨Tr = 5 (36 - 5)e 曲 1990=54.1 C因为54.1 C 68C，所以出站温度合理。一个加热站的热负荷为：QJ9T吟=3575KW0.83.3.5水力计算将 Tr =54.1。丫2=3
21、6(2代入式(3.1)中得：12TPi 54.136 =42.03 C33将，50 =9.86 10-6，u = 0.038，t。=50 Ct = 42.03 C 代入式(3.5)中得：、a =9.86 10八.。38，42。3 切=1 336 10八 mVs两个加热站站间的摩阻为：Q2知柑mhm (1 1.2%) 川 Lr(3.20)d全线总摩阻为：hR 二 nhRi(3.(21)全线所需总压头为：H = Hr hm ： Z-hs(3.(22)式中hR一-沿线总摩阻，m ；hRi一一加热站间距的摩阻，m ；hs首站进口压头，m ； hm末站剩余压头，m ；H全线所需要的总压头，m。已知=0.
22、0246，Q =0.095 m3/s, . pj =1.336 10 j m2/s，力 =0.25 5 hs = 30 d =0.337，LR=96.3Km，n=3代入式(3.20) , (3.21 ) ， (3.22)中得：/、q q952J3.25 x(1.336 x 10 , ) 0 25hm (11.2%) 0.024652596300 =374.6m0.3445两热站间摩阻：hR =3746 3=11238m全线所需总压头为：H =1123 .870(260-220) -30 = 1203.8m22.4 备的选用22.4.1 及原动机的选用泵是将原动机所做的功转换为被输送流体压力能和
23、动能的流体机械，其中输 送液体介质并提高其能头的机械称为泵。选择泵机组的主要原则有：满足工艺要求；工作平稳可靠，能长时间连续运 行；易于操作与维护；效率高、价格合理，能充分利用现有能源；满足防爆、防腐 蚀或露天设置等使用及安装的特殊要求。流量计算：选泵时应采用适当的安全系数，一般取正常流量的1.051.10倍。Q = 0.095m3/s = 342m3/h则Q 设=1.05 Q = 1.05 342 = 3 5 9 . 3 /m由公式(3.2)可计算42.03C下原油的相对密度，则输送压力要求6.5MPa 换算为油柱为：42.03d4 二 0.8528 - 0.000699 (42.03 -
24、20) = 0.8374 P6506Pg 9.8 汇 837.4H 出792m换算为水柱为:6.5 1069.8 1000二 663.3m则依照Q=359.1, H=663.3进行选泵，该设计选用泵型为DY型卧式多级离心输油泵。DY型多级离心油泵，具有高效节能、性能范围广、低噪音、运行可 靠的优点可输送石油和石油产品，介质温度在 -20E150c。选择型号为DY360-95*7，输送常温水时的性能为额定扬程637m液柱(760.7m油柱)，额定流量360m3/h，转速为1480r/min,轴功率893.2KW，效率73%，汽蚀量4.5m,叶轮直径534mm。配带电动机型号Y25003-4,电动
25、机功 率为 10OOkw。每个泵站选用2台，其中一台为备用。(3.23)泵出口压力为：Pj gH式中P泵所能够提供的压力，Pa ；t油品的密度5 kg/m3 ;H泵所提供的扬程，m。3已知 t=838 kg/m ,H -732 m 代入式(3.23)中得：P =837.4 9.8 (760.730) =6.49MPa输送压力满足安全压力6.5MPa，故所选择的泵符合要求。342加热设备选型加热设备选用目前油田应用较多的管式加热炉，它是在炉内设有管排或盘 管，热量通过管壁传给管内被加热介质而使温度升高的加热炉，是一种直接火焰加 热设备，具有单台热负荷大、升温快加热温度高等特点，在油田和长输管道中
26、间加 热站获得广泛应用。但由于使用时的结焦问题，所以应慎重选用。结合加热站的最大符合，选用型号为HDLPGW4000.SY/6.3.Y(Q)的管式炉， 其功率为4000KW,热效率为90%，燃料可采用原油、柴油、天然气。22.5 场布置泵站数为：(3.24)式中n泵站数，个；H全线所需的总压头，m ；He泵所提供的扬程，m。将 H =1203.8m，Hc= 760.7m，代入式(3.24)中得:1203.84 /n= = 1.58 个向上取整，取n=2个；为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组采取减小 级数、轮换小、调小泵的转速等措施或者将泵站后移。采用平均法布站，其站间距为：LR(3.25
27、)式中Lr泵站站间距，m ； L管线总长，m。将L =289Km，n = 2代入式(3.25 )中得：289Lr144.5Km2取泵站内压头损失为hm=15m，使中间站不再用辅助增压泵和避免输油泵发 生 气蚀，要求泵进口有一定的压力，压力的大小决定于泵的性能要求。在布置泵站 时，进口压力太低会吸入不正常，太高容易引起出口超压，并要考虑今后留有调节 余地，故泵站进口压力控制在3080m范围内。(1)当首站与第二站站间距取144.5km,对应高程为Z=125m,则第二站进口压 力(3.26)(3.27)4 hs-iL-Z-hmnQ2Vmi (1 1.2%)kd式中hs首站进口压力，rn; hti泵
28、站进口的剩余压头，m；-泵站所提供的扬程，m；水力坡降；L两泵站的站间距，m； Z两泵站间的高程差，m ； hm泵站内压 头损失，将 H = 760.7 m, Lr =m。144.5Km，hm =15m，：=0.0246，加=0.25，vpj = 1.336 咒 10。代入(3.26)、(327)中得：0 O952-025 ( 1 33610) 025i (1 1.2%) 0.02463385)-0.3445 a 253= 3.89 10-h, =30 760.7-3.89 10A 144.5 1 03 -(125-220) -15 = 308.6m 由于其进口乘 余压头远大于80m,故不符合
29、要求，重新选泵，并将第二个泵站后移设在147Km 处。所需泵扬程为：H =3.89 10- 147 103(120 -220) 15-30 80 = 536.83m故首站选DY450-60*7的泵，额定扬程为408.6m水柱，额定流量为450m3/ h , 在流量为360m3/h时，扬程为430.7m水柱量14.33m油柱)，转速1480r/min,轴功 率605.4KW，效率69.8%，汽蚀量3m,叶轮直径430mm。配原动机为Y450-4功率 为800KW。均一备一用。此时第二站进口压力为：hti =30 514.33-3.89 10 147 103 (120 220) - 15 = 57
30、.5m 进口压头 大于30m且小于80m符合要求。(2)终点剩余压头为：h =57.5 760.7 -3.89 10 147 1 03-15 -(260 - 120) = 91.37m 大于要求的末站 剩余70m，所以满足要求。因此，第二站选择DY360-95*7型扬程为m的泵。泵站设在居首站147Km处。全线泵站布 置完毕。3.6判断翻越点沿线有两处高点,即在73Km处高程为270m在179Km处高程为227m260 -220 = 1164.21m(3.28)HfTtZf-ZQiLZz-ZQ = H若上式成立，则有翻越点存在，反之不存在。H =iL Zz -Zo =3.89 10； 289
31、103在73km处.Hf二 iLZf-Zg=3.89 1073 10270 -220 = 333.97m在179km处，H f =iL Zt -Zo =3.89 10, 179 103 227 -220 = 701.3m以上所得Hf均小于H,故不存在翻越点，泵站布置合适。4结论通过对某热油管道的工艺设计，完成了设计的任务要求，对管径、管材进行了计算选型，通过计算确定了泵站数及泵的选型，以及热站数和加热炉的选型。设计结果如下：表4.1管道选型结果管材公称直径(mr)外径(mr)壁厚(mmQ345 钢3503566表4.2泵及原动机选型结果型号台数(台)流里3(m /h)扬程 (水柱m转速 (r/
32、min)效率 (%)轴功率 (KW)配带电动机功率(KW)型号DY450-60*72360430.7148069.8605.4800Y450-4450408.675667.6540383.378724.7DY360-95*72280676.71480707701000Y25003-436063773893.241060671表4.3泵站设计结果站名首站第二站里程(km)0147程(m)220120表4.4加热炉选型结果加热炉型号台数功率(kw)被加热介质燃料 (%热效率 (%HDLPGW4000-SY/6.3-Y(Q)2台(一用一备)4000含水原油原油、柴油、大然190表4.5热站设计结果站名参数热站1热站2热站3里程(Kn )096.3192.7出站温度(C)54.1进站温度(C)36参考文献1张其敏，孟江油气管道输送技术北京：中国石化出版社2008.2蒋洪，刘武原油集输工程北京：石油工业出版社2006.3姬忠礼，邓志安，赵会军泵和压缩机.北京：石油工业出版社 2008.4帅健，于桂杰管道及储罐强度设计北京：石油工业出版社 2008.GB50253-2003 .输油管道工程设计规范(6)GB503162000.工业金属管道设计规范 SY/T0420-97.埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准