输油管道工艺设计

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1、设 计 内 容 及 要 求设 计 参 数月份123456789101112地温C56789111213121087地温资料:管道输送工艺设计某油田方案铺设一条180公里、年输量为300万吨的热油管道，管线经过区域地势平坦。 设计要求：1采用的输送方式；2管道规格；3泵站位置；4选用泵机组的型号，包括泵运行的方式、原动机的种类和型号；5至少采用两种设计方案，并进展经济比拟；6计算最小输量。最大运行压力MPa，末站剩余压头60m,局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，67, 50C粘度9.6。8。进站温度控制在39 Co 土壤导热系数1.2W/m .C，埋地深度1.6m。最高输送温度70C, 最低输送温

2、度35Co目录1 总论 31.1 设计依据及原那么31.1.1 设计依据31.1.2 设计原那么31.2 总体技术水平32 输油工艺42.1 主要工艺参数42.1.1 设计输量42.1.2 其它有关根底数据42.2 主要工艺技术43 工程概况44 设计参数44.1 管道设计参数44.2 原油物性44.3 其它参数55 工艺计算55.1 输量换算55.2 管径规格选择65.2.1 选择管径65.2.2 选择管道壁厚65.3 热力计算75.3.1计算K值75.3.2 计算站间距105.4 水力计算155.4.1 计算输油平均温度下的原油运动粘度155.4.2 判断流态165.4.3 计算摩阻176

3、 设备选型186.1 设备选型计算186.1.1 泵的选型186.1.2 原动机的选型196.1.3 加热设备选型196.2 站场布置207 最小输量228 设计结果239 动态技术经济比拟净现值法 25参考文献261.1 设计依据及原那么1.1.1 设计依据1国家的相关标准、行业的有关标准、标准； 2相似管道的设计经历；3设计任务书。1.1.2 设计原那么1严格执行现行国家、行业的有关标准、标准。2 采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新 的管理体制，保证工程工程的高水平、高效益，确保管道平安可靠，长期平稳运 行。3节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布

4、置要与 油区内各区块开展严密结合。4 在保证管线通信可靠的根底上，进一步优化通信网络构造，降低工程 投资。提高自控水平，实现主要平安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1采用高压长距离全密闭输送工艺。2采用原油变频调速工艺。3输油管线采用先进的 SCADA 系统，使各站场主生产系统到达有人监护、 自动控制的管理水平。既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管 道在异常工况时的超前保护，使故障损失降低到最小。4采用电路传输容量大的光纤通信。给全线实现 SCADA 数据传输带来可 靠的传输通道，给以后

5、实现视频传输、工业控制及多功能信息处理提供了可能。5在线路截断阀室设置电动紧急迫断球阀，在 SCADA 中心控制室根据检 漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急迫断球 阀。6站场配套自成系统。7采用固化时间短、防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层。2 输油工艺2.1 主要工艺参数2.1.1 设计输量年输量为 3000 万吨2.1.2 其它有关根底数据1）保温层（泡沫塑料）40mm；2管道埋地深 1.6m；3管道埋深处平均地温：5 + 6 + 7 + 8 + 9 +11 +12 +13 +12 +10 + 8 + 7 门T = 9 C0 124原油含水%； 5年输送天

6、数：350 天。2.2 主要工艺技术输油干线拟采用密闭输油方式。输油管道首站设置出站超高压保护装置，中间站设变频器控制各进干线的压力，确保输油干线长期平安、平稳运行。3 工程概况某油田方案铺设一条180公里、年输量为300万吨的热油管道，管线经过区 域地势平坦。表 3-1 地温资料：月份123456789101112地温 C567891112131210874 设 计参 数4.1 管道设计参数最大运行压力MPa,末站剩余压头60m,局部摩阻按1.2%，进站温度控制在 39 C，最高输送温度70 C，最低输送温度35 C。4.2 原油物性20C相对密度0. 867, 50C，粘温指数0.038。

7、4.3 其它参数保温层采用黄夹克，厚度40mmW/(m. oC )。5 工艺计算5.1 输量换算管道周围的自然温度；，5 + 6 + 7 + 8 + 9 +11 +12 +13 +12 +10 + 8 + 7 n 厂T = 9。C ；o12平均温度为：12T =-T + Tpj 3 R 3 Z式中 T平均温度，。CpjT ,T 加热站的起点、终点温度，。C。RZ由公式5-1得：T = - x 70 + - x 35 = 46.7(C)pj 33温度系数为：g = 1.825 - 0.001315 p20式中 g温度系数，kg /(m3。C)；p 温度为20。C时的油品密度，kg /m3。20由

8、公式5-2得：g = 1.825 - 0.001315 x (0.867 x1000) = 0.685。C时原油的密度为：p = p -g(t -20)46.720式中P温度为4。C时的油品密度，kg/m3 ；46.7g温度系数，kg /(m3。C)；P 温度为20。C时的油品密度，kg /m3 ；20T油品温度，。C。由公式5-3得：p=876-0.685x(46.7-20) =857.7kg/m346.75-15-25-3体积流量为：式中 Q体积流量，m3 /s或m3 /h ；G 年输量， kg ；T年输油时间，按350天算。由公式5-4得：300 x 107857.7 x 24 x 35

9、0 x 3600=0.11566(m3： s) = 416.376(m3 . h)5.2 管径规格选择5.2.1 选择管径取经济流速为V=2.0m/s,那么管径为：D =洋兀v式中 D管道直径，m；Q体积流量，m3 / s ；V经济流速，m / s。由公式5-5得：D = , 4 X -11566 = 0.2714(m)沁 272(mm)3.14 x 25.2.2 选择管道壁厚查标准，选规格为 X60 的管材，其最小屈服强度为 415MPa,5-5PDPD2辟s故其壁厚为：5-6式中5壁厚，m；P设计压力取工作压力的1.15倍MPa;D管道外径，m ； D = d + 25 ；Q许用压力，MP

10、a； Q = 2Kg ；SK设计系数，取0.72；0焊缝系数，取15 钢管的最低屈服强度，X60钢取413MPa。 s由公式5-6得：“ 825篇朋=w皿)查标准，选 273 x 4为方案一和 325 x 4为方案二的标准管道。5.3 热力计算5.3.1计算K值方案一： 273 x 4的标准管道管道中的实际流速为4 x 0.115663.14x(265 丫、1000丿=2.098m / s5-7式中 d 管道内径，m；Q体积流量，m 3 /s ；V实际流速，m/s。选取泡沫塑料作为保温材料，查标准可知，第一层钢管壁的导热系数为5-845.5W/(m-oC)，第二层保温层的导热系数为0.04W

11、/(m。C)。查阅相关手册可知, 保温材料厚度为40mm。而：1 1 D 1+ 工 In i +a nd2兀九d a兀D1ii2 w12兀九1In Didi2兀九In +2兀九ln5-9式中 K 单位长度的总传热系数， W/(m2-oC)；La 油流至管内壁的放热系数， W/(m2-oC)；1a 管最外层至周围介质的放热系数， W/(m2-oC)25 第i层的厚度，m；i九 第i层结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等导热系数，W/(m-oC) id 管内径， m ；D 第 i 层的外径， m；id 第 i 层的内径， m ；iD 最外层的管外径， m ； wD管径，m；假设a a , D取外径；假设a

12、 z , D取算数平1 2 1 2 均值；假设a a , D取内径。12 由公式5-9得：ln=1.021ln273 +1ln3532 x 3.14 x 45.52652 x 3.14 x 0.04273管道最外层至周围介质的放热系数为：a =15-1022h. 2hD In# +，（丝）2 -1w DDww式中 九土壤导热系数，W/（m -。C）；th 管中心埋深， m；tD 最外层的管外径， m。w由公式5-10得：2 x 1.20.353心护气七二 2.15在紊流情况下， a 1对总传热系数影响很小，可忽略不计。由公式5-8得：K = 0.29 w /（m- C）l 1.02 + 2.1

13、5 x 3.14 x 0.353管道总传热系数为：K = K x 兀D511L式中 K管道总传热系数，W/（m。C）；K 单位长度的总传热系数，W /（m2。C）； LD 管道内径， m。由公式511得：K = 0.29 x 3.14 x 0.265 = 0.24W /（m。C）方案二：0 325 x 4的标准管道管道中的实际流速为：4Q _4 x 0.115663.14x(317 丫、00 丿1.466m/s式中 d 管道内径，m；Q体积流量，m 3 / s ；v 实际流速， m/s 。 2选取泡沫塑料作为保温材料，查标准可知，第一层钢管壁的导热系数为45.5W/(m-oC)，第二层保温层的

14、导热系数为0.04W /(m。C)。查阅相关手册可知,5-8保温材料厚度为40mm。而：1 1 D 1+ 工 In i +a nd2兀九d a nD1ii2 w12兀九In Didi1D1DIn 1 + In 2 2兀九d2兀九d1 1 2 25-9式中 K 单位长度的总传热系数， W/(m2-oC)；La 油流至管内壁的放热系数， W/(m2-oC)；1a 管最外层至周围介质的放热系数， W/(m2-oC)；25 第i层的厚度，m；i九 第i层结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等导热系数，W/(m-oC)id 管内径， m ；D 第 i 层的外径， m；id第i层的内径，m；iD 最外层的管外径，

15、m；wD 管径，m；假设a a，D取外径；假设a z，D取算数平1 2 1 2 均值；假设a a，D取内径。12由公式5-9得：ln=0.8761ln325 + 1ln4052 x 3.14 x 45.53172 x 3.14 x 0.04325管道最外层至周围介质的放热系数为：式中九tD lnw12h帀 +( 匸D Dww)2 - 15-10土壤导热系数，W /（m -。C）；h 管中心埋深， m ；tD 最外层的管外径， m w由公式5-10得：2x1.2二 1.790.405ln2 2 (1 +17765)0.405(2 2 (1 + 17765)2 - 1+ Y(0.405在紊流情况下

16、， a 1对总传热系数影响很小，可忽略不计。由公式5-8得：K = 0.32w Km- C）l 0.876 +1.79 x 3.14 x 0.405管道总传热系数为：K = K x兀 DL式中 K管道总传热系数，W/（m。C）；K 单位长度的总传热系数，W /（m2。C）； LD 管道内径， m。由公式5-11得：K 二 0.32 x 3.14 x 0.317 二 0.32W /（m。C）5.3.2 计算站间距15C时原油的相对密度为：5-11d154弋(t - 20)10005-12式中 d 1515。C时原油的相对密度;4g温度系数，kg /（m3。C）；P温度为20C时的油品密度，kg/

17、m3。20由公式5-12得：,867 -(1.825 - 0.001315 x 867)x (15 - 20)门d 15 = 0.863641000原油的比热容为：C = - (1.687 + 3.39 x 10-3 T)Jd 45式中 d 15 15 C 时原油的相对密度；4C比热容，kJ /(kg。C)；5-13T原油温度，。C。由公式5-13得：x (1.687 + 3.39 x 10-3 x 46.7) = 1.99kJ /(kg。C)v 0.8636质量流量为：G = G1t(5-14)式中 G 原油质量流量， kg /s；G 年输量， kg ；t年输油时间，按350天算。由公式5-

18、14得：300 x 107350 x 24 x 3600=99.21(kg / s)5-15加热站间距为：L 二一1 In r 0R “DK T -Tz0 式中 G 原油质量流量， kg /s；1K管道总传热系数，W /（m。C）；D 管道内径， m；T 加热站的出站温度， C；RT 管道周围的自然温度， CT加热站的进站温度，。C ；ZL 加热站间距，R方案一：0 273 x 4的标准管道由公式5-15得：=9921XI.X竺 inZ0z2 = 701.59（km）3.14 x 0.265 x 0.24 39 - 9加热站数：Ln 二一LR5-16式中n加热站数，个；L输油管道总长，m ；L

19、 加热站间距， m； R由公式5-16得：180n = 701.59 = 026（个）1（个）热负荷：GC (T - T )q =1 r 一式中q加热站的热负荷，kJ/s；耳加热站的效率；5-17G 原油质量流量， kg / sT加热站的进站温度，。C ；ZT加热站的出站温度，。C。RC比热容，kJ /(kg。C)由公式5-17得：q = 99.21x 1.99 （70 - 39） = 7650.3（ KJ / s）0.8由于热站的热负荷较大，故需增加热站数，取 n=2 个。那么热站间距为5-18式中 n加热站数，个；L输油管道总长，m；L 加热站间距， m ；R由公式5-18得：180 L

20、= 90(km)R 2计算出站温度出站温度为：KHDLT = T + (T T )e gcR 0 Z 0式中 G 原油质量流量， kg /s；T加热站的进站温度，。C ；ZTr加热站的出站温度，C。C比热容，kJ /(kg。C)加热站间距， m；K管道总传热系数，W /(m。C)； 管道内径 管道周围的自然温度， Cm。5-19T0由公式5-19得：由公式5-17T = 9 + (39 - 9)eR得热负荷为：0 24x3 14x0 265x90x10399.21x1.99x103二 57.8(。C)0.8q =x I9(578 一 39) = 4639.56( KJ / s)方案二：0 32

21、5 x 4的标准管道:由公式5-15得：=泪xIx 13 ln70-9 = 439.88(km)3.14 x 0.317 x 0.3239 9加热站数：5-16Ln 二一LR式中n加热站数，个；L输油管道总长，m ；加热站间距， m；由公式5-16得：180n = 43988 = 0-41（个）1（个）热负荷：GC(T -T ) q 二一i r z式中q加热站的热负荷，kJ/s；耳加热站的效率；5-17G 原油质量流量， kg / s ； 1T加热站的进站温度，。C ；ZT加热站的出站温度，。C。RC 比热容，kJ /（kg。C）由公式5-17得：q = 99.21 決 13 （70 - 39

22、） = 了点厶。.“ / $）0.8由于热站的热负荷较大，故需增加热站数，取 n=2 个。L =-Rn那么热站间距为：5-18式中n加热站数，个；L输油管道总长，m ；L 加热站间距， m； R由公式5-18得：=罟=90（km）计算出站温度出站温度为：T = T + (T T )e ofR 0 Z 0 式中 G 原油质量流量， kg /s；T加热站的进站温度，。C ；ZTr加热站的出站温度，C。C比热容，kJ /(kg。C)5-19L加热站间距，m；K管道总传热系数，W /（m。C）；D 管道内径， m。T管道周围的自然温度，C ；0由公式5-19得：0 332*3 14*0 317x90*

23、03T 二 9 + (39 - 9)eR由公式5-17得热负荷为：0.8q = Pl * 199(543 一 39) = 3775.8( KJ / s)5.4 水力计算5.4.1 计算输油平均温度下的原油运动粘度方案一：273 x 4的标准管道由公式5-1得平均温度为：T = - x 57.8 + - x 39 = 45.27（。C） pj 33由公式5-3得50C时原油的密度为：p 二 867 -6.825 - 0.001315p ）x （50 - 20）二 812.3 kg /m3 50205-20故平均温度下的运动粘度为：u =u e-u（t-tQ（pj 0式中 u , u 温度为平均温

24、度、 t 时油品的运动黏度， m 2 / s ； pj 0 0u黏温指数，1/C。由公式5-20得：=14.1x10-6(m2 / s)9.6 x10-3u =e -0.038(45.27 -50)pj 812.3方案二：325 x 4的标准管道由公式5-1得平均温度为T = 1 x 54.3 + 2 x 39 = 44.1（。C） pj 33由公式5-3得50。C时原油的密度为：p 二 867 6.825 - 0.001315p )x (50 - 20)二 812.3 kg /m3 5020故平均温度下的运动粘度为：u =u e-u(t-t05-20pj 0式中 u ,u 温度为平均温度、

25、t 时油品的运动黏度， m2 / s ； pj 0 0u黏温指数，1/ C。由公式5-20得：=14.9x10-6(m2 /s)9.6 x 10 -3u =e -0.038(44.1-50)pj 812.35.4.2 判断流态方案一：273 x 4的标准管道雷诺数为：Re =4Q兀duRe57.95-215-22式中u黏温指数，1/ C ou 输送温度下原油的运动黏度， m 2 / sQ管路中原油的体积流量，m3 /s ； e管壁的绝对粗糙度，m。由公式5-21得：Re =4 x 0.115663.14 x 0.265 x 14.1 x 10-6= 39342由公式5-22得：Re157.92

26、 x 0.054 x 10-3 8()70.265= 433272由于3000 Re Re,所以其是处于水力光滑区，故前面的假设是正确的。方案二：325 x 4的标准管道雷诺数为：兀du5-215-22式中u黏温指数，1/ C。u输送温度下原油的运动黏度，m2 /s ；Q管路中原油的体积流量，m3 /s ； e管壁的绝对粗糙度，m。由公式5-21得：4 x 0.11566Re _ 3.14 x 0.317 x 14.9 x 10-6 _ 31194由公式5-22得：Re =19828812 x 0.054 x 10-3 8()70.317由于3000 Re Re,所以其是处于水力光滑区，故前面

27、的假设是正确的。5.4.3 计算摩阻方案一：0 273 x 4的标准管道一个加热站间的摩阻为：d 5- mR总摩阻为：h = nh5-245-23全线所需总压头为：H 二 h +1.2%h + h +AZ5-25式中 hh 沿线总摩阻， m；h 加热站间距的摩阻， m；H全线所需要的总压头，m。由公式5-23得：0.2655-0.25由公式5-24得：h 二 1 x 1528 二 1528(m)由公式5-25得：H = 1528 +1528 x 1.2% + 60 = 1606.34(m)方案二：0 325 x 4的标准管道一个加热站间的摩阻为Q 2-mO mh 二 Bp-L523R1d 5-

28、m R总摩阻为：h = nh5-24RR1全线所需总压头为：H 二 h +1.2%h + h +AZ5-25RR m式中 h沿线总摩阻，m；Rh 加热站间距的摩阻， m；R1H全线所需要的总压头，m。由公式5-23得：hR1=0.0246 x .115662-0.25 X g9 x 10-50.3255-0.2590000 = 1987( m)由公式5-24得：h = 1 x 1987 = 1987(m)R由公式5-25得：H = 1987 +1987 x 1.2% + 60 = 2071( m)6 设备选型6.1 设备选型计算6.1.1 泵的选型选泵原那么: 流量以任务输量为依据，最大输量、

29、最小输量为参考；摩阻以任务输量下的摩阻为依据，最大输量、最小输量下的摩阻为参考。同时，考虑一定的富裕量。假设输送正常流量为Qp，那么采用适当的平安系数估算泵的流量，一般取Q=1.051.10Qp。估算泵扬程时，考虑泵在最困难条件下，计算流动损失，确定所需扬程 Hp，根据需要再留出些裕量，最后估算选泵扬程，一般取 H=1.101.15Hp。根据油田输量变化情况，为发挥泵的经济效益，选泵原那么为：最小输量期，运行 1 台小泵；任务输量期，运行 1 台大泵；最大输量期，1 台大泵与 1 台 小泵并联运行。同时，大泵考虑1台备用。选用泵型号为KDY500-130X5，其流量为500m3/h，扬程为65

30、0m，转速为2980转/分，效率为83%。每个泵站选用两台，其中一台为备用泵。 方案一：由公式5-3得平均温度下的密度为：p 二 867 6.825 - 0.001315p )x (57.8 - 20)二 798.1 kg /m343.7320泵所产生的压力为：P 二 p gH(6-1)式中P泵所能够提供的压力，Pa；p 油品的密度， kg /m3；H泵所提供的扬程，m；由公式6-1得：P二 798.1 x 9.8x 650x 10-6 二 5.1(MPa) 7.5MPa 故所选择的泵符合要求。方案二：由公式5-3得平均温度下的密度为：p = 867-6.825-0.001315p )x(44

31、.1-20)二 823 kg/m343.7320泵所产生的压力为：P= pgH(6-1)式中P泵所能够提供的压力，Pa；p 油品的密度， kg /m3；H泵所提供的扬程，m；由公式6-1得：P = 823 x 9.8x 650x 10-6 = 5.2(MPa) 万案一KDY500-130X53500650298083万案一KDY500-130X54500650298083表 8-3 热站设计结果表 8-4 热站布置设计结果热站1热站2万案一里程km090万案一里程km090表 8-5 泵站布置设计结果泵站1泵站2泵站3泵站4万案一里程km065135万案一里程km0501201759 动态技术

32、 经济比拟净现值法方案一：工程投资 35 万元，以后连续每年有一样的净收益 10 万元，其基准收益率为 10%，其净现值：NPV =_I + A(P/A,i ,n)=-35 +10(P/A,10%,5)1c二-35 +10 x 3.7908 二 2.908万元方案二：工程投资 30 万元，以后连续每年有一样的净收益 10 万元，其基准收益率为 15%，其净现值：NPV =-I + A(P/A,i ,n)=-30 +10(P/A,15%,5)1c二-30 +10 x 3.3522 二 3.522万元由于方案二的净现值大于方案一，因此采用方案二作为施工方案。参考文献2 严大凡.输油管道设计与管理.北京.石油工业出版社.3 姬忠礼，邓志安，赵会军.泵与压缩机.北京：石油工业出版社