输油管道工艺设计.docx
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输油管道工艺设计
管道输送工艺设计
设计内容与要求
某油田计划铺设一条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,并进行经济比较；6〕计算最小输量.
设计
参数
地温资料：
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
地温℃
5
6
7
8
9
11
12
13
12
10
8
7
最大运行压力7.0MPa,末站剩余压头60m,局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计,20℃相对密度0.867,50℃粘度9.6mPa.s.
粘温指数0.038.进站温度控制在39℃.土壤导热系数1.2W/〔m﹒℃〕,埋地深度1.6m.最高输送温度70℃,最低输送温度35℃.
1总论
1.1设计依据与原则
1.1.1设计依据
〔1〕国家的相关标准、行业的有关标准、规X；
〔2〕相似管道的设计经验；
〔3〕设计任务书.
1.1.2设计原则
〔1〕严格执行现行国家、行业的有关标准、规X.
〔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,保证工程项目的高水平、高效益,确保管道安全可靠,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
〔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达到有人监护、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,给以后实现视频传输、工业控制与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切断球阀,在SCADA中心控制室根据检漏分析的结果,确定管道泄漏位置,并可与时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球阀.
〔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其它有关基础数据
〔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：
=
〔4〕原油含水<0.5%；
〔5〕年输送天数：
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,确保输油干线长期安全、平稳运行.
3工程概况
某油田计划铺设一条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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
地温
5
6
7
8
9
11
12
13
12
10
8
7
4设计参数
4.1管道设计参数
最大运行压力7.5MPa,末站剩余压头60m,局部摩阻按1.2%,进站温度控制在39,最高输送温度70,最低输送温度35.
4.2原油物性
20相对密度0.867,50粘度9.6mPa.s,粘温指数0.038.
4.3其它参数
保温层采用黄夹克,厚度40mm,土壤导热系数1.2W/.
5工艺计算
5.1输量换算
管道周围的自然温度；
=；
平均温度为：
〔5-1〕
式中——平均温度,
——加热站的起点、终点温度,.
由公式〔5-1〕得：
温度系数为：
〔5-2〕
式中——温度系数,；
——温度为20时的油品密度,.
由公式〔5-2〕得：
46.7时原油的密度为：
〔5-3〕
式中——温度为46.7时的油品密度,；
——温度系数,；
——温度为20时的油品密度,；
T——油品温度,.
由公式〔5-3〕得：
〔〕
体积流量为：
〔5-4〕
式中——体积流量,或；
——年输量,；
T——年输油时间,按350天算.
由公式〔5-4〕得：
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,则管径为：
〔5-5〕
式中D——管道直径,m；
Q——体积流量,；
V——经济流速,.
由公式〔5-5〕得：
5.2.2选择管道壁厚
查规X,选规格为X60的管材,其最小屈服强度为415MPa,故其壁厚为：
〔5-6〕
式中——壁厚,；
P——设计压力〔取工作压力的1.15倍〕MPa;
D——管道外径,；；
——许用压力,MPa；=；
K——设计系数,取0.72；
——焊缝系数,取1
——钢管的最低屈服强度,X60钢取413MPa.
由公式〔5-6〕得：
查规X,选为方案一和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：
的标准管道
管道中的实际流速为：
〔5-7〕
式中d——管道内径,m；
Q——体积流量,；
——实际流速,.
选取泡沫塑料作为保温材料,查规X可知,第一层钢管壁的导热系数为,第二层保温层的导热系数为.查阅相关手册可知,保温材料厚度为40mm.而：
〔5-8〕
〔5-9〕
式中——单位长度的总传热系数,；
——油流至管内壁的放热系数,；
——管最外层至周围介质的放热系数,；
——第i层的厚度,m；
——第i层〔结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等〕导热系数,
——管内径,；
——第i层的外径,m；
——第i层的内径,m；
——最外层的管外径,m；
——管径,m；若,取外径；若,D取算数平均值；若,D取内径.
由公式〔5-9〕得：
管道最外层至周围介质的放热系数为：
〔5-10〕
式中——土壤导热系数,；
——管中心埋深,m；
——最外层的管外径,m.
由公式〔5-10〕得：
在紊流情况下,对总传热系数影响很小,可忽略不计.
由公式〔5-8〕得：
管道总传热系数为：
〔5-11〕
式中K——管道总传热系数,；
——单位长度的总传热系数,；
——管道内径,m.
由公式〔5-11〕得：
方案二：
的标准管道
管道中的实际流速为：
式中d——管道内径,m；
Q——体积流量,；
——实际流速,.
选取泡沫塑料作为保温材料,查规X可知,第一层钢管壁的导热系数为,第二层保温层的导热系数为.查阅相关手册可知,保温材料厚度为40mm.而：
〔5-8〕
〔5-9〕
式中——单位长度的总传热系数,；
——油流至管内壁的放热系数,；
——管最外层至周围介质的放热系数,；
——第i层的厚度,m；
——第i层〔结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等〕导热系数,
——管内径,；
——第i层的外径,m；
——第i层的内径,m；
——最外层的管外径,m；
——管径,m；若,取外径；若,D取算数平均值；若,D取内径.
由公式〔5-9〕得：
管道最外层至周围介质的放热系数为：
〔5-10〕
式中——土壤导热系数,；
——管中心埋深,m；
——最外层的管外径,m.
由公式〔5-10〕得：
在紊流情况下,对总传热系数影响很小,可忽略不计.
由公式〔5-8〕得：
管道总传热系数为：
〔5-11〕
式中K——管道总传热系数,；
——单位长度的总传热系数,；
——管道内径,m.
由公式〔5-11〕得：
5.3.2计算站间距
时原油的相对密度为：
〔5-12〕
式中——15时原油的相对密度；
——温度系数,；
——温度为20时的油品密度,.
由公式〔5-12〕得：
原油的比热容为：
〔5-13〕
式中——15时原油的相对密度；
——比热容,；
T——原油温度,.
由公式〔5-13〕得：
C
质量流量为：
<5-14>
式中——原油质量流量,；
——年输量,；
t——年输油时间,按350天算.
由公式〔5-14〕得：
加热站间距为：
〔5-15〕
式中——原油质量流量,；
K——管道总传热系数,；
——管道内径,m；
——加热站的出站温度,；
——管道周围的自然温度,；
——加热站的进站温度,；
——加热站间距,
方案一：
的标准管道
由公式〔5-15〕得：
加热站数：
〔5-16〕
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：
热负荷：
〔5-17〕
式中q——加热站的热负荷,kJ/s；
——加热站的效率；
——原油质量流量,；
——加热站的进站温度,；
——加热站的出站温度,.
——比热容,
由公式〔5-17〕得：
由于热站的热负荷较大,故需增加热站数,取n=2个.则热站间距为：
〔5-18〕
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〔5-18〕得：
计算出站温度
出站温度为：
〔5-19〕
式中——原油质量流量,；
——加热站的进站温度,；
——加热站的出站温度,.
——比热容,
——加热站间距,m；
K——管道总传热系数,；
——管道内径,m.
——管道周围的自然温度,；
由公式〔5-19〕得：
由公式〔5-17〕得热负荷为：
方案二：
的标准管道:
由公式〔5-15〕得：
加热站数：
〔5-16〕
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：
热负荷：
〔5-17〕
式中q——加热站的热负荷,kJ/s；
——加热站的效率；
——原油质量流量,；
——加热站的进站温度,；
——加热站的出站温度,.
——比热容,
由公式〔5-17〕得：
由于热站的热负荷较大,故需增加热站数,取n=2个.则热站间距为：
〔5-18〕
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〔5-18〕得：
计算出站温度
出站温度为：
〔5-19〕
式中——原油质量流量,；
——加热站的进站温度,；
——加热站的出站温度,.
——比热容,
——加热站间距,m；
K——管道总传热系数,；
——管道内径,m.
——管道周围的自然温度,；
由公式〔5-19〕得：
由公式〔5-17〕得热负荷为：
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：
的标准管道
由公式〔5-1〕得平均温度为：
由公式〔5-3〕得时原油的密度为：
〔〕
故平均温度下的运动粘度为：
〔5-20〕
式中——温度为平均温度、时油品的运动黏度,；
u——黏温指数,.
由公式〔5-20〕得：
方案二：
的标准管道
由公式〔5-1〕得平均温度为：
由公式〔5-3〕得时原油的密度为：
〔〕
故平均温度下的运动粘度为：
〔5-20〕
式中——温度为平均温度、时油品的运动黏度,；
u——黏温指数,.
由公式〔5-20〕得：
5.4.2判断流态
方案一：
的标准管道
雷诺数为：
〔5
升级会员 