某热油管道工艺设计课程设计Word格式.docx
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（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）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，地温资料见表2.2。
表2.1里程和高程表
里程，km
73
147
179
220
289
高程，m
270
120
227
160
260
表2.2管道经过地区的地温
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
地温℃
13
15
18
2.2管道设计参数
输送压力6.5MPa,末站剩余压头70m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，粘温指数0.038，进站温度控制在36℃。
最高输送温度68℃，最低输送温度34℃。
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
初馏点，℃
凝固点，℃
粘度，50℃，mPa.s
36.87
5.78
852.8
69
29.5
8.2
2.4设计输量
油田初期产量油240万吨/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/（m﹒℃），埋地深度1.7m。
3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。
（3.1）
式中——加热站的起点，终点温度，℃。
假设℃，℃，将数据代入式（3.1）得：
℃
3.2.2油品密度
当温度在0～50℃的范围内，原油不同温度下的密度由式（3.2）计算：
（3.2）
式中——为℃时油品的相对密度；
——温度为20℃时油品的相对密度；
——油品的温度体积校正系数，1/℃。
相对密度在0.8500~0.8599，取0.000699。
液体受压后体积变化很小，通常压力对液体油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Kg/m3代入式（3.2）得：
3.2.3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。
（3.3）
式中G——年任务质量输量，；
Q——体积流量，；
——油品平均温度的密度，。
将kg/m3代入式（3.3）得：
m3/s
将一期流量G=240代入式（3.3）得：
m3/s
3.2.4油品黏度
（3.4）
50℃时，油品的相对密度由式（3.2）计算：
将，代入式（3.4），得：
m2/s
不同温度下油品粘度由式（3.5）油品粘温指数公式计算：
（3.5）
式中——温度为时油品的运动黏度，m2/s；
——黏温指数，1/℃。
将m2/s，代入式（3.5）中可得46℃下的平均粘度。
m2/s
3.2.5管道内径
管道内径可按式（3.6）计算：
（3.6）
式中Q——体积流量，；
——经济流速，。
经济流速取值范围是1~2m/s之间。
假设=1.6m/s。
将m3/s，假设经济流速m/s代入式（3.6）得：
3.2.6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）
式中——壁厚，m；
P——管线设计的工作压力，；
D——管线外径，m；
——输油管道的许用应力，。
输油管道的许用应力按式（3.8）计算。
（3.8）
式中——焊缝系数，见表3.1；
——钢管的最低屈服强度，按表3.1的规定取值。
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（MPa）
焊缝系数
备注
《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-1999
Q295
295（>
16mm为285）
1.0
为钢管的公称壁厚
Q345
16mm为315）
20
245（>
16mm为235）
《石油天然气工业输送钢管交货条件第1部分：
A级钢管》GB/T9711.1-1997
L175（A25）
175（172）
B级钢管的质量和试验要求高于A级钢管
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）
L555（X80）
555（551）
《石油天然气工业输送钢管交货条件第2部分：
B级钢管》GB/T9711.2-1999
L245NB
L245MB
245～440*
L290NB
L290MB
290～440*
L360NB
L360QB
L360MB
360～510*
L415NB
L415QB
L415MB
415～565*
L450QB
L450MB
450～570*
L485QB
L485MB
485～605*
L555QB
L555MB
555～675*
选用最低屈服强度为的Q345钢。
将，代入式（3.8）中得：
由计算内径339mm，选取管径为的无缝钢管。
计算壁厚是否符合要求，将，，
代入式（3.7）得：
管子壁厚符合压力要求，所以选取管子为的无缝钢管。
3.2.7验证经济流速
根据选择管道，内径：
将d=337mm，Q=0.1446m3/s代入式（3.6）得：
+
经济流速满足在1~2m/s之间，所以选择的管道符合要求。
3.3热力计算
3.3.1确定流态
（3.9）
（3.10）
式中——雷诺数；
——临界雷诺数；
——管壁的绝对粗糙度，《输油管道设计规范》推荐了e的取值，无缝钢管取0.06mm。
由于，所以油品在管道的流态是紊流水力光滑区。
3.3.2总传热系数
保温材料选取硬质聚氨酯泡沫塑料，其多为闭孔结构，具有绝热效果好、重量轻、比强度大、施工方便等优良特性，同时还具有隔音、防震、电绝缘、耐热、耐寒、耐溶剂等特点，常用于工业设备的保温，如储罐和管道等。
第一层低合金钢管管壁，16Mn是低合金高强度结构钢，是一个旧的牌号，旧的国标号是GB/T1591-1988。
在新国标GB/T1591-1994中，16Mn对应的是Q345，它的热导系数为56。
第二层为黄夹克保温层，其厚度为40mm，导热系数为0.035。
材料。
第三层为沥青防腐层，按SY/T0420-97《埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准》可查防腐层结构如表3.3，其导热系数为0.15，选用加强级，防腐层厚度取为6mm。
表3.3石油沥青防腐层结构
防腐等级
普通级
加强级
特加强级
防腐层总厚度
≥4
≥5.5
≥7
防腐层结构
三油三布
四油四布
五油五布
防
腐
层
数
底漆一层
石油沥青厚≥1.5mm
玻璃布一层
石油沥青厚1.0～1.5mm
外保护层
（1）当量长度的总传热系数
（3.11）
（2）总传热系数
（3.12）
式中d——管内径，m；
——第i层的外径，m；
——第i层的内径，m；
——第i层（钢管层、保温层、防腐绝缘层）的导热系数，；
——最外层的管外径，m；
D——管径，m。
若，D取外径；
若，D取算数平均值；
若，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，通常情况下大都大于。
因此在紊流情况下，对总传热系数的影响很小，可忽略不计，而在层留
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