2022年输油管道的初步设计 .pdf
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1、输油管道的初步设计前言 1 第 1 章 工艺设计说明书 2 1. 工程概况及设计原则 2 2. 设计原始数据 2 3. 基本设计参数的选取 5第 2 章 工艺设计计算书 8 1. 经济管径确实定 8 2. 热力计算 10 3. 水力计算 124. 反输计算 185. 主要设备选型 20第 3 章 工艺流程设计 221. 工艺流程设计 22 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 34 页2. 阴极保护计算 22 3. 方案的经济性分析 23 第 4 章 结论 31 参考文献 32 精选学习资料 - - - - - - - - -
2、 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文1 前 言毕业设计是本科学习的最后一个环节,也是较为重要的一个环节。 它要求将所学到的专业知识综合运用,以到达融会贯穿。 本次设计是进行输油管道的初步设计。 主要内容包括: 由经济流速确定经济管径, 然后由最小输量确定加热站数以及由最大输量确定泵站数,结合沿线特征进行加热站和泵站的布置,最后进行经济性计算,确定项目的内部收益率以及净现值等。本次设计在安家容老师的指导下完成。由于本人水平有限,缺乏现场知识,所以难免存在疏漏和错误之处,希望老师批评、指正。第一章工艺说明书精选学习资料 - -
3、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文2 1.工程概况及设计原则1. 1 工程概况输油管道全长 400km ,设计输油能力为280万 t/a 。全线地形起伏不大,无翻越点。管道选取L290 螺旋缝埋弧焊钢管,其最大允许承压为6.96Mpa。管道进行埋地铺设 , 其中心埋深为 1.6m。全线采用“从泵到泵” 的密闭输送方式和先炉后泵的工艺流程,共设四座热泵站含末站。首站和中间站设出站调节阀,自动调节各站的出站压力,并实施水击超前保护, 末站设减压装置。 为防止管线因腐蚀而发生破坏,各站设阴极保护站一座。
4、1. 2 设计原则本设计在满足安全生产及输量要求的前提下,力求满足以下原则:1在遵守国家设计相关标准的前提下,选择最优工艺运行方案。2在保证安全可靠的基础上,尽量采用新技术、新工艺,以节能降耗,提高经济效益。3输油站的工艺流程与所采用的输油方式相适应,且便于事故的处理与抢修。4注意保护环境,少占耕地,节约投资。5总体设计时,统筹兼顾,远近结合,以近期为主。2.设计原始数据2. 1 管道的设计输量1最大设计输量: 280 万 t/a 最小设计输量: 190 万 t/a 2运行期各年生产负荷各年输量与最大输量的比率如下表:3管道的设计压力为6.4Mpa 年份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5、 11 12 13 14 生产负荷 %70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文3 2. 2 沿线地形及管道特征1管道总长 400km 2沿线里程、高程里程km0 40 80 120 160 200 240 高程 m 2000 2195 2058 2005 2015 2025 2115 里程km280 320 360 400 高程 m 1998 1990 1978 1953 3管道中心
6、埋深: 1.6m 管中心埋深处年最低月平均低温:2管中心埋深处夏季月平均低温:20土壤导热系数 0.555w/m .保温层厚度: 35mm 保温层导热系数0.035w/m .2. 3 原油性质1密度:20=846kg/ m3含蜡量: 14.5% 胶质、沥青质含量: 7.71% 初馏点 :70 比热: 2.1kJ/kg 燃油热值:4.18410kJ/kg 凝点: 272在不同测量温度下的流变性:测温流变方程牛顿流体温度范围内的粘温方程27 643.0.5499.0243.229 641. 0.4955.031 769. 0.1847.033 890. 0.0685.035 .0256.0T030
7、9.0489.2lg40 .0179.045 .0141.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文4 50 .0116.0T0148.0809.1lg55 .0098.060 .0084.0注:表中的单位为Pa, .的单位为1/s ,的单位为mPa.s。2. 4 设备选型1常用加热炉的型号:814kw 、1745 kw、2326 kw、3489 kw、4625 kw、5815 kw 2有关输油泵特性参阅相关泵特性资料2. 5 经济评价参数1线路工程投资指标万元/km管径273.1
8、 323.9 355 457 559 不保温管60.4 77.4 85.6 106 140 保温层修正系数: 1.10 2输油站工程投资指标A万元 / 座 设计输量 240260万吨/ 年外输首站末站中间热泵站中间泵站中间热站2000 900 1300 900 700 输油站工程投资指标A万元 / 座 设计输量 300350万吨/ 年外输首站末站中间热泵站中间泵站中间热站2500 1000 1600 1100 800 3原油价格: 2000 元/吨电价 0.50 元/度运价 024元/吨.千米4 流动资金按管道存油的价值计算,流动资金的 30%为自有资金,70%为工商银行贷款,年利率为10.9
9、8%。5输油站人员编制首、末站各 40 人,中间热泵站25 人,中间热站或泵站15人;职工工资按每人 1500元/ 月计算,福利费按投资总额的14% 计算。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文5 6固定资产原值按总固定资产投资的85% 计算,管道折旧年限生产期取 1 年,综合折旧率取7.14%,残值为 0,修理费按折旧的30% 计算。7输油成本中的其他费用按工资总额与福利费之和的2 倍计算。8输油损耗按最大输量的0.35%计算。9营业税率取 3% ,城市建设维护税按营业税的7%
10、 计算,教育附加税按营业税的 3% 计算。10行业基准收益率为12% 。3.基本设计参数的选取3. 1 温度参数确定加热站的进、 出站温度时, 需要考虑三个方面的因素。 首先是油品的粘温特性和其他物理性质,其次是管道的停输时间、 热胀、和温度应力等安全因素,第三是经济比较,使总的能消耗用最低。 3.1.1 出站油温 TR 考虑到原油和重油中难免含水,故其加热温度一般不超过100 。由于站内设有“先炉后泵”流程,则其加热温度不应高于输送原油的初馏点,以免影响泵的吸入。另外,当温度高于凝点3040 以上时,粘度随温度的变化较小。更由于热含蜡原油管道常运行在水力光滑区,摩阻与粘度的0.25 次方成正
11、比,提高油温对摩阻的影响较小,而热损失却显著增大,故加热温度不宜过高。管道采用聚氨酯泡沫防腐保温层其适用范围为-60120 ,油温高低不会对其性质产生明显的影响。结合以上因素, 确定出站温度为 TR=60。3.1.2 进站油温 TZ 加热站的进站油温主要取决于经济比较,对于凝点较高的含蜡原油, 由于在凝点附近粘温曲线很陡,故其经济进站温度常略高于凝点35。由输送原油的粘温特性知,温度低于35时,粘度随温度变化很大,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文6 适当提高出站油温会使摩阻
12、大大降低,故综合考虑,确定进站油温为TZ=36。 3.1.3 周围介质温度 T0确实定对于埋地管线, 取管道埋深处的年最低月的平均低温作为设计地温,即取 T0=2。 3.1.4 根据输油管道工程设计标准规定, 我国长输管道平均温度计算采用加权平均温度: Tpj=31TR+32TZ。本设计中 Tpj=31TR+32TZ =3160+3236=44 。3. 2 原油密度任一温度下的密度由20时的油品密度确定:)(2020tt式中20,t:分别为温度为t和 20下的油品密度,kg/m3:温度系数,20001315.0825.1。3. 3 计算输量以设计任务书给出的最大输量作为工艺计算时的依据,任务书
13、给的是年设计输量 (410t/a)计算时,必须将其换算成计算温度下的体积流量Q m3/h或 m3/s 。考虑到管道维修及事故等因素,经过多年的实践证明, 一年给出15d 的富裕量,故计算时输油时间应按350d8400h计算,即: /h m840010GQ7或3600840010GQ7 m3/s 式中G:年任务质量流量,410t/a Q:体积流量, m3/h 或 m3/s :计算温度下的油品密度,kg/ m3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文7 精选学习资料 - - - - -
14、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文8 第二章工艺设计计算书1. 经济管径确实定1.1 基本参数确实定1.1.1 计算温度取出站油温 TR=60 进站油温 TZ=36则 Tpj=31TR+32TZ =3160+3236=441.1.2 油品密度已知 20时油品密度84620/3m则20001315.0825.1=1.825-0.001315 846=0.71251 32044/829)2044(71251.0846)20(mkgTpj1.1.3 油品粘度T=40时,smPa.91.1710400309.048
15、9.240T=40时,smPa.90.1310450148.0809.145线性插值得:T=44时,smPa.702.145490.1391.1791.1744sm /10735.1782910702.142634444441.2 经济管径的选取1.2.1 任务输量59.92360024350107Gqmkg/s 112. 036008400829102803600840010GQ7447m3/s 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文9 1.2.2 取经济流速为:v=1.80
16、 m/s 由vdQ241得:mmmvQd281281.080.1142.3112.044查API 标准钢管部分规格,确定管外径为 323.9mm 。1.2.3 计算壁厚1选用 L290螺旋缝埋弧焊钢管,其最低屈服强度为290Mpa 。由sK,其中 K=0.72,=1.0, 得:管道的许用应力为:=0.2 1.0 290=208.8Mpa 2管道的设计压力为6.4Mpa。由2minPD得:管道允许的最小壁厚为:mm96.48 .20829 .3234 .6min由于原油具有腐蚀性,故取1mm 的腐蚀裕量。查API 标准钢管部分规格,确定壁厚为 6.4mm 。故最终确定的经济管径为4 .69 .3
17、23。3计算管道最大承压MPaP96.69 .32314.68.20824反算流速smdQv/473.13111.0142.3112.04422461048.210735.173111.0473.1Revd3000Re5410, 故管道运行在水力光滑区。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文 10 2. 热力计算2.1 计算输量83.62360024350101907mqkg/s smQ/0758.082983.6232.2 计算热油管的总传热系数K 管外敷设保温层,且管道中心
18、埋深为1.6m。由公式 122ln222wtwtwtDhDhD得:式中t:土壤的导热系数,)./(555.0CmWtth:管道中心埋深mht6 .1mmmDw3939.09.3933529.3232= 13939.06.123939.06.12ln3939.0555.022=1.012)./(2CmW忽略油流至管内壁的对流换热系数以及管壁的导热系数则wwwDDDKD221ln2113939.0012.113239.03939.0ln035.02111885.0故4785.03939.01885.0K)./(CmW2.3 计算水力坡降管道运行在水力光滑区,故由列宾宗公式mmmdQi52得:精选学
19、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文 11 375.425. 0675.11048.43111.0)10735.17(0758.00246.0i2.4 确定加热站数由轴向温降公式bTTbTTZR00=ale得:式中a=6310488.4101.283.623939.0142.34785.0cqDKmwb=658.410488.4101 .28 .91048.4633caiqm加热站间距kmbTTbTTalZRR17.133658.4236658.4260ln10488.41ln16
20、00全线总长为 400km,故所需的加热站数为:333.133400RlLn即初步确定全线共设3 个加热站,且等间距布置。站间距Rl为:kmnLlR33.13334002.5 计算出站油温658.4236658.42)()(001alZRebTTbTT60361033.13310488.4e故取601RRTT,即出站油温为60。3. 水力计算3.1 计算最大输量下的出站油温RT11RT:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文 12 取600RT则44=3632+6031=T32
21、+T31=TzR0pj344/829mkgskgqm/59.92smQ/1116.082959.923smv/468.13111.0142.31116.042smPa.702.145490.1391.1791.1744sm /10735.1782910702.1426344461058.210735.173111.0468.1Revd3000Re5410, 故管道运行在水力光滑区。375. 425.0675. 110816.83111.0)10735.17(1116.00246.0i6310046.3101 .259.923939.0142.34785.0a51.1310046.3101.28
22、.910816.8633b故3 .4651.1323651.132361033.13310046.31eTR7.13603.4601RRTT,1RT与0RT相差较大。22RT39.4=3632+46.331=T32+T31=TzR1pj精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文 13 34.39/832)204.39(71251.0846mkgskgqm/59.92smQ/1113.083259.923smv/464.13111.0142.31113.042sPasmPa34.39
23、0309. 0489. 24.3910687.18687.1810sm /10460.2283210687.182634.394610028.210460.223111.0464.1Revd3000Re5410, 故管道运行在水力光滑区。375.425.0675.110308.93111.0)10460.22(1113.00246.0i6310046.3101 .259.923939.0142.34785.0a26.1410046.3101.28.910308.9633b故9.4526.1423626.142361033.13310046.31eTR4. 03.469 .4512RRTT1.0
24、故取9 .45RT,即最大输量下的出站油温为45.9。3. 2 基本参数确实定当9 .45RT,36ZT时:39.3=3632+45.931=T32+T31TZRpj精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 34 页中国石油大学远程网络教育本科毕业设计论文 14 33.39/832)203.39(71251.0846mkgskgqm/59.92smQ/1113.083259.923smv/464.13111.0142.31113.042sPasmPa33 .390309. 0489.23.3910820.18820.1810sm
25、 /10621.2283210820.182633.394610013.210621.223111.0464.1Revd3000Re5410, 故管道运行在水力光滑区。375. 425.0675. 110325.93111.0)10621.22(1113.00246.0i3. 3 选泵3.3.1 输油主泵考虑到输量要求hm /64.4003与管道承压MPa96.6,选择泵的型号为:D160-1206 型。其中 3 台并联, 1 台备用。根据型谱图,用最小二乘法回归出单级泵输送清水时的泵特性曲线为:75.146.532609.143QH由于输送介质为原油, 鉴于粘度对泵特性曲线的影响, 查美国水
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