道输送工艺课程设计某热油管道工艺设计doc
道输送工艺课程设计某热油管道工艺设计,天然气管道输送技术,带式输送机课程设计,燃气输送管道,工艺美术专业课程,化学工程与工艺课程,链式输送机课程设计,工艺管道,铸造工艺课程设计,包装工艺学课程设计,工艺管道安装规范
道输送工艺课程设计--某热油管道工艺设计 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:油气储运10-3班 学生姓名:学号: 设计地点(单位)石油与天然气工程学院 设计题目:某热油管道工艺设计完成日期:2013年12月27日 指导教师评语: 成绩(五级记分制):指导教师(签字):摘要本设计根据课程设计 任务书的设计的基本要求并根据《管道输送工艺课程设计》任务书,《输油管道工程设 计规范》,《石油库设计规范》,《工程管道安装手册》,《输油管道设计与管理》, 《油气地面工程设计手册》,《石油专用管》等相关设计手册及规范进行设计。 分别对输油管线所采用输送方式,管道规格及选材,热泵站的位置,加热设备的选 型,泵机组的选型及泵站、热站的布置位置,校核动静水压,计算最小输量,反输工 艺参数确定进行设计并进行校验。 关键词:热油管道工艺设计 目录摘要I 1绪论1 2工艺设计说明书1 2.1工程概况2 2.1.1线 2.2基本信息参数的选取2 2.2.1设计依据2 2.2.2设计原则2 2.2.3原始数据3 2.2.4温度参数的选择4 2.3其他参数的选择4 2.3.1工作日5 2.3.2油品密度5 2.3.3粘温方程5 2.3.4总传热系数K5 2.3.5摩阻计算5 2.3.6最优管径的选择5 2.4工艺计算说明6 2.4.1概述6 2.5确定加热站及泵站数6 2.5.1热力计算6 2.5.2水力计算7 2.5.3站址确定8 2.6校核计算说明9 2.6.1热力、水力校核9 2.6.2进出站温度校核9 2.6.3进出站压力校核9 2.6.4压力越站校核9 2.6.5热力越站校核9 2.6.6动、静水压力校核9 2.6.7反输运行参数的确定10 2.7站内工艺流程的设计10 2.8主要设备的选择11 2.8.1输油泵的选择11 2.8.2加热炉的选择11 2.8.3首末站罐容的选择12 2.8.4阀门12 3工艺设计计算书13 3.1经济管径13 3.1.1经济流速13 3.1.2确定管道承压14 3.2热力计算与确定热站数14 3.2.1确定计算用各参数14 3.2.2确定流态14 3.2.4最小输量下确定热站数16 3.3水力计算与确定泵站数18 3.3.1迭代算出站油温18 3.3.2判断翻越点19 3.3.3选泵确定泵站数19 3.3.4确定站址20 3.4不同输量下的布站方案21 3.4.1最小输量时布站方案21 3.4.2最大输量时布站方案21 3.5各站运行参数23 3.6反输计算24 3.6.1反输量的确定24 3.6.2反输泵的选择24 3.7设备选取25 3.7.1输油站储罐总容量25 3.7.2输油主泵的选择25 3.7.3给油泵选择25 3.7.4加热炉选取25 3.7.5电动机选择26 4结论27 参考文献28 1绪论长输管道设计是对油气储运专业本科综合素养和能力的一次重要培 养与锻炼,也是对其专业相关知识学习的一次综合考验。本设计主要内容有:由经济 流速确定经济管径,确定所使用管材,由最小输量确定其热站数,最大输量确定其 泵站数,并计算各个输量下的运行参数,校核动静水压等等。此设计管材采用X70 钢管;采用加热密闭式输送流程,先炉后泵的工艺,充分的利用设备,全线输油主泵 和给油泵均采用并联方式,加热炉采用直接加热的方法。设计主要内容有:确定 经济管径、站址确定、调整及工况校核、设备选型、反输计算、站内工艺流程设 计和开炉开泵方案;在此次课程设计中使自己不但系统了学习了以前的知识,还 有了对管输设计更深刻的理解。 2工艺设计说明书 2.1工程概况 2.1.1线路基本概况 本设计依据某油田真实的情况,由工建情况,结合人文地理环境等方面通过综 合分析确定线km,管线经过区域地势起伏较大。管线设计 为密闭输送,能够长期连续稳定运行,输送油品手外界环境恶劣气候的影响小,无 噪音,油气损耗少,且对环境污染小,能耗少,运费较低。 2.1.2输油站主要工程建设项目本管线万吨/年,考虑 沿线的地理情况,贯彻节约占地、保护自然环境和相关法律和法规,本着尽可能的避免将站址 布置在海拔较高地区和远离城市的人口稀少地区,以方便职工生活,并本着“热泵 合一”的原则,兼顾地区的布站方针,采用方案如下:设立热泵站四座,即首站和三 座中间站,均匀布站。 本次设计中管道采用可减少蒸发损耗,流程简单,固定资产投资少,可全部利 用剩余压力便于最优运行的密闭输送方式,并采用“先炉后泵”的工艺方案。选 用直接加热式加热炉。 鉴于传统的采用加热盘管对罐内油品加热的方法存在种种弊端,本次设 计将热油循环工艺也包括在内,而且设有专用泵和专用炉,同时该泵和炉还可分 别作为给油泵的备用泵和来油的加热炉,充足表现了一泵两用,一炉两用的方针。 2.1.3管道设计本设计中选择的管道为外径φ660,壁厚10.0mm,管材为 X70的管道。由于输量较大,且沿线地温较高,故从经济上分析,本管道不采用保 温层。 2.2基本信息参数的选取2.2.1设计按照《管道输送工艺课程设计》任务书 中国石油大学储运教研室《输油管道工程设计规范》GB50253?2003《石油库 设计规范》GBJ74《工程管道安装手册》中国石化出版社《输油管道设计 与管理》中国石油大学出版社其它有关法规及技术文件2.2.2设计原则1 设计中贯彻国家相关政策,积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料,做到技术 先进、经济合理、安全使用、确保质量;2保护自然环境,降低能耗,节约土地;处理 好与铁路、公路、空运、水路间的相互关系,在满足管线设计的基本要求的前提下,充分 利用管线的承压能力以减少不必要的损耗;3积极采用先进技术、合理吸取国 内外新的科技成果。管线线路选择应根据沿线的气象、水文、地形、地质、地震 等自然条件和交通、电力、水利、工矿企业、城市建设等的现状与发展规划,在 施工便利和运行安全的前提下,通过综合分析和技术比较确定;4 采用地下埋设 方式。受自然条件的限制时,局部地段可采用土堤埋设或地上敷设。 5 充分的利用 地形条件,兼顾热力站、泵站的布置,本着“热泵合一”的原则,尽量减少土地占 用。 2.2.3 原始数据 1 最大设计输量为1500 万吨/年; 生产期生产负荷(各年输量与最大输量的比率)见下表2-1: 年1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 生产负荷(%) 60 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 60 表 2-1 生产期生产负荷表 2 年最低月平均温度3C; 3 管道中心埋深1.8m; 4 土壤导热系数1.8w/mC; 5 沥青防腐层导热系数0.18w/(mC; 6 原油物性 ①20℃的密度880kg/m; ②初馏点80℃; ③反常点20℃; ④凝固点22℃; ⑤比热2.1kJ/kgC; ⑥燃油热值4.1×10kJ/kg。 7 粘 温 关 系 : 35~43 ℃ lg μ 2.86924-0.026477137T43~65 ℃ lg μ 2.594060-0.02004657T 8 行压力9.0MPa,热站和泵站压力损失分别为10m,热泵 站为 30m,进站压头为 80m,末站剩余压头 60m。 9 沿程里程、高程(管道全程 350km)数据见表2-2: 表2-2 管道纵断面数据 里程(km) 0 46.0 107.9 153.0 203.0 232.9 297.7 350.0 高程(m) 30 50 80 40 20 5850 58 2.2.4 温度参数的选择 1 出 站油温 考虑到原油中不可避免的含水,故加热温度不宜高于 100℃,以防止发 生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式,则加热温度不应高于初馏点,以免影响 泵的吸入。另外,管道采用沥青防腐绝缘层,其输油温度不能超过沥青的耐热程 度。而且,考虑到管道的热变形等因素,加热温度也不宜太高。 综上考虑,初步确定出站温度 T60℃。 2 进站油温 加热站进站油温的确 定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固点。由于含蜡原油的粘温特性及凝点都会随 热处理条件不同而不同,故应考虑最优热处理条件及经济比较来选择进出站温 度。 综合考虑,借鉴经验数据,初步设计进站温度T35℃。 3 平均温度 当管路 的流态在紊流光滑区时,可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。计算平均 温度可采用下式: 2-1 式中:?平均油温,℃; 、?加热站的出站、进站温度,℃。 2.3 其他参数的选择 2.3.1 工作日 年工作天数350 天。 2.3.2 油品密 度 根据20℃时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度: 2-2 式中:?分别 为温度为 ℃和 20 ℃下的密度; ζ ? 温度系数,; 2.3.3 粘温方程? μ 2.362-0.0153T2-3 2.3.4 总传热系数K 管道传热由: 1 管壁、沥青防腐层的热传导 2 管外壁周围土壤的传热2-4 2-5 式中:λ i?导热系数,w/mC; λ t?土壤导热系数,w/mC; α 1?油流至管内 壁的放热系数,w/(m2C; α 2?管壁至土壤放热系数,w/(m2C; ht?管中心埋 深,1.8m; Dw?管道最外围的直径,m; Dw?管道最外围的直径,m。 2.3.5 摩阻计 算当管路的流态在紊流光滑区时,可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。 管道设计参数:1 热站、泵站间压头损失10m;2 热泵站内压头损失30m;3 年 输送天数为 350 天;4 首站进站压力 80m。 2.3.6 最优管径的选择 在规定输 量下,若选用较大的管径,可降低输送压力,减少泵站数,从而减少了泵站的建设 费用,降低了输油的动力消耗,但同时也增加了管路的建设费用。根据目前国内加 热输油管道的实际经验,热油管道的经济流速在1.5~2.0m/s 范围内。经过 计算,最终选定为外管径26 英寸,壁厚10.0mm。 2.4 工艺计算说明 2.4.1 概述 对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送, 如果直接在环境温度下输送,则油品粘度大,阻力大,管道沿途摩阻损失大,导致 了管道压降大,动力费用高,运行不经济,且在冬季极易凝管,发生事故,所以在油 品进入管道前必须采取降凝降粘措施。目前国内外很多采用加入降凝剂或给油品 加热的办法,使油品温度升高,粘度降低,从而达到输送目的。本管线设计采用加 热的办法,降低油品的粘度,减少摩阻损失,从而减少管道压降,节约动力消耗,但 也增加了热能消耗以及加热设备的费用。热油管道不同于等温输送,它存在摩阻 损失和热能损失两种能量损失,而且这两种损失相互影响,摩阻损失的大小决定 了油品的粘度,而粘度大小又取决于输送温度的高低,管子的散热损失往往占能 量损失的主导地位。热油沿管路流动时,温度不断降低,粘度不断增大,水力坡降 也不断变化。计算热油管道的摩阻时,必须考虑管路沿线的温降情况及油品的粘 温特性。因此设计管路时,必须先进行热力计算,然后进行水力计算,此外,热油管 的摩阻损失应按一个加热站间距来计算。全线摩阻为各站间摩阻和。 2.5 确定加热站及泵站数 2.5.1 热力计算 埋地不保温管线的散热传递 过程是由三部分组成的,即油流至管壁的放热,沥青绝缘层的热传导和管外壁至 周围土壤的传热,由于本设计中所输介质的要求不高,而且管径和输量较大,油流 到管壁的温降比较小,故管壁到油流的散热可以忽略不计。而总传热系数主要取 决于管外壁至土壤的放热系数,值在紊流状态下对传热系数值的影响可忽略。 计算中周围介质的温度取最冷月土壤的平均温度,以加权平均温度作为油品 的物性计算温度。由于设计流量较大,据经验,将进站温度取为 T30℃,出站温度 取为T60℃。在最小输量下求得加热站数。 1 流态判断 : 2-62-7 2-8 式中: ν ?运动粘度; Q? 流量,m3/s;d? 内径,m; e? 管内壁绝对粗糙度,m 。 经计算 3000?Remin?Re?Re1,所以各流量下流态均处于水力光滑区 2 加热站数确定由 最小输量进行热力计算确定加热站数加热站间距LR 的确定 LR? 2-9 式中:, b, T0?管道埋深处年最低月平均地温, 取 3℃; G?原油的质量流量,?/s; C?油品 比热,kJ/(kg?℃); i?水力坡降。 加热站数 NR 经计算,需要设4 个加热站。 2.5.2 水力计算 最大输量下求泵站数, 首先反算出站油温,经过计算,确定出站油温为 40℃。由粘温关系得出粘度等数 据,为以后计算打好基础。 为了便于计算和校核,本设计中将局部摩阻归入一个加热站的站内摩阻,而 忽略了站外管道的局部摩阻损失。 1 确定出站油温 不能忽略摩擦热的影响, 用迭代法计算最大输量下的出站油温TR TRT0+b+TZ-T0-beal 2-10 iβ 2-11 式中: β 、m?由流态确定,水力光滑区:m0.25,β 0.0246; Q?体积流量,m3/s。 2 管道沿程摩阻 H 总iL+△Z+∑hj2-12 式中:△Z?起终点高差,m; ∑hj?局部压头损失,m 3 判断有无翻越点 经判断,全程无翻越点。 4 泵的选型及泵站数的确定 因为流量较大, 沿线地势较平坦,且从经济角度考虑并联效率高,便于自动控制优化运行,所以选 用串联方式泵。 选型并根据设计任务书中的已知条件,20×20×19HSB H322-6.9824×10-5Q1.75 计算管道承压确定站内泵的个数: 管道承压 P 确定站 内泵的个数:n 确定泵站书:Np 2-13 经计算,需要设4 个泵站 2.5.3 站址确定 根据地形的实际情况,本着热泵合一的原则,进行站址的调整。确定站址, 除根据工艺设计要求外,还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电 和交通运输等条件,并结合施工、生产、环境保护,以及职工生活等方面综合考虑, 当热站数和泵站数合一后,既要考虑满足最大输量下压能的要求,又要考虑最小 输量下的热能要求,应满足: 1 进站油温为 35℃; 2 根据进站油温反算出的出 站油温应低于管道允许的最高出站油温; 3 进站压力应满足泵的吸入性能; 4 出站压力不超过管线承压能力。 最终确定站址如下表2-4: 表2-4 布站情况表 站号 1 2 3 4 5 站类型 热泵站 热泵站 热泵站 热泵站 末站 里程(km) 0 87.5 175 262.5 350.0 高程m 30 77.2 34.5 54 58 2.6 校核计算说明 2.6.1 热力、水力校核 由于对站址的综合考虑,使热 站、泵站的站址均有所改变,因此必须进行热力、水力校核。求得站址改变后的 进出站温度、压力,以确保管线 进出站温度校核 不同输 量下由进站油温反算出站油温,所得油温符合要求(低于初馏点等)即可。 2.6.3 进出站压力校核 不同输量下,利用反算出的出站油温,得出水力坡降,近而得出 进出站压力,出站压力满足摩阻等要求。 各站进站压力只要满足泵的吸入性能要求,出站压力均不超过最大承压,出 站温度低于最高出站温度,就可以合格。 2.6.4 压力越站校核 当输油主泵不 可避免地遇到断电、事故或检修时,或由于夏季地温升高,沿程散热减小,从而导 致沿程摩阻减小,为了节约动力费用,可以进行中间站的压力越站,以充分利用有 效的能量。从纵断面图上判定压力越站最困难的站,并对其的进出站压力进行确 定以满足要求,对于压力越站而言,其所具有的困难主要是地形起伏的影响及加 热站间距的影响。压力越站的计算目的是计算出压力越站时需要的最小输量,并 根据此输量计算越站时所需压力,并校核其是否超压。 2.6.5 热力越站校核 当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时,或由于夏季地温升高,沿程散热 减小 2.6.6 动、静水压力校核 1 动水压力校核 动水压力是指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力,即管道纵断面线与水 力坡降线之间的垂直高度,动水压力的变化不仅取决于地形的变化,而且与管道 的水力坡降和泵站的运行情况有关,从纵断面图上可以看出,动水压力满足输送 要求。 2 静水压力校核 静水压力是指油流停止流动后,由地形高差产生的静液柱压力,由纵断面图 可知静水 压力也满足输送要求。 2.6.7 反输运行参数的确定 当油田来油不足时, 由于流量小,温降快导致进站油温过低或者由于停输等原因,甚至出现凝管现象, 需进行反输。由于反输是非正常工况,浪费能量,故要求反输量越小越好。本设计 取管线可能的最小输量为反输输量。由具体计算可知,可以满足反输条件。经过 一系列的校核,选择的站址满足要求。 2.7 站内工艺流程的设计 输油站的工艺流程是指油品在站内的流动过程, 实际上是由站内管道、器件、阀门所组成的,并与其他输油设备相连的输油系统。 该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站的性质和所能承担的任务。 制定和规划工艺流程要考虑以下的要求: 1 满足输送工艺及生产环节的要 求。输油站的主要操作包括:①来油与计量;②正输;③反输;④越站输送,包括全 越站、压力越站、热力越站;⑤收发清管器;⑥站内循环或倒罐;⑦停输再启动。 2 便于事故处理和维修。 3 使用先进技术及设备,提高输油水平。 4 流程尽量 简单,尽可能少用阀门、管件,力求减少管道及其长度,充分发挥设备性能,节约投 资,减少经营费用 输油站工艺流程:1 首站 接受来油、计量、站内循环或倒罐,正输、向来油处反输、加热、收发清管 器等操作。 2 中间站 正输、反输,越站,收发清管器。 3 末站 接受来油,正输、反输,收发清管器,站内循环,外输,倒罐等操作。 流程简 介: 1 来油计量来油?计量?阀组 2 站内循环及倒罐罐?阀组?泵?加热炉?阀组? 罐 3 正输(首站)上站来油?阀组?给油泵?加热炉?主输泵?下站 4 反输下站来 油?阀组?给油泵?加热炉?主输泵?上站 5 压力越站 来油?阀组?加热炉?下站 2.8 主要设备的选择 2.8.1 输油泵的选择选泵原则: 1 为便于维修和管 理,尽量选取同系列泵; 2 尽量满足防爆、防腐或露天安装使用地要求; 3 为 保证工作稳定,持续性好,满足密闭输送要求,选用大排量的离心泵,配用效率高 的电动机为原动机。 1 输油主泵 选泵原则: ① 满足管线输量要求,使泵在各输量下均在高效区工作。 ② 充分的利用管线承压能力,减少泵站数,降低工程造价。 故所选输油主泵为:202019HSB 额定流量为 2850m3/h2 给油泵 选泵 原则:大排量、低扬程、高效率 故所选输油主泵为:20×20×19HSB 3 反输泵:管道在以下两种情况下需要 反输: ① 输量不足,需要正反输交替来活动管道以防止凝管。 ② 出现事故工况 时进行反输,如末站着火。 主要考虑资源利用问题所以选用输油主泵充当。经 计算满足要求。 2.8.2 加热炉的选择 选炉原则: 1 应满足加热站的热负荷要求,炉效高; 2 为便于检修,各站宜选用两 台以上加热炉。 加热站的热负荷由下面的公式计算: QGcTR-TZ (2-16) 式中:Q?加热站的热负荷,kw; G?油品流量,m3/h; c? 油 品 比 热 ,kJ/kg ℃ 。 提 供 的 加 热 炉 型 号 如 下 : 800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw 2.8.3 首末站罐容的选择(2-17) 式中:m??年原油输转量,kg; V??所需罐容,m; ρ -?? 储油温度下原油密度,kg/m; ε ??利用系数,浮顶罐 0.9; T??原油储备天数,首 站3 天,末站5 天。 2.8.4 阀门 根据规范及各种阀门的用途,站内选用的阀门 类型如下: 1 油罐上的阀门用手动闸阀 2 泵入口用手动闸阀 3 串联泵出口用闸 阀 4 出站处设调节阀阀组 5 为防止泵出口管线超压,泵出口管线 热泵站设低压泄压阀 7 清管器收发球筒与站间管线连接用球阀 阀门规格 的选用: 1 阀门的公称直径应与管线 阀门的公称压力应大于 阀门安装处的压力。3 工艺设计计算书3.1 经济管径 3-1 式中:d---经济管径(m) Q---质量流量(kg/s) v--- 经济流速(m/s) ---原油密度(kg/m)选定: 进站油温T35C 出站油温T60C T(60+2×35)42.67C 880-0.68142.67-20864.56kg/m QG/496.03/864.560.570m/s 3.1.1 经济流速 含蜡原油经济流速 在1.5m/s~2.0 m/s 之间 当v1.5m/s 时: d694mm 当v2.0m/s 时: d603mm 选择管径的范围为603mm 和694mm 之间。 选管:由国产钢管 部分规格初步选定钢管,取D660mm δ 10.0mm d640mm 式中: ?管道外径;?管子壁厚; ?管道内径。 反算 经济流速 v1.77m/s 经济流速在1.5m/s~2.0m/s 之间,故所选管径符合标准要求 3.1.2 确定管道承压 管道材料选定为X70 钢 3-2 其中: K 所以p22×0.006×176.4/0.2199.666Mpa 1140 米油柱,此为管道最大承压 3.2 热力计算与确定热站数 3.2.1 确定计算用各参数 粘温关系:35~43 ℃ lg μ 2.86924-0.026477137T 43~65 ℃ lg μ 2.594060-0.02004657T 3.2.2 确定流态 属水力光滑区 计算如下: 雷诺数: 35~43℃ 时: 43~65℃ 时: 因此,属水力光滑区,β 0.0246,m0.25 水利坡降: m/m3.2.3 总传热系数的确定 3-3 其中,管外壁至大气放热系数: 3-4 紊流时管内放热系数α 对K 影响很小,可忽略。 土壤导热系数: λ 1.8w/mC 管中心埋深 : h1.8m 沥 青防腐层一般 6mm~9mm, 这里取 6mm 即沥青防腐层:厚度δ 6mm,导热系数λ 0.18w/mC 计算如下: 确定总传热系数: 1.88 k1.75w/mC 3.2.4 最小输量下确定热站数 站间距: 3-5 式中: 热 站 数 : 平 均 站 间 距 : 热 力 布 站 及 校 核 初 步 在 0km,87.5km,175km,262.5km 反 算 出 站 油 温 :T55.8 ℃ T35 ℃ 则 根 据 得:880-0.68142.67-20864.56kg/m 该温度下流量:Q0.345 m/s 因为:
