1、管道輸送工藝設計設計內容及要求某油田計劃鋪設一條180公里、年輸量為300萬噸的熱油管道，管線經過區域地勢平坦。設計要求：1）采用的輸送方式；2）管道規格；3）泵站位置；4）選用泵機組的型號，包括泵運行的方式、原動機的種類和型號；5）至少采用兩種設計方案，并進行經濟比較；6）計算最小輸量。設計參數地溫資料：月份123456789101112地溫56789111213121087最大運行壓力7.0MPa，末站剩余壓頭60m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%計，20相對密度0.867，50粘度9.6mPa.s。粘溫指數0.038。進站溫度控制在39。土壤導熱系數1.2W/（m），埋地深度1.6m。最高

2、輸送溫度70，最低輸送溫度35。目錄1 總論21.1 設計依據及原則21.1.1 設計依據21.1.2 設計原則21.2 總體技術水平22 輸油工藝32.1 主要工藝參數32.1.1 設計輸量32.1.2 其它有關基礎數據32.2 主要工藝技術33 工程概況34 設計參數34.1 管道設計參數34.2 原油物性34.3 其它參數45 工藝計算45.1 輸量換算45.2 管徑規格選擇55.2.1 選擇管徑55.2.2 選擇管道壁厚55.3 熱力計算65.3.1 計算K值65.3.2 計算站間距95.4 水力計算145.4.1 計算輸油平均溫度下的原油運動粘度145.4.2 判斷流態155.4.3

3、 計算摩阻166 設備選型176.1 設備選型計算176.1.1 泵的選型176.1.2 原動機的選型186.1.3 加熱設備選型186.2 站場布置197 最小輸量218 設計結果229 動態技術經濟比較（凈現值法）24參考文獻251 總論1.1 設計依據及原則1.1.1 設計依據（1）國家的相關標準、行業的有關標準、規范；（2）相似管道的設計經驗；（3）設計任務書。1.1.2 設計原則（1）嚴格執行現行國家、行業的有關標準、規范。（2） 采用先進、實用、可靠的新工藝、新技術、新設備、新材料，建立新的管理體制，保證工程項目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長期平穩運行。（3）節約用地，不占

4、或少占良田，合理布站，站線結合。站場的布置要與油區內各區塊發展緊密結合。（4） 在保證管線通信可靠的基礎上，進一步優化通信網絡結構，降低工程投資。提高自控水平，實現主要安全性保護設施遠程操作。（5）以經濟效益為中心，充分合理利用資金，減少風險投資，力爭節約基建投資，提高經濟效益。1.2 總體技術水平（1）采用高壓長距離全密閉輸送工藝。（2）采用原油變頻調速工藝。 （3）輸油管線采用先進的SCADA系統，使各站場主生產系統達到有人監護、自動控制的管理水平。既保證了正常工況時管道的平穩、高效運行，也保證了管道在異常工況時的超前保護，使故障損失降低到最小。（4）采用電路傳輸容量大的光纖通信。給全線實

5、現SCADA數據傳輸帶來可靠的傳輸通道，給以后實現視頻傳輸、工業控制及多功能信息處理提供了可能。（5）在線路截斷閥室設置電動緊急切斷球閥，在SCADA中心控制室根據檢漏分析的結果，確定管道泄漏位置，并可及時關閉相應泄漏段的電動緊急切斷球閥。（6）站場配套自成系統。（7）采用固化時間短、防腐性能優異的環氧粉末作為管道外防腐層。2 輸油工藝2.1 主要工藝參數2.1.1 設計輸量 年輸量為3000萬噸2.1.2 其它有關基礎數據（1) 保溫層(泡沫塑料)40mm；（2）管道埋地深1.6m；（3）管道埋深處平均地溫：=（4）原油含水< 0.5%；（5）年輸送天數：350天。2.2 主要工藝技術

6、輸油干線擬采用密閉輸油方式。輸油管道首站設置出站超高壓保護裝置，中間站設變頻器控制各進干線的壓力，確保輸油干線長期安全、平穩運行。3 工程概況某油田計劃鋪設一條180公里、年輸量為300萬噸的熱油管道，管線經過區域地勢平坦。表3-1地溫資料：月 份123456789101112地溫567891112131210874 設計參數4.1 管道設計參數最大運行壓力7.5MPa,末站剩余壓頭60m，局部摩阻按1.2%，進站溫度控制在39，最高輸送溫度70，最低輸送溫度35。4.2 原油物性20相對密度0.867，50粘度9.6mPa.s，粘溫指數0.038。4.3 其它參數保溫層采用黃夾克，厚度40m

7、m，土壤導熱系數1.2W/(m. )。 5 工藝計算5.1 輸量換算管道周圍的自然溫度；=；平均溫度為： （5-1）式中 平均溫度，加熱站的起點、終點溫度，。由公式（5-1）得：溫度系數為： （5-2）式中 溫度系數，； 溫度為20時的油品密度，。由公式（5-2）得：46.7時原油的密度為： （5-3）式中 溫度為46.7時的油品密度，； 溫度系數，； 溫度為20時的油品密度，； T油品溫度，。由公式（5-3）得：（）體積流量為： （5-4）式中 體積流量，或； 年輸量，； T年輸油時間，按350天算。由公式（5-4）得：5.2 管徑規格選擇5.2.1 選擇管徑取經濟流速為V=2.0m/s,則

8、管徑為： （5-5）式中 D管道直徑，m； Q體積流量，； V經濟流速，。由公式（5-5）得：5.2.2 選擇管道壁厚查規范，選規格為X60的管材，其最小屈服強度為415MPa,故其壁厚為： （5-6）式中 壁厚，； P設計壓力（取工作壓力的1.15倍）MPa; D管道外徑，； 許用壓力，MPa；=； K設計系數，取0.72； 焊縫系數，取1 鋼管的最低屈服強度，X60鋼取413MPa。由公式（5-6）得：查規范，選為方案一和為方案二的標準管道。5.3 熱力計算5.3.1 計算K值方案一：的標準管道管道中的實際流速為： （5-7）式中 d管道內徑，m；Q體積流量，；實際流速，。選取泡沫塑料作為

9、保溫材料，查規范可知，第一層鋼管壁的導熱系數為，第二層保溫層的導熱系數為。查閱相關手冊可知，保溫材料厚度為40mm。而： （5-8） （5-9）式中 單位長度的總傳熱系數，； 油流至管內壁的放熱系數，； 管最外層至周圍介質的放熱系數，； 第i層的厚度，m； 第i層（結蠟層、鋼管壁、防腐絕緣層等）導熱系數， 管內徑，； 第i層的外徑，m； 第i層的內徑，m； 最外層的管外徑，m； 管徑，m；若，取外徑；若，D取算數平均值；若，D取內徑。由公式（5-9）得：管道最外層至周圍介質的放熱系數為： （5-10）式中 土壤導熱系數，； 管中心埋深，m； 最外層的管外徑，m。由公式（5-10）得：在紊流情況

10、下，對總傳熱系數影響很小，可忽略不計。由公式（5-8）得：管道總傳熱系數為： （5-11）式中 K管道總傳熱系數，； 單位長度的總傳熱系數，； 管道內徑，m。由公式（5-11）得：方案二：的標準管道管道中的實際流速為：式中 d管道內徑，m；Q體積流量，；實際流速，。選取泡沫塑料作為保溫材料，查規范可知，第一層鋼管壁的導熱系數為，第二層保溫層的導熱系數為。查閱相關手冊可知，保溫材料厚度為40mm。而： （5-8） （5-9）式中 單位長度的總傳熱系數，； 油流至管內壁的放熱系數，； 管最外層至周圍介質的放熱系數，； 第i層的厚度，m； 第i層（結蠟層、鋼管壁、防腐絕緣層等）導熱系數， 管內徑，；

11、 第i層的外徑，m； 第i層的內徑，m； 最外層的管外徑，m； 管徑，m；若，取外徑；若，D取算數平均值；若，D取內徑。由公式（5-9）得：管道最外層至周圍介質的放熱系數為： （5-10）式中 土壤導熱系數，； 管中心埋深，m； 最外層的管外徑，m。由公式（5-10）得：在紊流情況下，對總傳熱系數影響很小，可忽略不計。由公式（5-8）得：管道總傳熱系數為： （5-11）式中 K管道總傳熱系數，； 單位長度的總傳熱系數，； 管道內徑，m。由公式（5-11）得：5.3.2 計算站間距時原油的相對密度為： （5-12）式中 15時原油的相對密度； 溫度系數，； 溫度為20時的油品密度，。由公式（5-

12、12）得：原油的比熱容為： （5-13）式中 15時原油的相對密度； 比熱容，； T原油溫度，。由公式（5-13）得：C質量流量為： (5-14)式中 原油質量流量，； 年輸量，； t年輸油時間，按350天算。由公式（5-14）得：加熱站間距為： （5-15）式中 原油質量流量，；K管道總傳熱系數，；管道內徑，m；加熱站的出站溫度，；管道周圍的自然溫度，；加熱站的進站溫度，；加熱站間距，方案一：的標準管道由公式（5-15）得： 加熱站數： （5-16）式中 n加熱站數，個； L輸油管道總長，m； 加熱站間距，m；由公式（5-16）得：熱負荷： （5-17）式中 q加熱站的熱負荷，kJ/s； 加

13、熱站的效率； 原油質量流量，；加熱站的進站溫度，；加熱站的出站溫度，。比熱容，由公式（5-17）得：由于熱站的熱負荷較大，故需增加熱站數，取n=2個。則熱站間距為： （5-18）式中 n加熱站數，個； L輸油管道總長，m； 加熱站間距，m；由公式（5-18）得： 計算出站溫度出站溫度為： （5-19）式中 原油質量流量，；加熱站的進站溫度，；加熱站的出站溫度，。比熱容，加熱站間距，m；K管道總傳熱系數，；管道內徑，m。管道周圍的自然溫度，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得熱負荷為：方案二：的標準管道:由公式（5-15）得： 加熱站數： （5-16）式中 n加熱站數，個； L輸油管道總

14、長，m； 加熱站間距，m；由公式（5-16）得： 熱負荷： （5-17）式中 q加熱站的熱負荷，kJ/s； 加熱站的效率； 原油質量流量，；加熱站的進站溫度，；加熱站的出站溫度，。比熱容，由公式（5-17）得：由于熱站的熱負荷較大，故需增加熱站數，取n=2個。則熱站間距為： （5-18）式中 n加熱站數，個； L輸油管道總長，m； 加熱站間距，m；由公式（5-18）得：計算出站溫度出站溫度為： （5-19）式中 原油質量流量，；加熱站的進站溫度，；加熱站的出站溫度，。比熱容，加熱站間距，m；K管道總傳熱系數，；管道內徑，m。管道周圍的自然溫度，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得熱負荷

15、為：5.4 水力計算5.4.1 計算輸油平均溫度下的原油運動粘度方案一：的標準管道由公式（5-1）得平均溫度為：由公式（5-3）得時原油的密度為：（）故平均溫度下的運動粘度為： （5-20）式中 溫度為平均溫度、時油品的運動黏度，；u黏溫指數，。由公式（5-20）得：方案二：的標準管道由公式（5-1）得平均溫度為：由公式（5-3）得時原油的密度為：（）故平均溫度下的運動粘度為： （5-20）式中 溫度為平均溫度、時油品的運動黏度，；u黏溫指數，。由公式（5-20）得：5.4.2 判斷流態方案一：的標準管道雷諾數為： （5-21） （5-22）式中 u黏溫指數，。輸送溫度下原油的運動黏度，；Q管

16、路中原油的體積流量，；e管壁的絕對粗糙度，m。由公式（5-21）得：由公式（5-22）得：由于,所以其是處于水力光滑區，故前面的假設是正確的。方案二：的標準管道雷諾數為： （5-21） （5-22）式中 u黏溫指數，。輸送溫度下原油的運動黏度，；Q管路中原油的體積流量，；e管壁的絕對粗糙度，m。由公式（5-21）得：由公式（5-22）得：由于,所以其是處于水力光滑區，故前面的假設是正確的。5.4.3 計算摩阻方案一：的標準管道一個加熱站間的摩阻為： （5-23） 總摩阻為： （5-24）全線所需總壓頭為： （5-25）式中 沿線總摩阻，m； 加熱站間距的摩阻，m； H全線所需要的總壓頭，m。由

17、公式（5-23）得：由公式（5-24）得：由公式（5-25）得：方案二：的標準管道一個加熱站間的摩阻為： （5-23） 總摩阻為： （5-24）全線所需總壓頭為： （5-25）式中 沿線總摩阻，m； 加熱站間距的摩阻，m； H全線所需要的總壓頭，m。由公式（5-23）得：由公式（5-24）得：由公式（5-25）得：6 設備選型6.1 設備選型計算6.1.1 泵的選型選泵原則:流量以任務輸量為依據，最大輸量、最小輸量為參考；摩阻以任務輸量下的摩阻為依據，最大輸量、最小輸量下的摩阻為參考。同時，考慮一定的富裕量。 若輸送正常流量為Qp，則采用適當的安全系數估算泵的流量，一般取Q =（1.051.1

18、0）Qp。估算泵揚程時，考慮泵在最困難條件下，計算流動損失，確定所需揚程Hp，根據需要再留出些裕量，最后估算選泵揚程，一般取H=（1.101.15）Hp。根據油田輸量變化情況，為發揮泵的經濟效益，選泵原則為：最小輸量期，運行1臺小泵；任務輸量期，運行1臺大泵；最大輸量期，1臺大泵與1臺小泵并聯運行。同時，大泵考慮1臺備用。選用泵型號為KDY500-130×5，其流量為500，揚程為650m,轉速為2980轉/分，效率為83%。每個泵站選用兩臺，其中一臺為備用泵。方案一：由公式（5-3）得平均溫度下的密度為：（）泵所產生的壓力為： (6-1)式中 P泵所能夠提供的壓力，Pa； 油品的密

19、度，； H泵所提供的揚程，m；由公式（6-1）得：P故所選擇的泵符合要求。方案二：由公式（5-3）得平均溫度下的密度為：（）泵所產生的壓力為： (6-1)式中 P泵所能夠提供的壓力，Pa； 油品的密度，； H泵所提供的揚程，m；由公式（6-1）得：P故所選擇的泵符合要求。6.1.2 原動機的選型 JKZ異步電動機，型號為JKZ-2000,額定功率2000kw,額定電壓6000V，額定電流234A,轉速2985轉/分，效率95.5%。6.1.3 加熱設備選型首站選用換熱器，其他加熱站選用直接管式加熱爐，型號：GW4400-Y/6 4-Y,其額定功率為4400KW，效率為87%。6.2 站場布置

20、方案一：的標準管道泵站數為： (6-2)式中 n泵站數，個； H全線所需的總壓頭，m； 泵所提供的揚程，m。由公式（6-2）得：n(個)向上取整，取n=3（個）；為了保證任務輸量不變，可對泵站中的泵機組采取減小級數等措施。采用平均法布站，其站間距為： （6-3）式中 泵站站間距，m； L管線總長，m；由公式（6-3）得：泵站內壓頭損失不計，后面的泵站進口壓力控制在3080m范圍內。（1）當首站與第二站站間距取90km,其進口壓力為： （6-4）式中 泵站進口的剩余壓頭，m； H泵站所提供的揚程，m； i水力坡降； L兩泵站的站間距，m； 兩泵站間的高程差，m； 泵站內壓頭損失，m。取首站與第二

21、站的站間距為65km，進口壓力為：水力坡降：符合要求，故第二站布置在距離首站65km處。（2）取首站與第三站的站間距為135km，進口壓力為：符合要求，故第三站布置在距離首站135km處。故全線泵站布置完畢。方案二：的標準管道: 水力坡降： (6-2)式中 n泵站數，個； H全線所需的總壓頭，m； 泵所提供的揚程，m。由公式（6-2）得：n(個)向上取整，取n=4（個）；為了保證任務輸量不變，可對泵站中的泵機組采取減小級數等措施。采用平均法布站，其站間距為： （6-3）式中 泵站站間距，m； L管線總長，m；由公式（6-3）得：泵站內壓頭損失不計，后面的泵站進口壓力控制在3080m范圍內。（1

22、） （6-4）式中 泵站進口的剩余壓頭，m； H泵站所提供的揚程，m； i水力坡降； L兩泵站的站間距，m； 兩泵站間的高程差，m； 泵站內壓頭損失，m。取首站與第二站的站間距為50km，進口壓力為：符合要求，故第二站布置在距離首站50km處。（2）取首站與第三站的站間距為102km，進口壓力為：符合要求，故第三站布置在距離首站120km處。（3）取首站與第四站的站間距為175km，進口壓力為：符合要求，故第四站布置在距離首站175km處。故全線泵站布置完畢。7 最小輸量方案一：管道的最小輸量為： （7-6）式中 管道最小輸量，kg/s；K總傳熱系數，；D管道外徑，m；L加熱站間距，m；C原油比熱容，；加熱站的最高出站溫度，； 管道周圍的自然溫度，； 加熱站的最低進站溫度，。由公式（7-6）得：方案二：管道的最小輸量為： （7-6）式中 管道最小輸量，kg/s；K總傳熱系數，；D管道外徑