西南石油大学油气储运本科毕设输油管道初步设计

西南石油大学

学生毕业设计（论文）

任

务

书

二00八年二月一日

成人教育学院教学部于 2008 年 2 月 1 日批准指导教师史秀敏

发给 05 级油气储运工程专业学生 *** 。

1、题目：Z—L输油管道初步设计

2．题目设计范畴及主要内容：

该管道的设计输量为2000万吨/年，管道全长为220km，管道的纵断面数据见表1，输送的原油性质如下：20℃的密度为860kg/m3，初馏点为81℃，反常点为28℃，凝固点为25℃。表2列出了粘温数据。

表1 沿程里程、高程数据(管道全长220km)

0 45 80 110 150 170 190 210 220

里程(km)

28 60 90 35 25 28 46 52 88

高程(m)

表2 粘温数据

温度（℃）28 30 35 40 45 50 55 60

粘度（cP）124.5 111 83.2 69 60 53 48 42.5

本设计主要的研究内容如下：

①用经济流速确定管径，并计算该管径下的费用现值和输油成本；

②通过热力和水力计算确定该经济管径方案下的热站数和泵站数，并进行热泵站的合一；

③主要设备选择(包括泵、炉、罐、原动机)；

④站址确定，在纵断面图上布站；⑤反输运行参数的确定；

⑥站内工艺流程设计；⑦方案经济效益分析。

3．设计方案及研究要求：

本次设计的题目是输油管道工艺的初步设计。长输管道的投资巨大，

需在长期的时间内保持在其经济输量范围内，才有明显的经济效益。所以

选择合适的路线走向，合理确定建设规模，选择正确的站址，对于节省投

资和运行费用，以及安全环保都有很重要的意义。

长距离输油管道由输油站和线路组成。故设计的主要内容也主要关于

这两部分：

1、通过选线和管道路线的勘查，收集基本的设计参数。

2、工艺计算部分，具体包括:

(1) 根据导师给的原始数据，确定进出站油温，并由此确定经济管径，

其中经济管径的确定方法最经常用的有输油成本法和费用现值法。

(2) 通过热力和水力计算及流态的判断，泵站数的确定，最终进行站址

的确定，其中按最小输量确定热站数，按最大输量确定泵站数。

(3)校核计算。包括热力、水力校核，压力越站校核，热力越站校核，

动静水压力校核，反输校核，全越站校核等。

(4) 工艺流程设计，其原则是满足各个输油生产环节的需要，中间热泵

站工艺流程应与输油方式相适应，便于事故的处理和检修，节约，和能促

进新技术新设备的采用。

4、安排任务日期：2008 年 2 月 1 日；预计完成任务日期 2008 年 4 月 30 日；

学生实际完成全部设计（论文）日期： 2008 年 4 月 30 日。

指导教师：学生签名：

西南石油大学

学生毕业设计（论文）

开题报告

设计题目： Z-L输油管道初步设计

学生姓名： ***

学生学号：

院（系）：成人教育学院

专业年级：

指导教师：史秀敏

2008 年 2 月 1 日

选题来源：

长输原油输油管道初步设计

题目：Z-L输油管道初步设计

选题背景及理由：

长距离输油管道初步设计是根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。由工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：管径，泵站数，热站数，及其位置等。本设计主要内容包括：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，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行热力，水力计算。合理确定各站的温度，压力等运行参数。计算各个输量下的运行参数等等。

主要参考文献：

[1] GB/T 50253-2003,输油管道工程设计规范.

[2] 杨筱蘅，张国忠.输油管道设计与管理.第一版.山东东营：石油大学出版社，2005：15-160.

[3] GB/T 500074-2002.石油库设计规范．

[4] 张国忠.长输管道设计中的壁厚选择．油气储运．1993:12.

论文框架：

第一章前言

第二章工艺设计说明书

1、工程概况；

2、基本参数的选取；

2、参数的选取；4、工艺计算说明；

5、确定加热站及泵站数；

6、校核计算说明；

7、站内工艺流程的设计；8、主要设备的选择

第三章工艺设计计算书

1、经济流速确定管径；

2、热力计算与确定热站数；

3、确定站址；

4、反输量的确定；

5、设备选取及管线校核；

6、开炉开泵方案；

第四章结论

致谢

参考文献

拟完成论文进度安排：（一稿、二稿、三稿、定稿）

（1）2月初开始任务书和开题报告的编写，并阐明设计原则和设计任务，在2月末完成热站数和泵站数的确定以及工艺流程的说明。指导教师定期对学生进行辅导；

（2）3月份开始工艺设计计算书的编写，并确定不同输量下的布站方案和开炉开泵方案，期间指导教师进行中期检查；

（3）4月中旬完成全部计算，经指导教师检查审批后做最终定稿。

指导教师意见：

该学员积极上进、态度认真、虚心好学，编写论文时充分利用各类参考文献，将自己所学的理论知识与实际工作经验完好结合；语言组织很好，层次清晰，论文内容阐述顺畅明了，计算准确无误。经审核，可以进行答辩。

西南石油大学毕业设计（论文）Z-L输油管道初步设计

学生姓名：***

学号：

专业班级：

指导教师：史秀敏

2008年4月30

摘要

本管线设计最大设计年输量为2000万吨。管道全长220km，所经地段地势较为平坦，高程在28～88m之间。经过计算，不存在翻越点。全线均采用“从泵到泵”的密闭输送方式以及先炉后泵流程。

本设计根据经济流速来确定管径，选为Φ813×10.3，管材选择无缝钢管，钢号Q345，最低屈服强度为325MPa。

经过热力和水力计算，确定了所需的热站和泵站数，考虑到运行管理的方便，热泵站的合一。

本设计中遵循在满足各种条件的情况下，工艺流程尽可能的简单，并且输油工艺本着应用先进技术的原则，进行了首站和中间站的工艺流程设计。

最后绘制五张图：管道纵断面图，中间热泵站工艺流程图，首站平面布置图，泵房安装图，首站工艺流程图。

关键词: 管道；输量；热泵站；工艺流程

ABSTRACT

The length of the pipeline design is 220 kilometers, the elevation height is between 28-88 meters,the section which pipeline passed is smooth.Go through the calculate, there was no get over point.This design used tight line pumping which called “from pump to pump”, so it can reduce consumptive waste, Moreover, this method can utilize sufficiently remain pressure head.

In the design, economic pipe diameter is firstly determined by economic velocity. At lest, Ф813×10.3,L325 pipe i s used.

The transportation capacity and the geography conditions are considered of in order to determine the heating station. And including the environmental protection the worker's live conditions and so on. Finally, the heating station id placed to the first station,0Km. And direct heating is used.

In the condition of meeting all the kinds of those factors, the technological processes are used as simply as possible, and the advanced technologies are used an usually as possibly. In each station, oil is first heated and then pumped in heating—pump station in the design. The process of the origin station is: forward transportation, reverse transportation, heat oil cycling and pigging operation, etc. The technology process of the following station is: forward transportation, reverse transportation, non—pumping operation, non—heating oil cycling and pigging operation, etc.

The last , analysis of the projects economic becefics is necessary.The IRR is included.SO ,the project is possible.

Keyword：tube type：transmit output；hot pumpstation；technical process

目录

第一章前言 (1)

第二章工艺设计说明书 (2)

1.工程概况 (2)

1.1 线路基本概况 (2)

1.2 输油站主要工程项目 (2)

1.3 管道设计 (3)

2.基本参数的选取 (3)

2.1 设计依据 (3)

2.2 原始数据 (3)

2.3 温度参数的选择 (4)

3．参数的选择 (5)

3.1 管道设计参数 (5)

3.2 油品密度 (5)

3.3 粘温方程 (6)

3.4 总传热系数K (6)

3.5 最优管径的选择 (6)

4．工艺计算说明 (7)

5. 确定加热站及泵站数 (7)

5.1 热力计算 (8)

5.2 水力计算 (9)

5.3 站址确定 (10)

6．校核计算说明 (11)

6.1 热力、水力校核 (11)

6.3 进出站压力校核 (11)

6.4 压力越站校核 (12)

6.5 热力越站校核 (12)

6.6 动、静水压力校核 (12)

6.7 反输运行参数的确定 (12)

7. 站内工艺流程的设计 (13)

8．主要设备的选择 (14)

8.1 输油泵的选择 (14)

8.2 首末站罐容的选择 (15)

8.3 加热炉的选择 (15)

8.4 阀门 (15)

第三章工艺设计计算书 (17)

1．经济流速确定管径 (17)

1.1 输量计算 (17)

1.2 经济流速 (17)

2．热力计算与确定热站数 (19)

2.1 确定计算用各参数 (19)

2.2 确定流态 (19)

2.3 总传热系数的确定 (20)

2.4 最小输量下确定热站数和泵站数 (21)

2.5 判断翻越点 (23)

2.6 最大输量下确定热站数和泵站数 (23)

2.7 翻越点的校核 (25)

3. 确定站址 (25)

3.1 热力校核 (25)

4. 反输量的确定 (29)

4.1 反输量的确定 (30)

4.2 反输泵的选择 (30)

5. 设备选取及管线校核 (30)

5.1 输油站储罐总容量 (30)

5.2 输油主泵的选择 (31)

5.3 给油泵选择 (31)

5.4反输泵的选择 (31)

5.5 加热炉选取 (31)

5.6 电动机选择 (31)

5.7 阀门 (32)

6. 开炉开泵方案 (32)

6.1 最大输量下 (32)

6.2 最小输量下 (33)

第四章结论 (34)

致谢 (35)

参考文献 (36)

第一章前言

作为油气储运专业的本科毕业生，我们进行了输油管道的初步设计，使我对以前所学专业知识进行了一次综合回顾及应用，尤其是对管输工艺的初步设计有了更深的了解和认识。

长距离输油管道初步设计是根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。其主要目的是根据设计任务书规定的输送油品的性质，输量及线路情况，由工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：管径，泵站数，热站数，及其位置等。本设计主要内容包括：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，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行热力，水力计算。合理确定各站的温度，压力等运行参数。计算各个输量下的运行参数等等。

经过这次毕业设计，我系统了专业课知识，学到了很多东西，但水平和时间有限，难免有疏漏和错误之处，希望老师批评指正。

第二章工艺设计说明书

1.工程概况

1.1 线路基本概况

本设计依据设计任务书的要求，结合实际条见作出工程的实际具体实施方案。管线最大年输量为2000万吨。全长220km，沿线地势平缓，海拔最低处为28m，最高处88m，距外输首站约80公里，首末站高差为60 m，管线位于平原地区。管线外有沥青防腐层，以减轻腐蚀损耗。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行。并采用先炉后泵的流程。占地少，密闭安全，且对环境污染小，能耗少，受外界环境恶劣气候的影响小。便于管理，易于实现远程集中监控，自动化程度很高，劳动生产率高。油气损耗少，运费较低。

1.2 输油站主要工程项目

本管线设计年输量为2000万吨／年，综合考虑沿线的地理情况，贯彻节约占地、保护环境和相关法律法规，本着尽量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，兼顾平原地区的均匀布站方针，采用方案如下：设立热泵站两座，即首站和一座中间站，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进行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，即部分油品往热油泵和加热炉后进罐，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，充分体现了一泵两用，一炉两用的方针。

1.3 管道设计

本设计中选择的管道为外径φ813，壁厚10.3mm，管材为L325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。

全线设沥青防腐层从而减少腐蚀损失。并设机械清蜡设备，保证全线输油

管道的畅通无阻。

2.基本参数的选取

2.1 设计依据

本设计主要根据国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布的

《输油管道工程技术规范》GB50253-94，并参照其他有关设计规范进行的。

设计中应以下四条设计原则：

（1）以国家设计规范为主要和基本原则，通过技术比较选择最优化最经济的工艺方案。

（2）充分利用地形条件，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。

（3）设计中以节能降耗为目的，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗。

（4）注意生态平衡，三废治理和环境保护。

2.2 原始数据

（1）最大设计输量为2000万吨/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

表2-1生产期生产负荷表

年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 生产负

荷（%）

（2）年最低月平均温度2℃；

（3）管道中心埋深1.55m；

（4）土壤导热系数1.45w/(m‧℃)；

（5）沥青防腐层导热系数0.15w/（m‧℃)；

（6）原油性质

①20℃的密度860kg/m3；

②初馏点81℃；

③反常点28℃；

④凝固点25℃；

⑤比热2.1kJ/(kg‧℃)；

⑥燃油热值4.18×104kJ/kg。

（7）粘温关系见表2-2

表2-2 油品温度与粘度数据

温度（℃）28 30 35 40 45 50 55 60

粘度（cp）124.5 111 83.2 69 60 53 48 42.5 （8）沿程里程、高程（管道全程220km）见表2-3

表2-3 管道纵断面数据

里程（km）0 45 80 110 150 170 190 210 220

高程（km）28 60 90 35 25 28 46 52 88

2.3 温度参数的选择

T

（1）出站油温

R

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81℃，以免影响泵的吸入。而且管道采用沥青防腐绝缘层，故原油的输油温度不能超过沥青的耐热温度。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T R =60℃。

（2）进站油温Z T

加热站进站油温的确定主要考虑经济比较。对于像本设计这样凝点较高的含蜡原油，由于在凝点附近粘温曲线很陡，故经济进站温度常取高于凝固点2-3℃。又因为原油的反常点为28℃，而反常点以上可认为是牛顿流体。考虑最优热处由理条件及经济比较来选择进出站温度。

借鉴经验数据综合考虑，初步设计进站温度T z =30℃。

（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：

Z R pj T T T 3

231+= （2-1） 式中： pj T —平均油温，℃；

R T 、Z T —加热站的出站、进站温度，℃。

3．参数的选择

3.1管道设计参数

（1）热站、泵站间压头损失15m ；

（2）热泵站内压头损失30m ；

（3）进站压力范围一般为20~80m ；

（4）年输送天数为350天；

（5）首站进站压力50m 。

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：

）（2020--=t t ξρρ （2-2）

式中： 20,ρρt —分别为温度为t ℃和20 ℃下的密度；

ξ—温度系数，20001315.0825.1ρξ-=；

3.3 粘温方程

根据粘度和温度的原始参数，用最小二乘法回归：

Bt A +=μlg

（2-3） 式中： μ—原油的动力粘度，P a ·S

n

t B A ∑∑-=μlg ∑∑∑∑∑--=22)

(lg lg t t n t t n B μμ 3.4 总传热系数K

管道散热的传递过程由三部分组成：

（1）油流至管壁的放热

（2）管壁、沥青防腐层的热传导

（3）管外壁周围土壤的传热

总传热系数的计算公式为： KD 1=111D α+∑i λ21㏑i

i D D )1(++w D 21α （2-4） 2α=] 1)D 2h (D 2h [㏑22w

t w t -+w t

D λ （2-5）

式中 D i ，D i+1—钢管、沥青防腐层的内径和外径，m ；

λi —导热系数，w/（m ‧℃）；

D w —管道最外围的直径，m ；

α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m 2‧℃）；

α2—管壁至土壤放热系数，w/（m 2‧℃）；

λt —土壤导热系数，w/（m ‧℃）；

h t —管中心埋深，m 。

3.5 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1.0～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径φ813，壁厚10.3mm。

4．工艺计算说明

对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送，当其凝点高于管道周围环境的温度，或在环境温度下油流粘度很高时，不能直接在环境温度下等温输送。油流过高的粘度使管道阻力变大，管道沿途摩阻损失变大，导致了管道压降剧增，动力费用高，在工程上难以实现或运行不经济，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输送的办法。加热输送时，油品温度升高，粘度降低，减少从而达到输送目的。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，降低管输压力，节约动力消耗，或使关内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送。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的特点是它存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，在设计和管理工作中，要正确处理这两种能量的供求平衡关系；这两种能量损失多少又是互相影响的，其中散热损失起了确定性作用。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。

5.确定加热站及泵站数