输油管道工艺设计

管道输送工艺设计目录1 总论 (3)1.1 设计依据及原则 (3)1.1.1 设计依据 (3)1.1.2 设计原则 (3)1.2 总体技术水平 (3)2 输油工艺 (4)2.1 主要工艺参数 (4)2.1.1 设计输量 (4)2.1.2 其它有关基础数据 (4)2.2 主要工艺技术 (4)3 工程概况 (4)4 设计参数 (5)4.1 管道设计参数 (5)4.2 原油物性 (5)4.3 其它参数 (5)5 工艺计算 (5)5.1 输量换算 (5)5.2 管径规格选择 (6)5.2.1 选择管径 (6)5.2.2 选择管道壁厚 (7)5.3 热力计算 (7)5.3.1 计算K值 (7)5.3.2 计算站间距 (11)5.4 水力计算 (16)5.4.1 计算输油平均温度下的原油运动粘度 (16)5.4.2 判断流态 (17)5.4.3 计算摩阻 (18)6 设备选型 (19)6.1 设备选型计算 (19)6.1.1 泵的选型 (19)6.1.2 原动机的选型 (20)6.1.3 加热设备选型 (20)6.2 站场布置 (20)7 最小输量 (23)8 设计结果 (24)9 动态技术经济比较（净现值法） (26)参考文献 (27)1 总论1.1 设计依据及原则1.1.1 设计依据（1）国家的相关标准、行业的有关标准、规范；（2）相似管道的设计经验；（3）设计任务书。

1.1.2 设计原则（1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。

（2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，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（1）采用高压长距离全密闭输送工艺。

（2）采用原油变频调速工艺。

（3）输油管线采用先进的SCADA系统，使各站场主生产系统达到有人监护、自动控制的管理水平。

既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管道在异常工况时的超前保护，使故障损失降低到最小。

（4）采用电路传输容量大的光纤通信。

给全线实现SCADA数据传输带来可靠的传输通道，给以后实现视频传输、工业控制及多功能信息处理提供了可能。

（5）在线路截断阀室设置电动紧急切断球阀，在SCADA 中心控制室根据检漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球阀。

（6）站场配套自成系统。

（7）采用固化时间短、防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层。

2 输油工艺2.1 主要工艺参数2.1.1 设计输量年输量为3000万吨 2.1.2 其它有关基础数据（1) 保温层(泡沫塑料)40mm ； （2）管道埋地深1.6m ； （3）管道埋深处平均地温：0T =91278101213121198765=+++++++++++C ο（4）原油含水< 0.5%； （5）年输送天数：350天。

2.2 主要工艺技术输油干线拟采用密闭输油方式。

输油管道首站设置出站超高压保护装置，中间站设变频器控制各进干线的压力，确保输油干线长期安全、平稳运行。

3 工程概况某油田计划铺设一条180公里、年输量为300万吨的热油管道，管线经过区域地势平坦。

表3-1地温资料：4 设计参数4.1 管道设计参数最大运行压力7.5MPa,末站剩余压头60m ，局部摩阻按1.2%，进站温度控制在39C ο，最高输送温度70C ο，最低输送温度35C ο。

4.2 原油物性20C ο相对密度0.867，50C ο粘度9.6mPa.s ，粘温指数0.038。

4.3 其它参数保温层采用黄夹克，厚度40mm ，土壤导热系数1.2W/(m. C ο)。

5 工艺计算5.1 输量换算管道周围的自然温度；0T =91278101213121198765=+++++++++++C ο；平均温度为：Z R pj T T T 3231+= （5-1）式中 pj T ——平均温度，C οZ R T T ,——加热站的起点、终点温度，C ο。

由公式（5-1）得：)(7.4635327031C T pj ο=⨯+⨯=温度系数为：20001315.0825.1ρξ-= （5-2）式中 ξ——温度系数，)/(3C m kg ο⋅；20ρ——温度为20C ο时的油品密度，3/m kg 。

由公式（5-2）得：685.0)10000.867(001315.0825.1=⨯⨯-=ξ46.7C ο时原油的密度为：)20(207.46--=t ξρρ （5-3）式中 7.46ρ——温度为46.7C ο时的油品密度，3/m kg ； ξ——温度系数，)/(3C m kg ο⋅；20ρ——温度为20C ο时的油品密度，3/m kg ； T ——油品温度，C ο。

由公式（5-3）得：7.857)207.46(685.08767.46=-⨯-=ρ（3/m kg ）体积流量为：tGQ ρ=（5-4） 式中 Q ——体积流量，s m /3或h m /3； G ——年输量，kg ；T ——年输油时间，按350天算。

由公式（5-4）得：)(376.416)(11566.03600350247.85710300337h m s m Q ==⨯⨯⨯⨯=5.2 管径规格选择5.2.1 选择管径取经济流速为V=2.0m/s,则管径为：vQD π4=（5-5） 式中 D ——管道直径，m ； Q ——体积流量，s m /3； V ——经济流速，s m /。

由公式（5-5）得：)(272)(2714.0214.311566.04mm m D ≈=⨯⨯=5.2.2 选择管道壁厚查规范，选规格为X60的管材，其最小屈服强度为415MPa,故其壁厚为：sK PDPD φδσδ2][2==（5-6） 式中 δ——壁厚，m ；P ——设计压力（取工作压力的1.15倍）MPa; D ——管道外径，m ；δ2+=d D ； ][σ——许用压力，MPa ；][σ=S K φδ2； K ——设计系数，取0.72； φ——焊缝系数，取1s δ——钢管的最低屈服强度，X60钢取413MPa 。

由公式（5-6）得：()mm mm 4)(78.3413172.02)2272(05.8≈=⨯⨯⨯⨯+⨯=δδ查规范，选4273⨯φ为方案一和4325⨯φ为方案二的标准管道。

5.3 热力计算5.3.1 计算K 值 ①方案一：4273⨯φ的标准管道管道中的实际流速为：s m dQv /098.2100026514.311566.044221=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==π（5-7） 式中 d ——管道内径，m ；Q ——体积流量，s m /3；1v ——实际流速，s m /。

选取泡沫塑料作为保温材料，查规范可知，第一层钢管壁的导热系数为)/(5.45C m W ο⋅，第二层保温层的导热系数为)/(04.0C m W ο⋅。

查阅相关手册可知，保温材料厚度为40mm 。

而：w i i i L D d D d K παπλπα211ln 2111+∑+=（5-8）2221111ln 21ln 21ln21d D d D d D i i πλπλπλ+=∑（5-9） 式中 L K ——单位长度的总传热系数，)/(2C m W ο⋅； 1α——油流至管内壁的放热系数，)/(2C m W ο⋅； 2α——管最外层至周围介质的放热系数，)/(2C m W ο⋅； i δ——第i 层的厚度，m ；i λ——第i 层（结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等）导热系数，)/(C m W ο⋅ d ——管内径，m ； i D ——第i 层的外径，m ； i d ——第i 层的内径，m ； w D ——最外层的管外径，m ；D ——管径，m ；若21αα>>，D 取外径；若21αα≈，D 取算数平均值；若21αα<，D 取内径。

由公式（5-9）得：i i id D ln21πλ∑02.1273353ln 04.014.321265273ln 5.4514.321=⨯⨯+⨯⨯= 管道最外层至周围介质的放热系数为：]1)2(2ln[222-+=wt w t w tD hD h D λα （5-10）式中 t λ——土壤导热系数，)/(C m W ο⋅； t h ——管中心埋深，m ； w D ——最外层的管外径，m 。

由公式（5-10）得：15.2]1)353.0)7765.11(2(353.0)7765.11(2ln[353.02.1222=-+⨯++⨯⨯=α在紊流情况下，1α对总传热系数影响很小，可忽略不计。

由公式（5-8）得：)]/([29.0353.014.315.202.11C m w K L ο⋅=⨯⨯+=管道总传热系数为：D K K L π⨯= （5-11）式中 K ——管道总传热系数，)/(C m W ο⋅； L K ——单位长度的总传热系数，)/(2C m W ο⋅； D ——管道内径，m 。

由公式（5-11）得：)]/([24.0265.014.329.0C m W K ο⋅=⨯⨯=②方案二：4325⨯φ的标准管道管道中的实际流速为：s m d Qv /466.1100031714.311566.044222=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==π式中 d ——管道内径，m ；Q ——体积流量，s m /3；2v ——实际流速，s m /。

选取泡沫塑料作为保温材料，查规范可知，第一层钢管壁的导热系数为)/(5.45C m W ο⋅，第二层保温层的导热系数为)/(04.0C m W ο⋅。

查阅相关手册可知，保温材料厚度为40mm 。

而：w i i i L D d D d K παπλπα211ln 2111+∑+=（5-8）2221111ln 21ln 21ln21d D d D d D i i πλπλπλ+=∑（5-9）式中 L K ——单位长度的总传热系数，)/(2C m W ο⋅； 1α——油流至管内壁的放热系数，)/(2C m W ο⋅； 2α——管最外层至周围介质的放热系数，)/(2C m W ο⋅； i δ——第i 层的厚度，m ；i λ——第i 层（结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等）导热系数，)/(C m W ο⋅ d ——管内径，m ； i D ——第i 层的外径，m ； i d ——第i 层的内径，m ； w D ——最外层的管外径，m ；D ——管径，m ；若21αα>>，D 取外径；若21αα≈，D 取算数平均值；若21αα<，D 取内径。