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成品油顺序输送管道设计_图文

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成品油 顺序 输送 管道 设计 图文
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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1、题目: 成品油顺序输送管道设计 2.题目设计范畴及主要内容:在一条成品油顺序输送管线中,顺序输送的循环次数越少,每一种油品的一次输送量越大,在管道内形成的混油段和混油损失也随之减少,但另一方面,油品的生产和消费通常是均衡进行的,各种油品每天都在生产和消费,顺序输送管道对每一种油品来讲是间歇输送。循环次数越少,就需要在管道的起、终点以及沿线的分油点和进油点建造较大容量的储罐区来平衡生产、消费和输送之间的不平衡,油罐区的建造和经营费用就要增加。因而,最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。成品油顺序输送管道设计应首先根据输量确定管道的管径以及首末站、分输站、中间泵站等基本工艺条件,同时考虑管道应能适应不同季节成品需求量的变化。在确定了这些基本工艺条件后,顺序输送和罐容的优化只与管道输送次序、混油处理方式和油罐设置等有关。优化批次、罐容时应根据不同批次分别计算首站罐容、分输油库和末站罐容,并根据输送顺序计算混油量以及混油处理的各项费用,最终确定管道的最优批次和罐容配置。本文以所给的设计任务书为依据,在进行了相关设计计算的基础上利用计算机编程对该管道进行了水力计算、经济计算,确定了最经济的管道工艺参数(如管径、壁厚、工作压力、泵站数) ,并且对该管道进行了工艺计算,计算出了一年中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积,并确定了油品的切割方案,绘制了水力坡降与布站图和首站工艺流程图。3. 设计方案及研究要求:1 用方法2 悉设计任务书的内容,计计算的基本步骤3 计计算的基本步骤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:成品油顺序输送管道设计 学生姓名: ** 学生学号: ** 院(系): 成人教育学院 专业年级: 油气储运工程** 指导教师: *** 2008 年 2 月 1 日选题来源:本文以所给的设计任务书为依据,在进行了相关设计计算的基础上利用计算机编程对该管道进行了水力计算、经济计算,确定了最经济的管道工艺参数(如管径、壁厚、工作压力、泵站数) ,并且对该管道进行了工艺计算,计算出了一年中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积,并确定了油品的切割方案,绘制了水力坡降与布站图和首站工艺流程图。题目:成品油顺序输送管道设计选题背景及理由:在一条成品油顺序输送管线中,顺序输送的循环次数越少,每一种油品的一次输送量越大,在管道内形成的混油段和混油损失也随之减少,但另一方面,油品的生产和消费通常是均衡进行的,各种油品每天都在生产和消费,顺序输送管道对每一种油品来讲是间歇输送。循环次数越少,就需要在管道的起、终点以及沿线的分油点和进油点建造较大容量的储罐区来平衡生产、消费和输送之间的不平衡,油罐区的建造和经营费用就要增加。因而,最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。主要参考文献:[1]杨筱蘅. 国石油大学出版社 14[2]陈祖泽,南石油学院 71 [3]械工业出版社 64 [4]帅健,油工业出版社 6[5]]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 月末完成说明书的编写并准备具体计算。指导教师定期对学生进行辅导;(2)3 月份开始进行具体计算,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)成 品 油 顺 序 输 送 管 道 设 计学生姓名:**学 号:**专业班级:油气储运工程**(专升本)指导教师:***2008 年 4 月 30 日摘 要在一条成品油顺序输送管线中,顺序输送的循环次数越少,每一种油品的一次输送量越大,在管道内形成的混油段和混油损失也随之减少,但另一方面,油品的生产和消费通常是均衡进行的,各种油品每天都在生产和消费,顺序输送管道对每一种油品来讲是间歇输送。循环次数越少,就需要在管道的起、终点以及沿线的分油点和进油点建造较大容量的储罐区来平衡生产、消费和输送之间的不平衡,油罐区的建造和经营费用就要增加。因而,最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。成品油顺序输送管道设计应首先根据输量确定管道的管径以及首末站、分输站、中间泵站等基本工艺条件,同时考虑管道应能适应不同季节成品需求量的变化。在确定了这些基本工艺条件后,顺序输送和罐容的优化只与管道输送次序、混油处理方式和油罐设置等有关。优化批次、罐容时应根据不同批次分别计算首站罐容、分输油库和末站罐容,并根据输送顺序计算混油量以及混油处理的各项费用,最终确定管道的最优批次和罐容配置。本文以所给的设计任务书为依据,在进行了相关设计计算的基础上利用计算机编程对该管道进行了水力计算、经济计算,确定了最经济的管道工艺参数(如管径、壁厚、工作压力、泵站数) ,并且对该管道进行了工艺计算,计算出了一年中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积,并确定了油品的切割方案,绘制了水力坡降与布站图和首站工艺流程图。关键词: 管道 输送批次 混油量 混油处理 罐容设计a of of s of so is at s so as to of s be of by of of of a be of to of be to of of is to of of we of to to of on on of on of as of a of on to a of of a of of s a of of of s 录1 绪论……………………………………………………………………………究目的和意义………………………………………………………品油管道技术现状及发展趋势……………………………………要研究内容…………………………………………………………用方法………………………………………………………………32 设计说明书……………………………………………………………………悉设计任务书的内容,掌握基本数据和原始资料………………计计算的基本步骤…………………………………………………43 计算说明书……………………………………………………………………所给数据进行初步处理……………………………………………计计算的基本步骤 ………………………………………………12结论…………………………………………………………………………… 50致谢 ……………………………………………………………………………51参考文献 ………………………………………………………………………5211 究目的和意义随着我国社会经济的快速稳步发展,机动车保有量不断增长,各地区的成品油消费需求量增长加速,对运输能力的提高和安全及时间的保证度提出了新的要求,同时成品油输送量的增大为发展和采用管道运输提供了可能。管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势,尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气。近年来,随着世界经济的稳步增长以及世界各国对能源需求的快速发展,全球油气管道的建设步伐加快,建设规模和建设水平都有很大程度的提高。界成品油管道技术现状目前国际成品油管道输送技术已相当成熟,输送的品种多、规模大,实现了化工产品和成品油的顺序输送;原油和成品油的顺序输送;汽油、煤油、柴油等轻质油品,液化石油气、液化天然气、化工产品及原料和重质油品等的顺序输送。世界最大的成品油管道系统——美国的科洛尼尔管道,双线可顺序输送不同牌号的成品油 118 种,一个顺序周期仅为 5 天。 国际成品油输送工艺多采用紊流密闭输送和顺序输送流程。输送性质差距较大的两种油品时,多采用隔离输送方式。混油界面多采用计算机进行批量跟踪。界面检测方法大致分为标示法和特性测量法,其中采用特性测量法居多,尤以密度测量法最多。为了提高检测的精度,也常采用各种组合式的检测方法。 界成品油管道技术主要发展趋势(1)成品油管道正向着大口径、大流量、多批次方向发展,除输送成品油外,还输送其他液体烃类化合物。 (2)广泛采用管道优化运行管理软件系统,合理安排各批次油品交接时间;在极短的时间内系统可自动生成调度计划,对管内油品的流动过程进行动态图表分析,远程自动控制泵和阀门的启停,实现水击的超前保护。 (3)顺序输送的混油界面检测以超声波检测法为发展趋势,美国在这方面保持着技术领先地位。 国成品油管道技术现状 20 世纪 90 年代后随着成品油管道的建设,我国成品油管道输送研究有了进展,先后开展了成品油顺序输送水力计算、批量跟踪等方面的研究及运行管理软件的开发,但与国外相比差距还很大。 我国成品油管道除格接油罐”顺序输送工艺外,均采用密闭顺序输送工艺。顺序输送主要有两种输送方式:一种是紊流输送;一种是隔离输送。 2002 年投入运营的兰压力、长距离、多出口、多油品、全线自动化管理的商用成品油管道。全线采用密闭顺序输送工艺,沿途 13 个分输点,输送油品为 90#汽油、93#汽油和 0#柴油。油品界面检测、跟踪采用密度法、超声法和计算跟踪,代表了我国成品油管道目前最高水平。 内外成品油管道技术差距分析 目前我国成品油顺序输送技术尚处于初级水平,且自动化程度较低,无法全面体现成品油管道的输送特点和优势。随着国民经济对成品油需求的不断增长,我国应逐步建立起长距离成品油管道干线和区域性成品油管网。因此必须对解决复杂地形下大落差动、静压控制,防止管道出现不满流,以及顺序输送的混油界面监控等技术难题进行联合攻关。国油气管道技术发展趋势(1)油气管道技术发展目标未来我国油气管输技术的发展目标如下:①在易凝高粘含蜡原油管输工艺方面保持世界领先水平。②具备保证大型油气管网安全、经济、优化运行的能力。③新建干线管道实现高水平的设计、施工和运营管理,达到世界先进水平。④提高成品油管道输送工艺水平,2015 年成品油长距离输送运量比例将提高 30%。⑤2015 年新建油气管道各项指标将达到世界平均水平。⑥提高劳动生产率,天然气管道管理为 。⑦降低油气管道输送能耗,原油管道综合能耗低于 400 t·天然气管道综合能耗低于 890 t·(2)油气管道重点发展技术2004 年中国石油管道技术与管理座谈会指出,今后中国石油将攻关、推广应用和超前研发 43 项技术,包括需要重点攻关的技术 26 项,推广应用的新技术 10 项和超前研究的储备技术 7 项。通过这些重点技术项目的实施,逐步形成油气输送技术、油气储存技术、管道工程技术、管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理与信息技术五大管道技术3系列,以全面提升管道技术水平。需要重点攻关的 26 项技术如下:①7 项油气输送技术。东北管网安全经济运行技术、进口俄罗斯原油输送工艺及配套技术、西部油田及进口原油管道输送技术、原油管道新型化学添加剂的研制与应用、多品种顺序输送工艺及配套技术、原油流变性研究及 术。②2 项油气储存技术。原油低温储存技术与储气库建设技术。③4 项管道工程技术。国家石油储备地下库建设工程技术、 储罐工程建设43150m技术、管道水土保护技术与大口径管道高清晰度漏磁内检测装备及技术。④4 项管道完整性评价及配套技术。管道完整性评价技术、油气管道泄漏检测技术、地质灾害及特殊地段监测与防护技术、储运设备安全检测及评价技术。⑤9 项油气管道运行管理与信息技术。数字管道技术、天然气管网安全优化运行技术、成品油管道优化运行技术、天然气气质评价技术、天然气贸易计量技术、管道快速维抢修技术、管道节能与环保技术、油气管网规划研究、天然气经济研究。⑥推广应用的 10 项新技术。管道自动焊接和超声波检测等集成技术、大型河流穿越技术、仿真技术、天然气管道内涂层技术、管道生产信息系统、地理信息系统、管道安全评价与风险管理技术、站区阴极保护技术、大口径 钢级管道钢管件制造装备及工艺技术、大口径输气管道干燥技术。⑦将要进行超前研发的 7 项储备技术。富气管道输送技术、超稠油管道输送技术、天然气减阻剂研制与应用技术、上高强度管道钢制管与施工技术、管道防腐新技术、海洋管道工程技术与永冻土地带工程施工技术。要研究内容对某条管道顺序输送三种油品,已知管长、任务输量、所输油品的性质、沿线高程等,要求:利用计算机编程对该管道进行水力计算、经济计算,确定出最经济的管道工艺参数(如管径、壁厚、工作压力、泵站数等) ,并且对该管道进行工艺计算,计算一年中油品的输送天数、最优循环次数、首末站所需的最优油罐容积,并确定出油品的切割方案等,并绘制相关的图纸。用方法采用方案比较法:在熟悉设计内容的基础上,根据任务书给出的数据,提出多种可供竞争的方案;对所提出的方案分别进行水力计算、经济性计算;选择优化算法,找出最经济合理的管道参数(管径、壁厚、泵站数等) ;根据所求得的最经济的管道参数,对顺序管道进行工艺计算;最优循环次数;一年中每种油品的输送天数;首末站所需建的油罐容积;混油切割方案以及混油亏损等;编制计算机程序;编写设计说明书和设计计算书,并绘制管道水力坡降图及首站工艺流程图。悉设计任务书的内容,掌握基本数据和原始资料(1)输送量(包括沿线分油或加油量) ;管道起、终点,分油或加油点及管道纵断面图;所输油品物性;沿线气象及地温资料;(2)查阅相关资料,收集有关管材规格;泵、原动机型号及性能等的资料,以备比较选用。计计算的基本步骤(1)根据油品性质、油品经济流速或经济输量的范围,初定油品经济流速,由公式计算出经济流速,根据管径的初算值,来选择一系列可能的管径。然后参考前4苏联干线输油管道工艺设计规范(,不同直径管道的工作压力及经济输量范围初选各管径下的输送压力。(2)根据任务输量和初定的工作压力选择工作泵的型号、然后通过计算台数以及组合方式。为便于长输管道的应用,泵的特性曲线方程可近似表示为:(2式中 ——离心泵扬程, 液柱;离心泵排量, ;3/h——常数;—管道流量水力光滑区内 =合摩擦区中册中给出的( , )值一般为三组,我们可以用最小二乘法算出a,b的值, , = ,所以:mi112)(求偏导使得: 02222)(2)(代入公式就可以求得泵的特性方程。根据上述计算结果来选择泵站的组合方式,对初步制定的压力、管径搭配作出相应的更改,并确定为本设计的管径、压力组合的比较方案。(3)根据泵站所确定的 和选定的管径根据下列公式P2(2中 ——管壁厚度计算值, ;m——外径, ;m——设计压力或管道的工作压力, ;输油管道的许用应力, ;——焊缝系数,无缝钢管取 ——考虑钢管公差和腐蚀的余量,根据管路的工作环境,取 。C 0~2C进行强度、稳定性校核,然后求出管道的内径。1)强度校核:①热应力:(2-6)式中 ——管道材料的线性膨胀系数;E——管材的弹性模量;——管道的工作温度与安装温度之差,取极限,有 。t 年 最 低年 最 高②环向应力的泊松效应:(2式中 ——管材的泊松系数;p——设计压力, ;外径, ;m——壁厚, 。③总的轴向应力:(2-8)满足上述条件即满足强度要求。62)稳定性校核:地下管道被土壤嵌住,直管段所受的最大轴向压力 P 为:(2算 算 算式中 P——管道轴向压力, ;N——内压, ;管子的管壁截面积, ;2管道直径, ;E——管道弹性模量 ;P——管道壁厚, ;算——膨胀系数;——温度变化,按最危险情况考虑, 。tC当轴向力 P 达到或超过某一临界值 时,埋地管道将丧失轴向稳定性,管道将产生生拱出地面而造成破坏事故。因此,必须对管道的轴向稳定性进行验算。直管段的失稳临界力:(2中 ——失稳临界力, ;土壤压缩抗力系数;0D——管道外径, ;管道的弹性模量, ;9210I——管道横截面的惯性矩, 。4当 时,稳定性满足要求。4)计算任务流量下的水力坡降 ,并判断翻越点,确定管道计算长25度。(5)计算全线需要的总压头、确定各方案的泵站数并化整。根据任务输量,在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为 。全线 个泵站提供的总扬程必然与消耗的总能量平衡,于是有N(2站数7(2式中 ——任务输量下泵站的扬程, 液柱;m——泵站站内损失, 液柱;——任务数量下管道所需总压头, 液柱;——末站剩余压力, 液柱;管道计算长度, ,考虑到局部摩阻取为管道实际长度的 。一定是正数,只能取之相近的整数作为该方案需建的泵站数。N(6)根据技术经济指标计算各方案的基建投资及输油成本费用。主要包括基本建设投资指标和输油成本指标两大类。这些指标都是多年管道建设积累的资料,根据国家有关政策规定编制而成的。技术经济指标用于工艺方案的经济性比较。管道基本建设指标包括线路部分、泵站部分和配套工程三部分。输油成本主要包括大修理、材料、动力、燃料、工资、职工福利、损耗及其他费用。(7)综合比较各方案的经济行指标,并考虑管道的可能发展情况,选出最佳方案;(8)按最优方案的参数(管径、泵机组型号及组合、泵站数等) ,计算求解工作点参数;(9)按水力坡降和工作点的压头在纵断面图上布置泵站,确定泵站的位置;(10)根据所求得的最经济管道参数,对顺序输送管道进行工艺计算。①计算一年中每种油品的输送天数 3502计算最优循环次数 中 ——单位有效容积储罐的建设费用;Z——石油工业规定的投资年回收系数;——单位有效容积储罐的经营费用;G——每次循环混油的贬值损失;A——一个循环中的混油体积。据最优循环次数确定全线首、末站所需建的最优储罐总容量(2中 ——最优循环次数。8④确定最优循环周期(2中 ——最优循环次数;D——输油管每年的工作时间,本设计取 350 天。⑤循环周期内各种油品的输送时间(2中 ——每年输送第 p 种油品的时间;——最优循环次数。P⑥确定混油切割方案以及计算混油亏损。输油品 的平均密度20 (31 =75%=)t/油品密度按下式换算成计算温度下的密度20()式中 、 ——温度为 及 时的油品密度, ;温度系数, , 。 ) 温度年平均温度:年最高温度:年最低温度:算出的年平均温度下的油品平均密度:==()476(0)3/路纵断面图在直角坐标系中表示管道长度与沿线高程变化的图形成为管道纵断面图。其横坐标表示管道的实际长度,常用的比例为 。纵坐标为线路的海拔高程,常1:0~:0用的比例为 。实地测量所得的纵断面是作泵站布置和管道施工图的重要依1:50~:据,必须注意,纵断面图上的起伏情况与管道的实际地形并不相同。图上的曲折线不是管道的实长,水平线才是实长。表 3路纵断面资料桩号 1 2 3 4 5 6 7 8 9里程(0 27 38 61 94 136 165 187 212高程(m) 0 11 12 13 14 15 16 17 18里程(234 251 265 287 302 313 345 374 398高程(m) 9 20 21 22 23 24 25里程(426 459 482 511 529 543 580高程(m) 高 程 00 200 300 400 500 600 700里 程 , 量换算设计任务书中给定的任务输量为每年若干万吨,工艺计算中需用体积流量,故应按计中需用体积流量,故应按计算温度下油品的密度及年输油时间进行换算。考虑到管道维修及事故等因素,设计时年输油时间按 ( )计算。350= 3297.6/关粘度的数据处理油品运动粘度可按下式计算:(3()式中 、 ——温度为 、 时油品的运动粘度, ;——粘温指数, 。1/:0()(301表 3-2 所输油品粘度11粘度( )6210/020夏用柴油 公式(3算出:柴油: =26汽油: = =256所以由公式(3算出:=0()柴 , 2091(/)柴 ,=0()柴 , (/)0.. 煤 , 0()(/)煤 ,=() 0.煤 , 21m)汽 ,()t汽 ,=0()汽 , (/)关混油浓度的参数(分别将汽油、煤油、柴油编号为 A、B、C):()% ()% ()3%C= 1% A= % C= %择管径根据油品性质并查阅相关资料,本设计初定油品经济流速为 s,初算时暂时忽略压力对密度的影响 由体积流量 Q=v,可得:24d==546根据管径的初算值,来选择一系列可能的管径:(可选508、 529、 559、 610、 660 的管径)选各管径下的输送压力参考前苏联干线输油管道工艺设计规范(,不同直径管道的工作压力及经济输量范围。表 3同直径输油管的工作压力和输量原油管 成品油管外径,作压力kg/0 6t 外径,作压力kg/0 64~65 6~8 219 90~100 0.7~0.9630 52~62 10~12 273 75~85 1.3~1.6720 50~60 14~18 325 67~75 1.8~2.2820 48~53 22~26 377 55~65 2.5~3.2920 46~56 32~36 426 55~65 3.5~4.81020 46~56 42~50 530 55~65 6.5~8.51220 44~55 70~78可初步制定如下的压力、管径搭配:508(529(59(10(60(择工作泵的台数以及组合方式的原则泵站应有备用输油泵。备用泵台数按照泵与原动机的可靠性与维修条件而定。选泵时,通常是先从泵制造厂提供的泵型普与特性曲线上,挑选出与确定的额定排量及扬程相符的泵型。按照所输原油性质特性曲线加以换算;应使额定排量与扬程位于所选泵型特性曲线的高效区;泵应具有连续平滑的特性曲线,高效区较宽;泵关死点(排量为零)的扬程上升不应过大。如果已有的泵特性曲线不符合要求,可向泵制造厂提出重新设计或修改曲线的要求。给油泵只用于首站,安装在输油主泵之前,并联操作。给油泵按照泵站总排量与主泵所要求的正压头,确定台数及每台泵的排量与扬程。选择泵型和规格时,还会遇到如何适应管道数量变化的问题。管道建成初期和后期输量往往会有很大变化。正常输送时期,一年中各个月份输量也是波动的。恰当的选择泵型、规格和原动机能有利于管道调节输量。为便于长输管道的应用,离心泵的特性曲线可近似表示为(3式中 ——离心泵扬程, 液柱;Q——离心泵排量, ;3/h——常数;—管道流量水力光滑区内 m=合摩擦区中册中给出的( , )值一般为三组,我们可以用最小二乘法算出a,b的值, , = ,所以:mi求偏导使得: 02322)(22)(代入公式就可以求得泵的特性方程。为便于计算各种型号泵的特性曲线方程系数值,可对上述计算步骤进行编程,以节省计算量。过计算选泵并组站(1)选泵型号并组站 1 查《泵的产品样品》 ,40050×2 型泵的性能如下表:表 30050×2 型泵性能参数流量 Q 功率 N( )(m) 转速 /机功 率效率 叶轮直径 (000 288 520 2300 641250 347 495 2400 50×21500 417 45根据泵的特性方程,即公式(3 2( 取 最小二乘法拟合,在编程界面输入表中相关参数,可得:的特性方程常系数求解程序运行界面15即 a= b=程(压头特性)为:泵站的特性方程: (3-8)据离心泵串联组合的特点,每台泵的排量相等,均等于泵站排量,
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