原油管道设计计算

1.5设计依据与基础参数1.5.1设计基础参数1)原油物性参数(1)原油密度所输原油密度ρ(g/cm3)随温度t(℃)的变化关系为：ρ=ρ20-ζ(T-20)(1-1)式中：ρ20--20度下原油密度(kg/m2)，取870kg/m2；ζ--ζ=1.825-0.001315ρ20；T--平均输油温度(℃)，取40℃；即得ρ=870-0.68095(T-20)(1-2)(2)原油粘度由最小二乘法回归粘温关系如表1-11表1-11粘温关系回归表温度(℃)706050454035粘度(mm2/s)38.461.593.6120.1152.3200Logν1.5841.7891.9712.0802.1832.300取xi为T，yi为logνΣxi=300Σyi=11.908Σ(xiyi)=578.225Σxi2=15850b=22)(xixxinyixixiyin=-0.0202a=xinbnyi=2.995回归结果为logν=2.995-0.0202T得原油粘度为：ν=102.995-0.0202T(1-3)式中：T--平均输油温度(℃)；(3)原油比热容所输原油的比热容为2100J/kg℃(4)平均输油温度在加热输送条件下，计算温度采用平均输油温度T，平均输油温度采用加权法，按下式计算：T=323ZRTT(1-4)式中：TR--原油出站温度，取60℃；TZ--原油进站温度，取30℃；2)总传热系数由wtwtDhD4ln22(1-5)式中：Dw--管道外径(m)；ht--土壤导热系数(w/m℃)，取0.9w/m℃；t--管道中心埋深(m)，取1.5m；得2=2.342K=211沥青沥青(1-6)式中：沥青--沥青防腐层(m)，0.006m；沥青--防腐层导热系数(w/m℃)，取0.15w/m℃；得总传热系数K=2.141(w/m℃)；1.5.2其它设计参数管道全线任务输量、最小输量、进出站油温、埋深处月平均气温等列于表1-12设计参数表中。生产天数按照350天计算。表1-12设计参数表任务输量(×104t/a)最小输量(×104t/a)管线里程(Km)最高出站油温℃最低出站油温℃埋深处月平均气温℃60034225060305.01.6经济管径的选择1.6.1管径及管材的初选1)管径选择根据规范，输油管道经济流速范围为1.0-2.5m/s，管径计算公式如下：d=VQ4(1-7)式中：Q--额定任务输量(m3/s)；V--管内原油经济流速(m/s)；d--管道内径(m)；根据输量计算结果如下表1-13：表1-13初选管径表经济流速(m/s)计算结果(mm)初选管Ⅰ(mm)初选管Ⅱ(mm)初选管径Ⅲ(mm)1.5432.7406.44575082)管材选用本工程采用直缝电阻焊钢管。综合考虑输油系统的压力、输油泵的特性、阀门及管件的耐压等级等综合因素，管材选用按照API标准生产的X60直缝电阻焊钢管，局部高压管段选用按照API标准生产的X80直缝电阻焊钢管。根据输量的大小，本次设计提出了3种可能的管径，分别是Φ406.4×6.4、Φ457×7.1、Φ508×7.9。在这里采用费用现值来确定最经济管径。1.6.2费用现值法确定经济管径1)确定经济管径的原则对某一输量下的管路，随着管径的增大，基本建设中钢材及线路工程投资增大，但压力损失降低，泵站数减少，站场投资减少。而有些项目如道路、供水、通讯等投资不变。故总投资随着管径的变化必有极小值存在，而输油能耗也在下降。其它项目如材料费、折旧费、税金、管理及维修费等是按照投资总额提成一定比例计算的。该费用随着管径的变化与投资随着管径的变化趋势相同，所以总投资与经营费用的叠加总有一个与其最小值对应。该费用最小值的管径为最优管径。2)费用现值法费用现值比较法简称现值比较法。使用该方法时，先计算各比较方案的费用现值，然后进行对比，以费用现值较低的方案为优。费用现值法的计算公式为：tcNtvttciWSCIP)1()(1(1-8)式中：It--第t年的全部投资(包括固定资产和流动资金)；错误!未找到引用源。’--第t年的经营成本；Sv--计算期末回收的固定资产余值(此处为0)；W--计算期末回收的流动资金；N--计算期N=16；ic--行业基准收益率=12%；油气储运企业的要素成本包括：电力费用、工资及福利费、修理费、油气损耗费、折旧费、利息支出、其他费用。3)经营成本和流动资金年经营成本＝燃料费用＋电力费用＋工资及福利费＋修理费＋油气损耗费＋折旧费+其他费用燃料费用主要是指加热设备(包括加热炉和锅炉)的燃料费用。对于长距离输油管道系统，燃料费用主要是原油加热输送工艺中加热炉的燃料油费用。可根据原油进出站温度计算，计算公式如下：SR=GCy(TRi–Tzi)RiHyBenR(1-9)式中：SR--燃料费用，元/年；ey--燃料油价格，元/吨；Cy--原油比热，J/kg℃；BH--燃料油热值，J/kg；TRi--第i加热站的出站温度，℃；TZi--第i加热站的进站温度，℃；Ri--第i加热站的加热炉效率；G--管道年输量，吨/年；nR--加热站个数；电力费用是指用于支付泵的电力设备和电动机具所消耗电能的费用，主要是输油泵等动力设备的电费。对于长输管道系统，电力费用主要是泵站输油泵机组的电费。全线的电力费用可采用下式计算：SP=peidHGe310723.2(1-10)式中：SP--全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；H--第i泵站的扬程，m；ed--电力价格，元/kWh；ηpei--第i泵站泵机组的效率；G--年输量，吨/年；油气损耗费包括大罐的蒸发损耗和泄漏损失等，可按年输量或销售量的一定比例计算。油气损耗费＝损耗比例×年输量(或年销量)×油价(或气价)损耗比例一般可取为0.1%～2.3%。固定资产形成率为85%，综合折旧率取7.14%(综合折旧年限为14年)，残值为0。修理费按固定资产原值的1%计算，输油成本中其他费用按工资总额与职工福利费之和的2倍计算。水电设施、道路、通讯设施等费用按线路投资与输油站投资之和的12%计算。管道建设期为2年，第一年和第二年投资分别按总投资的40%、60%计算，固定资产投资方向调节税税率为0。固定资产的30%为自有资金，70%为建设银行贷款，贷款利率为8%。流动资金利用扩大指标估算法，按流动资金占固定资产原值的5%计算。4)比较方案三种管径的计算结果如下：Φ406.4×6.4的费用现值为116209.405万元。Φ457×7.1的费用现值为59526.39万元。Φ508×7.9的费用现值为59609.1万元。其中Φ457×7.1的费用现值最小，采用Φ273×7的管道进行施工和投产运行更为经济。1.6.3管道壁厚选择根据《输油管道工程设计规范》，输油管道直管段钢管管壁厚按下式计算：c=KPD2(1-11)式中：P--设计内压力(MPa)；D--钢管外径(mm)；K--设计系数，取0.72；--材料的最低屈服强度(MPa)；--焊缝系数，取1.0；管道系统设计压力为7MPa时，管道选用X60直缝电阻焊钢管，屈服强度413MPa，壁厚计算结果如下表1-14：表1-14壁厚计算表公称直径(mm)计算壁厚(mm)腐蚀余量(mm)实选壁厚(mm)管道外径(mm)DN4575.37917.1Φ457×7.11.7输油工程1.7.1主要工艺1)原油密闭加热输送工艺(1)加热输送工艺易凝易粘的油品当其凝点高于管道周围环境温度、或在环境温度条件下油流粘度很高时，不能直接采用等温输送方法。油流过高的粘度使管道的压降剧增，不经济也不安全。加热输送是目前最常用的方法。其可以降低粘度减少摩阻损失并降低管输压力，保证安全输送。(2)密闭输送工艺泵到泵密闭输送工艺是目前国内外管道采用的先进输送工艺。对输油系统压力实行自动调节以及系统自动连锁保护，是实现密闭输油的前提。中间泵站设一水击泄放罐，不设旁接油罐和缓冲罐，大幅降低各站储罐的容量，节约工程投资，减少原油损耗。1.7.2工艺计算及站场布置1)热力计算热力计算按最小输量情况进行计算。根据任务书的要求，，设计最小输量为0.1275m3/s即113.1kg/s.总传热系数由(1-6)得为2.141w/m℃。有雷诺数判断流态均为紊流的水力光滑区。根据以下公式求解所需的热站数。水力坡降i=75.425.075.1dQMIN(1-12)a=CGDKMINW(1-13)b=cagi(1-14)LbTTbTTaOZORRln1/(1-15)最终得热站数：n//RrLL(1-16)最终向上取整得热站数n。式中：Dw--管道外径(m)，取0.4712m；K--热油管道总传热系数(w/m℃)，取2.141w/m℃；C--油品比热(KJ/Kg)，取2100KJ/Kg；经过计算，需要4座泵站，站间距为62.5Km。经过热泵站合并和站址调整，决定设置4座热站。热战布置情况如下表1-15：表1-15热站布置表站号首站2#3#4#末站里程(Km)060128193250高程(m)298025.813.276.5进站温度(℃)--30303030出站温度(℃)59.465.463.057.3--2)水力计算根据初选的管径、原油的任务输量，按照列宾宗公式进行水力计算，并判断是否存在翻越点，再由管道工作承压，选择输油泵后，确定全线所需要的泵站数，并通过绘制水力坡降图优化布站，确定站址。水力坡降：i=75.425.075.1dQMIN(1-17)管路全线能耗为：H=iL+ΔZ+HSZ(1-18)泵站数：N=mChHH(1-19)式中：H--任务流量下管道所需要的总压头(m液柱)；CH--任务输量下泵站的扬程(m液柱)；HSZ--末站剩余压力(m液柱)，取30m液柱；hm--泵站站内损失(m液柱)，取20m液柱；当N不是整数，要向上取整。经过计算，全线无翻越点，全线需要4设置座泵站。经过热、泵站合并和站址调整，泵站布置情况如下表1-16表1-16热泵站布站表站号首站2#3#4#末站里程(Km)060128193250高程(m)298025.813.276.5进站扬(m)87.7176.7189.3190.8436.41出站扬(m)739.71728.71741.31611.04--3)站场布置按照确定的管径，根据进行的水力、热力计算结果，优化布置站址情况见下面的示意图。布站示意图如下：胜齐输油首站(0km，29m)2#热泵站(60km，80m)3#热泵站(128km，25.8m)输油末站(250km，6.5m)4#热泵站(193km，13.27m)4)运行参数通过选择的管径、结合站场布置情况，经过计算确定后的三输油管道在各年生产负荷下的运行参数如下表1-17、1-18、1-19、1-20、1-21。该参数明确了热处理原油在最小输量、70%输量、85%输量、90%输量、最大输量下的主要生产运行参数。该参数为理论计算结果。表1-17最小输量站号首站2#3#4#末站TR℃59.465.463.057.3--TZ℃--30303030Hsm89.9275.76101.5677.2475.4Hdm387.52298.36324.16299.84--开炉全开全开全开全开--开泵开一台开两台开两台开两台--表1-1870%输量站号首站2#3#4#末站TR℃51.255.253.749.8--TZ℃--30303030Hsm89.3782.51100.2670.4476.7Hdm498.26380.11397.86368.04--开炉全开全开全开全开--开泵开两台开一台开一台开一台--表1-1985%输量站号首站2#3#4#末站TR℃45.448.147.144.4--TZ℃--30303030Hsm88.6461.7463.98106.6192.5Hdm608.84497.44472.88404.2--开炉全开全开全开全开--开泵开三台开三台开两台开一台--表1-2090%输量站号首站