重庆科技学院
《管道输送工艺》 课程设计报告
学 院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 储运10-03 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 石油科技大楼K715 设计题目: 某热油管道工艺设计（二期） 完成日期： 2013 年 12 月27 日
指导教师评语: ______________________ ______________ ________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________
目录
1 总论 ........................................................................................................... 1
1.1 设计依据 ........................................................................................................... 1 1.2 设计原则 ........................................................................................................... 1
2 工程概况 . .................................................................................................. 1
2.1 管道设计参数 ................................................................................................... 1 2.2 原油物性 ........................................................................................................... 1 2.3 其它参数 ........................................................................................................... 2
3工艺计算 . ................................................................................................... 1
3.1 采用的输送方式 ............................................................................................... 1 3.2管道规格 ............................................................................................................ 1
3.2.1平均温度 . .................................................................................................................. 1 3.2.2油品密度 . .................................................................................................................. 1 3.2.3流量计算 . .................................................................................................................. 2 3.2.4油品粘度 . .................................................................................................................. 2 3.2.5管道内径 . .................................................................................................................. 2 3.2.6管道外径 . .................................................................................................................. 3 3.2.7壁厚 . .......................................................................................................................... 3
3.3热力计算 ............................................................................................................ 4
3.3.1雷诺系数 . .................................................................................................................. 4 3.3.2总传热系数 ............................................................................................................... 5 3.3.3原油比热容 ............................................................................................................... 6 3.3.4加热站布站 ............................................................................................................... 7 3.3.5水力计算 . .................................................................................................................. 9 3.3.6计算摩阻 . .................................................................................................................. 9
3.4选用泵的型号 .................................................................................................. 10
3.4.1 原动机的选型 ........................................................................................................ 11 3.4.2加热设备选型 ......................................................................................................... 11
3.5站场布置 ...........................................................................................................11 3.6校核动静压力 .................................................................................................. 13
3.6.1判断翻越点 ............................................................................................................. 13 3.6.2动水压力校核 ......................................................................................................... 14 3.6.3静水压力校核 ......................................................................................................... 15
3.7最小输量 .......................................................................................................... 15
4设计结果 . ................................................................................................... 1 参考文献 . ...................................................................................................... 1
1 总论
1.1 设计依据
（1）国家的相关标准、行业的相关标准、规范； （2）相似管道的设计经验； （3）设计任务书。
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。
2 工程概况
某油田初期产量油235万吨/年，五年后原油产量达到375万吨/年，计划将原油输送到329km 外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。设计要求：
（1）确定二期（375万吨/年）条件下，泵站数及热站数； （2）二期热站、泵站的位置、翻越点校核； （3）静水压及动水压校核； （4）最小输量；
（5）绘制二期工程中间站工艺流程图（2#）1张。
2.1 管道设计参数
表2.1 管道经过地区的地温
表2.2 里程和高程表
输送压力8 MPa ，末站剩余压头60m ，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，进站温度控制在37℃，最高输送温度68℃，最低输送温度35℃。
2.2 原油物性
表2.3某原油性质
该原油在20℃时的密度为860.81kg/m 3，50℃粘度8.9mPa.s ，粘温指数0.036。
2.3 其它参数
保温层采用黄夹克，厚度40mm ，土壤导热系数1.05 W/(m ⋅︒C ) ，埋地深度1.7m 。
3工艺计算
3.1 采用的输送方式
密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲用的旁接油罐，上站来油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以基本中间站的轻质油蒸发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在水击问题，需要全线的水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。现代的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设计的输送方法为密闭输送方式。
3.2管道规格
已知的热油管道年输量为350万吨。
G =3. 75⨯106t /a
3.2.1平均温度
12
T pj =T R +T Z （3-1）
33T R , T Z ——加热站的起点, 终点温度, ℃。
12
T pj =⨯68+⨯37=47. 33℃
33
3.2.2油品密度
ρt =ρ20-ξ(t -20) （3-2） 式中 ρt , ρ20——温度t ℃及20℃时的油品密度，kg /m 3；
ξ——温度系数，ξ=1. 825-0. 001315ρ20
ξ=1. 825-0. 001315⨯860. 81=0. 693kg /(m 3⋅℃) 。 ρ47. 33=860. 81-0. 693⨯(47. 33-20)=841. 87kg /m
3
3.2.3流量计算
Q =
G
ρ⨯8400⨯3600
m 3/s 式中 G ——年任务质量输量，106t /a ；
Q ——体积流量，m 3
/s ；
ρ——油品平均温度的密度，kg /m 3，此时ρ=ρ47. 33；
3. 75⨯109
Q =841. 87⨯8400⨯3600
=0. 147m 3/s
3.2.4油品粘度
v η
t =
ρ t
式中 η——运动粘度；
ρt ——平均温度，℃。
v =8. 9⨯10-3
47. 33841. 87
=10. 57⨯10-6m 2/s
3.2.5管道内径
d =
4Q
πν
3-3）
3-4） （3-5）
（（
3
式中 Q ——体积流量，m /s ；
ν——经济流速，m /s 。
经济流速取值范围是1～2之间。假设ν=1.2m/s。
d =
4⨯0. 147
=0. 395mm
3. 14⨯1. 2
3.2.6管道外径
查规范，根据经济流速算出的管径，选则φ377×8和φ426×8的标准管道。
V =
式中 D ——管道内径，m ； Q ——体积流量，m3/s； V ——实际流速，m/s。 经济流速的校核： 当选φ377×8时，
V =
当选φ426×8时，
V =
所以选择的两种都符合设计要求。但相比较而言φ426×8更加符合假定经济流速，故选用φ426×8规格的钢管。
4⨯0. 1474Q
=1. 12m /s =
πD 23. 14⨯0. 4102
4⨯0. 1474Q
=1. 44m /s =22
πD 3. 14⨯0. 3614Q
（3-8） πD 2
3.2.7壁厚
查规范，选规格为X70的管材，其最小屈服强度为485MPa, 故其壁厚：
t =
PD i
2σ-P （3-6）
式中 t ——壁厚，m ；
P ——设计压力，（取1.1倍的最高工作压力）MPa ； Di ——管道外径，m ；[σ]——许用压力，MPa ； 许用应力：
［σ］= K φδs
（3-7）
式中 δs ——最小屈服强度，MPa ； K ——设计系数，根据规范站外管道取0.72； φ——焊缝系数，根据X70取1
1. 1⨯8⨯0. 426
t ==0. 00543m =5. 43mm 2⨯485⨯0. 72⨯1-8
因为5. 43
3.3热力计算
3.3.1雷诺系数
Re =
4Q 4⨯0. 147
==4321 0-6
πd υ3. 14⨯0. 410⨯10. 57⨯1057. 9⎛2e ⎫ ⎪⎝d ⎭
⎛8⎫ ⎪⎝7⎭
Re 1=
=
57. 9
(2⨯0. 06⨯10
-3
÷0. 410
)
87
=632531
由于632531>43210>3000，所以为紊流水力光滑区。
因为要选取黄夹克作为保温材料，第一层为低合金钢管，按国标GB/T 1591-1994中，16Mn 对应的是Q345，它的热导系数：45. 5W /(m ⋅ C ) 。第二层保温层的导热
系数为0. 014W /(m ⋅ C ) 。保温材料厚度为35~50mm。按要求取厚度40mm 。
3.3.2总传热系数
传热系数
K L =1
D 1+∑ln i +α1πd 2πλi d i α2πD w 11 （3-9）
总传热系数
K L =K πD
式中 d ——管内径，m ；
D i ——第i 层的外径，m ；
d i ——第i 层的内径，m ；
D w ——最外层的管外径，m ；
D ——管径，m 。
若α1>>α2，D 取外径；若α1≈α2，D 取算数平均值；若α1
管最外层至周围介质的放热系数α2:
α2= （3-10） 2h 2h D w ln （t +(t ) 2-1）D w D w 2λt
式中 λt ——土壤导热系数，W /(m ⋅ C ) ；
h t ——管中心埋深，m ；
D w ——最外层的管外径，m 。
α2=
D w ln （2λt 2h t 2h +(t ) 2-1）D w D w
=
0. 466⨯ln （2⨯1. 052⨯（1. 7+0. 426÷2）2⨯（1. 7+0. 426÷2）2+() -1）0. 4660. 466=1. 71W /︒C
在紊流情况下，α1对总传热系数影响很小，可忽略不计。
K L =1
142614661ln +ln +2π⨯45. 54102π⨯0. 0144261. 64π⨯0. 466=0. 70W /m 2⋅︒C ()
K =K L =0. 70÷3. 14÷0. 426=0. 53W /(m 2⋅︒C ) πD
3.3.3原油比热容
原油和石油产品的比热容通常在1.6～2.5KJ/(Kg.℃) 之间. 15 C 时原油的相对密度为：
15d 4=ρ20-ξ(t -20)
1000 （3-11）
15式中 d 4——15 C 时原油的相对密度；
ξ——温度系数，kg /(m 3⋅ C ) ；
ρ20——温度为20 C 时的油品密度，kg /m 3
15d 4=860. 81-0. 693⨯(15-20) =0. 86428kg /m 3 1000
原油的比热容为：
c =1
15d 4(1. 687+3. 39⨯10-3T ) （3-12）
15式中 d 4——15 C 时原油的相对密度；
c ——比热容，kJ /(kg ⋅ C ) ；
T ——原油温度， C 。
c =1
15d 4(1. 687+3. 39⨯10-3T ) =10. 86428
⨯（1. 687+3. 39⨯10-3⨯47. 33）=1. 99kJ /(kg ⋅︒C )
3.3.4加热站布站
质量流量为： G 1=G （3-13） t
式中 G 1——原油质量流量，kg /s ；
G ——原油输量，kg ；
t ——管道全年运行时间，一年工作日为350天。
375⨯107
G 1==124Kg /s 350⨯24⨯3600
确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度T R 和T z ，任务书设计要求进站温度控制在37 C , 出站温度假设为68 C ，可按冬季月平均最低温度及全线的K 值估算加热站间距L R ，
L R =G 1c T R -T 0ln （3-14） πDK T z -T 0
热油管全场329公里，加热站数n ，
n =L R
在进行n 的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基础上求出每个加热站的热负荷：
Q =G 1c (T R -T Z )
η （3-15）
式中 η——加热炉的效率，%；
c ——原油的比热容，J/(kg.℃) ；
G ——原油质量流量，kg/s；
Q ——加热站的热负荷，J/s。
管道周围的自然温度取冬季最低月平均气温T 0=5 C
G 1c T R -T 0124⨯1. 99⨯10368-5L R =ln =ln =235. 8km πDK T z -T 03. 14⨯0. 426⨯0. 5337-5
n =329÷235. 8=1. 4
Q =G 1c (T R -T Z )
η=124⨯1. 99⨯(68-37) =9561. 95KJ/s 0. 8
由于热站的热负荷过大，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取n=2个。则热站间距为： L R =L （3-16） n
式中 N ——加热站数，个；
L ——输油管道总长，m ；
L R ——加热站间距，m ；
L R =329=164. 5km 2
出站温度为:
T R =T 0+(T Z -T 0) e K πDL
Gc （3-17）
式中 G ——原油质量流量，kg /s ；
T Z ——加热站的进站温度， C ；
T R ——加热站的出站温度， C 。
c ——比热容，J /(kg ⋅ C )
L ——加热站间距，m ；
K ——管道总传热系数，W /(m ⋅ C ) ；
D ——管道内径，m 。
T 0——管道周围的自然温度， C ；
0. 53. ⨯3. 14⨯0. 410⨯164. 5⨯103
T R =5+(37-5) e 124⨯1. 99⨯10=55. 4℃
因为55.4﹤68，所以出站温度假设合理。
3.3.5水力计算
因为管路流态是在紊流水力光滑区，且加热站起终点流油粘度相差不超过一倍左右，故用平均温度法计算
求温度：
T pj =12⨯55. 4+⨯37=43. 1︒C 33
43. 1︒C 、50 C 时原油的密度为：
ρ43. 1=860. 81-0. 693⨯(43. 1-20) =844. 8kg /m 3
ρ50=860. 81-0. 693⨯(50-20) =840. 02kg /m 3
故平均温度下的运动粘度为：
υpj =υ0e -u (t -t 0) （3-18）
式中 υpj , υ0——温度为平均温度、t 0时油品的运动黏度，m 2/s ；
u ——黏温指数，1/ C 。
υpj 8. 9⨯10-3-0. 036⨯(43. 1-50) =e =1. 36⨯10-5(m 2/s ) 840. 02
3.3.6计算摩阻
一个加热站间的摩阻为： h R 1=βm Q 2-m υpj
d 5-m L R （3-19）
总摩阻为：
h R =nh R 1 （3-20）
全线所需总压头为：
H =h R +1. 2%h R +h m +∆Z （3-21）
式中 h R ——沿线总摩阻，m ；
h R 1——加热站间距的摩阻，m ；
H ——全线所需要的总压头，m 。
Q =G =124=0. 147m 2/s 844. 8ρ43. 1
h R 1(0. 147) 2-0. 25⨯(1. 36⨯10-5) 0. 25=0. 0246⨯⨯164500=592. 4m (0. 410) 5-0. 25
h R =2⨯592. 4=1184. 8(m )
H =1184. 8+1184. 8⨯1. 2%+60+(201-220) =1240m
3.4选用泵的型号
Q =0. 147m 3/s =529. 2m 3/h
选用泵型号为250YS150×2，其流量为500m 3/h ，扬程为300m, 转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
平均温度下的密度为：
ρ43. 1=860. 81-0. 693⨯(43. 1-20) =844. 8kg /m 3
泵所产生的压力为：
P =ρgH （3-22）
式中 P ——泵所能够提供的压力，Pa ；
ρ——油品的密度，kg /m 3；
H ——泵所提供的扬程，m ；
P =844. 8⨯9. 8⨯3⨯300⨯10-6=7. 45MPa
因为输送压力为8MPa ，流油本身进入泵站前就有一定压力，所以满足输送压力的要求，故所选择的泵符合要求。
3.4.1 原动机的选型
防爆型电动机，转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
3.4.2加热设备选型
首站选用换热器，其他加热站选用加热炉，其热负荷为1095.6kJ/s，效率为80%。
3.5站场布置
泵站数为： N =H （3-23） H c -h m
式中 N ——泵站数，个；
H ——全线所需的总压头，m ；
h m ——泵站站内损失，m(取泵站内压头损失为h m =15m );
H c ——泵所提供的扬程，m 。
得： n =1240=1. 4个 3⨯300-15
因为要输送的流量不能比系统的小，故向上取整，取n=2（个）
采用平均法布站，其站间距为：
L R =L (3-24) n
式中 L R ——泵站站间距，m ；
L ——管线总长，m ；
L R =329=164. 5km 2
泵站进口压力控制在30～80m 范围内。
（1）当第二站与首站间距取147km, 对应高程为Z=120m，则其进口压力为：
h ti =H -1. 012iL -∆Z -h m (3-25) Q 2-m νm
i =β (3-26) d 5-m
式中 h ti ——泵站进口的剩余压头，m ；
H ——泵站所提供的扬程，m ；
I ——水力坡降；
L ——两泵站的站间距，m ；
∆Z ——两泵站间的高程差，m ；
h m ——泵站内压头损失，m 。
得：
0.250.1472-0.25⨯（1. 36⨯10-5）i =0.0246⨯=0. 0036 5-0.250. 410
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯147⨯103-(120-220) -15=449. 4(m )
由于其进口剩余压头远远大于80m ，故不符合要求，需增大站间距。
（2）取第二站与首站的站间距为179km ，对应高程为Z=227m，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯179⨯103-(227-220) -15=225. 9(m )
仍不合符合要求。
（3）取第二站与首站的站间距为220km ，对应高程为Z=160，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯220⨯103-(160-220) -15=143. 5(m )
仍不合符合要求。
（4）取第二站与首站的站间距为279km ，对应高程为Z=220m，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯279⨯103-(220-220) -15=-131. 5(m )
因为进口压力为负，所以需要在220km 和279km 间合适的位置建第一个泵站，假设里程为260，高程为210处建立则有：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯260⨯103-(210-220) -15=52. 3(m )
因为30
（5）末站与首站的站间距为329，对应高程为Z=201m，则剩余压力为： h sh =900+52. 3-1. 012⨯0. 0036⨯(329-260) ⨯103-(201-210) -15=694. 9(m ) 计算得末站剩余压力远远大于设计要求的末站剩余压头60m ，因此第二个泵站只需要设置两台泵（其中一台备用）即可满足要求，即
' h sh =300+52. 3-1. 012⨯0. 0036⨯(329-260) ⨯103-(201-210) -15=94. 9(m ) 基本满足剩余压头为60m 的要求。
全线泵站布置完毕。
3.6校核动静压力
3.6.1判断翻越点
H f =iL f +Z f -Z Q >iL +Z z -Z Q =H 则有翻越点存在，反之不存在。
先假设没有翻越点，则：
H =i L +∆Z =0. 0036⨯329⨯103+(201-220)=1165. 4m
在73km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯73⨯103+(270-220)=312. 8m 在147km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯147⨯103+(120-220)=429. 2m
在179km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯179⨯103+(227-220)=651. 4m 在220km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0.0036⨯220⨯103+(160-220) =732m 在279km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0.0036⨯279⨯103+(220-220)=1004. 4m 以上所得H f 均小于H, 故不存在翻越点，泵站布置合适。
3.6.2动水压力校核
动水压力指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力。动水压力的大小不仅取决于地形的起伏变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关。
校核动水压力就是检查管道的剩余压力是否在管道操作压力的允许值范围内。原油及成品油管道的最低动水压力（一般为高点压力）应高于0.2MPa ，最高动水压力在管道强度的允许值范围内。
动水压力的校核:
H i =H -[ix +(Z x -Z 1)] (3-27) P =ρgH (3-28) 式中 H i ——高程为i 点处的动水压头，m ；
H ——泵站输出的压头，m ；
x ——泵站距离低点处的距离，m ；
Z x ，Z1——低点处、泵站的高程，m ；
P ——动水压力，Pa 。
动水压力为：
H m in =900-[0. 0036⨯220⨯103+(160-220)]=168m
P m in =844. 8⨯9. 8⨯168⨯10-6=1. 39M P a
因为1.39>0.2，所以满足最低动水压高于0.2MPa 的要求
H max =900-[0. 0036⨯73⨯103+(270-220)]=587. 2m
P m ax =844. 8⨯9. 8⨯587. 2⨯10-6=4. 9MPa
因为4.9
综上所知：动水压力校核符合要求。
3.6.3静水压力校核
静水压力指油流停止流动后，由于地形高差产生的静夜柱压力。静水压力过高常发生在翻越点以后或某些峡谷地带的管段。
静水压力的校核：
P =ρgH =ρg ∆Z m ax (3-29)
式中 P ——静水压力，Pa ；
∆Z max ——沿线的最大高程差，m 。
得：
故静水压力校核符合要求。
3.7最小输量
管道的最小输量：
G min =K πDL (3-30) T R max -T 0c ln T Z min -T 0
式中 G m i n ——管道最小输量，kg/s；
K ——总传热系数，W /(m ⋅ C ) ；
D ——管道外径，m ；
L ——加热站间距，m ；
c ——原油比热容，J /(kg ⋅ C ) ；
T 0——管道周围的自然温度， C ；
T Z min ——加热站的最低进站温度， C 。
T R max ——加热站的最高出站温度， C ；
可得：
G min 0.53⨯3.14⨯0. 41⨯164. 5⨯103==83. 3kg /s 68-51. 99⨯103⨯ln 37-5
4设计结果
管道采用管材为φ426×8规格的X70钢管；泵站数为2个，首站为3泵串联加一台备用泵，中间站为1台泵工作加一台备用泵，选用的泵型号都为250YS150×2，其最小的输出量为83.3Kg/s。热站数为2个，加热设备选型：首站选用换热器，中间站选用加热炉，其热负荷为2800kJ/s，效率为80%。原动机选型：防爆型电动机，转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
为了使设计更加经济适用，把泵站和热战合建，建站地点按照泵站的规划选择，即管输起点建首站，在里程为260km ，高程为210m 处建设中间站。
参考文献
[1] 李征西, 徐恩文. 油品储运设计手册[M].北京：石油工业出版社,1997.
[2] 张其敏，孟江. 油气管道输送技术[M].北京：中国石化出版社,2008.
[3] 严大凡. 输油管道设计与管理[M].北京：石油工业出版社,1986.
[4] 姬忠礼，邓志安，赵会军. 泵和压缩机[M].北京：石油工业出版社,2008.
[5] GB50253-2003，输油管道工程设计规范[S].
[6] GB50316-2000,工业金属管道设计规范[S].
重庆科技学院
《管道输送工艺》 课程设计报告
学 院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 储运10-03 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 石油科技大楼K715 设计题目: 某热油管道工艺设计（二期） 完成日期： 2013 年 12 月27 日
指导教师评语: ______________________ ______________ ________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________
目录
1 总论 ........................................................................................................... 1
1.1 设计依据 ........................................................................................................... 1 1.2 设计原则 ........................................................................................................... 1
2 工程概况 . .................................................................................................. 1
2.1 管道设计参数 ................................................................................................... 1 2.2 原油物性 ........................................................................................................... 1 2.3 其它参数 ........................................................................................................... 2
3工艺计算 . ................................................................................................... 1
3.1 采用的输送方式 ............................................................................................... 1 3.2管道规格 ............................................................................................................ 1
3.2.1平均温度 . .................................................................................................................. 1 3.2.2油品密度 . .................................................................................................................. 1 3.2.3流量计算 . .................................................................................................................. 2 3.2.4油品粘度 . .................................................................................................................. 2 3.2.5管道内径 . .................................................................................................................. 2 3.2.6管道外径 . .................................................................................................................. 3 3.2.7壁厚 . .......................................................................................................................... 3
3.3热力计算 ............................................................................................................ 4
3.3.1雷诺系数 . .................................................................................................................. 4 3.3.2总传热系数 ............................................................................................................... 5 3.3.3原油比热容 ............................................................................................................... 6 3.3.4加热站布站 ............................................................................................................... 7 3.3.5水力计算 . .................................................................................................................. 9 3.3.6计算摩阻 . .................................................................................................................. 9
3.4选用泵的型号 .................................................................................................. 10
3.4.1 原动机的选型 ........................................................................................................ 11 3.4.2加热设备选型 ......................................................................................................... 11
3.5站场布置 ...........................................................................................................11 3.6校核动静压力 .................................................................................................. 13
3.6.1判断翻越点 ............................................................................................................. 13 3.6.2动水压力校核 ......................................................................................................... 14 3.6.3静水压力校核 ......................................................................................................... 15
3.7最小输量 .......................................................................................................... 15
4设计结果 . ................................................................................................... 1 参考文献 . ...................................................................................................... 1
1 总论
1.1 设计依据
（1）国家的相关标准、行业的相关标准、规范； （2）相似管道的设计经验； （3）设计任务书。
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。
2 工程概况
某油田初期产量油235万吨/年，五年后原油产量达到375万吨/年，计划将原油输送到329km 外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。设计要求：
（1）确定二期（375万吨/年）条件下，泵站数及热站数； （2）二期热站、泵站的位置、翻越点校核； （3）静水压及动水压校核； （4）最小输量；
（5）绘制二期工程中间站工艺流程图（2#）1张。
2.1 管道设计参数
表2.1 管道经过地区的地温
表2.2 里程和高程表
输送压力8 MPa ，末站剩余压头60m ，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，进站温度控制在37℃，最高输送温度68℃，最低输送温度35℃。
2.2 原油物性
表2.3某原油性质
该原油在20℃时的密度为860.81kg/m 3，50℃粘度8.9mPa.s ，粘温指数0.036。
2.3 其它参数
保温层采用黄夹克，厚度40mm ，土壤导热系数1.05 W/(m ⋅︒C ) ，埋地深度1.7m 。
3工艺计算
3.1 采用的输送方式
密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲用的旁接油罐，上站来油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以基本中间站的轻质油蒸发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在水击问题，需要全线的水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。现代的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设计的输送方法为密闭输送方式。
3.2管道规格
已知的热油管道年输量为350万吨。
G =3. 75⨯106t /a
3.2.1平均温度
12
T pj =T R +T Z （3-1）
33T R , T Z ——加热站的起点, 终点温度, ℃。
12
T pj =⨯68+⨯37=47. 33℃
33
3.2.2油品密度
ρt =ρ20-ξ(t -20) （3-2） 式中 ρt , ρ20——温度t ℃及20℃时的油品密度，kg /m 3；
ξ——温度系数，ξ=1. 825-0. 001315ρ20
ξ=1. 825-0. 001315⨯860. 81=0. 693kg /(m 3⋅℃) 。 ρ47. 33=860. 81-0. 693⨯(47. 33-20)=841. 87kg /m
3
3.2.3流量计算
Q =
G
ρ⨯8400⨯3600
m 3/s 式中 G ——年任务质量输量，106t /a ；
Q ——体积流量，m 3
/s ；
ρ——油品平均温度的密度，kg /m 3，此时ρ=ρ47. 33；
3. 75⨯109
Q =841. 87⨯8400⨯3600
=0. 147m 3/s
3.2.4油品粘度
v η
t =
ρ t
式中 η——运动粘度；
ρt ——平均温度，℃。
v =8. 9⨯10-3
47. 33841. 87
=10. 57⨯10-6m 2/s
3.2.5管道内径
d =
4Q
πν
3-3）
3-4） （3-5）
（（
3
式中 Q ——体积流量，m /s ；
ν——经济流速，m /s 。
经济流速取值范围是1～2之间。假设ν=1.2m/s。
d =
4⨯0. 147
=0. 395mm
3. 14⨯1. 2
3.2.6管道外径
查规范，根据经济流速算出的管径，选则φ377×8和φ426×8的标准管道。
V =
式中 D ——管道内径，m ； Q ——体积流量，m3/s； V ——实际流速，m/s。 经济流速的校核： 当选φ377×8时，
V =
当选φ426×8时，
V =
所以选择的两种都符合设计要求。但相比较而言φ426×8更加符合假定经济流速，故选用φ426×8规格的钢管。
4⨯0. 1474Q
=1. 12m /s =
πD 23. 14⨯0. 4102
4⨯0. 1474Q
=1. 44m /s =22
πD 3. 14⨯0. 3614Q
（3-8） πD 2
3.2.7壁厚
查规范，选规格为X70的管材，其最小屈服强度为485MPa, 故其壁厚：
t =
PD i
2σ-P （3-6）
式中 t ——壁厚，m ；
P ——设计压力，（取1.1倍的最高工作压力）MPa ； Di ——管道外径，m ；[σ]——许用压力，MPa ； 许用应力：
［σ］= K φδs
（3-7）
式中 δs ——最小屈服强度，MPa ； K ——设计系数，根据规范站外管道取0.72； φ——焊缝系数，根据X70取1
1. 1⨯8⨯0. 426
t ==0. 00543m =5. 43mm 2⨯485⨯0. 72⨯1-8
因为5. 43
3.3热力计算
3.3.1雷诺系数
Re =
4Q 4⨯0. 147
==4321 0-6
πd υ3. 14⨯0. 410⨯10. 57⨯1057. 9⎛2e ⎫ ⎪⎝d ⎭
⎛8⎫ ⎪⎝7⎭
Re 1=
=
57. 9
(2⨯0. 06⨯10
-3
÷0. 410
)
87
=632531
由于632531>43210>3000，所以为紊流水力光滑区。
因为要选取黄夹克作为保温材料，第一层为低合金钢管，按国标GB/T 1591-1994中，16Mn 对应的是Q345，它的热导系数：45. 5W /(m ⋅ C ) 。第二层保温层的导热
系数为0. 014W /(m ⋅ C ) 。保温材料厚度为35~50mm。按要求取厚度40mm 。
3.3.2总传热系数
传热系数
K L =1
D 1+∑ln i +α1πd 2πλi d i α2πD w 11 （3-9）
总传热系数
K L =K πD
式中 d ——管内径，m ；
D i ——第i 层的外径，m ；
d i ——第i 层的内径，m ；
D w ——最外层的管外径，m ；
D ——管径，m 。
若α1>>α2，D 取外径；若α1≈α2，D 取算数平均值；若α1
管最外层至周围介质的放热系数α2:
α2= （3-10） 2h 2h D w ln （t +(t ) 2-1）D w D w 2λt
式中 λt ——土壤导热系数，W /(m ⋅ C ) ；
h t ——管中心埋深，m ；
D w ——最外层的管外径，m 。
α2=
D w ln （2λt 2h t 2h +(t ) 2-1）D w D w
=
0. 466⨯ln （2⨯1. 052⨯（1. 7+0. 426÷2）2⨯（1. 7+0. 426÷2）2+() -1）0. 4660. 466=1. 71W /︒C
在紊流情况下，α1对总传热系数影响很小，可忽略不计。
K L =1
142614661ln +ln +2π⨯45. 54102π⨯0. 0144261. 64π⨯0. 466=0. 70W /m 2⋅︒C ()
K =K L =0. 70÷3. 14÷0. 426=0. 53W /(m 2⋅︒C ) πD
3.3.3原油比热容
原油和石油产品的比热容通常在1.6～2.5KJ/(Kg.℃) 之间. 15 C 时原油的相对密度为：
15d 4=ρ20-ξ(t -20)
1000 （3-11）
15式中 d 4——15 C 时原油的相对密度；
ξ——温度系数，kg /(m 3⋅ C ) ；
ρ20——温度为20 C 时的油品密度，kg /m 3
15d 4=860. 81-0. 693⨯(15-20) =0. 86428kg /m 3 1000
原油的比热容为：
c =1
15d 4(1. 687+3. 39⨯10-3T ) （3-12）
15式中 d 4——15 C 时原油的相对密度；
c ——比热容，kJ /(kg ⋅ C ) ；
T ——原油温度， C 。
c =1
15d 4(1. 687+3. 39⨯10-3T ) =10. 86428
⨯（1. 687+3. 39⨯10-3⨯47. 33）=1. 99kJ /(kg ⋅︒C )
3.3.4加热站布站
质量流量为： G 1=G （3-13） t
式中 G 1——原油质量流量，kg /s ；
G ——原油输量，kg ；
t ——管道全年运行时间，一年工作日为350天。
375⨯107
G 1==124Kg /s 350⨯24⨯3600
确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度T R 和T z ，任务书设计要求进站温度控制在37 C , 出站温度假设为68 C ，可按冬季月平均最低温度及全线的K 值估算加热站间距L R ，
L R =G 1c T R -T 0ln （3-14） πDK T z -T 0
热油管全场329公里，加热站数n ，
n =L R
在进行n 的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基础上求出每个加热站的热负荷：
Q =G 1c (T R -T Z )
η （3-15）
式中 η——加热炉的效率，%；
c ——原油的比热容，J/(kg.℃) ；
G ——原油质量流量，kg/s；
Q ——加热站的热负荷，J/s。
管道周围的自然温度取冬季最低月平均气温T 0=5 C
G 1c T R -T 0124⨯1. 99⨯10368-5L R =ln =ln =235. 8km πDK T z -T 03. 14⨯0. 426⨯0. 5337-5
n =329÷235. 8=1. 4
Q =G 1c (T R -T Z )
η=124⨯1. 99⨯(68-37) =9561. 95KJ/s 0. 8
由于热站的热负荷过大，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取n=2个。则热站间距为： L R =L （3-16） n
式中 N ——加热站数，个；
L ——输油管道总长，m ；
L R ——加热站间距，m ；
L R =329=164. 5km 2
出站温度为:
T R =T 0+(T Z -T 0) e K πDL
Gc （3-17）
式中 G ——原油质量流量，kg /s ；
T Z ——加热站的进站温度， C ；
T R ——加热站的出站温度， C 。
c ——比热容，J /(kg ⋅ C )
L ——加热站间距，m ；
K ——管道总传热系数，W /(m ⋅ C ) ；
D ——管道内径，m 。
T 0——管道周围的自然温度， C ；
0. 53. ⨯3. 14⨯0. 410⨯164. 5⨯103
T R =5+(37-5) e 124⨯1. 99⨯10=55. 4℃
因为55.4﹤68，所以出站温度假设合理。
3.3.5水力计算
因为管路流态是在紊流水力光滑区，且加热站起终点流油粘度相差不超过一倍左右，故用平均温度法计算
求温度：
T pj =12⨯55. 4+⨯37=43. 1︒C 33
43. 1︒C 、50 C 时原油的密度为：
ρ43. 1=860. 81-0. 693⨯(43. 1-20) =844. 8kg /m 3
ρ50=860. 81-0. 693⨯(50-20) =840. 02kg /m 3
故平均温度下的运动粘度为：
υpj =υ0e -u (t -t 0) （3-18）
式中 υpj , υ0——温度为平均温度、t 0时油品的运动黏度，m 2/s ；
u ——黏温指数，1/ C 。
υpj 8. 9⨯10-3-0. 036⨯(43. 1-50) =e =1. 36⨯10-5(m 2/s ) 840. 02
3.3.6计算摩阻
一个加热站间的摩阻为： h R 1=βm Q 2-m υpj
d 5-m L R （3-19）
总摩阻为：
h R =nh R 1 （3-20）
全线所需总压头为：
H =h R +1. 2%h R +h m +∆Z （3-21）
式中 h R ——沿线总摩阻，m ；
h R 1——加热站间距的摩阻，m ；
H ——全线所需要的总压头，m 。
Q =G =124=0. 147m 2/s 844. 8ρ43. 1
h R 1(0. 147) 2-0. 25⨯(1. 36⨯10-5) 0. 25=0. 0246⨯⨯164500=592. 4m (0. 410) 5-0. 25
h R =2⨯592. 4=1184. 8(m )
H =1184. 8+1184. 8⨯1. 2%+60+(201-220) =1240m
3.4选用泵的型号
Q =0. 147m 3/s =529. 2m 3/h
选用泵型号为250YS150×2，其流量为500m 3/h ，扬程为300m, 转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
平均温度下的密度为：
ρ43. 1=860. 81-0. 693⨯(43. 1-20) =844. 8kg /m 3
泵所产生的压力为：
P =ρgH （3-22）
式中 P ——泵所能够提供的压力，Pa ；
ρ——油品的密度，kg /m 3；
H ——泵所提供的扬程，m ；
P =844. 8⨯9. 8⨯3⨯300⨯10-6=7. 45MPa
因为输送压力为8MPa ，流油本身进入泵站前就有一定压力，所以满足输送压力的要求，故所选择的泵符合要求。
3.4.1 原动机的选型
防爆型电动机，转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
3.4.2加热设备选型
首站选用换热器，其他加热站选用加热炉，其热负荷为1095.6kJ/s，效率为80%。
3.5站场布置
泵站数为： N =H （3-23） H c -h m
式中 N ——泵站数，个；
H ——全线所需的总压头，m ；
h m ——泵站站内损失，m(取泵站内压头损失为h m =15m );
H c ——泵所提供的扬程，m 。
得： n =1240=1. 4个 3⨯300-15
因为要输送的流量不能比系统的小，故向上取整，取n=2（个）
采用平均法布站，其站间距为：
L R =L (3-24) n
式中 L R ——泵站站间距，m ；
L ——管线总长，m ；
L R =329=164. 5km 2
泵站进口压力控制在30～80m 范围内。
（1）当第二站与首站间距取147km, 对应高程为Z=120m，则其进口压力为：
h ti =H -1. 012iL -∆Z -h m (3-25) Q 2-m νm
i =β (3-26) d 5-m
式中 h ti ——泵站进口的剩余压头，m ；
H ——泵站所提供的扬程，m ；
I ——水力坡降；
L ——两泵站的站间距，m ；
∆Z ——两泵站间的高程差，m ；
h m ——泵站内压头损失，m 。
得：
0.250.1472-0.25⨯（1. 36⨯10-5）i =0.0246⨯=0. 0036 5-0.250. 410
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯147⨯103-(120-220) -15=449. 4(m )
由于其进口剩余压头远远大于80m ，故不符合要求，需增大站间距。
（2）取第二站与首站的站间距为179km ，对应高程为Z=227m，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯179⨯103-(227-220) -15=225. 9(m )
仍不合符合要求。
（3）取第二站与首站的站间距为220km ，对应高程为Z=160，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯220⨯103-(160-220) -15=143. 5(m )
仍不合符合要求。
（4）取第二站与首站的站间距为279km ，对应高程为Z=220m，则进口压力为：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯279⨯103-(220-220) -15=-131. 5(m )
因为进口压力为负，所以需要在220km 和279km 间合适的位置建第一个泵站，假设里程为260，高程为210处建立则有：
h t 2=900-1. 012⨯0. 0036⨯260⨯103-(210-220) -15=52. 3(m )
因为30
（5）末站与首站的站间距为329，对应高程为Z=201m，则剩余压力为： h sh =900+52. 3-1. 012⨯0. 0036⨯(329-260) ⨯103-(201-210) -15=694. 9(m ) 计算得末站剩余压力远远大于设计要求的末站剩余压头60m ，因此第二个泵站只需要设置两台泵（其中一台备用）即可满足要求，即
' h sh =300+52. 3-1. 012⨯0. 0036⨯(329-260) ⨯103-(201-210) -15=94. 9(m ) 基本满足剩余压头为60m 的要求。
全线泵站布置完毕。
3.6校核动静压力
3.6.1判断翻越点
H f =iL f +Z f -Z Q >iL +Z z -Z Q =H 则有翻越点存在，反之不存在。
先假设没有翻越点，则：
H =i L +∆Z =0. 0036⨯329⨯103+(201-220)=1165. 4m
在73km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯73⨯103+(270-220)=312. 8m 在147km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯147⨯103+(120-220)=429. 2m
在179km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0. 0036⨯179⨯103+(227-220)=651. 4m 在220km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0.0036⨯220⨯103+(160-220) =732m 在279km 处，H =iL f +Z f -Z Q =0.0036⨯279⨯103+(220-220)=1004. 4m 以上所得H f 均小于H, 故不存在翻越点，泵站布置合适。
3.6.2动水压力校核
动水压力指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力。动水压力的大小不仅取决于地形的起伏变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关。
校核动水压力就是检查管道的剩余压力是否在管道操作压力的允许值范围内。原油及成品油管道的最低动水压力（一般为高点压力）应高于0.2MPa ，最高动水压力在管道强度的允许值范围内。
动水压力的校核:
H i =H -[ix +(Z x -Z 1)] (3-27) P =ρgH (3-28) 式中 H i ——高程为i 点处的动水压头，m ；
H ——泵站输出的压头，m ；
x ——泵站距离低点处的距离，m ；
Z x ，Z1——低点处、泵站的高程，m ；
P ——动水压力，Pa 。
动水压力为：
H m in =900-[0. 0036⨯220⨯103+(160-220)]=168m
P m in =844. 8⨯9. 8⨯168⨯10-6=1. 39M P a
因为1.39>0.2，所以满足最低动水压高于0.2MPa 的要求
H max =900-[0. 0036⨯73⨯103+(270-220)]=587. 2m
P m ax =844. 8⨯9. 8⨯587. 2⨯10-6=4. 9MPa
因为4.9
综上所知：动水压力校核符合要求。
3.6.3静水压力校核
静水压力指油流停止流动后，由于地形高差产生的静夜柱压力。静水压力过高常发生在翻越点以后或某些峡谷地带的管段。
静水压力的校核：
P =ρgH =ρg ∆Z m ax (3-29)
式中 P ——静水压力，Pa ；
∆Z max ——沿线的最大高程差，m 。
得：
故静水压力校核符合要求。
3.7最小输量
管道的最小输量：
G min =K πDL (3-30) T R max -T 0c ln T Z min -T 0
式中 G m i n ——管道最小输量，kg/s；
K ——总传热系数，W /(m ⋅ C ) ；
D ——管道外径，m ；
L ——加热站间距，m ；
c ——原油比热容，J /(kg ⋅ C ) ；
T 0——管道周围的自然温度， C ；
T Z min ——加热站的最低进站温度， C 。
T R max ——加热站的最高出站温度， C ；
可得：
G min 0.53⨯3.14⨯0. 41⨯164. 5⨯103==83. 3kg /s 68-51. 99⨯103⨯ln 37-5
4设计结果
管道采用管材为φ426×8规格的X70钢管；泵站数为2个，首站为3泵串联加一台备用泵，中间站为1台泵工作加一台备用泵，选用的泵型号都为250YS150×2，其最小的输出量为83.3Kg/s。热站数为2个，加热设备选型：首站选用换热器，中间站选用加热炉，其热负荷为2800kJ/s，效率为80%。原动机选型：防爆型电动机，转速为2950r/min，电动机功率为800千瓦，效率为69%。
为了使设计更加经济适用，把泵站和热战合建，建站地点按照泵站的规划选择，即管输起点建首站，在里程为260km ，高程为210m 处建设中间站。
参考文献
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[4] 姬忠礼，邓志安，赵会军. 泵和压缩机[M].北京：石油工业出版社,2008.
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