油某库设计工艺管线计算--毕业设计.doc

重庆科技学院本科生课程设计 摘要

《油气储存技术与管理》
课程设计报告

设计题目:__ 某油库设计—工艺管线计算 __

指导教师评语: _______________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________ _
成绩（五级记分制）:______ __________
指导教师（签字）:________ ________

1

摘要
油库设置管网的主要目的是完成油品的收发作业和输转倒罐等任务。因此在完成油库工艺流程图和管网布置图的同时，还要进行管路的水力计算，以便经济合理地选择管径和泵机组。
管路设计中，选择什么样的管径是涉及到油库投资，经营费用和维修费用的问题，需要全面分析研究才能做出比较正确的选择。这样选择的管径一般可以做到更为经济合理，因此这个管径就称为经济管径，相应于这个管径的计算流速便称为经济流速。油库设计中，管径都是通过经济流速计算的。即首先根据油品的粘度选择相应的经济流速，然后按照业务流量，求得每种油品鹤管、集油管、吸入管、排出管的直径。其次，根据管线的水击压力、钢管许用应力、焊缝系数等计算出每种油品鹤管、集油管、吸入管、排出管的管线壁厚。最后，根据油品的业务流量和流速、粘度以及管路的相对粗糙度e（本设计取e=0.15mm），便可根据雷诺数的大小，判断油品在管路中的流态，进而求得水力摩阻系数。再利用达西公式，便可分别算出每种油品鹤管、集油管、吸入管、排出管的沿程摩阻损失和局部摩阻损失，求和可得各种油品的管线总水力摩阻损失∑h。最后，根据《石油库工艺设计手册》及计算结果进行集油管的设计。
关键词：经济流速 业务流量 管线直径 管线壁厚 水力摩阻

Abstract

Terminal set pipe network's main purpose is to finished product to send and receive homework and transport cans, etc. Thus at the completion of process flow diagram and pipe network layout of oil at the same time, also for hydraulic calculation of pipeline, so that the economic and reasonable to choose pipe diameter and the pump unit.
Pipeline design, the choice of what kind of pipe diameter is involves the terminal investment, operation cost and maintenance cost, comprehensive analysis and study is needed to make a more correct choice. So choose pipe diameter usually can do more economic and reasonable, so called economic pipe diameter, the diameter corresponding to the diameter of the computing velocity is called economic velocity. Terminal design, calculation of pipe diameter by economic velocity. : first of all, according to the viscosity of the oil of the economic flow velocity, and then according to the business flow, obtains each crane oil pipe, tubing, suction pipe, the diameter of the discharge pipe. Second, according to the water hammer pressure of pipeline, pipe allowable stress, weld coefficient calculated each crane oil pipe, tubing, suction and discharge pipe of the pipe wall thickness. Finally, according to the business flow and flow velocity, viscosity, and oil pipeline's relative roughness e (e = 0.15 mm) in this design, can according to the size of the Reynolds number, the oil flow in pipeline, calculated the hydraulic friction coefficient. Using darcy formula, can respectively calculate the crane each oil pipe, tubing, suction and discharge pipe of the friction loss, friction loss and the partial sum total can get all kinds of oil pipeline hydraulic friction loss ∑ h. Finally, according to the "oil library process design manual" tubing design and calculation result set.
Key words: Economic flow rate Business flow Pipe diameter Pipe wall thickness Hydraulic friction

II

重庆科技学院本科生课程设计 目录
目录
摘要 I
1 设计参数及基础数据 1
1.1油库设计基础数据 1
1.2油库资料 1
2 每种油品管径的确定 3
2.1 业务流量 3
2.2 经济流速的选取 3
2.3 管径的计算 4
2.4 各种油品标准管径的选择 6
3 每种油品管线壁厚的确定 7
3.1水击计算的基本方程式 7
3.2壁厚的计算公式 7
3.3 200#溶剂油的管线壁厚 8
3.3.1 集油管路厚度计算 8
3.3.2 吸入管路厚度计算 9
3.3.3 排出管厚度计算 9
3.4 0#柴油、-10#柴油的管线壁厚 10
3.4.1 集油管路厚度计算 10
3.4.2 吸入管路厚度计算 11
3.4.3 排出管路厚度计算 12
3.5 每种油品标准管线壁厚的选择 12
4 每种油品管线摩阻损失计算 14
4.1 计算公式 14
4.1.1沿程摩阻计算公式 14
4.1.2 局部摩阻计算公式 14
4.2计算长度的确定 15
4.3 200#溶剂油的管线摩阻损失 16
4.3.1 鹤管的摩阻损失 16
4.3.2 集油管的摩阻损失 17
4.3.3 吸入管的摩阻损失 17
4.3.4 排出管的摩阻损失 18
4.3.5 总水力摩阻 18
4.4 0#柴油、-10#柴油的管线摩阻损失 19

4.4.1 鹤管的摩阻损失 19
4.4.2 集油管的摩阻损失 19
4.4.3 吸入管的摩阻损失 20
4.4.4 排出管的摩阻损失 20
4.4.5 总水力摩阻 21
4.5 各种油品的摩阻损失 21
5 结束语 22
参考文献 23

重庆科技学院本科生课程设计 设计参数及基础数据
1 设计参数及基础数据
1.1油库设计基础数据
油库基础数据如表1.1和表1.2所示。
表1.1 经营品种、年周转量、周转系数、油品性质
经营品种
相对密度
年周转量/104t
周转系数
粘度/mm2/s
90＃汽油
0.72
13.6
5
0.75
93＃汽油
0.72
5.1
5
0.75
200＃溶剂油
0.72
0.2
4
0.75
0＃柴油
0.84
7.96
5
8.5
-10＃柴油
0.84
1.91
4
8.5
20＃农用柴油
0.84
3.66
5
8.5
灯用煤油
0.82
0.95
3
2.8
表1.2 油品物性表
参数 名称
90＃汽油
93＃汽油
-10＃柴油
-35＃柴油
重柴油
燃料油
比重
0.72
0.72
0.83
0.83
0.85
0.85
闪点℃
28
28
72
72
78
120
运动粘度厘沱
20℃
1
1
5
5

50℃
0.4
0.4
2.55
2.55
10.82
200
80℃

35
100℃

3.95

1.2油库资料
1）收发任务：每天最大收油量900t，可以同时用3根鹤管卸油，每天操作8小时。
2）地形资料：泵至最远的90＃汽油罐的管路长度为2000m，油罐计算液面与铁路轨顶之间的高差为55m；泵吸入口至集油管的吸入管长度为25m，每根鹤管的长度为14m；鹤管吸入口（即油罐车最低液面）到鹤管最高点的垂直距离为4m，鹤管吸入口到容易发生气阻的鹤管最高点的鹤管长度为5m，鹤管的管径为φ108×4mm。铁路轨顶至油罐车底部高差为1.1m。
3）油罐所在地月平均最高温度下汽油的饱和蒸气压为5 m水柱。
4）气象资料：油罐所在地最冷月大气月平均最低温度为－2℃。平均风速为2.5m/s。

23

重庆科技学院本科生课程设计 每种油品管径的确定
2 每种油品管径的确定
2.1 业务流量
(2-1)
式中: ——油品的最大业务流量,
——油品每天最大周转量，；
——油品密度，；
T——每天的运行时间，8h。
最大流量作为每种油品的业务流量：

2.2 经济流速的选取
依据《油库设计与管理》查的不同粘度的油品在管路中的经济流速如下表2.1
表2.1 不同粘度的油品在管路中的经济流速
粘度
经济流速，m/s
运动粘度，
条件粘度，
吸入管路
排出管路
12
12
1.5
2.5
228
24
1.3
2.0
2872
410
1.2
1.5
72146
1020
1.1
1.2
146438
2060
1.0
1.1
438977
60120
0.8
1.0
根据每种油品粘度查得各种油品的经济流速选择见表2.2。
表2.2 不同油品的经济流速
油品种类
经济流速，m/s
吸入管路
排出管路
90#汽油
1.5
2.5
93#汽油
1.5
2.5
200#溶剂油
1.5
2.5
0#柴油
1.3
2.0
-10#柴油
1.3
2.0
20#农用柴油
1.3
2.0
灯用煤油
1.3
2.0
2.3管径的计算
油库设计中，管径是根据经济流速和业务流量共同决定的，计算公式为：
(2-2)
式中 ——管路的计算内径，；
——油品的最大业务流量，；
——油品经济流速，。
根据油库中经营品种，将油品分为五组，分组如下：
第一组：90#汽油，93#汽油
第二组：200#溶剂油
第三组：0#柴油，-10#柴油
第四组：20#农用柴油
第五组：灯用煤油
代入数据得：
① 第一组：
90#、93#汽油吸入管路经济流速V吸=1.5m/s，吸入管路的管径：

按标准选择DN200mm
90#、93#汽油排出管路经济流速V排=2.5m/s，排出管路的管径：

按标准选择DN150mm
② 第二组：
200#溶剂油吸入管路经济流速V吸=1.5m/s，吸入管路的管径：

按标准选择DN200mm
200#溶剂油排出管路经济流速V排=2.5m/s，排出管路的管径：

按标准选择DN150mm
③ 第三组：
0#柴油，-10#柴油吸入管路经济流速V吸=1.3m/s，吸入管路的管径：

按标准选择DN200mm
0#柴油，-10#柴油排出管路经济流速V排=2.0m/s，排出管路的管径：

按标准选择DN150mm
④第四组：
20#农用柴油吸入管路经济流速V吸=1.3m/s，吸入管路的管径：

按标准选择DN200mm
20#农用柴油排出管路经济流速V排=2.0m/s，排出管路的管径：

按标准选择DN150mm
⑤第五组：
灯用煤油吸入管路经济流速V吸=1.3m/s，吸入管路的管径：

按标准选择DN200mm
灯用煤油排出管路经济流速V排=2.0m/s，排出管路的管径：

按标准选择DN150mm
2.4 各种油品标准管径的选择
根据《石油库设计手册》选取标准管径，按规定集油管比吸入管大一个级别。鹤管管径选DN100mm，集油管管径选DN250mm，吸入管管径选DN200mm ，排出管管径选DN150mm。参考国家标准钢管规格得到各种油品的标准管径见表2.3。
表2.3 各种油品的管路直径选择
油品名称
鹤管
集油管
吸入管
排出管
90#汽油
108
273
219
159
93#汽油
108
273
219
159
200#溶剂油
108
273
219
159
0#柴油
108
273
219
159
-10#柴油
108
273
219
159
20#农用柴油
108
273
219
159
灯用煤油
108
273
219
159
由于三人一组设计，所以我们三人分别选择了两组进行计算，我选择的是第二组和第三组，即200#溶剂油和0#柴油、-10#柴油。

重庆科技学院本科生课程设计 每种油品管线壁厚的确定

3 每种油品管线壁厚的确定
3.1水击计算的基本方程式
水击现象中压力波传播的速度的计算公式：
(3-1)
式中： K—液体的体积模量，由表4.1查得。
D—平均管径，m；
E—管材弹性模数，Pa；
—管壁厚度，m；
g—重力加速度；m/s2
—液体的密度。
油库输送油、蒸汽的管线一般都是采用碳素钢管，因此设计中管道皆采用无缝10#优质碳素钢，由于公式（3-2）中的管壁厚度未知，所以采用试算法。
表4.1 液体的体积模量
液体名称
体积模量，105Pa
7℃
20℃
21℃
38℃
40℃
50℃
90℃
水

24400

22600

22200
汽油

9350

7750

煤油

13900

润滑油

15900

14100

15℃相对密度0.83
15600

13800
12500

15℃相对密度0.90
19600

17700
15900

3.2壁厚的计算公式
管壁的厚度与管路输送的压力、温度以及选用的管材和管径有关。壁厚计算公式如下：
(3-2)
式中：—管壁厚，mm

表3.2 焊缝系数值

无缝钢管
有缝（含螺纹）钢管
双面焊
单面焊
A3F
16M
1.00
0.85
0.75
0.65
表3.3 钢管许用应力
钢管种类
无缝（或有缝）钢管
螺旋钢管
材质
优质碳素钢
碳素钢
低合金钢
10
20
30
A3F
16Mn

146

174

208

146

224
3.3 200#溶剂油的管线壁厚
3.3.1 集油管路厚度计算
假设集油管管壁厚度为6mm,试算过程如下：

=3961.6
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

m/s

压力损失即工作压力：
管壁厚度计算公式：
=3.86mm
按标准选7mm
3.3.2 吸入管路厚度计算
假设吸入管管壁厚度为10mm,试算过程如下：

=3741.2
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

m/s

压力损失即工作压力：
管壁厚度计算公式：
=4.20mm
按标准选6mm
3.3.3 排出管厚度计算
假设排出管管壁厚度为8mm,试算过程如下：

=3729.6
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

m/s

压力损失即工作压力：
管壁厚度计算公式：
=4.94mm
按标准选8mm
因此，200#溶剂油集油管选273×7 mm，输油管选219×6mm，排出管选159×8 mm。
3.4 0#柴油、-10#柴油的管线壁厚
3.4.1 集油管路厚度计算
假设集油管管壁厚度为6mm,试算过程如下：

=3667.7
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

压力损失即工作压力：
管壁厚度计算公式：
=4.01mm
按标准选7mm
3.4.2 吸入管路厚度计算
假设吸入管管壁厚度为6mm,试算过程如下：

=3585.1
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

压力损失即管道工作压力：
管壁厚度计算公式：
=4.47mm
按标准选6mm
3.4.3 排出管路厚度计算
假设排出管管壁厚度为6mm,试算过程如下：

=3507.8
由于阀门突然关闭，是流速变动，从而引起压力变动,计算公式为：

压力损失即工作压力：
管壁厚度计算公式：
=5.24mm
按标准选10mm
因此，0#柴油、-10#柴油集油管选273×7 mm，输油管选219×6 mm，排出管路选159×10 mm。
3.5 每种油品标准管线壁厚的选择
常用公称压力下的钢管壁厚见表3.4.
表3.4 常用公称压力下的钢管壁厚
公称直径/mm
管子外径/mm
管壁厚度/mm
备注
PN=2.5MPa
PN=4.0MPa
PN=6.4MPa
PN=10MPa

无缝钢管直径为DN40及DN40以下为冷拔管，DN50至DN300为热轧管
100
108
4
4
6
8
125
133
4
4.5
7
10
150
159
4.5
5
8
10
200
219
6
6
10
13
250
273
7
7
11
16
根据表3.4公称压力下的钢管壁厚进行每种油品的管线壁厚选择，选择结果见表3.5。
表3.5 每种油品管线壁厚的选择
经营品种
集油管壁厚（mm）
吸入管壁厚（mm）
排出管壁厚（mm）
200#溶剂油

273×7
219×6
159×8
0#柴油

273×7

219×6

159×10
-10#柴油

重庆科技学院本科生课程设计 每种油品管线摩阻损失计算
4 每种油品管线摩阻损失计算
4.1 计算公式
4.1.1沿程摩阻计算公式
计算管路的沿程摩阻损失所涉及的公式有：
(4-1)
式中 ——管路沿程摩阻损失，；
——水力摩阻系数；
——管路长度，；
——管子内径，；
——实际流速，；
——重力加速度，。
(4-2)
式中 ——管壁的相对粗糙度；
——管壁的绝对粗糙度，。一般取。
——管子内径，。
(4-3)
式中 ——雷诺数，它标志着流动过程中，惯性力与粘滞力之比；
——油品任务输量，；
——管子内径，；
——油品运动粘度，。
4.1.2 局部摩阻计算公式
库内管道的特点是线路较短，管件阀件等较多，因此流体通过这些部件的摩阻损失不能忽视，可用下式计算：
(4-4)
式中 ——管路局部摩阻损失，；
——管子内径，；
——实际流速，；
——重力加速度，；
——局部摩阻的当量长度。
表4.1 各种流态的摩阻系数
流态
划分范围

层流

过渡区

紊流
水力光滑区

混合摩擦区

粗糙区

4.2计算长度的确定
首先确定管路的当量长度和几何长度，当量长度可由流程图中的阀件、弯头等数目来确定；几何长度可由总平面布置图上量取，然后分别计算出鹤管、集油管、吸入管路、排出管路的摩阻。同一油库中，工艺管线上的附有阀件应尽可能一致，以满足安装、检查、维修等各方面的要求。各种油品的管线阀件及当量长度如表4.2所示。
表4.2 各种油品的管线阀件和当量长度
阀件
Ld/d
鹤管
集油管
吸入管
排出管
90°冲制弯头
28
6
—
6
9
Dg 100闸阀
9
2
—
—
—
Dg 200闸阀
4
—
—
2
3
Dg 250闸阀
4
—
—
—
—
止回阀
340
—
—
—
1
清油过滤器
77
—
—
1
—
油泵入口
45
—
—
1
—
油罐入口
40
—
—
—
1
转弯三通
18
—
3
—
—
向下转弯三通
40
—
1
1
4
通过三通
2
2
20
1
0
向上转弯三通
60
2
1
1
1
通过表4.2中各种油品管线的阀件数量及当量长度，可以计算出各种油品的鹤管、集油管、吸入管、排出管的计算长度，

则各种油品的计算结果见表4.3。
表4.3 各种油品的计算长度
阀件
鹤管
集油管
吸入管
排出管
当量长度
31
48.5
80
129.6
几何长度
14
177
25
2000
计算长度
45
225.5
105
2129.6
4.3 200#溶剂油的管线摩阻损失
4.3.1 鹤管的摩阻损失
鹤管：考虑到最多有3根鹤管装卸油品，因此鹤管流量Q=156.25/3=52.08m3/h，粘度v=0.75mm2/s,计算长度L=45m,绝对粗糙度e=0.15mm。

4.3.2 集油管的摩阻损失
集油管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=0.75mm2/s,计算长度L=225.5m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.3.3 吸入管的摩阻损失
吸入管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=0.75mm2/s,计算长度L=105m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.3.4 排出管的摩阻损失
排出管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=0.75mm2/s,计算长度L=2129.6m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.3.5 总水力摩阻
由沿程摩阻和局部摩阻求和可得， 200#溶剂油的管路总水力摩阻损失为：

4.4 0#柴油、-10#柴油的管线摩阻损失
4.4.1 鹤管的摩阻损失
鹤管：流量Q=156.25/3 m3/h =52.08m3/h，粘度v=8.5mm2/s,计算长度L=45m ，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.4.2 集油管的摩阻损失
集油管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=8.5mm2/s,计算长度L=225.5m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.4.3 吸入管的摩阻损失
吸入管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=8.5mm2/s,计算长度L=105m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.4.4 排出管的摩阻损失
排出管：流量Q=156.25m3/h，粘度v=8.5mm2/s,计算长度L=2129.6m，绝对粗糙度e=0.15mm。

4.4.5 总水力摩阻
由沿程摩阻和局部摩阻求和可得，0#柴油、-10#柴油的管路总水力摩阻损失为：

4.5 各种油品的摩阻损失
综合以上计算可得每种油品的管线水力摩阻损失见表4.4。
表4.4 每种油品的管路水力摩阻损失
油品种类
鹤管摩阻
集油管摩阻
吸入管摩阻
排出管摩阻
总摩阻损失∑h
200#溶剂油
1.76 m
0.66 m
0.97
87.58 m
90.97 m
0#柴油
2.03 m
0.90 m
1.20 m
96.00 m
100.13 m
-10#柴油

重庆科技学院本科生课程设计 结束语
5 结束语
两个星期的课程设计，今天终于基本完成了，通过这次课程设计，我学会了怎么设计管径大小和管径的壁厚，能够很快的计算出水力摩阻损失，让我在课堂上学到的东西得以利用。很感谢老师不厌其烦的指导和讲解，让我顺利的完成了课程设计的任务。期间参考了网上相关资料，以及查阅了相关设计工艺图，这期间最大的感受，就是做好课程设计，不仅要细心，更要有耐心，而且富有责任心。细心能避免自己因错误，而需要大量重新计算，浪费精力和时间。耐心就是得坚持做下去，一步一步做下去，虽然还有好些问题不大懂，理解不透，但是自己坚持下来了，就是最大的胜利。在设计中，对于其中过程的步骤该如何进行的考虑，锻炼我们处理事情的能力。同时在这次设计，我也学到了做事情要一步一个脚印，细心处理每个数据，这样才可以顺利地完成设计。作为一名石油专业的学生，希望多学点这方面的知识，或许设计方面不是很在行，但原理，设计方向有一定的认识对将来还是比较好的。总之，通过这次课程设计，自己还是有收获的，希望自己以后做任何事都要有这态度。

重庆科技学院本科生课程设计 参考文献

参考文献
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