长距离成品油管道工艺方案设计计算--课程设计报告.docx

题目长距离成品油管道工艺方案设计计算第一章 任务书一、题目长距离成品油管道工艺方案设计计算五、基础数据1、 管道基础数据1.1 设计输量 XX成品油管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力(560+组号*30)104t/a，输送介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年25批次输送。设计年输送天数350天，采取起点连续进油，各分输点均匀连续分输下载的方式，设计压力10MPa。各站场进站最低压力0.3MPa，最高压力4MPa。地温取17摄氏度。站场进、出站压力通过节流阀控制。1.2 输送下载量省份序号名称进出油品量104t/a备注汽油90#汽油95#柴油0#广东1茂名560+组号*30126+组号*1072+组号*10362+组号*10进油广西2玉林417430下载分输3贵港478435下载分输4黎塘214215下载分输5柳州8115660下载分输6河池294223下载分输贵州8都匀307320下载分输9贵阳75201540下载分输10安顺328420下载分输11晴隆3111下载分输12盘县174211下载分输云南13曲靖438530下载分输14昆东92201260下载分输15长坡49+组号*3020+组号*1012+组号*1017+组号*10下载分输1.3 沿线地形序号站场名称里程(km)高程(m)1茂名0.0018.752玉林161.0971.513贵港246.3347.944黎塘310.77105.005柳州457.66105.236河池617.09209.507陆桥687.79481.738下司767.77925.889都匀876.67803.5310贵阳976.061120.6011安顺1070.871349.6112晴隆1183.371401.213盘县1261.522017.2214曲靖1348.841958.7815秧田冲1492.622044.5016长坡1555.861906.04 2、 油品物性3、品 种密度（t/m3）粘度（mm2/s）15.637.815.637.8汽油90#0.73390.71390.59410.489095#0.75440.71350.59320.4884柴油0#0.84210.82676.0803.452 3、经济评价参数 电力价格：0.55元/度，燃料油价格：4500元/吨。 管道建设期为1年，运行期为20年。管道建设单位长度总投资如下表，其中40为自有资金，其余为建设银行贷款，利率按当前利率建设银行利率计算，流动资金按管内存油价值计算。经营成本按能源消耗（电力及燃料）的2.5倍计算。 单位长度总投资表:管径（mm）单位长度总投资（元/公里）168569685.6219788937.627310482643231250478355138195240616822964571887041508212672955923245456102666440660285985371133870058134050866914545348510167531240121010120136第二章 计算说明书一、设计思路首先根据经济流速或经济输量的范围，初步选定管径和壁厚，确定管材；计算任务输量下的水力坡降，判断翻越点，确定管道计算长度；计算全线所需压头，确定泵站数，布置泵站；计算混油长度；根据技术经济指标计算基建投资及输油成本等费用；综合比较差额净现值和差额内部收益率等指标，并考虑管道的可能发展情况，选出最佳方案。二、设计内容1. 确定管径、壁厚、管材1.1计算温度取管道埋深处全年平均低温作为计算温度，地温为17，计算温度取17。按此温度计算油品的粘度和密度。1.2油品密度已知20时油品的密度，按下式转换成计算温度17时的密度。 (1)式中 t、20温度为t及20时的油品密度，kg/m (2)根据15.6和37.8时各油品的密度计算20时各油品的密度（以90#汽油为例）：将15.6和37.8时90#汽油的密度分别带入公式(1)并算出相应的20，对算得的两个20取平均值。计算结果如下：品种t(kg/m3)t-20()20(kg/m3)20平均值(kg/m3)汽油90#(15.6)733.9-4.4730.0943729.790#(37.8)713.917.8729.313995#(15.6)754.4-4.4750.7136739.895#(37.8)713.517.8728.9231柴油0#(15.6)842.1-4.4838.924839.20#(37.8)826.717.8839.534根据各油品20时的密度计算17时的油品密度（以90#汽油为例）：将15.6（或37.8）时90#汽油的密度带入公式(2)可算出相应的17，即计算温度下的油品密度。计算结果如下：品种20(kg/m3)t-20()17(kg/m3)汽油90#729.7-3732.395#739.8-3742.4柴油0#839.2-3841.41.3油品粘度油品运动粘度的计算方法： (3)式中 t、0温度为t、t0时油品的运动粘度，/s u粘温指数，1/根据及15.6和37.8时各油品的粘度计算粘温指数u。将计算出的粘温指数带入公式(3)计算17时各油品运动粘度。计算结果如下：油品37.8(mm2/s)15.6(mm2/s)u(1/)17(mm2/s)90#汽油0.48900.59410.008770.586895#汽油0.48840.59320.008760.58590#柴油3.4526.0800.025505.86671.4体积流量已知各油品的质量流量和密度，计算油品在设计温度下的体积流量，输送天数按350天计算。以茂名站90#汽油为例，0.07496计算结果如下：名称质量流量质量流量(kg/s)体积流量(m3/s)(104t/a)汽油90#汽油95#柴油0#汽油90#汽油95#柴油0#汽油90#汽油95#柴油0#茂名16611240254.8937.04132.940.074960.049890.157990.28284玉林74302.311.329.920.003160.001780.011790.01673贵港84352.651.3211.570.003610.001780.013760.01915黎塘42151.320.664.960.001810.000890.00590.00860柳州156604.961.9819.840.006770.002670.023580.03302河池42231.320.667.610.001810.000890.009040.01174都匀73202.310.996.610.003160.001340.007860.01236贵阳2015406.614.9613.230.009030.006680.015720.03143安顺84202.651.326.610.003610.001780.007860.01325晴隆1110.330.330.330.000450.000450.000390.00129盘县42111.320.663.640.001810.000890.004320.00702曲靖85302.651.659.920.003610.002230.011790.01763昆东2012606.613.9719.840.009030.005350.023580.03796长坡60525719.8417.2018.850.027090.023160.022400.07266各段管道的体积流量如下：如玉林-贵港管道的体积流量，则为茂名的体积流量减去玉林分输的体积流量。管段管段流量(m3/s)油品汽油90#汽油95#柴油0#茂名玉林0.074960.049890.157990.28284玉林贵港0.07180 0.04811 0.14620 0.26611 贵港黎塘0.06819 0.04633 0.13244 0.24696 黎塘柳州0.06638 0.04544 0.12654 0.23836 柳州河池0.05961 0.04277 0.10296 0.20534 河池都匀0.05780 0.04188 0.09392 0.19360 都匀贵阳0.05464 0.04054 0.08606 0.18124 贵阳安顺0.04561 0.03386 0.07034 0.14981 安顺晴隆0.04200 0.03208 0.06248 0.13656 晴隆盘县0.04155 0.03163 0.06209 0.13527 盘县曲靖0.03974 0.03074 0.05777 0.12825 曲靖昆东0.03613 0.02851 0.04598 0.11062 昆东长坡0.02710 0.02316 0.02240 0.07266 1.5确定管径、壁厚设初始经济流速为2.0m/s，根据选取管径，根据经济流速范围1.53.2m/s进行变管径设计。以方案一为例，对于茂名-玉林管段，查API标准钢管规格选取管内径为425.2mm，以这一管内径计算下游各管段内油品流速，发现在河池都匀段管道流速降为1.36344m/s，明显小于1.5m/s，故在此管段进行变径。变径后继续利用经济流速2.0m/s计算管段内油品的流速，重复上述计算，最终算得该管线需在河池、盘县处进行变径处理。计算结果如下：管段内径(mm)计算流速(m/s)茂名玉林425.200001.991913977玉林贵港425.200001.874086697贵港黎塘425.200001.739223831黎塘柳州425.200001.678658784柳州河池425.200001.446117174河池都匀341.400002.114925825都匀贵阳341.400001.979904752贵阳安顺341.400001.63656233安顺晴隆341.400001.491818865晴隆盘县341.400001.47772686盘县曲靖285.700002.000585556曲靖昆东285.700001.725579695昆东长坡285.700001.1334513631.6确定管材已知设计压力为10MPa，根据公式： (5)，其中，F取0.72，E取1，T取1。屈服应力的计算（以方案一茂名玉林段为例）：计算结果如下：管段内径(mm)外径(mm)屈服应力(MPa)茂名玉林425.2457199.6玉林贵港贵港黎塘黎塘柳州柳州河池河池都匀341.4355.6347.81都匀贵阳贵阳安顺安顺晴隆晴隆盘县盘县曲靖285.7323.9117.76曲靖昆东昆东长坡根据输油管道设计规范GB-50253-2003，取L360(X52)管材。2、水力计算及布站2.1计算水力坡降 (7)90#汽油和95#汽油粘度差别不大，所以可以用90号汽油代替95号汽油校核，以管道内输送0#柴油和输送90#汽油分别计算水力坡降，假设输送的都是柴油进行设计、假设输送的都输90#汽油进行校核，保证泵站运行中既不超压也不欠压。输送柴油和90#汽油的输量如下表所示：以0#柴油为例，其处于水力光滑区，m=0.25，𝜷=0.0246，管段管内径(mm)柴油流量m/s汽油流量m/s水力坡降i90#汽油0#柴油茂名玉林425.200000.2672542490.3070704970.0050107910.006987691玉林贵港425.200000.251140390.2885559520.0044940950.006267143贵港黎塘425.200000.2326684050.2673319620.0039316850.005482846黎塘柳州425.200000.2244149650.2578489030.0036908710.005147025柳州河池425.200000.1925802670.2212713870.0028239620.003938095河池都匀341.400000.181182660.2081757340.0071996040.010040052都匀贵阳341.400000.1693920310.1946285060.0063998120.00892472贵阳安顺341.400000.139915460.1607604370.0045800420.006386999安顺晴隆341.400000.1273387890.146310060.0038840580.00541643晴隆盘县341.400000.1261597260.1449553370.0038213410.005328969盘县曲靖285.700000.119478370.1372785750.0080963420.011290578曲靖昆东285.700000.1025784690.1178608820.0061998470.008645862昆东长坡285.700000.0664205410.076316050.0028977560.0040410032.2布站沿线压头总损失为，按上式计算沿线压头损失，并标记出有可能出现翻越点的位置。由表知，有四处管段压能损失较大，可能会出现翻越点。管段i(90#汽油)i(0#柴油)L/kmZ/m柴油压能损失H/m汽油压能损失茂名玉林0.0050107910.006987691161.0952.761178.407148859.9483964玉林贵港0.0044940950.00626714385.24-23.57510.641262359.5066441贵港黎塘0.0039316850.00548284664.4457.06410.3746252310.4177829黎塘柳州0.0036908710.005147025146.890.23756.2765167542.3821092柳州河池0.0028239620.003938095159.43104.27732.1205553554.4942855河池陆桥0.0071996040.01004005270.7272.23982.0617001781.242005陆桥下司0.0071996040.01004005279.98444.151247.1533861019.97433下司都匀0.0071996040.010040052108.9-122.35971.0116992661.686879都匀贵阳0.0063998120.0089247299.39317.071204.097881953.1473123贵阳安顺0.0045800420.00638699994.81229.01834.5613828663.2438099安顺晴隆0.0038840580.00541643112.551.59660.9383612488.5465787晴隆盘县0.0038213410.00532896978.15616.021032.478899914.6578024盘县曲靖0.0080963420.01129057887.32-58.44927.4533073648.5325528曲靖昆东0.0061998470.008645862143.7885.721328.822063977.1339414昆东长坡0.0028977560.00404100363.24-138.46117.093018144.79407856 根据上表中的柴油压能损失来设置泵站。根据题目中给出的已知条件，设计压力是10MPa，故出站压力不可以超过10MPa；另外，进站压力不低于0.3MPa，不高于4MPa。根据公式,可以换算出此压力下对应的水头（m）,如下表所示：品 种密度（t/m3）压力限制（MPa）对应油柱高度（m）40.310汽油90#0.732638739557.11395541.783546621392.78488795#0.751820721542.899728740.717479651357.249322柴油0#0.841128829485.256540236.394240511213.14135以茂名玉林段为例:根据判断翻越点，对每段进行泵站布置。因为设计压力是10MPa，茂名首站出站压力最高是10MPa,即1392m（汽油）或1213 m（柴油）的水头。使用MATLAB编程：茂名-玉林的里程-高程曲线函数：y1=0.32752x+18.75(0x161.09) (1)茂名-玉林的水力坡降线函数：y2q=1392-5.01x(0x161.09) (2)y2c=1213-6.99x(0xRelj: C=11.75(dL)0.5Re-0.1 (8) ReRelj: C=18385(dL)0.5Re-0.9 (9) Relj=10000 (10)式中C混油段长度(m)； Re雷诺数； Relj 临界雷诺数；e自然对数的底，e=2.718混油的粘度按以下经验公式计算：式中，A、BA和B两种油品在输送温度下的运动粘度，m2/s； 混油的计算运动粘度，m2/s。各混油粘度计算结果如下：油品90#汽油95#汽油0#柴油粘度(mm2/s)0.58680.58595-8667混油90#+0#90#+95#0#+95粘度(mm2/s)1.7720380.586351.770565根据上述混合油品的粘度，计算混合油品的雷诺数和临界雷诺数，如下表所示：管段Re混油0+95Re混油90+95Re临界茂名玉林478356.80861444464.60858911.80108玉林贵港450060.66631359020.48958911.80108贵港黎塘417673.43921261222.77358911.80108黎塘柳州403128.78371217303.17258911.80108柳州河池347284.07161048672.33358911.80108河池陆桥407799.58751231407.31148994.16471陆桥下司407799.58751231407.31148994.16471下司都匀407799.58751231407.31148994.16471都匀贵阳381764.85031152791.81748994.16471贵阳安顺315561.6311952882.031948994.16471安顺晴隆287652.2244868605.714448994.16471晴隆盘县284935.0067860400.699348994.16471盘县曲靖322816.329974788.596342789.7744曲靖昆东278441.1298840791.53942789.7744昆东长坡182894.7564552276.037242789.7744由表可知，雷诺数均大于临近雷诺数，故选用公式Re：C=11.75(dL)0.5 ，由此计算出每种混油的混有长度，如下表所示；管径d里程L混油C_0+95混油C_90+95管段mmmmm茂名玉林425.20000161090831.5599976744.5572464玉林贵港425.2000085240608.5960218544.9210874贵港黎塘425.2000064440533.1244182477.3457718黎塘柳州425.20000146890807.7672275723.2538174柳州河池425.20000159430854.183211764.8134848河池陆桥341.4000070700501.5735816449.0959713陆桥下司341.4000079980533.4769342477.6614054下司都匀341.40000108900622.4993276557.3697467都匀贵阳341.4000099390598.6339958536.0013478贵阳安顺341.4000094810595.9204361533.5716969安顺晴隆341.40000112500655.1777082586.6291209晴隆盘县341.4000078150546.5872983489.4000853盘县曲靖285.7000087320521.9805262467.36782曲靖昆东285.70000143780679.7807901608.6580821昆东长坡285.7000063240470.1850238420.991471第三章 经济计算一、建设投资在确定了三个方案之后，需要先对三个方案进行初步的经济比选，以进行下一步的计算。建设投资主要包括管道建设投资和泵站、分输站建设投资。1单位长度管道总投资表:管径（mm）单位长度总投资（元/公里）168569685.6219788937.627310482643231250478355138195240616822964571887041508212672955923245456102666440660285985371133870058134050866914545348510167531240121010120136根据单位长度管道总投资，可选出所选管径对应的单位长度总投资（元/公里），根据公式：投资=单位长度总投资*里程，具体计算结果如下表：管径/mm里程/km投资/元457.00000161.09457.00000246.33457.00000310.77457.00000457.66457.00000617.091164474131355.00000687.79355.00000767.77355.00000876.67355.00000976.06355.000001070.87355.000001183.37355.000001261.52890571327.4323.000001348.84323.000001492.62323.000001555.86368065694.5总管线投资24231111532泵站和分输站建设投资 查阅资料可知，一般输泵站建设成本为8000万，分输站成本为4000万，总共有20个站，但是最后两站一个是分输站，一个是终点站，所以总共有18个泵站，1个分输站。成本方案一个数成本泵站80000000181440000000分输站40000000140000000总建设费用39031111533建设总投资建设总投资 = 管道建设投资+泵站和分输站建设投资+工程建设其他费用+基本预备费用工程建设其他费用=（管道建设投资+泵站和分输站建设投资）*15%基本预备费用=（工程建设其他费用+管道建设投资+泵站和分输站建设投资）*13%具体计算如下表所示： 项目金额/万元建设项目总投资5072092943 固定资产投资3903111153 工程建设其他费用585466672.9 预备费583515117.3二、成本费用1流动资金S流动资金=V管道总容积油价；油价取6元/L，计算结果如下表所示：管径mm管面积/管道容积/m425.200000.1419960987624.36714341.400000.09154126558991.93712285.700000.06410772318869.46732总容积165485.7716流动资金992914629.52.自有资金在建设期产生的建设费用，有40%是自由资金，有60%是建设银行贷款。S自有资金=S建设成本0.4；建设费用为5072092943元，自有资金为2028837177元；3年动力费用 年动力费用要考虑泵的用电费，计算公式如下： 式中 全线泵机组所消耗的电力费用，元/年 第i泵站的扬程，m 电力价格，元/km 年输量，吨/年 n 泵站数 每个泵站每年的电力费用如下表所示：茂名1018402018147216玉林6379989贵港4728580.267黎塘8551581.5柳州8806182河池8284999.8陆桥4602777.66726904166.5下司8284999.8都匀5163897.235163987.2贵阳6397960.8安顺4852386晴隆5768947.8盘县5463427.2曲靖3127093.243908866.5秧田冲/昆东0长坡0总费用114720988.44经营成本 根据任务书中的条件，经营成本为年动力费用的2.5倍经营成本现值/元经营成本为年动力费用的2.5倍，再对该值进行贴现方案一年动力费用/元114720988.4经营成本/元286802471.15利息 根据中国建设银行五年以上贷款的利息为5.97%计算，需要考虑建设期建设投资的贷款和运营期流动资金的贷款，年流动资金中仍有60%为银行贷款，但每年年初借，第二年年初换，借款期为一年。用EXCEL中的PMT公式算出运行期内20年每年还贷金额，再对可用等额支付现值公式进行计算。计算结果如下表所示：还贷值计算利率按建行贷款利率5.97%计算建设费用5072092943自由资金2028837177银行贷款3043255766-264,679,093.46年还贷额264679093.6根据PMT公式算出的每年还款额，可计算出每年年末固定资产投资借款利息；年末