输油管道设计与管理课程设计.doc

输油管道设计与管理课程设计

31
2020年4月19日
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课程设计成果说明书

题 目： 长距离成品油管道设计计算
学生姓名：
学 号：
学 院：
班 级：
指导教师：

浙江海洋学院教务处
12 月 9 日

浙江海洋学院《课程设计成果说明书》规范要求

课程设计说明书是课程设计主要成果之一。
1．说明书基本格式
版面要求：打印时正文采用5号宋体，A4纸，页边距上、下、左、右均为2cm，行间距采用固定值20磅，页码底部居中。文中标题采用4号宋体加粗。
2．说明书结构及要求
（1）封面
（2）课程设计成绩评定表
（3）任务书(指导教师下发)
（4）摘要
摘要要求对内容进行简短的陈述，一般不超过300字。关键词应为反映主题内容的学术词汇，一般为3-5个，且应在摘要中出现。
（5）目录
要求层次清晰，给出标题及页次。最后一项为参考文献。
（6）正文
正文应按照目录所确定的顺序依次撰写，要求论述清楚、简练、通顺，插图清晰整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。
（7）参考文献

浙江海洋学院课程设计成绩评定表
— 第 二 学期
学院 班级 专业
学生姓名(学 号)

课程设计名 称
输油管道设计与管理
题 目
长距离成品油管道设计计算
指导教师评语

指导教师签名：
年 月 日
答辩评语及成绩

答辩小组教师签名：
年 月 日

浙江海洋学院课程设计任务书
20 15 —20 16 年 第 二 学期
学院 班级 专业
学生姓名(学号)

课程
名称
长距离成品油管道设计计算
设计题目
顺序输送管道设计
完成
期限

自 年 11 月 30 日至 年 12 月 7 日 共 1 周
设计依据
1.输油管道设计规范
2.管道设计手册
设
计
要
求
及
主
要
内
容
1. 管道的不同油品基础数据 设计输量、管线长度、油品密度、体积流量、高差。
2. 管径、管材、管壁厚度确定 确定设计压力
3. 泵的型号、组合方式
4. 计算不同油品任务流量下水力坡降、全线所需的总的压头、确定泵站的个数。
5. 确定首站汽油罐和煤油罐的体积、终点站汽油罐和煤油罐的体积。
6. 终点混油罐的体积。
7. 校核进出站的压力是否超过设计压力。
8. 绘制中间站的流程图。
参
考
资
料
1.中国石油化工集团公司主编（或编著）：《石油库设计规范》，中国计划出版社， 出版。
2.杨筱衡主编：《输油管道设计与管理》，石油大学出版社 .3出版。
3.王松林主编：《石油化工设计手册》（第一、二、三、四卷），化学工业出版社， .1出版。
4.张德姜主编: 《石油化工装置工艺管道安装设计》，中国石化出版社， .3出版。
5.中国石油天然气总公司主编（或编著）：《通用工程设计手册》，石油大学出版社，1995.10出版。
6.中国石化集团管道储运公司主编（或编著）：《输油管道规程汇编》，中国石化出版社， .2出版。
7.钱锡俊主编：《泵与压缩机》，石油大学出版社， .12出版。
8.刘清志主编：《石油技术经济学》，石油大学出版社， .1出版。
指导教
师签字

日期

摘 要

本管线设计最大设计年输量为690万吨。管道全长1555.86km，高程在18.75～1906.04m之间。经过计算，在里程为1492.62km存在翻越点。
本设计根据经济流速来确定管径，选为610×10mm，管材选用按照API标准生产的L485CX70钢直缝电阻焊钢管。
经过水力计算，确定所需的泵站数，全线采用5个泵站，每个泵站2台泵串联使用。且根据分油点的输量和循环次数计算出每个分油点的混油量以及混油浓度。
本设计中遵循在满足各种条件的情况下，工艺流程尽可能的简单，而且输油工艺本着应用先进技术的原则，进行了首站和中间站的工艺流程设计。
最后绘制两张图：管道泵站分布图，中间泵站及罐区工艺流程图
关键词: 管道；输量；泵站；循环次数；工艺流程图：混油量
目录
1.管径壁厚计算 7
1.1年输量的确定 7
1.2设计平均温度 7
1.3平均温度下油品的密度 7
1.4平均温下的体积流量： 8
1.5管径选择 8
1.6管道壁厚的选择 8
2.水力计算及泵站布置 9
2.1油品粘度计算 9
2.2水力坡降和全线压头的计算 11
3.泵站数计算及泵站布置 12
3.1选泵 12
4.建设运行成本计算 16
5. 校核进出站压力 19
6.混油量计算 20
6.1首末站的油罐体积 20
6.2分油混油计算 22
7.中间站流程图 24
8.参考文献 25

1.管径壁厚计算
某成品油管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，输送介质包括0#柴油、90#汽油、97#汽油三种油品，周转系数25，设计年输送天数360天，采取起点连续进油，设计压6-10MPa。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、出站压力经过节流阀控制。
1.1年输量的确定
年输量=0#柴油年输量+90#汽油年输量+97#汽油年输量
年输量=502+72+116=690（万吨）
1.2设计平均温度
取地温17摄氏度，即T=17
1.3平均温度下油品的密度

式中，——是T温度下的油品密度
——是20摄氏度下油品的密度，查课本50页表格得，20摄氏度时，柴油密度是821.3kg/m3,汽油密度是746.2kg/m3
对于柴油：

对于汽油：

输油管内油品的平均密度为：

1.4平均温下的体积流量：

1.5管径选择
选取经济流速分别取1.1m/s，1.3m/s,1.5m/s。
管径计算公式：

式中，d——管道内径，m。
Q——体积流量m3/s
——经济流速m/s
则，

选取管径为508mm，559mm,610mm。
1.6管道壁厚的选择
根据《输油管道工程设计规范》，管线壁厚按下式进行计算：

式中，——管道壁厚，mm
P——设计内压MPa,此处P=10MPa
D——管道外径，mm
——材料最低屈服强度，MPa。本设计选用钢材为L485CX70钢，其最低屈服强度为485MPa。
K——设计系数，站外取0.72。
——焊接系数，取1.0。
则，

考虑到防腐稳定等问题，管壁厚度分别取8.27mm,9.00mm，9.73mm。初选管径为508*8.50mm,559*9.00mm,610*10mm钢管。
汇总结果如下：
管径，mm
壁厚，mm
规格，mm
508
8.27
508*8.50
559
9.00
559*9.00
610
9.73
610*10.00

2.水力计算及泵站布置
2.1油品粘度计算
粘温指数方程:

——为温度为T0时的油品粘度。
u——一般在0.01—0.03之间，此处取0.02。
则17摄氏度时，
0#柴油粘度是
90#汽油粘度是
97#汽油粘度是
管径为508*8.50mm时，有：
雷诺数为：

根据中国《输油管道工程设计规范》管壁当量粗糙度e取0.1。

则有：3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
管径559*9.0mm时，有：
雷诺数为：

根据中国《输油管道工程设计规范》管壁当量粗糙度e取0.1。

则有：3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
管径为610*10mm时，有：
雷诺数为：

根据中国《输油管道工程设计规范》管壁当量粗糙度e取0.1。

则有：3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
3000<<，油品处于水力光滑区。
雷诺数Re为：
由于3000<<，因此油流处于水力光滑区。
2.2水力坡降和全线压头的计算
（1）管径为508×8.5mm时
因为油流处于水力光滑区，因此，m=0.25，=0.0246

把管道沿线的局部摩阻（按1%计算）考虑进去后，管道水力坡降为：

（2）管径为559×9.00mm时
因为油流处于水力光滑区，因此，m=0.25，=0.0246

把管道沿线的局部摩阻（按1%计算）考虑进去后，管道水力坡降为：

（3管径为610×10mm时
因为油流处于水力光滑区，因此，m=0.25，=0.0246

把管道沿线的局部摩阻（按1%计算）考虑进去后，管道水力坡降为：

上述总结如下：
管径
水力坡降
508×8.5mm
0.004141
559×9.00mm
0.002596
610×10mm
0.001717
3.泵站数计算及泵站布置
3.1选泵
泵的流量取：
泵的扬程取管道的设计压力:
查《泵的产品样品》，400KD×250×2型泵的性能如下表所示。
表 400KD×250×2型泵性能参数
泵型号
排量Q
扬程H（m）
转速
功率N（）
效率
叶轮直径（mm）

轴功率
电机功率
400KD×250×2
1000
288
520
2980
2300
3200
78
465/445
1250
347
495
2400
76.5
1500
417
470
2610
73.5
根据泵的特性方程： （m取0.25）
用最小二乘法求泵的特性方程，，，则，，，的值计算见下表。

-177828

520
-92470560
-262780

495
-
361543

470
-
把上面表格中数据代入公式，，求得：
,
因此单台泵的特性方程为：
利用公式，计算与实测值的相对误差，计算得相对误差见表。
H计算值
H实测值
相对误差
517.34
520
0.00512
496.10
495
0.00222
471.41
470
0.003
由表中数据可知，计算与实测值的相对误差小于2%，说明回归结果很好，符合误差要求。
当多台泵串联在一起的时候，各泵流量相等，泵站的扬程等于各泵扬程之和
故可选用2台泵串联工作。
3.2泵站的布置
（1）管径为508×8.5mm时
因为油流处于水利光滑区则β=0.0246，m=0.25，i=0.004141
判断翻越点
桩号
1
2
3
4
5
6
7
8
里程（km）
0
161.09
246.33
310.77
457.66
617.09
687.79
767.77
高程（m）
18.75
71.51
47.94
105.00
105.23
209.50
481.73
925.88
桩号
9
10
11
12
13
14
15
16
里程（km）
876.67
976.06
1070.8
1183.3
1261.5
1348.8
1492.6
1555.8
高程（m）
803.53
1120.6
1349.6
1401.2
.2
1958.8
2044.5
1906.1
由里程和高程能够看出，只有在里程为1261.52km和1492.62km处才有可能存在翻阅点。
由此可知没有翻越点。
全线压头
根据所选离心泵的特性方程，得：

根据课本53页内容，泵站或加热站内压降为20m油柱，则所需泵站数为：

取整后得：n=9。即泵站数为9个。
泵站布置如下图所示：

（2）管径为559×9.00mm时
因为油流处于水利光滑区，则β=0.0246，m=0.25，i=0.00260
判断翻越点
由里程和高程能够看出，只有在里程为1261.52km和1492.62km处才有可能存在翻阅点。
由此可知没有翻越点。
全线压头
根据所选离心泵的特性方程，得：

根据课本53页内容，已知泵站或加热站内压降为20m油柱，则所需泵站数为：

取整后得：n=5.9。即泵站数为6个。
布置如下图所示：

（3）管径为610×10mm时
因为油流处于水利光滑区，则β=0.0246，m=0.25，i=0.00172
判断翻越点
由里程和高程能够看出，只有在里程为1261.52km和1492.62km处才有可能在翻阅点。
由此可知里程为1492.62km处是翻越点。
全线压头
根据所选离心泵的特性方程，得：

根据课本53页内容，已知泵站或加热站内压降为20m油柱，则所需泵站数为：

取整后得：n=4.6。即泵站数为5个。
泵站布置如下图所示：

4.建设运行成本计算
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

种类项目
年利率
一、短期贷款

一年以内（含一年）
5.10
二、中长期贷款

一年至五年（含五年）
5.50
五年以上
5.65
三、住房公积金贷款

五年以下
3.25
五年以上
3.75
建设银行贷款利率
（1）管径为610×10mm，泵站数为5：
折旧费
线路工程部分投资估算：,（其中区域修正系数取平原地带1.0，时间修正系数取1.0）
则泵站工程投资估算：,(其中时间修正系数取1.0，区域修正系数取平原地带1.0，泵末站按首站800万元，中间站500万元计算，N=5）则：

项目固定投产投资估算（K一般取0.9）：
固定资产原值估算（固定资产原值取基建投资的90%）：

折旧估算（可取6.25%）：
动力费用：动力费用主要是输油泵的电费，计算为

由于本次为等温输送，可知输油总费用计算为
（2）管径为508×8.5mm，泵站数为9时
1.折旧费
线路工程部分投资估算：,（其中区域修正系数取平原地带1.0，时间修正系数取1.0）
则
泵站工程投资估算：,(其中时间修正系数取1.0，区域修正系数取平原地带1.0，泵末站按首站800万元，中间站500万元计算，N=9）
则
项目固定投产投资估算（K一般取0.9）：
固定资产原值估算（固定资产原值取基建投资的90%）：

折旧估算（可取6.25%）：
2.动力费用：动力费用主要是输油泵的电费，计算为

由于本次为等温输送，可知输油总费用计算为
（3）管径为559×9mm，泵站数为6时
1.折旧费
线路工程部分投资估算：,（其中区域修正系数取平原地带1.0，时间修正系数取1.0）
则
泵站工程投资估算：,(其中时间修正系数取1.0，区域修正系数取平原地带1.0，泵末站按首站800万元，中间站500万元计算，N=6）
则
项目固定投产投资估算（K一般取0.9）：
固定资产原值估算（固定资产原值取基建投资的90%）：

折旧估算（可取6.25%）：
2.动力费用：动力费用主要是输油泵的电费，计算为

由于本次为等温输送，可知输油总费用计算为
综上可得：
经济计算表如下：
管径/mm
总费用/万元
508*8.5
152632
559*9
122581
610*10
98593.4
经过对比可得管径为610×10mm时，所需费用最小。因此确定最优方案选取管径为61010mm。
5. 校核进出站压力
单台泵特性方程
由于一个泵站是有两台泵串联组成的
因此泵站特性方程
由题意知：m=0.25，n=5，，A=1123.6，B=0.00050()，
,
，, 从而f为：

考虑管道沿线的局部摩阻（按1%计算）并换算单位得f

把以上参数代入相关公式，计算工作点流量Q

()
把工作点流量代入泵站特性方程，得各泵站扬程

首站进出站压力为：
m油柱

第二个泵站的进出站压力为：

第三个泵站的进出站压力为：

第四个泵站的进出站压力为：

第五个泵站的进出站压力为：

可见进出站压力都没有超压，出站压力都低于4MPa（1020m油柱高）。泵站不需要进行调整位置。
站址距离（KM）
0
523
744
1049
1256
进站压力(M油柱)
40
25
16
25
16
出站压力（M油柱）
1001.3
986.3
977.3
986.3
977.3
6.混油量计算
站点
进出油品量

97#汽油
90#汽油
柴油
1(0.00 18.75)
116
72
312+19*10
进油
2(617.09 209.50）
28
18
83
分油
3(1261.52 .22)
40
25
72
分油
4(1555.86 1906.04)
48
29
157+19*10
分油
6.1首末站的油罐体积
一条连续顺序输送的成品油管道输送能力为640万吨每年，且输送的0#柴油，90#汽油，97#汽油的输送比为123：18：29，柴油年输送量为502万吨每年, 90#汽油年输送量为72万吨每年，97#汽油年输送量为116万吨每年，且输送25批次.
输送柴油的输量：
输送90#汽油的输量：
输送97#汽油的输量：
管道横截面积：
管内各平均流速分别为:

本设计中，90#汽油与97#汽油（标为AB）混油、90#汽油与柴油（标为BC）混油的紊流扩散系数分别为：

因此：
首站需建的储罐容积计算为：
首站分配给三种油品的罐容分别计算为：

第一站需建的储罐容积计算为：
第一站分配给三种油品的罐容分别计算为：

第二站需建的储罐容积计算为：
第二站分配给三种油品的罐容分别计算为：

末站需建的储罐容积计算为：
末站分配给三种油品的罐容分别计算为：
6.2分油混油计算
第一站
AB混油界面
贝克莱数：
油罐的容积取：
管道的容积：
系数为：
假设90#汽油中允许混入最大的97#汽油浓度为 ，97#汽油中允许混入最大的90#汽油为 ,查《输油管道设计与管理》函数图可知：
, 得 =-0.6 =19%
, , 得 =0.6 =80%
此时 ，AB段不存在混油段。
BC混油界面
贝克莱数：
系数为:
90#汽油中允许混入最的的0#柴油为，0#柴油中允许最大混入的90#汽油为 ，查《输油管道设计与管理》函数图可知：
，得 =-0.35 =32%
，得 =0.35 =67%
此时 ，因此BC段不存在混油段。
综上，无需建混油罐.
第二站
AB混油界面
贝克莱数：
油罐的容积取：10000
管道的容积：
系数为：
假设90#汽油中允许混入最大的97汽油浓度为 ，97#汽油中允许混入的最大90#汽油为 ,查《输油管道设计与管理》函数图可知：
, 得 =-0.3 =40%
, 得 =0.3 =60%
此时 ，因此AB段不存在混油段。
BC混油界面
贝克莱数：
系数为
90#汽油中允许混入最的的0#柴油为 ，0#柴油中允许最大混入的90#汽油为 ，查《输油管道设计与管理》函数图可知：
，得 =-0.14 =43%
，得 =0.14 =55%
此时 ，因此BC段不存在混油段。
综上，无需建混油罐。
第三站
AB混油界面
贝克莱数：
终点罐的容积取： 10000
管道的容积：
系数为：
假设90#汽油中允许混入最大的97#油浓度为 ，97#油中允许混入的最大90#汽油为 ,查《输油管道设计与管理》函数图可知：
得 =-0.25 =35%
得 =0.25 =58%
此时 ，因此AB段不存在混油段。
BC混油界面
贝克莱数：
系数为
90#汽油中允许混入最的的0#柴油为 ，0#柴油中允许最大混入的90#汽油为 ，查《输油管道设计与管理》函数图可知：
，得 =-0.04 =40%
，得 =0.04 =55%
此时 ，因此BC段不存在混油段。
综上，无需建混油罐。
7.中间站流程图
设计中间站的工艺流程应思考以下条件：
（1）满足输送工艺和生产各个环节的要求。输油站的主要操作包括：正输，反输，压力越站，来油和计量，收发清管器，倒灌，停输再启动。依具体情况选择以上操作。
（2）所运用的输送方式要和中间站的工艺流程相适合。
（3）方便维修故障。
（4）应用比较先进的技术和设备，提高输油能力水平。
在符合以上要求的前提下，流程应尽量简单，尽可能少用管件、阀门，管线应短、整齐、笔直，充分发挥装置的性能，节约成本。中间泵站密闭输送工艺流程图如下：

8.参考文献
[1] 李彤.中国油气管线建设现状及发展趋势.《中国西部科技》[J]. .
[2] 曾涌捷.等温长输油管线的工艺设计.《成品油和化工设备》[J]. .
[3] 蒋华义.输油管线设计与管理[M].成品油工业出版社. .
[4] 朱坤锋.成品油顺序输送批次和罐容的优化设计.《油气储运》[J]. .
[5] 朱珊珊.兰-成-渝成品油输油管线生产运行方案优化.学位论文[D]. .
[6] 竺柏康等.油库加油站设计与管理[M].浙江海洋学院教材. .
[7] 郭光臣等.油库设计与管理[M].成品油大学出版社. .
[8] 竺柏康.油品储运[M].中国石化出版社. .
[9] 黄春芳等.油气管线设计与施工[M].中国石化出版社. .
[10] 杨筱蘅.输油管线的设计与管理[M].东营：中国成品油大学出版社. .
[11] 帅健，于桂杰.管线及储罐强度设计[M].北京：成品油工业出版社. .