1、绪论 原油的运输作为能源利用技术的重要一环，越来越受到重视，而其中管道 运输与铁路、水路、公路、航空相比，因其输送距离长、建设速度快、占地少、 管径大、输量高、能耗低、不污染环境、受地理及气象条件影响小等优点，而 得到快速发展，已成为世界主要的原油输送方法 1。 原油按其油品性质来分，可以将原油分为轻质原油和高粘易凝原油，后者 还可以分为含蜡量较高的含蜡原油和含胶质、沥青质较高高粘重质原油（即稠 油） 2。轻质原油的输送较为容易，一般常规输送工艺就能满足要求。含蜡原 油的的凝点较高，管输过程中易出现析蜡、凝管、堵塞等事故，严重影响管输 的能力和效率。而高粘重质原油的粘度非常高（通常是几百甚至是
2、几万厘波 3） ， 因此管路的压降就相当大，这就大大增加了原始基建投资和运行费用。 现在原油管输工艺的种类很多，应用较多、技术比较成熟的传统管输工艺 有火焰加热器的加热输工艺、热处理输送工艺、加剂（包括降凝剂、减阻剂、 乳化剂）输送工艺 413、稀释输送工艺 14。另有相对来说应用较少、有待进一 步研究开发的现代工艺，有保温结合伴热输送工艺、太阳能加热等特殊加热工 艺 15、低粘液环输送工艺、微波降粘输送工艺 16、水悬浮输送工艺、气饱和输 送工艺、磁处理输送工艺 17、改质输送工艺 18、管道内涂输送工艺 19等。 由于我国生产的原油多属高含蜡、高凝固点、高粘度原油，因此我国多数 管道仍采用
3、加热输送。无论从输油成本以及设备投资方面都比常温输送高出很 多，并且我国大部分输油管道都建在 70 年代，为了保证安全运行和提高企业经 济效益，旧管输工艺的改进和新建管道先进技术研究开发是当前管输工作的重 点。我国从事管道科研人员近年来在这方面取得了较大进展。 我国输油工艺技术发展方向 20： (1) 适应国内油田发展的特点， 解决东 部管道低输量运行， 西部管道常温输送， 海洋管道间歇输送和成品油顺序输 送问题。坚持输油工艺的新型化和多样化。(2) 采用高效节能设备， 管输过程 中节能和降低油耗的最有效措施是采用高效的输油泵和加热炉， 开展新型高效 离心泵和国产高效加热炉的研制是摆在我们面前
4、的一项艰巨任务。(3) 加强原 油热处理、降凝剂和减阻剂机理的研究， 从根本添加剂对不同原油减阻降凝机 理的认识问题。(4) 开展添加剂的研制工作， 形成添加剂研究生产应用一 条龙。(5) 进一步研究降粘裂化输送， 水环输送， 界面减阻输送， 磁处理输 送机理和适应范围。针对不同油田原油的特点进行工业性试验，对特定的原油 采用特殊的方法输送。 设计内容 （1） 计算及说明书部分内容要求 1) 根据费用现值最小原则确定最优管径。 2) 水力与热力计算。 3) 主要设备选型，包括泵、炉、罐、原动机等。 4) 站址确定、调整及工况校核。 5) 反输计算。 6) 站内流程设计。 7) 几种输量下的运行
5、方案确定。 8) 绘图部分内容要求。 9) 绘图采用 AUTOCAD。 10) 图幅均采用 1 号或 2 号图纸。 （2）设计依据： （1） 输油管道设计与管理 (2) 输油管道工程设计规范 (3) 泵产品样本 (4) 石油化工装置 工艺管道安装设计手册 (5) 管路附件设计选用手册 (6)油库设计与管理 其他国家现行的有关标准及规范的规定 计算部分 DH 原油管线初步设计 1、设计依据与基础参数 1.原始数据 （1）最大设计输量为 550 万吨/年； 生产期生产负荷（各年输量与最大输量的比率）见下表 1。 表 1 生产期生产负荷表 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
6、3 14 生产负荷 （%） 70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 （2）年最低月平均温度 2； （3）管道中心埋深 1.55m； （4）土壤导热系数 1.45w/(m)； （5）沥青防腐层导热系数 0.15w/（m)； （6）原油物性 20的密度 860kg/m ；3 初馏点 81； 反常点 28； 凝固点 25； 比热 2.1kJ/(kg)； 燃油热值 4.1810 kJ/kg。4 （7）粘温关系 见表 2 表 2 油品温度与粘度数据 温度（） 28 30 35 40 45 50 55 60 粘度（cp） 124.5 111 83
7、.2 69 60 53 48 42.5 （8）沿程里程、高程（管道全程 320km）数据见表 3 表 3 管道纵断面数据 里程 （km ） 0 40 70 130 165 190 230 250 280 300 320 高程 （km ） 28 30 10 25 35 28 36 42 68 45 35 2.设计基础参数 1）原油物性参数 原油进站温度、出站温度 由于一般原油加热温度为 6070，考虑到最高出站温度为 60，故取 TR =60 。 由于最低进站温度比凝固点高 7，且考虑到反常温度和最低进站温度都 为 30，故在最低进站温度时仍可以满足牛顿流体的特性，故取 TZ =30。 平均输送
8、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： Error! No bookmark name given. RZ2=+3T (1-1) 式中： 原油出站温度， ，取 =60；TRTR 原油进站温度， ，取 =30；TZ TZ 原油平均温度，由上式计算得 = 40。 原油密度 所输原油密度 (g/cm3)随温度 T()的变化关系为： (1-2) 20(T 式中： 20下原油密度，kg/m 3；20 温度系数， =1.825-0.001315 ，kg/( m 3 )，解得20 =0.6941； 平均输油温度，取 =40。TT 即得原有粘度与温度的变化
9、关系式： =860-0.6941(T-20) (1-3) 解得 =846.12 kg/m3。 原油粘度 由最小二乘法回归粘温关系如表 1-1 表 1-1 粘温关系回归表 温度( ) 60 55 50 45 40 35 30 28 粘度 (10-6m2/s) 42.5 48 53 60 69 83.2 111 124.5 ln -10.0660 -9.9443 -9.8452 -9.7212 -9.5814 -9.3943 -9.1060 -8.9912 取 xi 为 T，yi 为 ln，并设 =+yabx xi= 343 yi= -76.6496 = 42.875x = -9.5812y =
10、= =b2)(xiyi 875.94310328. -8.1751ya 回归结果为 ln=-8.1751-0.0328T 得原油粘度为： =e-8.1751-0.0328T (1-4) 式中：T-平均输油温度()； 2）其他设计参数 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 1-2 设计参数表 任务输量 (10 t/a)4 最小输量 (10 t/a)4 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 550 385 320 60 30 2.0 质量流量为： kg/s8.184035 3m
11、axG 127.31kg/s%7axin 由质量流量与体积流量换算公式： (1-5)GQ= 0.2149m3/smax 0.1505m3/sin 2、经济管径的选择 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 1.5-2.0m/s，管径计算公式如下： d= (2-1)VQ4 式中：Q-额定任务输量 (m /s),0.2149m /s；33 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 (mm) 初选 管 (mm) 初选管 径 (mm) 1.5
12、 427.2 406.4 457 508 2)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 406.46.4、4577.1、5087.9。在这里采用费用现值来确定最经济管径。 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
13、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： (1-8)tc Nt vttc iWSCIP)1(1 式中：I -第t 年的全部投资(包括固定资产和流动资金)； -第t 年的经营
14、成本； S -计算期末回收的固定资产余值(此处为0)；v W-计算期末回收的流动资金； N-计算期 N=16； i -行业基准收益率 =12%；c 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= G Cy (TRi Tzi) nR (1-9)iHyBe 式中
15、：S R -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= (1-10)peidHG 31072. 式中：S P-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
16、力价格，元/kWh； pei-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，
17、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： 其中 4577.1 的费用现值最小，采用 4577.1 的管道进行施工和投产运 行更为经济。 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： (1-11)=2PDK 式中： 计算的屈服应力，MPa； 工作压力，MPa；P 管道外径，mm；D 强度设计系数，此处取 =0.72；KK 焊缝系数，此处取 =1.0； 管道厚度，mm。 管道系统设计压力为
18、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) DN457 5.379 1 7.1 4577.1 3、输油工程 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。
19、(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。 2.判断流态并计算总传热系数 1）判断流态 雷诺数的计算公式如下： 4=QRedv 只需在最小和最大流量两种极端状况下便可判断流态是否变化， 由表 1-1 知在计算温度下的原油动力粘度为：=6910 -6m2/s。 则 =8960.04dQmaxax4Re 6109428.013 6274.956inin.5 由推荐值：e=0.054mm。 则管壁
20、相对当量粗糙度为： 0.243910-3。 428.01523de 查得公式： 8759.Re1= 代入计算得： 8.006105。7/831)0249.(.Re 因为 3000 Remin Remax Re1，两种极端情况下的流动都处在水力光滑区。 据此，可确定 m = 0.25， =0.0246。 2) 总传热系数 由 (2-3)wtDh4ln2 式中：D -管道外径(m) ；w -土壤导热系数(w/m )，取 1.45 w/m；t h -管道中心埋深(m) ，取 1.55 m；t 得 = =2.4342457.01ln. K= (2-4)21沥 青沥 青 式中： -沥青防腐层(m)，0.
21、006 m；沥 青 -防腐层导热系数(w/m)，取 0.15w/m；沥 青 得总传热系数 K= =2.22 (w/m)；43.215.06 3.工艺计算及站场布置 1)最小输量工况计算 根据任务书的要求，设计最小输量为 Qmin =0.1505m3/s = 541.8 m3/h 即 Gmin =127.3kg/s。 确定热站数 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 0.1505m /s 即 127.3kg/s.3 总传热系数由(2-4)得为 2.22w/m。 由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= (2-5)75
22、.4 2.0.1dQMIN a= (2-6)CGDKMINW b= (2-7)cgi L (2-8)bTaOZRln1/ 最终得热站数： n (2-9)/RrL 最终向上取整得热站数 n。 式中：D -管道外径(m) ，取 0.457m；w K-热油管道总传热系数(w/m )，取 2.22w/m； C-油品比热(J/(kg )，取 2100 J/(kg)； i=0.003999m/m b=1.568 a=1.1910-5m LR=6.3721104m n=5.02 向上取整得 n=6 需要 6 座加热站，站间距为 L=53.33 Km。 按平均布站反算出站温度 设 TZ = 30，b= 1.5
23、68 ，起点油温计算公式： (2-10)R0Z0aLTbT=(+)-)e 将各参数代入上式得：T R1=53.436。 则由公式(1-1)得平均温度：T=37.812； 由公式(1-4)得计算动力粘度：=8.14810 -5 m2/s； 由公式(1-3)得在计算温度下的密度：=847.64 kg/m3； 由公式(1-5)得在计算温度下的最小体积流量：Q=0.1502m 3/s； 将上述参数值带入公式（2-5）得：i=0.00406 m/m； 由公式(2-7)得：b=1.591； 由公式(2-8)得：L R =53.33km。 故取 TR=56.69。则在最小输量工况下的设计参数选取结果如表 2
24、-1： 表 2-1 最小输量工况下热力计算参数表 出站温度 TR（） 平均温度 T（） 平均密度 （kg/m 3 ） 体积流量 Q（m 3/s ） 水力坡降 i（ m/m） b () 站间距 LR (km) 53.436 37.812 847.64 0.1502 0.00406 1.591 53.33 翻越点判断 由沿程高程表 3 知(280km，68m)处可能存在翻越点。 在长输管路中，局部摩阻总是占据很小的部分，一般占沿程摩阻的约 1%， 全线总压头损失公式： (2-11)tzQmiHiLZh=+(-) 式中： 全线压头损失，m； 沿程摩阻，m；tiL 管道起点与终点的高程差， m；ZQ(
25、-) 局部摩阻，m。ih 由公式(2-11)计算得： 全线总压头损失： H=1.010.00406320103+（35-28）=1319.192m。 到可能翻越点处压头损失: Hf=1.010.00406280103+（68-28）= 1188.168m。 由 Hf 0.2，故对出站油温进行第二次迭代试算： 由公式(1-1)计算得平均温度：T= 34.41； 由公式(1-4)得计算动力粘度：=0.910910 -4 m2/s； 由公式(1-3)得在计算温度下的密度：=850.00k g/m3； 由公式(1-5)得在计算温度下的最小体积流量：Q=0.2140m 3/s； 将上述参数值带入公式（2
26、-5）得 i=0.00775 m/m； 由公式(2-7)计算得：b=4.342； 由公式(2-10)得：T R3= 43.24。 由于|T R2-TR3|0.2，故取 TR= 43.24，即在最大输量下原油出站温度是 TR= 43.24。则在最大输量工况下热力计算参数如表 2-2： 表 2-2 最大输量工况下热力计算参数表 出站温度 TR（ ） 平均温度 T（） 平均密度 （kg/m 3 ） 体积流量 Q（m 3/s ） 水力坡降 i（m/m ） b () 站间距 LR(km) 43.24 34.41 850.00 0.2140 0.00775 4.342 53.33 翻越点判断 由沿程高程表
27、 3 知(280km,68m)处可能存在翻越点。 由公式(2-11)计算得： 全线总压头损失： H=1.010.00775320103+（35-28）=2511.8m。 到可能翻越点处压头损失： Hf=1.010.00775280103+（68-28）=2231.7m。 由 Hf 0.2，故对出站油温进行第二次迭代试算： 由公式(1-1)计算得平均温度：T= 35.27； 由公式(1-4)得计算动力粘度：=0.885510 -4 m2/s； 由公式(1-3)得在计算温度下的密度：=849.40k g/m3； 由公式(1-5)得在计算温度下的最小体积流量：Q=0.1927m 3/s； 将上述参数
28、值带入公式（2-5）得 i=0.00641 m/m； 由公式(2-7)计算得：b=3.231； 由公式(2-10)得：T R3= 45.81。 由于|T R2-TR3|0.2，故对出站油温进行第二次迭代试算： 由公式(1-1)计算得平均温度：T= 35.40； 由公式(1-4)得计算动力粘度：=0.881810 -4 m2/s； 由公式(1-3)得在计算温度下的密度：=849.31k g/m3； 由公式(1-5)得在计算温度下的最小体积流量：Q=0.1713m 3/s； 将上述参数值带入公式（2-5）得 i=0.00521 m/m； 由公式(2-7)计算得：b=2.627； 由公式(2-10)
29、得：T R3= 46.20。 由于|T R2-TR3|0.2，故取 TR= 45.81，即在最大输量下原油出站温度是 TR= 45.81。则在 90%输量工况下热力计算参数如表 2-5： 表 2-6 80%输量工况下热力计算参数表 出站温度 TR（ ） 平均温度 T（） 平均密度 （kg/m 3 ） 体积流量 Q（m 3/s ） 水力坡降 i（m/m ） b () 站间距 LR(km) 46.20 35.40 849.31 0.1713 0.00521 2.627 53.33 由于是平均布站，故各个加热站的进站温度、出站温度都相同，即 TR=46.20， TZ=30。由公式 (2-16)计算得
30、热泵站加热炉的热负荷为： q=145.52.1(46.20-30)=4949.91kw。 水力参数 全线总压头损失： H=1.010.00521320103+（35-28）=1690.872m。 设置 3 个泵站，则泵站扬程为： HC= =563.624m1690.872 80%输量下泵扬程： H=240.56-0.00042Q1.75=240.56-0.00042（0.17133600） 1.75=208.5m 则每个泵站需开泵数： N= = =2.7,向上取整 N=3，故 80%输量下开泵 3 台。HC5.208643 4）最小输量 热力参数 最小输量时的基本热力参数计算结果如表 2-1。
31、 由于是平均布站，故各个加热站的进站温度、出站温度都相同，即 TR=46.20， TZ=30。由公式 (2-16)计算得热泵站加热炉的热负荷为： q=127.32.1(53.44-30)=6266.2152kw。 水力参数 全线总压头损失： H=1.010.00406320103+（35-28）=1319.192m。 设置 3 个泵站，则泵站扬程为： HC= =439.73m192. 最小输量下泵扬程为 H=215.1m 则每个泵站需开泵数： N= = =2.04,向上取整 N=3，故最小输量下开泵 3 台。C1.257349 5.主要设备选型 1）输油站储油罐 首、末站的油罐分别用来调节来油
32、、收油（转运）单位与管道的输量不平 衡，罐容较大。罐容计算公式如下： (2-19)350mV 式中： 输油首站、输入站、分输站、末站原油储罐总容量，m 3； 输油首站、输入站、分输站、末站原油年总运转量，kg； 利用系数，取 0.9； 储存时间，d。 储存温度这里取 30，由公式(1-2)计算得 =853.059kg/m3。 输油首站的原油来自油田或管道时，其储备天数 选为 3d。则由公式(2-19)得 输油首站储油罐总容量： =61403.7m39.05.831 4V 所以，可以选取 1 座 50000m3 和 1 座 15000m3 钢制浮顶罐。 末站为向用户供油的管道专输站时，油品储备天
33、数 宜为 4d。则由公式(2- 19)得分输站、末站储油罐总容量： m3 4360185267.3589.0.V 所以，可以选取 1 座 50000m3 和 2 座 20000m3 钢制浮顶罐。 2）加热炉 因为是加热站是均匀布站，所以相同流量下每站所需有效负荷是相同的。 由前述计算过程可以得到各种工况下各热泵站所需热量如表 2-7： 表 2-7 不同输量下所需热量表 输量 100%输量 90%输量 80%输量 70%输量 管路所需热量 (kw) 5055.6 5435.00 4949.91 6266.22 综合使用年限内的输送要求，在保证满足加热站的热负荷要求且加热效率 高的前提下，以设置加
34、热炉数量最少、利用率最高为原则，最后选定直接加热 的卧式圆筒管式加热炉，具体为：3500kw 功率一座、 2000kw 两座和 1500kw 两座。个输量工况下的加热炉配置如表 2-8： 表 2-8 不同输量下加热炉配置表 输量 100%输量 90%输量 85%输量 70%输量 管路所需热量(kw) 5055.6 5435.00 4949.91 6266.22 加热炉功率(kw) 3500+2000 3500+2000 3500+1500 3500+15002 为便于检修和相互替代，在 3500kw 加热炉不能使用时，可以用一台 1500kw 和一台 2000kw 的加热炉替代。若 2000k
35、w 的加热炉不能使用，则可以 用两台 1500kw 或用一台 3500kw 替代。若某台 1500kw 的加热炉不能正常使用 时，可以用一台 2000kw 互相替换。 3）输油泵 由前计算所得选择型号为 KSY800-190 的泵，每个泵站设置六台，最大输 量下 5 台串联，另有一台备用。 4）原动机 （1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速 等要求，选择电动机的类型。 （2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的 温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所 选电动机功率应留有余量，负荷率一般取 0.80.9。 （3）根
36、据使用场合的环境条件，如温度、适度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐 蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的机构形式。 （4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等 级和类型。 （5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要 求，以及机械减速机构的复杂程度，选择盯得紧的额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供 货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运 行和维修费用、生产过程中前期电动机功率变化关系等各种因素。 泵功率计算公式为： (2-20)102vqHP 式中： 输油泵轴功率，kw；
37、输送温度下泵排量为 qv 时的输油效率； 输送温度下的排量（m 3/s） ；vq 输送温度下介质的密度（kg/m 3） ； 输油泵排量为 qv 时的扬程。H 电机功率计算公式为： (2-21)ePN=k 式中： 输油泵配电机额定功率，kw； 输油泵轴功率，kw；P 传动系数，取 =0.95；ee 电动机额定功率安全系数，取 =1.1。k k 由公式(2-20)计算得 KSY800-190 的泵： 425.42kw%81023.954.P 由公式（2-21）得输油主泵电机功率： 492.6kw95.N 由JB/T 10444-2004选择电动机，型号为 Y2 4501-4,其基本参数为：额 定功
38、率 500kw，转速 3000r/min，额定频率 50Hz，结构及安装型式为 IMB3，外 壳防护等级 IP54，冷却方法 IC411。 最优管径的确定 1)判断流态 由于一般原油加热温度为 6070，考虑到最高出站温度为 60，故取 TR =60 。 由于最低进站温度比凝固点高 7，且考虑到反常温度和最低进站温度都 为 30，故在最低进站温度时仍可以满足牛顿流体的特性，故取 TZ =30。 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，由式（1-1）得 = =40。T3026 40的原油密度由式（1-2）计算 =860-0.6941（40-20 ）=846.12
39、 kg/m 3。 原油粘度由表 1-1 得 =6910-6m2/s 任务输量 Q=550100001000/（350243600） =181.9(kg/s) =0.2149(m /s)3 根据规范，输油管道经济流速范围为 1.5-2.0m/s，管径计算公式如下： d= (2-1)VQ4 式中：Q-额定任务输量 (m /s),0.2149m /s；33 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 (mm) 初选管 (mm) 初选管径 (mm) 1.5 427.2 406.
40、4 457 508 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： = (2-4)cKPD2 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 7 MPa 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 2-2： 表 2-2 计算壁厚表 公称直径 (mm) DN406.4 DN457 DN508 计算壁厚 (mm) 4.783 5.379 5.979 考虑 1mm 的腐蚀余量后,实际选择的壁厚尺寸列于表 2-3: 表
41、2-3 实选管壁壁厚表 公称直径 (mm) DN406.4 DN457 DN508 实选壁厚 (mm) 6.4 7.1 7.9 雷诺数计算公式为： (2-5)dQ4Re (2-6) 2 (2-7)7/815.9e 计算结果见表 2-4，2-5 ，2-6 表 2-4 406.4 管径下流态参数 管径 流态 406.4 9762.57 6836.98 7.258105 水力光滑区 表 2-5 457 管径下流态参数 管径 流态 457 8960.04 6274.95 8.006105 水力光滑区 表 2-6 508 管径下流态参数 管径 流态 508 8060.76 5645.16 9.03510
42、5 水力光滑区 由上表的数据，可以分析得各管径不同输量下，管内原油都处于水力光滑 区，以此来进行设计计算，则有 m=0.25，=0.0246。 2)热力计算 热力计算按照最小输量情况计算。 0.1505m3/sminQ 由 (2-3)wtDh4ln2 式中：D -管道外径(m) ；w -土壤导热系数(w/m )，取 1.45 w/m；t h -管道中心埋深(m) ，取 1.55 m；t 得 =2.4342 K= (2-4)21沥 青沥 青 式中： -沥青防腐层(m)，0.006 m；沥 青 -防腐层导热系数(w/m)，取 0.15w/m；沥 青 得总传热系数 K=2.22 (w/m)； 有雷诺
43、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= (2-10)75.4 2.0.1dQMIN a= (2-11)CGDKMINW b= (2-12)cgi L (2-13)bTaOZRln1/ 最终得热站数： n (2-14)/RrL 最终向上取整得热站数 n。 式中 ： D -管道外径(m) ；w K-热油管道总传热系数(w/m )，取 2.22 w/m； C-油品比热(kj/kg)，取 2100 kj/kg； 计算结果如下表 2-9 表 2-9 各管径水力参数表 管道规 格(mm) i (m/m) a (10 )6 b() L (km)/Rn /Rn R
44、L (km) 406.4 0.00699 10.58 3.085 74.67 4.3 5 64 457 0.00399 11.19 1.567 63.72 5.02 6 53.33 508 0.00242 13.23 0.853 56.26 5.7 6 53.33 3）水力计算 通过水力计算来确定泵站数。 计算按照最大输量(任务输量)来确定。 根据初选的管径、原油的任务输量，用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。 管路全线能耗为： H=iL+Z+H (2-15)SZ 泵站数： N= (
45、2-16)mChH 式中：H -任务流量下管道所需要的总压头(m 液柱)； -任务输量下泵站的扬程(m 液柱) ；C H -末站剩余压力 (m 液柱)，取 20m 液柱；SZ h -泵站站内损失(m 液柱)，取 30m 液柱；m 当 N 不是整数，要向上取整。 经过计算，406.46.4、4577.1、5087.9 的三条线路全线均不存在翻 越点。 计算结果如表 2-11 表 2-11 各管径下水力参数表 管道规格(mm) H(m) H (m) Hc(m) n /Pn p 406.46.4 1129.5 4128.2 966.14 4.3 5 4577.1 1114.3 2362.3 966.
46、14 2.4 3 5087.9 1115.4 1432.1 966.14 1.5 2 4)燃料与电力费用的计算 生产期第 1、2 年，负荷为零。 故 S 、S 为零。pR 燃料费用计算 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= G Cy (TRi Tzi) nR (2-18)iHyBe 式中：S R -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， ； T
47、Zi -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； 电力费用计算 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= (2-19)peidHG 31072. 式中：S P-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； pei-第i泵站泵机组的效率； G-年输量，吨 /年； 计算结果如下表2-12、表2-13、表2-14 表 2-12 406.46.4 年份 负荷(%) 输量(万吨 /年) T ()RSR(万元 ) SP(万元) 1,14 70 38
