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等溫長輸油管道的工藝設計

文檔作者：曾涌捷文檔來源：西南油氣田分公司華油集團榆川天然氣公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月09日
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一
2一．■ 論文廣場 2石0油10與年化第工設備
13卷
等溫長輸油管道的工藝設計
曾涌捷
(西南油氣田分公司華油集團榆川天然氣公司， 重慶合川71 9000)
[摘 要] 等溫長輸油管道的工藝設計主要包括：確定經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑、選擇泵的總揚程、水力計算求出全線壓頭損
失、確定泵站、選擇設備及首末站罐。用此方法確定了中部地區(qū)某長輸油管道的工藝設計方案。
[關鍵詞]等溫輸油管道；強度計算；水力計算；技術經(jīng)濟分析
現(xiàn)代管道運輸起源于19世紀中葉1865年美國
賓夕法尼亞的第一條原油管道。我國的管道網(wǎng)建
設則始于上世紀50年代末新疆建成的全長147km管
徑150mm的克拉瑪依一獨山子輸油管道。上世紀
60年代后，隨著我國石油工業(yè)的快速發(fā)展，大慶、
勝利等油田相繼建成，管道運輸?shù)玫搅溯^大發(fā)展。
到1994年底， 以(大)慶鐵(嶺)、鐵(嶺)大
(連)、鐵(嶺)秦(皇島)、東(營)黃(島)
和魯(山東臨岜)寧(江蘇儀征)五大干線為主的
全國原油長輸管道輸送的原油占總產(chǎn)量的89_31％，
天然氣管道輸送的天然氣占總產(chǎn)量的60．97％；全國
管道總里程達到16800km。
與國外發(fā)達國家相比， 我國輸油管道技術
還存在一定差距。除了管材與制管工藝、電機、
泵、閥門等管件、自動化控制技術以及防腐和管
道施工技術上存在差距外，管線的工藝設計也存
在一定的差距。
現(xiàn)以我國中部某管道設計為例，對長輸油管
道工藝設計進行簡單介紹。
1管線相關參數(shù)的確定
該管線任務輸量為每年650萬噸；
溫度密度：根據(jù)20℃ 時油品密度按下式換算
成計算溫度下的密度：
P，=P 。一號(f-20)
P20=0．865t／m =865kg／m
(1．1)
(1．2)
式中：P，、P 。一溫度為t*C時及20"C時的油品密
度，kg／m ；‘一溫度系數(shù)，‘=1~825-0．001315 P20，
kg／(mL℃、。
油品粘度， 己知：
表1 溫度粘度表
粘度 18 18 18 l9 19
(mPa·s) 0 5 8 0 3
溫度(℃ ) 30 25 20 15 1O
油品運動粘度可按下式計算：
1)r=1)oe-u(f_f0) (1—3)
： ～
1 1
tlnf， ] (1-4) — to 1)f1／I
1) 一P (1—5)
式中：1)r、1) 溫度為t、tO時油品的運動粘
度，rn2／s； 一粘溫指數(shù)，1／℃ 。
2管材管徑泵及工作壓力的確定
大量經(jīng)濟計算及運行實踐總結的長輸管道
經(jīng)濟流速的變化范圍，一般為1．0～2．0m／s。這給
設計計算帶來很大方便。建設時由于設備、材料
價格、建設工程費用、燃料、動力價格等等的差
異，計算得出的經(jīng)濟流速范圍也不相同。對于同
一地區(qū)而言，經(jīng)濟流速的取值主要決定于油品的
粘度和管徑。根據(jù)初定經(jīng)濟流速所對應的內管，
其外徑D=508mm，在其上下各選一個標準管徑，
對應的外徑可分別為D=457mm和D=559mm。根據(jù)
被輸介質性質、管道的工作環(huán)境、施工條件、市
場供應和管道的工藝設計條件，選擇管材和管子
類型， 目前新建大型管道多采用X65、X70級鋼。
在本設計中，根據(jù)所選管材X65(L450)鋼作為設
計材料，Qs=450MPa。
泵站應有備用輸油泵。備用泵臺數(shù)按照泵與
原動機的可靠性與維修條件而定。選泵時，通常
是先從泵制造廠提供的泵型譜與特性曲線上，挑
選出與確定的額定排量及揚程相符的泵型。按照
所輸原油性質對特性曲線加以換算，應使額定排
量與揚程位于所選泵型特性曲線的高效區(qū)，泵應
具有連續(xù)平滑的特性曲線， 高效區(qū)較寬；泵關死
作者簡介：曾涌捷(1977一)，男，2001年畢業(yè)于西南石油大
學油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)從事管道設計方面的研究工作。
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第6期 曾涌捷等溫長輸油管道的工藝設計 一j3．
點(排量為零)的揚程上升不應過大。如果已有的泵特性曲線不符合要求，可向泵制造廠提出重新設計
或修改曲線的要求。
表2 管道沿線月平均地溫表
月份I 1 I 2 l 3 4 5 J 6 I 7 8 9 10 11 12
地溫℃l 16．3 l 15．0 l 15．9 2O．3 24．9 I 27．4 l 29．8 31．1 30．8 28．3 23．5 18．6
表3 管道縱斷面圖數(shù)據(jù)表
里程(kin) O 30．7 42．3 57．34 81．1 104．9 109．5
高程(m) 2870．2 3071．2 3150．3 3451．6 2980 3099 3150．2
里程(kin) 126．4 138．1 145．0 159．2 174．5 243．4 265．0
高程(m) 3089．1 3090．2 3040 2980 3005 2933 2890
里程(kin) 273．0 290 3O1．5 370．8 435．65
高程(m) 2900 2850 2832 2778 2826
給油泵只用于首站， 安裝在輸油主泵之前，
并聯(lián)操作。給油泵按照泵站總排量與主泵所要求
的正壓頭，確定臺數(shù)及每臺泵的排量與揚程。
目前國內輸油管道采用的輸油泵主要有：
400KD型、DKS型、KS型、SH型、D(DA)型、
Y(YS)型、DY型等。根據(jù)任務數(shù)量和計算揚程要
求，本設計中采用輸油量為l000m ／h的400KD型
泵。每個站設置兩臺輸油泵，其中一臺備用。
初步確定工作壓力為5．6MPa。
3工藝計算
管道工藝計算的方法和及驟：
工藝計算主要包括強度計算和水力計算，步
驟如下：
(1)根據(jù)流量推算等溫輸油管道的經(jīng)濟流速
和經(jīng)濟管徑； (2)在經(jīng)濟管徑上下各選～ 個標準
管徑； (3)進行工藝計算，針對管徑、輸量選擇
泵的總揚程及輸量高效區(qū)； (4)進行強度計算；
(5)進行水力計算，選擇最低地溫和平均地溫，
確定油品粘度、任務輸量，從而求出全線壓頭損
失； (6)根據(jù)壓頭損失確定泵站數(shù)， 并進行圓
整；對三種管徑分別按(3)一(6)步驟計算，
再進行經(jīng)濟比較； (7)布站； (8)校核最高地
溫和最低地溫、進出站壓力及動靜水壓力； (9)
確定工作點； (10)選擇設備及首末站罐。
完成工藝計算后，對所計算的各種方案進行
技術經(jīng)濟比較，最終確定最佳方案，并對最佳方
案進行工況校核。
3．1強度計算
輸油管道直管道的設計公式如下：
6 PD +c (3-1)
式中：6一管壁厚度，into；
D一外徑，into；
P一設計壓力或管道的工作壓力，MPa；
[o】一輸油管道的許用應力，[o]=(0．6～一
o．72)o ， MPa；
一焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1．0；
C一考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)
管路的工作環(huán)境，取C=0～2mm。
輸送C5及C5以上的液體管道的設計系數(shù)除穿
越段按現(xiàn)行標準《原油和天然氣輸送管道穿跨越
工程設計規(guī)范》(SY／T 0015)的規(guī)定取值外，輸
油站外一般地段取0．72。再根據(jù)選用的管道規(guī)格的
壁厚計算設計壓力。
3．2流速計算 ．
由下歹I]公式計算：
： A ： 兀 d (3-2)
式中：v一流速，m／s：
Q一油品在管路中的體積流量，m’／s：
d—一管內徑，mm：
A一管道橫截面積，rl']l~2。
3．3雷諾數(shù)計算
流態(tài)判定由下式計算：
Re：一Vd
V ： 丁c (3-3)
式中：V一油品的運動粘度，m：／s；
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一
14一 ■論文廣場 2石0油10與年化第工設備
13卷
Q一油品在管路中的體積流量，n13／s。
3．4水力坡降和綜合摩阻參數(shù)
由下式計算：
：
13一Q2-mv m (3—4)
L dHH
：
p 2-~ra
． (3-5)
8A
(3—6)
式中：i一水力坡降；
V一油品的運動粘度，m2／s；
L一管長，m：
(卜管內徑，nliI1；
nhf_水頭損失，m：
A-一管道橫截面積，mm ；
Q一油品在管路中的體積流量。
3．5翻越點判斷，管道計算長度確定
翻越點判斷可用在縱斷面圖上作水力坡降線
的方法來判斷。在接近末端的縱斷面線的上方，
按其縱斷面坐標的比例作水力坡降線，將此線向
下平移，直到與縱斷面線相切為止。如水力坡降
線在與管道終點相交之前，不與管道縱斷面上的
任一點相切， 即不存在翻越點。反之，在與終點
相交之前， 水力坡降線與縱斷面線的第一個切點
就是翻越點。
根據(jù)縱斷面圖及水力坡降線可判斷，在此工
藝設計方案中沒有翻越點。管道計算長度為管路
全長435．65km。
3．6確定全線需要的總壓頭
由下式計算：
= +Σ (、 ZZ—Z口)， + If3．，—7，)，
i=1
式中： L廠管道的計算長度，m：
hm廣_一局部摩阻，111液柱；
z0、z廠管道起點和終點的高程，
m ：
H 廠末站剩余壓力，in液柱。
3．7泵站數(shù)的確定
根據(jù)任務輸量，在泵站工作特性曲線上可以
得到每個泵站所能提供的揚程為Hcr。
全線N個泵站提供的總揚程必然與消耗的總能
量平衡， 由公式得：
N(Hcr—hm)= +Σhm +(Zz—ZQ)+Hsz
泵站數(shù)：Ⅳ H (3
- f日 8)
～ l
式中：Hcf—任務輸量下泵站的揚程，m液柱；
h 一泵站站內損失，m液柱；
H．_任務數(shù)量下管道所需總壓頭，IIl液柱；
H 一末站剩余壓力，m液柱。
顯然計算出的N不一定是整數(shù)，只能取與之相
近的整數(shù)作為該方案需建設的泵站數(shù)。本設計中
泵站數(shù)為4個。
3．8等溫輸油管道設計方案的技術經(jīng)濟比較
輸油管道方案的優(yōu)劣主要取決于工業(yè)設計方
案的選擇。重點考慮基建投資及輸油成本費用兩
方面。
基建投資及輸油成本費用主要包括基本建設
投資指標和輸油成本指標兩大類。這些指標系根
據(jù)多年管道建設經(jīng)驗積累、依據(jù)國家有關政策規(guī)
定編制而成的。技術經(jīng)濟指標用于工藝方案的經(jīng)
濟性比較。
管道建設投資指標包括線路部分、泵站部分
和配套工程三部分。輸油成本費用主要包括大修
理、材料、動力、燃料、工資、職工福利、損耗
及其他費用。
再根據(jù)總投資和運行管理費用計算年折折舊
費用： S=IK+E
式中：I一投資效益(回收)系數(shù)，1／年；反
映了管道工程項目的經(jīng)濟性好壞的重要指標，在
儲運工程項目設計中取一般取0．15。
： (1+ (3-9)
一1
式中：i一基本投資收益率，i

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