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1、1 前言油气管道是输送石油与天然气最基本的手段之一，石油与天然气是当今世界上最重要的能源，它们关系到国家的工业化，国防实力与人民生活。大规模的管道建设，不仅是由多家石油公司通力组织力量建设，更重要的是国家政府给予了直接支持帮助，并组织了专门机构监督工程建设，在受到国际上的关注的同时也受到国际风云变幻的影响。因此，大型管道的建设都带有明显的政治、经济、资源和技术背景。管道运输是现代重要运输方式之一，在流体物料的运输领域中起着主导作用。管道运输具有物流的高密度，无空载行程，以及安全、快捷、环保、经济等特点。管道可以埋设在地下，少占土地，铺设于江、河、海底，不影响航运，这些是其他运输手段难以做到的。
2、本设计为秦皇岛北京原油管道工艺设计。本设计主要是通过不同经济流速的选择确定2 个不同的方案，通过计算和可行性分析确定最佳的设计方案。设计的主要目的是对我们大学四年来学习的理论知识和专业知识的考核，也是将这些知识与实际相结合的体现。这将进一步巩固所学的知识。把这些知识在脑子里留下深刻的印象并且可以更加灵活的运用。这次设计为我们以后参加工作提供了有利的帮助。设计中我们加强了自己的动手能力，查阅并采用了大量的国家新发部的标准，并且通过多方面的查阅了解了秦京原油管道附近的地形概况，地质情况和自然条件等。这些都是对管道设计有用的内容。设计还要遵循国家统一的规定。如投资少，方便运输，便于施工，安全管理等技
3、术要求。2 本次输油管道的前期施工设计包括三部分：第一部分为工程概况部分，其中包括：输油管道的选线走向、线路沿线概况，最佳方案的确定，各种机泵设备的选型与使用，对我国长输原油管道存在的问题提出了初浅的意见等。第二部分为主体计算部分，包括热力计算、水力计算以及温度校核和压力校核，并且进行了强度和稳定性校核等以及固定支墩与管架的选择与计算。第三部分绘图部分，通过前面的计算部分绘制出了管道沿线纵断面图，首站泵房安装图和首站工艺流程图。采用了 AutoCAD制图和手工绘图两种方法，多方面培养了绘图能力。此次设计的指导思想是合理的进行管线走向的选取，这是输油管道前期施工设计的重点。所以对管线的线路选择并
4、进行可行性优化分析比较是设计中的重中之重。本次设计还有一些不足之处，由于设计条件的限制，不能使用专业的器材测量地面标高和到现场进行勘探这就使本次设计的线路选择增加了投资量和欠缺准确性。由于输油管道的设计涉及的问题比较广泛，而我的经验不足，水平有限，因此很难做到全面准确。请各位老师指出错误和不足之处，我会及时修改，使自己的知识更加全面，为以后的工作学习积累保贵的经验。3 长输热油管道秦京线生产区首站工艺设计1. 说明部分1.1 设计概况1.1.1 设计的主要依据和原则A.设计的主要依据根据辽宁石油化工大学储运与建筑工程学院油气储运工程系下达的设计任务书设计和编制。任务要求：秦皇岛北京输油管道 L
5、=324.6km 年输量： 600 万吨B.设计原则（1）线路尽可能取直，坡度小，施工条件好，长度一般不超过航空直线的5%为宜。（2）通过山谷、公路、铁路、江河、湖泊、沼泽地、居民区、的大型穿越工程要尽可能减少。（3）尽可能避开不良的地质条件地段，强地震区和其他影响矿藏开采的地区。不占或少占耕地。（4）不占或少占耕地，不破坏或者尽量少拆迁已有的建筑物和民房，并要有利于改土造田，发展农业。4 （5）有利于安全， 线路与铁路干线， 城镇、工矿企业等建筑物应保持一定距离。（6）便于施工，物资供应，动力供应和投产后的管线维护与巡线，管线应尽量靠近和利用现有公路的电网，少建专用公路和电力线路。（7）综合
6、考虑通过地区的开发，油气供应和地方工农业的支援。（8）尽量不经过低洼积水地带、盐碱地及其它对管路腐蚀强的地区。1.2 工程概况1.2.1 线路走向及沿线概况A.线路走向：秦皇岛北京输油管道线， 是从秦皇岛首站 (海拔高程 252.5m)至北京末站 ( 海拔高程 38.5m)止，全线长度 324.6 公里，管线沿线经秦皇岛、唐山、最后到达北京，沿线处于整个河北省境内，从整体来看地势较陡，自然地势变化较大。沿线所经地区耕地占 78% ， 管道沿线通过的地区属于暖温带半湿润季风气候。交通方便，施工无特殊困难。在北京末站，线路设有向北京炼油厂的分输管线，其余输向码头。整个线路的土质以黏土，亚黏土为主，
7、地下水在2 米左右，河水冲击地带为砂土和细砂，线路所经地带无盐碱土。B.管线敷设一般线路敷设以埋沟敷设为主，采用沥青绝缘层和阴极保护结合的防腐方法，同时考虑到冻土为1.11 1.39 米和管线散热损失等因素，管顶覆土1.5m。铁路，公路的穿越：铁路，公路的穿越点尽可能选在水位比较低的地方，走向基本同铁路和公路直交的地方，当输油管道穿越铁路或县级以上的公路时，必5 须采用套管保护，套管顶距铁路轨底或路面一般应小于1.5m，穿越铁路，公路一般采用厚度不小于8mm 的沥青绝缘防腐层。C.管线试压管线在沟上或沟下焊接组装后，进行分段试压， 试压管段长度取为1015km ，自然高度不超过30 米，以 1
8、.25 倍的管道工作压力作为强度试压压力，对各段进行试压。1.2.2 工艺设计本设计采用“从泵到泵” ，站内采用“先炉后泵”的密闭的输油工艺。“从泵到泵”的输油站各设一座泄压罐。首站设给油泵。其它各站均不设给油泵，各站均设有炉前泵，以降低节流损失，采用炉前加热降低了原油的粘度，提高了泵的效率，节约电能，加热装置承压低，省钢材并增加了安全性，采取冷热油掺合法，部分的冷油不经过加热炉以减少油流经过炉子的压降，部分原油进入加热炉加热至 65左右，然后进行冷热油掺合，油温在50左右，进入主泵增压，由总阀室去下一站。由于采取“从泵到泵”的输油工艺，全线形成统一的水力系统，不但进出站压力相互影响，而且水击
9、压力和任何一处的事故都要影响全线，为此设置泄压罐进行保护以使进站压力不会过高，各站设有高低压保护装置以保护管线，降余压泄入事故罐内，保持管线安全。下面详细说明各站的主要工艺流程：A.首站工艺流程（1） 输油流程： 接受来油，计量后进罐； 加热后向中间站输油；6 向中间站发送清管器以及接受清管器。（2） 安全保护与投产试运流程： 倒罐或站内循环； 接受中间站反输并计量； 向来油反输并计量； 进、出口高低压保护流程。B中间站工艺流程正输、反输、热力越站、压力越站、全越站、高低压保护流程。C末站工艺流程（1）输油流程： 接受中间站来油，经加热（不加热）进罐； 原油自灌自流或泵送经计量装船； 来油不进
10、罐自流或泵送经计量装船。（2）安全保护与投产试运营流程： 倒罐或站内循环； 进、出口高低压保护流程。1.3 设计方案的选择与比较输油管道工程的建设，首先要进行技术经济可行性研究，对工程的各项技术要求，经济条件作出详细论证。当管路走向基本确定后，输油管道的经济性好坏，主要取决于工艺方案的选择，及管道的管径，主要设备及运行参数的选择。在方案的概略计算中，常用年当量费用作为衡量长输管道经济性指标，在可7 行性研究报告中则根据动、静态返本期，投资收效率来衡量设计方案的经济效益。本设计以年当量费用作为指标予以阐述：即： S= （J/T ）+Y 万元/ 年 ；（1-1）其中： S年当量费用，万元 / 年；
11、J管道基建费用，万元/ 年；T 抵偿期，年；Y 管道年经营费用，万元/ 年。本设计中取 20 年，显然年当量费用最低的方案最经济，但并不一定最适宜，还要考虑到管线的发展趋势，以及其它的设备、材料等的供应情况以及其它条件综合评定方案。1.3.1 加热站进、出口温度的确定本设计输送介质为大庆原油，属含蜡原油。A加热站进站温度的选择：由于大庆原油凝点为32, 故输送时需比凝点高23最经济，因此确定进站温度为 35。B加热站出站温度的选择：对于原油来说， 其难免含水，故加热温度不能超过100， 且本设计工艺为“先炉后泵”则加热温度不能超过介质的初馏点75，以免影响泵的吸入。对于含蜡的大庆原油来说，其凝
12、固点处的粘温曲线很陡，而且温度高于凝固点30-40时，粘度随温度变化很小，更因为含蜡原油管道多在紊流状态下进行，摩阻于粘度的0.25 次方成正比，提高油温对摩阻影响较小，而且热损失较大，故加热温度不宜8 过高。本设计加热站出站温度选择三种: TR=65； 。1.3.2 平均温度的计算本设计中采用国标GB50253-94修正 83 年的温度公式：ZRpjTTT3231（1-2）式中：pjT 原油输送的平均温度，。大庆原油凝点为32，取zT =35：1265354533pjT1.3.3 油品密度的计算本设计中采用的油品密度计算公式为：4520(20)860.1 0.694(4520)842.75k
13、g/m3t（1-3）式中：20,t温度为 t 及 20时的油品密度， kg/m3 ; 1 .86020kg/m3;温度系数，3/ mkg; 3 20/694.0001315.0825. 1mkg。所以可以得到下表：4520(20)860.1 0.694(4520)842.75kg/m3t9 1.3.4 流量计算43600 10100.2354m3/s 350 243600tQ（1-4）1.3.5 经济管径的选取在某一输量下，采用较大的管径，可以降低输油的摩阻损失，减少动力费用和拟建泵站数，但基本建设投资中钢管及管线工程投资增大；采用较小的管径，则反之。所以，对于某一输量而言，经济管径要由经济流
14、速而定，在我国，对于长输管道，取经济流速V=1.52.0 m/s 。经济管径计算公式：. 1244 0.23540.44711.544 0.23540.38722QdmVQdmV（1-5）从计算可以看出，可以初选管径406.48和4578。1.3.6 其它参数的计算A粘度计算由已知的运动粘度：表 1-4 t，35 40 45 50 70 ，厘沱34 30 26 23.85 15.68 10 由公式)(2121TTue（1-6）输取温度为 35和 40时两组数据，代入上式，得：u=0.025。所以式（ 1-6）可以变为)(025. 02121TTe（1-7）所以当 t=45时，=26厘沱。B流态
15、的计算DQ4Re；Re1=7/85.59（1-8）其中,2de长输管道设计中一般取e=0.125mm ；所以，对于406.48，00031.0 726601.02；对于4578，00028.0 927201.02。详细计算结果见下表： 表 1-5 管 径 RT， Re Re1流 态406.4865 29542.9 215650.7 紊流水力光 滑区457865 26153.2 305352.2 紊流水力光 滑区1.3.7 热力计算11 本设计的热力计算的详细公式见后面的计算部分，此处只列出结果。详细计算结果见后表：表 1-6 管 径RT2W/2(m）K2/(mW）站间距l Km 406.486
16、5 2.95 2.676 108.2 457865 2.65 2.43 81.15 1.3.8 水力计算同热力计算，水力计算的详细公式见后面计算部分，现只列出结果。详细数据见表 1-7 表 1-7 管 径 RT站间距 l Km 高程差 m 总摩阻损失 m 站间摩阻 m 406.4865 40.475 224 3779.3 1331.1 457865 81.15 224 2024.36 559.59 1.3.9 泵及加热炉的选择根据后面的计算部分，各热站均选用21750KW热媒炉间接加热系统，各泵站均选用 DKS750-550单级双吸离心流程泵2 台串联使用。1.3.10 热泵站数及各站设备数确定表 1-8 12 406.48457865 65 泵站数8 4 热站数3 4 炉数9 8 1.4 主要设备的选择与论证1.4.1 生产工艺设备的选择A输油泵的选择不但要满足生产工艺，还要效率高，保持在高效区运
