摘要
本设计主要内容包括：由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，由原油输量确定其热站数和其泵站数，并计算不同布站方式下的运行参数等等，进行经济性比较，对不同的布站方式进行比较，选择出比较经济的布站。此设计管材采用D40×10,20号钢管, 采用加热密闭式输送流程，先炉后泵的工艺，充分利用设备，全线输油主泵和给油泵均采用串联方式，加热炉采用直接加热的方法。经过热力和和水力计算，两种方案的比较，最终选择更为经济的方案二。方案二选用管道材料选定为GB9711-S315钢材，布站方案是全线两个热站，三个泵站。 关键字：原油 输送工艺 经济性 管道运输
ABSTRACT
The design of the main contents include: economic velocity determined by the diameter of the economy, to determine the use of pipes, the amount determined by the output of crude oil heat pumping stations and their number, and calculate the different modes of distribution stations operating parameters, and so, finally, economic calculations for different ways to compare cloth stations, choose the more economical distribution station. This design uses D40 × 10,20 pipe steel pipe; sealed using heat transport processes, the first after the furnace pump technology, full use of the device, the main oil line pumps are used to pump and in series , using the direct method of heating furnace . And after thermal and hydraulic calculation, comparing the two programs, and ultimately choose a more economical solution two. Option II is selected as the pipe material selection GB9711-S315 steel, cloth Station program across the board two hot stations, three pumping stations.
Keywords ：Crude oil；transportation technology；economy ；pipeline transportation
目录
摘要 . ..................................................................... I ABSTRACT . ................................................................ II 1绪论 .................................................................... 1
1.1原油管道工艺设计的目的的及意义 .................................... 1 1.2国内外研究现状分析 ................................................ 1 1.3研究目标和研究内容 ................................................ 2 2 工程概况及基本参数 . .................................................... 4
2.1工程概况 .......................................................... 4 2.2基本参数的选取 .................................................... 4 2.3其他参数的选择 .................................................... 6 2.4摩阻损失 .......................................................... 7 2.5确定加热站及泵站数 ................................................ 8 2.6校核计算 ......................................................... 10 2.7站内工艺流程的设计 ............................................... 11 2.8主要设备的选择 ................................................... 12 3 20#钢管工艺设计计算 . ................................................... 14
3.1经济管径 ......................................................... 14 3.2 热力计算与确定热站数 . ............................................ 15 3.3水力计算与确定泵站数 ............................................. 18 3.4布站方案 ......................................................... 21 3.5各站运行参数 ..................................................... 22 3.6其他设备的选取 ................................................... 22 4 GB9711-S315钢管工艺设计计算 ........................................... 24
4.1经济管径 ......................................................... 24 4.2热力计算与确定热站数 ............................................. 25 4.3水力计算与确定泵站数 ............................................. 28 4.4布站方案 ......................................................... 30 4.5各站运行参数 ..................................................... 31 4.6其他设备的选取 ................................................... 32 5 经济效益分析 . ......................................................... 33
5.1方案一经济效益分析 ............................................... 33 5.2方案二经济效益分析 ............................................... 34
5.3方案经济比较结果 ................................................. 35 6 结 论 . ................................................................. 36 参考文献 . ................................................................ 37 致谢 . .................................................................... 38 附件 . .................................................................... 39
1绪论
1.1原油管道工艺设计的目的的及意义
国内盛产含蜡原油, 据统计, 蜡的质量分数超过 10%的原油几乎占整个产出原油的 90%, 而且大部分原油蜡的质量分数均在 20%以上, 有的甚至高达 40%～50%。含蜡原油在地层条件下, 蜡一般溶解在原油中, 随着采出过程中压力、温度的下降和轻质组分的逸出, 蜡逐渐析出, 并在地层、油管、管线中沉积, 给原油的开采和输送带来许多困扰。
近年来，尤其是随着我国西气东输一线、二线管道的铺设，管道运输特别是长距离输油管道已经成为原油和成品油最主要的运输方式。长距离大口径油气管道运输，具有输送能力大、能源消耗低、损耗少、成本低、可连续均衡运输、不受气象季节影响、永久性占用土地少和运输安全性高等特点，是公路、铁路、水路、航空运输方式无法替代的第五大运输方式。在五大运输方式中，对于油品及天然气的运输，采用水路运输当前逐渐被认为是最为经济方式，但它要受到地理条件等自然环境的制约及各种人为因素的干扰；公路运输虽然较为灵活，但因其运输量小且运费高，一般用于少量且短途的区域运输；铁路运输成本较高，对于大量的油气运输是不经济的，而且铁路总的运力的有限也使油气的运输量受到限制；航空运输虽然快捷，但因其高昂的运输价格使其只在特殊的情况下偶尔被采用。管道建设的规模大，投资多，对国民经济发展有重大的影响。我国输油管道建设、运营管理已取得不小的成但也面临着不少的问题和挑战绩，。我国东部油区不少已进入了产量递减阶段，需对东部原油管网进行技术改造，确保高粘易凝原油管道在低输量下安全运行，节能降耗；我国石油开发的重点正向西部转移，随着新疆、陕甘宁地区大型油气田的开发，建设西部外输管道的任务已摆在面前。这就给我们提出了更高的要求，因此很有必要对输油管道的设计做比较详尽的了解。此次设计在遵守国家有关规定，通过技术对比选择最优工艺方案，设计中在保证安全运行条件下，尽量节约投资，便于生产操作，并考虑环境保护的要求。
1.2国内外研究现状分析
石油是目前世界上最重要的战略能源。1865年美国在宾夕法尼亚州建成世界上第一条原油管道起，油气管道的发展已有近130年的历史了。到目前为止，估计世界各种管道的总长度超过200万公里，其中油气干线的总长度超过150万公里。世界石油管道工业历经400多年的风风雨雨，现已成为民经济的支柱产业，管道技术已经发展成为一门独立的学科和行业。1963年印度建成的纳霍卡蒂亚—高哈蒂—伯劳尼输油管线, 加热输送工艺第一次在原油管输系统中实施, 迄今已发展到包括:加热输送、热处理输送、添加化学剂输送、掺水保温输送及稀释输送等多种输送工艺技术。我国的输油管道始建于20
世纪50年代。1958年建成克拉玛依—独山子输油管道，这是我国的第一条原油管道。到21世纪初，我国的油气管道已超过2万公里，其中干线原油管道超过1万公里，已形成东北、华北、华东输油管网，西部的西气东输工程正在建设之中，“西油东输”也正在拟议中，在原油运输量中，管道输送的比重近几年骤然上升，已达到80%以上。目前，管道运输已与铁路、公路、水运、航空一起，成为我国的五大运输行业。能耗指标已成为代表当前各生产企业有无竞争力乃至企业生死存亡的最重要的表征之一。低耗、节能、提高管道输送的经济社会效益，是管道运输行业科研攻关的大目标。由于管道输运中普遍存在析蜡、结垢、凝管及堵塞现象，严重影响管道输送能力和效率，因此，所有这些输送工艺研究和应用(包括物理的和化学的方法) 的目的旨在解决原油输送过程中存在诸如析蜡、结垢、凝管、堵塞等问题，从宏观效果改善原油的流动特性，尤其是低温状况下的流变特性，从而达到降低能耗，安全输油，提高社会与经济效益之目的。当前，含蜡粘性原油输送工艺研究与实施情况分述如下：
（1）加热输送， （2）热处理输送，
（3）添加降凝剂、减阻剂输送工艺， （4）稀释输送， （5）低粘液环输送， （6）乳化输送， （7）伴热保温输送工艺 （8）水悬浮输送， （9）天然气饱和输送， （10）浆料输送， （11）压力处理输送。
除上述中主要输送工艺外，已经研究和正在酝酿研究的输送工艺还有：热裂解，脱蜡，加氢减粘，磁处理，核辐照，界面处理减阻等。但这些工艺普遍存在技术研发难度大，操作复杂，安全性差等不足。
1.3研究目标和研究内容
1.3.1研究的目标
本次设计的题目是某原油管道的工艺设计，原油管道的投资巨大，需要在长期时间内保持在其经济输量范围内，才有明显的经济效益。所以选择合适的输送管径，合理确定建设规模，选择正确站址，对于节省投资和运行费用，以及安全保障等都是此次研究的目标。
1.3.2研究内容
（1）用基础数据确定经济管径。
(2)经济管径下的水力和热力计算。 （3）主要设备的选型。
（4）站址确定及调整和工况校核。
（5）对不同方案进行比较，选择经济性好的方案。
2 工程概况及基本参数
2.1工程概况
2.1.1线路基本概况
本设计依据已给出的管长、任务输量、所输油品的性质、沿线高程和加热方式来设计某原油管道。管线全长335km 。管线设计采用密闭输送方式，能够支持长时间的运输任务，外界环境对输油时的影响比较小，油耗少，对环境的危害小，运行能耗少，运费经济低廉。
2.1.2输油站主要工程项目
本管线设计的任务输量为500万吨／年，设计时考虑经济的因素，采用“热泵合一”的方式。使用的方案为：设立热泵站两座，设立泵站一座，即首站和三号中间站为热泵站，二号中间站为泵站。
在设计中管道采用密闭输送方式，有利于减少蒸发损耗，而且流程简单，工程施工中投资少，能更好的利用剩余压力来运输，同时采用“先炉后泵”的加热工艺方案。选用加热炉为直接加热式。
2.1.3管道设计
在设计中通过计算选择的管道为外径400mm ，壁厚10.0mm ，管材为20号钢的管道。
2.2基本参数的选取
2.2.1设计依据
《输油管道工程设计规范》 GB 50253—2003 《油气管道设计与施工》 中国石化出版社 《油气管道工程》 中国石化出版社 《输油管道设计与管理》 中国石油大学出版社 其它有关法规及技术文件
2.2.2设计原则
(1) 设计中遵守国家有关政策和设计规范，积极采用新的工艺、技术、设备和材料，做到经济合理、安全使用、确保质量；
(2) 在做到保护环境的前提下，尽量降低能源消耗，满足管线设计要求的同时，还要充分利用管线的承压能力来减少不必要的损耗；
(3) 管道全线采用地下埋设方式。当受到自然条件的限制时，受限地段可以采用地上敷设或者土堤埋设。
2.2.3原始数据
(1) 最大设计输量为500万吨/年；
(2) 年最低月平均温度4.2C ； (3) 管道中心埋深1.5m ； (4) 土壤导热系数1.4w/(mC) ；
(5) 沥青防腐层导热系数0.15w/（m C) ；
(6) 原油物性：①20℃的密度832kg/m；②初馏点71℃；③反常点32℃；④凝固点28℃；⑤热熔0.45千卡/kg；⑥燃油热值4.18×10kJ/kg。
(7) 粘温关系: 36～42℃ lgμ=2.86924-0.026477137T 42～71℃ lgμ=2.594060-0.02004657T
(8) 沿程里程、高程（管道全程335km ）数据见表2.1
4
3
（9）管道沿线月平均气温见表2-2
2.2.4温度参数的选择
(1) 出站油温
在考虑原油出站温度时，因为原油中不可避免的含有一定量的水分，所以加热温度不应该高于水的沸点100℃，以防止发生沸溢。因为设计采取的加热方式是先炉后泵，所以加热温度不能高于原油的初馏点，避免免影响油泵的吸入。设计的管道防腐绝缘层是采用沥青防腐绝缘层，，故输送温度不能高于沥青的耐热程度。同时考虑到管道的热变形等因素，所以加热温度也不宜太高。
综合上述中的考虑，初步确定的出站温度为T R =65℃。
(2) 进站油温
考虑进站原油温度时主要取决于经济比较。含蜡原油凝点较高时，因为在凝点附近粘温曲线很陡，所以原油的经济进站温度一般要高于凝固点。随热处理条件不同，含蜡原油的粘温特性及凝点都会随之变得不同，所以最优热处理条件及经济比较是确定进出站温度必须考虑的因素。
综合上述中的考虑，同时根据经验，初步确定的进站温度为T z =36℃。
(3) 平均温度
当管路中原油的流态处于紊流光滑区时，按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。计算平均温度时采用以下的公式：
12
T pj =T R +T Z
33
—平均油温，℃；
T R 、T Z —加热站的出站、进站温度，℃。
式中
T pj
2.3其他参数的选择
2.3.1工作日
一年的工作天数为350天。
2.3.2油品密度
根据20℃时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度：
ρ=ρ20-ξ（t -20）
t
ρ, ρ
式中 t 20—分别为温度为t ℃和20 ℃下的密度 ζ—温度系数，ξ=1.825-0.001315ρ20
2.3.3粘温方程
log u =2.362-0.0153T
2.3.4总传热系数K
管道传热有两部分：
(1) 管壁、沥青防腐层的热传导 (2) 管外壁周围土壤的传热
D (i +1) 1111
=+∑
ln +KD α1D 12λi D i α2D w
α2=
式中 Di，Di+1—钢管、沥青防腐层的内径和外径，m ； λi —导热系数，w/(mC) ； Dw—管道最外围的直径，m ；
α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m2C) ； α2—管壁至土壤放热系数，w/（m2C) ； λt —土壤导热系数，w/(mC) ； Ht—管中心埋深，1.5m 。
2.3.5摩阻计算
当管路中的原油流态在紊流光滑区时，可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。 管道设计参数：
(1) 热站、泵站间压头损失20m ； (2) 热泵站内压头损失40m ； (3) 年输送天数为350天； (4) 首站进站压力80m 。
2.3.6最优管径的选择
在一定输量下，如果选用较大的管径，可以降低管道输送压力，减少泵站的数量，从而减少泵站的建设费用，降低输油的动力消耗，但是也增加了管道的建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际例子和经验，热油管道的经济流速在1.5～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径400mm ，壁厚10.0mm 。
2.4摩阻损失
高含蜡及易凝易粘油品在管道输送的过程中，假如直接在环境温度下进行输送，则油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻损失大，这些都会导致管道压降大，动力耗费高，运行成本高，而且在冬季的时候很容易发生凝管，产生事故，所以在油品进入管道前一定要采取降凝降粘的措施。目前在国内外大部分都是采用加入降凝剂或者给油品加热的方法，促使油品的温度升高，粘度降低，从而达到输送目的。这次的管线设计采用加热降粘的办法，降低油品的粘度，减少管道摩阻损失，从而减小管道压降，节约动力消耗，但是同时也增加了热能消耗和加热设备的费用。热油管道与等温输送不同，在输送中存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，而且这两种损失之间相互影响，摩阻损失的大小对油品的粘度有决定性，而粘度大小又取决于输送温度的高低，管道的散热损失往往占去了能量损失的大部分。热油沿管道线路流动时，温度不断降低，粘度不断增大，水力坡降也随之不断变化。在对热油管道的摩阻进行计算时，必须要考虑管道沿线的温降情况和油品的粘温特性。因此在设计管路时，必须先进行热力计算，然后再进行水力计算，此外，热油管的摩阻损失应该按照一个加热站的间距来进行计算。全线摩阻为各站摩阻的总和。
2.5确定加热站及泵站数
2.5.1热力计算
埋地不保温管道的散热传递过程是由三部分组成的，一是油流至管壁的放热，二是沥青绝缘层的热传导和第三个管外壁至周围土壤的传热，由于在这次设计中所输送的介质的要求不高，并且管径和输量较大，油流到管壁的温降较小，所以管壁到油流的散热忽略不计。而总传热系数主要取决于管外壁至土壤的放热系数α2，α1值在紊流状态下对传热系数k 值的影响可忽略。
计算中周围介质的温度T 0取最冷月土壤的平均温度，以加权平均温度作为油品的物性计算温度。由于设计流量较大，据经验，将进站温度取为T z =36℃，出站温度取为T R =65℃。
(1) 流态判断 :
Re =
4Q
πdv
Re 1=
59.7
87
式中 Q—流量，m3/s ν—运动粘度 d—内径，m ；
e—管内壁绝对粗糙度，m 。
ε 2e ε=
d
经计算2000﹤Remin ﹤Remax ﹤Re1，所以各流量下流态均处于水力光滑区。
(2) 加热站数确定 加热站间距L 的确定
L R =
式中
Tr -T -b Gc ln() K πD T Z -T -b
b =gi min G k πD K πD w a =
Gc
To—管道埋深处年最低月平均地温， 取3℃； G—原油的质量流量，㎏/s；
C—油品比热，kJ/（kg ‧℃）； i—水力坡降。
加热站数：
N R =
l
l R
经计算，需要设2个加热站。
2.5.2水力计算
通过输量求泵站数，首先反算出站油温，经过计算，确定出站油温为65℃。由粘温关系得出粘度等数据，为以后计算打好基础。
为了便于计算和校核，本设计中将局部摩阻归入一个加热站的站内摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻损失。
(1) 确定出站油温
不能忽略摩擦热的影响，用迭代法计算最大输量下的出站油温TR
T R =T 0+b +(T z -T 0-b )eal
Q 2-m v m
i =β5-m
d
式中 β、m —由流态确定，水力光滑区：m=0.25，β=0.0246； Q—体积流量，m3/s。
(2) 管道沿程摩阻
H 总=iL +∆Z +∑h j
式中 △Z —起终点高差，m ； ∑hj —局部压头损失，m
(3) 判断有无翻越点 经判断，全程无翻越点。 (4) 泵的选型及泵站数的确定
因为流量较大，沿线地势较平坦，且从经济角度考虑并联效率高，便于自动控制优化运行，所以选用串联方式泵。选型并根据设计任务书中的已知条件, 选择DKS450-550型输油泵,H=550m。
计算管道承压确定站内泵的个数：
管道承压
P =
2K φσs δl
D
H =
P ρg
确定站内泵的个数:
n
H H c
确定泵站数:
N p =
经计算，需要设3个泵站。
H 总+h t +h sl
n (H c -H m )
2.5.3站址确定
根据地形的实际情况，本着热泵合一的原则，进行站址的调整。确定站址，除根据工艺设计要求外，还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电和交通运输等条件，并结合施工、生产、环境保护，以及职工生活等方面综合考虑，当热站数和泵站数合一后，既要考虑满足最大输量下压能的要求，又要考虑最小输量下的热能要求，应满足：
(1)进站油温为35℃；
(2)根据进站油温反算出的出站油温应低于管道允许的最高出站油温； (3)进站压力应满足泵的吸入性能； (4)出站压力不超过管线承压能力。 最终确定站址如下表2.4：
2.6校核计算
2.6.1热力、水力校核
由于对站址的综合考虑，使热站、泵站的站址均有所改变，因此必须进行热力、水力校核。求得站址改变后的进出站温度、压力，以确保管线的安全运行。
2.6.2进出站温度校核
在规定输量下由进站油温反算出站油温，所得油温符合要求（低于初馏点等）即可。
2.6.3进出站压力校核
在规定输量下，利用反算出的出站油温，得出水力坡降，近而得出进出站压力，出站压力满足摩阻等要求。
各站进站压力只要满足泵的吸入性能要求，出站压力均不超过最大承压，出站温度低于最高出站温度，就可以合格。
2.6.4压力越站校核
当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小，从而导致沿程摩阻减小，为了节约动力费用，可以进行中间站的压力越站，以充分利用有效的能量。从纵断面图上判定压力越站最困难的站，并对其的进出站压力进行确定以满足要求，对于压力越站而言，其所具有的困难主要是地形起伏的影响及加热站间距的影响。压力越站的计算目的是计算出压力越站时需要的最小输量，并根据此输量计算越站时所需压力，并校核其是否超压。
2.6.5热力越站校核
当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小
2.6.6动、静水压力校核
(1) 动水压力校核
动水压力是指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力，即管道纵断面线与水力坡降线之间的垂直高度，动水压力的变化不仅取决于地形的变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关，从纵断面图上可以看出，动水压力满足输送要求。 (2) 静水压力校核
静水压力是指油流停止流动后，由地形高差产生的静液柱压力，由纵断面图可知静水压力也满足输送要求。
2.7站内工艺流程的设计
输油站的工艺流程是指油品在站内的流动过程，实际上是由站内管道、器件、阀门所组成的，并与其他输油设备相连的输油系统。该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站的性质和所能承担的任务。 制定和规划工艺流程要考虑以下的要求：
(1) 满足输送工艺及生产环节的要求。输油站的主要操作包括：①来油与计量；②正输；③反输；④越站输送，包括全越站、压力越站、热力越站；⑤收发清管器；⑥站内循环或倒罐。
(2) 便于事故处理和维修。
(3) 采用先进技术及设备，提高输油水平。
(4) 流程尽量简单，尽可能少用阀门、管件，力求减少管道及其长度，充分发挥设
备性能，节约投资，减少经营费用 输油站工艺流程： (1) 首站
接受来油、计量、站内循环或倒罐，正输、向来油处反输、加热、收发清管器等操作。 (2) 中间站
正输、反输，越站，收发清管器。 (3)末站
接受来油，正输、反输，收发清管器，站内循环，外输，倒罐等操作。 流程简介： (1) 来油计量 来油—计量—阀组 (2) 站内循环及倒罐
罐—阀组—泵—加热炉—阀组—罐 (3) 正输（首站）
上站来油—阀组—加热炉—给油泵—主输泵—下站 (4) 反输
下站来油—阀组—加热炉—给油泵—主输泵—上站 (5) 压力越站
来油—阀组—加热炉—下站
2.8主要设备的选择
2.8.1输油泵的选择
选泵原则：
(1) 为便于维修和管理，尽量选取同系列泵； (2) 尽量满足防爆、防腐或露天安装使用地要求；
(3) 为保证工作稳定，持续性好，满足密闭输送要求，选用大排量的离心泵，配用效率高的电动机为原动机。 (1) 输油主泵
选泵原则：
① 满足管线输量要求，使泵在各输量下均在高效区工作。 ② 充分利用管线承压能力，减少泵站数，降低工程造价。 故所选输油主泵为：DKS450-550
2.8.2加热炉的选择
选炉原则：
(1) 应满足加热站的热负荷要求，炉效高；
(2) 为便于检修，各站宜选用两台以上加热炉。 加热站的热负荷由下面的公式计算：
Q =G c (T R -T Z )
式中 Q—加热站的热负荷，kw ； G—油品流量，m3/h； c—油品比热，kJ/kg℃。 提供的加热炉型号如下：
800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw。
3 20#钢管工艺设计计算
3.1经济管径
d =
式中 d---经济管径（m ） Q---质量流量（kg/s） v---经济流速（m/s）
ρ--原油密度（kg/m3
）
500⨯107÷350÷24÷3600=165.34kg/s
选定: 进站油温T Z =36
C 出站油温T R =65
C
T pj =（65+2×36）/3 = 45.67
C
ρpj =
ρ20-ε(T pj -20)
=832-0.681(45.67-20)=813.24kg/m3
Q=G/ρ=165.34/813.24=0.20m3
/s
3.1.1经济流速
含蜡原油经济流速在1.5m/s~2.0 m/s之间
当v=1.5m/s时：
D =
=412mm
当v=2.0m/s时：
D =
=357mm
选择管径的范围为357mm 和412mm 之间。
选管：由国产钢管部分规格初步选定钢管，取D=400mm δ=10.0mm d=380mm反算经济流速：
v =
4Q 4πd 2=⨯0.2
3.14⨯(0.38)
2
=1.675m /s 经济流速在1.5m/s~2.0m/s之间，故所选管径符合要求。
3.1.2确定管道承压
管道材料选定为20号钢
δ=
pD 2σ
[σ]=K φσs =0.72⨯1⨯245=176.4Mpa
所以
p =2[σ]/D =2⨯176.4⨯0.001/0.004=8.82Mpa
8820000
=1106.68m
9.8⨯813.24
1106.68米油柱，此为管道最大承压。
3.2 热力计算与确定热站数
3.2.1确定计算用各参数
粘温关系: 36～42℃ lgμ=2.86924-0.026477137T 42～71℃ lgμ=2.594060-0.02004657T
3.2.2确定流态
属水力光滑区：
Re =
4Q πD ν
36～42℃ 时:
μ36=102.86924-0.026477137T ν36=
R e max =
μ36
=10.119⨯106ρ36
4⨯0.2
=0.629⨯105-6
π⨯0.400⨯10.119⨯10
42～71℃ 时:
μ71=102.594060-0.02004657T
ν71=
R e min =
μ71
=28.9⨯10-6ρ71
4⨯0.25
=0.220⨯10
π⨯0.4⨯28.9⨯10-6
R e 1=
59.5
ε
8
7
R e 1=
59.5
(4.641⨯10)
8-47
=3.838⨯105
2000
因此，属水力光滑区，β=0.0246，m=0.25。 水利坡降：
Q 2-m v m
i =β5-m
d
0.21.75⨯(28.9⨯10-6) 0.25
i 71=0.0246⨯=0.01074.75
0.380
i 36=0.0246⨯0.21.75⨯(10.119⨯10-6) 0.25/0.404.75=0.0064m /m
i =0.5(i 71+i 36) =0.0086m /m
3.2.3总传热系数的确定
K =
11δ1+∑+α2λα1
其中，管外壁至大气放热系数：
α2=
紊流时管内放热系数α1对K 影响很小，可忽略 土壤导热系数： λ
t
=1.4w/(mC)
管中心埋深 ： ht =1.5m
沥青防腐层一般6mm-9mm, 这里取6mm
即沥青防腐层：厚度δ=6mm,导热系数λ=0.15w/mC 计算如下：
确定总传热系数：
α2=1.283
K =
1+
1.2830.15
=1.22w /m ℃
摘要
本设计主要内容包括：由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，由原油输量确定其热站数和其泵站数，并计算不同布站方式下的运行参数等等，进行经济性比较，对不同的布站方式进行比较，选择出比较经济的布站。此设计管材采用D40×10,20号钢管, 采用加热密闭式输送流程，先炉后泵的工艺，充分利用设备，全线输油主泵和给油泵均采用串联方式，加热炉采用直接加热的方法。经过热力和和水力计算，两种方案的比较，最终选择更为经济的方案二。方案二选用管道材料选定为GB9711-S315钢材，布站方案是全线两个热站，三个泵站。 关键字：原油 输送工艺 经济性 管道运输
ABSTRACT
The design of the main contents include: economic velocity determined by the diameter of the economy, to determine the use of pipes, the amount determined by the output of crude oil heat pumping stations and their number, and calculate the different modes of distribution stations operating parameters, and so, finally, economic calculations for different ways to compare cloth stations, choose the more economical distribution station. This design uses D40 × 10,20 pipe steel pipe; sealed using heat transport processes, the first after the furnace pump technology, full use of the device, the main oil line pumps are used to pump and in series , using the direct method of heating furnace . And after thermal and hydraulic calculation, comparing the two programs, and ultimately choose a more economical solution two. Option II is selected as the pipe material selection GB9711-S315 steel, cloth Station program across the board two hot stations, three pumping stations.
Keywords ：Crude oil；transportation technology；economy ；pipeline transportation
目录
摘要 . ..................................................................... I ABSTRACT . ................................................................ II 1绪论 .................................................................... 1
1.1原油管道工艺设计的目的的及意义 .................................... 1 1.2国内外研究现状分析 ................................................ 1 1.3研究目标和研究内容 ................................................ 2 2 工程概况及基本参数 . .................................................... 4
2.1工程概况 .......................................................... 4 2.2基本参数的选取 .................................................... 4 2.3其他参数的选择 .................................................... 6 2.4摩阻损失 .......................................................... 7 2.5确定加热站及泵站数 ................................................ 8 2.6校核计算 ......................................................... 10 2.7站内工艺流程的设计 ............................................... 11 2.8主要设备的选择 ................................................... 12 3 20#钢管工艺设计计算 . ................................................... 14
3.1经济管径 ......................................................... 14 3.2 热力计算与确定热站数 . ............................................ 15 3.3水力计算与确定泵站数 ............................................. 18 3.4布站方案 ......................................................... 21 3.5各站运行参数 ..................................................... 22 3.6其他设备的选取 ................................................... 22 4 GB9711-S315钢管工艺设计计算 ........................................... 24
4.1经济管径 ......................................................... 24 4.2热力计算与确定热站数 ............................................. 25 4.3水力计算与确定泵站数 ............................................. 28 4.4布站方案 ......................................................... 30 4.5各站运行参数 ..................................................... 31 4.6其他设备的选取 ................................................... 32 5 经济效益分析 . ......................................................... 33
5.1方案一经济效益分析 ............................................... 33 5.2方案二经济效益分析 ............................................... 34
5.3方案经济比较结果 ................................................. 35 6 结 论 . ................................................................. 36 参考文献 . ................................................................ 37 致谢 . .................................................................... 38 附件 . .................................................................... 39
1绪论
1.1原油管道工艺设计的目的的及意义
国内盛产含蜡原油, 据统计, 蜡的质量分数超过 10%的原油几乎占整个产出原油的 90%, 而且大部分原油蜡的质量分数均在 20%以上, 有的甚至高达 40%～50%。含蜡原油在地层条件下, 蜡一般溶解在原油中, 随着采出过程中压力、温度的下降和轻质组分的逸出, 蜡逐渐析出, 并在地层、油管、管线中沉积, 给原油的开采和输送带来许多困扰。
近年来，尤其是随着我国西气东输一线、二线管道的铺设，管道运输特别是长距离输油管道已经成为原油和成品油最主要的运输方式。长距离大口径油气管道运输，具有输送能力大、能源消耗低、损耗少、成本低、可连续均衡运输、不受气象季节影响、永久性占用土地少和运输安全性高等特点，是公路、铁路、水路、航空运输方式无法替代的第五大运输方式。在五大运输方式中，对于油品及天然气的运输，采用水路运输当前逐渐被认为是最为经济方式，但它要受到地理条件等自然环境的制约及各种人为因素的干扰；公路运输虽然较为灵活，但因其运输量小且运费高，一般用于少量且短途的区域运输；铁路运输成本较高，对于大量的油气运输是不经济的，而且铁路总的运力的有限也使油气的运输量受到限制；航空运输虽然快捷，但因其高昂的运输价格使其只在特殊的情况下偶尔被采用。管道建设的规模大，投资多，对国民经济发展有重大的影响。我国输油管道建设、运营管理已取得不小的成但也面临着不少的问题和挑战绩，。我国东部油区不少已进入了产量递减阶段，需对东部原油管网进行技术改造，确保高粘易凝原油管道在低输量下安全运行，节能降耗；我国石油开发的重点正向西部转移，随着新疆、陕甘宁地区大型油气田的开发，建设西部外输管道的任务已摆在面前。这就给我们提出了更高的要求，因此很有必要对输油管道的设计做比较详尽的了解。此次设计在遵守国家有关规定，通过技术对比选择最优工艺方案，设计中在保证安全运行条件下，尽量节约投资，便于生产操作，并考虑环境保护的要求。
1.2国内外研究现状分析
石油是目前世界上最重要的战略能源。1865年美国在宾夕法尼亚州建成世界上第一条原油管道起，油气管道的发展已有近130年的历史了。到目前为止，估计世界各种管道的总长度超过200万公里，其中油气干线的总长度超过150万公里。世界石油管道工业历经400多年的风风雨雨，现已成为民经济的支柱产业，管道技术已经发展成为一门独立的学科和行业。1963年印度建成的纳霍卡蒂亚—高哈蒂—伯劳尼输油管线, 加热输送工艺第一次在原油管输系统中实施, 迄今已发展到包括:加热输送、热处理输送、添加化学剂输送、掺水保温输送及稀释输送等多种输送工艺技术。我国的输油管道始建于20
世纪50年代。1958年建成克拉玛依—独山子输油管道，这是我国的第一条原油管道。到21世纪初，我国的油气管道已超过2万公里，其中干线原油管道超过1万公里，已形成东北、华北、华东输油管网，西部的西气东输工程正在建设之中，“西油东输”也正在拟议中，在原油运输量中，管道输送的比重近几年骤然上升，已达到80%以上。目前，管道运输已与铁路、公路、水运、航空一起，成为我国的五大运输行业。能耗指标已成为代表当前各生产企业有无竞争力乃至企业生死存亡的最重要的表征之一。低耗、节能、提高管道输送的经济社会效益，是管道运输行业科研攻关的大目标。由于管道输运中普遍存在析蜡、结垢、凝管及堵塞现象，严重影响管道输送能力和效率，因此，所有这些输送工艺研究和应用(包括物理的和化学的方法) 的目的旨在解决原油输送过程中存在诸如析蜡、结垢、凝管、堵塞等问题，从宏观效果改善原油的流动特性，尤其是低温状况下的流变特性，从而达到降低能耗，安全输油，提高社会与经济效益之目的。当前，含蜡粘性原油输送工艺研究与实施情况分述如下：
（1）加热输送， （2）热处理输送，
（3）添加降凝剂、减阻剂输送工艺， （4）稀释输送， （5）低粘液环输送， （6）乳化输送， （7）伴热保温输送工艺 （8）水悬浮输送， （9）天然气饱和输送， （10）浆料输送， （11）压力处理输送。
除上述中主要输送工艺外，已经研究和正在酝酿研究的输送工艺还有：热裂解，脱蜡，加氢减粘，磁处理，核辐照，界面处理减阻等。但这些工艺普遍存在技术研发难度大，操作复杂，安全性差等不足。
1.3研究目标和研究内容
1.3.1研究的目标
本次设计的题目是某原油管道的工艺设计，原油管道的投资巨大，需要在长期时间内保持在其经济输量范围内，才有明显的经济效益。所以选择合适的输送管径，合理确定建设规模，选择正确站址，对于节省投资和运行费用，以及安全保障等都是此次研究的目标。
1.3.2研究内容
（1）用基础数据确定经济管径。
(2)经济管径下的水力和热力计算。 （3）主要设备的选型。
（4）站址确定及调整和工况校核。
（5）对不同方案进行比较，选择经济性好的方案。
2 工程概况及基本参数
2.1工程概况
2.1.1线路基本概况
本设计依据已给出的管长、任务输量、所输油品的性质、沿线高程和加热方式来设计某原油管道。管线全长335km 。管线设计采用密闭输送方式，能够支持长时间的运输任务，外界环境对输油时的影响比较小，油耗少，对环境的危害小，运行能耗少，运费经济低廉。
2.1.2输油站主要工程项目
本管线设计的任务输量为500万吨／年，设计时考虑经济的因素，采用“热泵合一”的方式。使用的方案为：设立热泵站两座，设立泵站一座，即首站和三号中间站为热泵站，二号中间站为泵站。
在设计中管道采用密闭输送方式，有利于减少蒸发损耗，而且流程简单，工程施工中投资少，能更好的利用剩余压力来运输，同时采用“先炉后泵”的加热工艺方案。选用加热炉为直接加热式。
2.1.3管道设计
在设计中通过计算选择的管道为外径400mm ，壁厚10.0mm ，管材为20号钢的管道。
2.2基本参数的选取
2.2.1设计依据
《输油管道工程设计规范》 GB 50253—2003 《油气管道设计与施工》 中国石化出版社 《油气管道工程》 中国石化出版社 《输油管道设计与管理》 中国石油大学出版社 其它有关法规及技术文件
2.2.2设计原则
(1) 设计中遵守国家有关政策和设计规范，积极采用新的工艺、技术、设备和材料，做到经济合理、安全使用、确保质量；
(2) 在做到保护环境的前提下，尽量降低能源消耗，满足管线设计要求的同时，还要充分利用管线的承压能力来减少不必要的损耗；
(3) 管道全线采用地下埋设方式。当受到自然条件的限制时，受限地段可以采用地上敷设或者土堤埋设。
2.2.3原始数据
(1) 最大设计输量为500万吨/年；
(2) 年最低月平均温度4.2C ； (3) 管道中心埋深1.5m ； (4) 土壤导热系数1.4w/(mC) ；
(5) 沥青防腐层导热系数0.15w/（m C) ；
(6) 原油物性：①20℃的密度832kg/m；②初馏点71℃；③反常点32℃；④凝固点28℃；⑤热熔0.45千卡/kg；⑥燃油热值4.18×10kJ/kg。
(7) 粘温关系: 36～42℃ lgμ=2.86924-0.026477137T 42～71℃ lgμ=2.594060-0.02004657T
(8) 沿程里程、高程（管道全程335km ）数据见表2.1
4
3
（9）管道沿线月平均气温见表2-2
2.2.4温度参数的选择
(1) 出站油温
在考虑原油出站温度时，因为原油中不可避免的含有一定量的水分，所以加热温度不应该高于水的沸点100℃，以防止发生沸溢。因为设计采取的加热方式是先炉后泵，所以加热温度不能高于原油的初馏点，避免免影响油泵的吸入。设计的管道防腐绝缘层是采用沥青防腐绝缘层，，故输送温度不能高于沥青的耐热程度。同时考虑到管道的热变形等因素，所以加热温度也不宜太高。
综合上述中的考虑，初步确定的出站温度为T R =65℃。
(2) 进站油温
考虑进站原油温度时主要取决于经济比较。含蜡原油凝点较高时，因为在凝点附近粘温曲线很陡，所以原油的经济进站温度一般要高于凝固点。随热处理条件不同，含蜡原油的粘温特性及凝点都会随之变得不同，所以最优热处理条件及经济比较是确定进出站温度必须考虑的因素。
综合上述中的考虑，同时根据经验，初步确定的进站温度为T z =36℃。
(3) 平均温度
当管路中原油的流态处于紊流光滑区时，按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。计算平均温度时采用以下的公式：
12
T pj =T R +T Z
33
—平均油温，℃；
T R 、T Z —加热站的出站、进站温度，℃。
式中
T pj
2.3其他参数的选择
2.3.1工作日
一年的工作天数为350天。
2.3.2油品密度
根据20℃时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度：
ρ=ρ20-ξ（t -20）
t
ρ, ρ
式中 t 20—分别为温度为t ℃和20 ℃下的密度 ζ—温度系数，ξ=1.825-0.001315ρ20
2.3.3粘温方程
log u =2.362-0.0153T
2.3.4总传热系数K
管道传热有两部分：
(1) 管壁、沥青防腐层的热传导 (2) 管外壁周围土壤的传热
D (i +1) 1111
=+∑
ln +KD α1D 12λi D i α2D w
α2=
式中 Di，Di+1—钢管、沥青防腐层的内径和外径，m ； λi —导热系数，w/(mC) ； Dw—管道最外围的直径，m ；
α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m2C) ； α2—管壁至土壤放热系数，w/（m2C) ； λt —土壤导热系数，w/(mC) ； Ht—管中心埋深，1.5m 。
2.3.5摩阻计算
当管路中的原油流态在紊流光滑区时，可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。 管道设计参数：
(1) 热站、泵站间压头损失20m ； (2) 热泵站内压头损失40m ； (3) 年输送天数为350天； (4) 首站进站压力80m 。
2.3.6最优管径的选择
在一定输量下，如果选用较大的管径，可以降低管道输送压力，减少泵站的数量，从而减少泵站的建设费用，降低输油的动力消耗，但是也增加了管道的建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际例子和经验，热油管道的经济流速在1.5～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径400mm ，壁厚10.0mm 。
2.4摩阻损失
高含蜡及易凝易粘油品在管道输送的过程中，假如直接在环境温度下进行输送，则油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻损失大，这些都会导致管道压降大，动力耗费高，运行成本高，而且在冬季的时候很容易发生凝管，产生事故，所以在油品进入管道前一定要采取降凝降粘的措施。目前在国内外大部分都是采用加入降凝剂或者给油品加热的方法，促使油品的温度升高，粘度降低，从而达到输送目的。这次的管线设计采用加热降粘的办法，降低油品的粘度，减少管道摩阻损失，从而减小管道压降，节约动力消耗，但是同时也增加了热能消耗和加热设备的费用。热油管道与等温输送不同，在输送中存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，而且这两种损失之间相互影响，摩阻损失的大小对油品的粘度有决定性，而粘度大小又取决于输送温度的高低，管道的散热损失往往占去了能量损失的大部分。热油沿管道线路流动时，温度不断降低，粘度不断增大，水力坡降也随之不断变化。在对热油管道的摩阻进行计算时，必须要考虑管道沿线的温降情况和油品的粘温特性。因此在设计管路时，必须先进行热力计算，然后再进行水力计算，此外，热油管的摩阻损失应该按照一个加热站的间距来进行计算。全线摩阻为各站摩阻的总和。
2.5确定加热站及泵站数
2.5.1热力计算
埋地不保温管道的散热传递过程是由三部分组成的，一是油流至管壁的放热，二是沥青绝缘层的热传导和第三个管外壁至周围土壤的传热，由于在这次设计中所输送的介质的要求不高，并且管径和输量较大，油流到管壁的温降较小，所以管壁到油流的散热忽略不计。而总传热系数主要取决于管外壁至土壤的放热系数α2，α1值在紊流状态下对传热系数k 值的影响可忽略。
计算中周围介质的温度T 0取最冷月土壤的平均温度，以加权平均温度作为油品的物性计算温度。由于设计流量较大，据经验，将进站温度取为T z =36℃，出站温度取为T R =65℃。
(1) 流态判断 :
Re =
4Q
πdv
Re 1=
59.7
87
式中 Q—流量，m3/s ν—运动粘度 d—内径，m ；
e—管内壁绝对粗糙度，m 。
ε 2e ε=
d
经计算2000﹤Remin ﹤Remax ﹤Re1，所以各流量下流态均处于水力光滑区。
(2) 加热站数确定 加热站间距L 的确定
L R =
式中
Tr -T -b Gc ln() K πD T Z -T -b
b =gi min G k πD K πD w a =
Gc
To—管道埋深处年最低月平均地温， 取3℃； G—原油的质量流量，㎏/s；
C—油品比热，kJ/（kg ‧℃）； i—水力坡降。
加热站数：
N R =
l
l R
经计算，需要设2个加热站。
2.5.2水力计算
通过输量求泵站数，首先反算出站油温，经过计算，确定出站油温为65℃。由粘温关系得出粘度等数据，为以后计算打好基础。
为了便于计算和校核，本设计中将局部摩阻归入一个加热站的站内摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻损失。
(1) 确定出站油温
不能忽略摩擦热的影响，用迭代法计算最大输量下的出站油温TR
T R =T 0+b +(T z -T 0-b )eal
Q 2-m v m
i =β5-m
d
式中 β、m —由流态确定，水力光滑区：m=0.25，β=0.0246； Q—体积流量，m3/s。
(2) 管道沿程摩阻
H 总=iL +∆Z +∑h j
式中 △Z —起终点高差，m ； ∑hj —局部压头损失，m
(3) 判断有无翻越点 经判断，全程无翻越点。 (4) 泵的选型及泵站数的确定
因为流量较大，沿线地势较平坦，且从经济角度考虑并联效率高，便于自动控制优化运行，所以选用串联方式泵。选型并根据设计任务书中的已知条件, 选择DKS450-550型输油泵,H=550m。
计算管道承压确定站内泵的个数：
管道承压
P =
2K φσs δl
D
H =
P ρg
确定站内泵的个数:
n
H H c
确定泵站数:
N p =
经计算，需要设3个泵站。
H 总+h t +h sl
n (H c -H m )
2.5.3站址确定
根据地形的实际情况，本着热泵合一的原则，进行站址的调整。确定站址，除根据工艺设计要求外，还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电和交通运输等条件，并结合施工、生产、环境保护，以及职工生活等方面综合考虑，当热站数和泵站数合一后，既要考虑满足最大输量下压能的要求，又要考虑最小输量下的热能要求，应满足：
(1)进站油温为35℃；
(2)根据进站油温反算出的出站油温应低于管道允许的最高出站油温； (3)进站压力应满足泵的吸入性能； (4)出站压力不超过管线承压能力。 最终确定站址如下表2.4：
2.6校核计算
2.6.1热力、水力校核
由于对站址的综合考虑，使热站、泵站的站址均有所改变，因此必须进行热力、水力校核。求得站址改变后的进出站温度、压力，以确保管线的安全运行。
2.6.2进出站温度校核
在规定输量下由进站油温反算出站油温，所得油温符合要求（低于初馏点等）即可。
2.6.3进出站压力校核
在规定输量下，利用反算出的出站油温，得出水力坡降，近而得出进出站压力，出站压力满足摩阻等要求。
各站进站压力只要满足泵的吸入性能要求，出站压力均不超过最大承压，出站温度低于最高出站温度，就可以合格。
2.6.4压力越站校核
当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小，从而导致沿程摩阻减小，为了节约动力费用，可以进行中间站的压力越站，以充分利用有效的能量。从纵断面图上判定压力越站最困难的站，并对其的进出站压力进行确定以满足要求，对于压力越站而言，其所具有的困难主要是地形起伏的影响及加热站间距的影响。压力越站的计算目的是计算出压力越站时需要的最小输量，并根据此输量计算越站时所需压力，并校核其是否超压。
2.6.5热力越站校核
当输油主泵不可避免地遇到断电、事故或检修时，或由于夏季地温升高，沿程散热减小
2.6.6动、静水压力校核
(1) 动水压力校核
动水压力是指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力，即管道纵断面线与水力坡降线之间的垂直高度，动水压力的变化不仅取决于地形的变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关，从纵断面图上可以看出，动水压力满足输送要求。 (2) 静水压力校核
静水压力是指油流停止流动后，由地形高差产生的静液柱压力，由纵断面图可知静水压力也满足输送要求。
2.7站内工艺流程的设计
输油站的工艺流程是指油品在站内的流动过程，实际上是由站内管道、器件、阀门所组成的，并与其他输油设备相连的输油系统。该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站的性质和所能承担的任务。 制定和规划工艺流程要考虑以下的要求：
(1) 满足输送工艺及生产环节的要求。输油站的主要操作包括：①来油与计量；②正输；③反输；④越站输送，包括全越站、压力越站、热力越站；⑤收发清管器；⑥站内循环或倒罐。
(2) 便于事故处理和维修。
(3) 采用先进技术及设备，提高输油水平。
(4) 流程尽量简单，尽可能少用阀门、管件，力求减少管道及其长度，充分发挥设
备性能，节约投资，减少经营费用 输油站工艺流程： (1) 首站
接受来油、计量、站内循环或倒罐，正输、向来油处反输、加热、收发清管器等操作。 (2) 中间站
正输、反输，越站，收发清管器。 (3)末站
接受来油，正输、反输，收发清管器，站内循环，外输，倒罐等操作。 流程简介： (1) 来油计量 来油—计量—阀组 (2) 站内循环及倒罐
罐—阀组—泵—加热炉—阀组—罐 (3) 正输（首站）
上站来油—阀组—加热炉—给油泵—主输泵—下站 (4) 反输
下站来油—阀组—加热炉—给油泵—主输泵—上站 (5) 压力越站
来油—阀组—加热炉—下站
2.8主要设备的选择
2.8.1输油泵的选择
选泵原则：
(1) 为便于维修和管理，尽量选取同系列泵； (2) 尽量满足防爆、防腐或露天安装使用地要求；
(3) 为保证工作稳定，持续性好，满足密闭输送要求，选用大排量的离心泵，配用效率高的电动机为原动机。 (1) 输油主泵
选泵原则：
① 满足管线输量要求，使泵在各输量下均在高效区工作。 ② 充分利用管线承压能力，减少泵站数，降低工程造价。 故所选输油主泵为：DKS450-550
2.8.2加热炉的选择
选炉原则：
(1) 应满足加热站的热负荷要求，炉效高；
(2) 为便于检修，各站宜选用两台以上加热炉。 加热站的热负荷由下面的公式计算：
Q =G c (T R -T Z )
式中 Q—加热站的热负荷，kw ； G—油品流量，m3/h； c—油品比热，kJ/kg℃。 提供的加热炉型号如下：
800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw。
3 20#钢管工艺设计计算
3.1经济管径
d =
式中 d---经济管径（m ） Q---质量流量（kg/s） v---经济流速（m/s）
ρ--原油密度（kg/m3
）
500⨯107÷350÷24÷3600=165.34kg/s
选定: 进站油温T Z =36
C 出站油温T R =65
C
T pj =（65+2×36）/3 = 45.67
C
ρpj =
ρ20-ε(T pj -20)
=832-0.681(45.67-20)=813.24kg/m3
Q=G/ρ=165.34/813.24=0.20m3
/s
3.1.1经济流速
含蜡原油经济流速在1.5m/s~2.0 m/s之间
当v=1.5m/s时：
D =
=412mm
当v=2.0m/s时：
D =
=357mm
选择管径的范围为357mm 和412mm 之间。
选管：由国产钢管部分规格初步选定钢管，取D=400mm δ=10.0mm d=380mm反算经济流速：
v =
4Q 4πd 2=⨯0.2
3.14⨯(0.38)
2
=1.675m /s 经济流速在1.5m/s~2.0m/s之间，故所选管径符合要求。
3.1.2确定管道承压
管道材料选定为20号钢
δ=
pD 2σ
[σ]=K φσs =0.72⨯1⨯245=176.4Mpa
所以
p =2[σ]/D =2⨯176.4⨯0.001/0.004=8.82Mpa
8820000
=1106.68m
9.8⨯813.24
1106.68米油柱，此为管道最大承压。
3.2 热力计算与确定热站数
3.2.1确定计算用各参数
粘温关系: 36～42℃ lgμ=2.86924-0.026477137T 42～71℃ lgμ=2.594060-0.02004657T
3.2.2确定流态
属水力光滑区：
Re =
4Q πD ν
36～42℃ 时:
μ36=102.86924-0.026477137T ν36=
R e max =
μ36
=10.119⨯106ρ36
4⨯0.2
=0.629⨯105-6
π⨯0.400⨯10.119⨯10
42～71℃ 时:
μ71=102.594060-0.02004657T
ν71=
R e min =
μ71
=28.9⨯10-6ρ71
4⨯0.25
=0.220⨯10
π⨯0.4⨯28.9⨯10-6
R e 1=
59.5
ε
8
7
R e 1=
59.5
(4.641⨯10)
8-47
=3.838⨯105
2000
因此，属水力光滑区，β=0.0246，m=0.25。 水利坡降：
Q 2-m v m
i =β5-m
d
0.21.75⨯(28.9⨯10-6) 0.25
i 71=0.0246⨯=0.01074.75
0.380
i 36=0.0246⨯0.21.75⨯(10.119⨯10-6) 0.25/0.404.75=0.0064m /m
i =0.5(i 71+i 36) =0.0086m /m
3.2.3总传热系数的确定
K =
11δ1+∑+α2λα1
其中，管外壁至大气放热系数：
α2=
紊流时管内放热系数α1对K 影响很小，可忽略 土壤导热系数： λ
t
=1.4w/(mC)
管中心埋深 ： ht =1.5m
沥青防腐层一般6mm-9mm, 这里取6mm
即沥青防腐层：厚度δ=6mm,导热系数λ=0.15w/mC 计算如下：
确定总传热系数：
α2=1.283
K =
1+
1.2830.15
=1.22w /m ℃