油气运输管道的设计.pdf

第 4 2卷第8期 2 0 1 3年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 2， N o ． 8 A u g u s t， 2 0 1 3 油气运输管道的设计 张 明 中国石油大学 储运与建筑工程学院， 山东 青岛 2 6 6 5 8 0 摘 要目前国际成品油管道运输技术已经达到了一定的高度，并实现了多种能源的顺序输送。基于石油 储运中成品油的顺序输送管道设计，完成了线路纵断面图设计、泵机组型号的选择以及壁厚值的确定，并阐述 了几种减少混油量的措施。 关键词石油储运；成品油；顺序输送；管道 中图分类号T Q 1 7 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 8 - 1 1 3 4 - 0 3 De s i g n o f Oi l a n d Ga s Tr a n s mi s s i o n P i p e l i n e s Z HANG Mi ng C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e S t o r a g e E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f P e o l e u m Q i n g d a o ， S h a n d o n g Qi n g d a o 2 6 6 5 8 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e c u r r e n t i n t e rna t i o n a l o i l p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n t e c h n o l o g y h a s r e a c h e d a c e r t a i n l e v e l ， a n d c a n r e a l i z e t h e b a t c h t r a n s p o r t a t i o n o f d i ff e r e n t o i l p r o d u c t s ． I n thi s p a p e r , b a s e d o n the d e s i g n o f b a t c h tr a n s po r t a t i o n p i p e l i n e ， t h e l i n e p r o fil e v i e w d e s i gn Was c o mp l e t e d ， s u i t a b l e p u mp s e t wa s c h o s e n，the wa l l thi c k n e s s wa s d e t e r mi n e d， an d s e v e r a l me a s u r e s f o r r e d u c i n g a mo u n t o f c o n t a mi n a t e d o i l we r e p u t for wa r d ． Ke y wo r d s Oi l s t o r a g e and t r ans p o rta t i o n ； Re fi n e d o i l ； Ba t c h t r a n s p o r t a t i o n ； P i p e l i n e 近年来 ，我国社会经济持续快速发展 ，机动车 的需求量也在持续增长，全国各地的成品油的消费 量也在不断增加 ，在运输能力 、运输安全和时效性 方面的要求也逐渐提高，另外因成品油增大的输送 量也促进了管道运输的发展和应用 。 管道运输的 优势在于投资少、运输费用低、 安全、 环保等， 特别 是对于易燃易爆天然气的较长距离的输送。目前世 界经济与各国对于能源的需求不断发展与增长，世 界油气管道建设发展快速，其规模与水平在一定程 度上有了大大的提升 。 现在国际成品油管道运输 技术已经达到了一定的高度， 且种类较多，规模较 大，并实现了多种能源的顺序输送，如化工产品和 成品油 ；原油和成品油 ；汽油、柴油等轻质油；液 化石油气、天然气和重质油品等 q 。科洛尼尔管道 作为全球最大的成品油管道系统，可以双线实现 1 1 8 种不同种类的成品油的顺序输送，五天为一个 顺序周期p 】 。国际成品油输送流程通常选择的是紊 流密闭输送与顺序输送两种方式。如果所输送的两 种油的性质区别很大， 则一般会选择隔离输送方式。 一 般使用计算机对混油界面进行批量跟踪。检测界 面具体可以分为两种方法标示法和特性测量法， 而特性测量法采用 的比较多 ，特别是密度测量法使 用的最多。为了使检测的准确度有所提高，各种组 合起来的检测方法也常被采用 。 1 线路纵断面图设计 管道纵断面图在直角坐标系表现为管道长度和 沿线高程的变化表 1 。 管道的实际长度用横坐标表 示 ，通常比例为 l1 0 0 0 o ～1 1 0 0 0 0 0。纵坐标 为其海拔高程，一般比例为 1 5 0 0 ～1 1 0 0 0 。 表 1 线路纵断面数据 T a b l e1Li n ep r o fi l ed a t a 桩号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 里程 ／ k m 0 2 7 3 8 6 1 9 4 1 3 6 1 6 5 1 8 7 2 1 2 高程， m 7 5 ． 2 8 3 ．6 9 1 ． 5 1 0 0 ．3 1 1 1 ． 1 1 0 7 ． 8 9 0 ． 1 8 5 ． 6 8 0 ．3 桩号 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 里 程／ k m 2 3 4 2 5 1 2 65 2 8 7 3 0 2 3 1 3 3 4 5 3 7 4 3 9 8 高程／ m 8 8 ． 7 9 6 ．5 1 0 8 ． 6 1 1 5 ．4 1 2 8 ． 9 1 4 7 ．5 1 6 1 ． 7 1 7 4 ． 2 1 8 0 ． 5 桩号 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 里程／ k m 4 2 6 4 5 9 4 8 2 5 1 1 5 2 9 5 4 3 5 8 0 高程／ i n 1 6 7 ． 8 1 5 9 ．6 1 3 0 ． 3 1 2 1 ．2 1 1 4 ． 5 1 0 9 ．6 1 0 5 ． 8 泵站布置与管道施工图的重要参考对象为实际 测量到的纵断面 ，值得注意的是管道纵断面图的变 化情况与实际情况还是有所出入的。 图 1 中的曲线并非管道的实际长度， 其实际长度 为水平线。 收稿 日期2 0 1 3 - 0 6 2 5 作者简介张 明 1 9 7 6 一 ，男，山东滨州人，讲师，硕士，1 9 9 9年毕业于上海 同济大学交通土建专业。 研究方向岩土信息工程。 E -m a i l z h a n g m1 n g 1 9 5 5 2 0 6 1 6 3 ． c o m。 第 4 2卷第 8期 张明 油气运输中管道的设计 1 l 3 5 在设计时还要考虑到其他因素， 如管道维修、 事 也就是该设计的最初根据上述选择的泵型号 故等，则年输油时间按 3 5 0 d 8 4 0 0 h 计算。 和泵站组合方式，初步制定的压力、管径搭配可更 图 1 线路 纵断面图 Fi g ． 1 Li n e p r o ffi e v i e w 2 选择泵机组型号及组合方式 2 ． 1 选择工作泵的台数以及组合方式的原则 泵站应配备其他输油泵作为备用。 根据泵和原 动机的维修情况、稳定性等来确定备用泵的数量。 在泵的选择上 ，一般是先通过制造厂的泵型普与特 性 曲线选择与额定排量与扬程相匹配的泵型。再根 据所输原油性质特性曲线进行换算；应保证在所选 泵型特性曲线的高效区有额定排量与扬程；泵的特 性曲线不能间断，且要平滑，高效区范围较大；排 量为 0的扬程上升要适度。若已有的泵特性曲线没 有达到相应的要求，则可以要求泵制造厂对曲线进 行重新设计或修改。 给油泵只能在首站使用 ，在输油主泵前要安 装，并联操作。根据泵站的总排量以及主泵要求的 正压头， 对台数与各个泵的排量以及扬程进行确定。 对于泵型和规格的选择， 有时还会碰到管道数 量变化 的适应性的问题 。输送量在管道建成 的前期 以及后期通常会出现较大变化。正常输送阶段，每 年的每个月份的输送量也会有一定的变化。选择合 适的泵型、规格以及原动机可以使管道在输量上进 行有效 的调节 。 2 ． 2 通过计算选泵并组站 的扬程 m， △ 泵站进站压力 在 0 ． 2 ～ 0 ． 7 MP a 范围内， 假定该设计中的进站压头为 3 0 In 液柱， 按 照这个压头对压力进行计算 P A H p g 1 式中 P表示泵站工作压力 ，MP a ； 强表示任务输量下泵站的扬程 ，n l ； △H表示泵站进站压力 ，m。 对 泵的产品样品进行查询，D Z 2 5 0 3 4 0 4 型泵的性能如下 改为 5 0 8 8 ． 4 7 MP a 泵站 1 、5 ． 8 3 MP a 泵站 2 5 2 9 8 ． 4 7 MP a 泵站 1 、5 ． 8 3 MP a 泵站 2 5 5 9 8 ． 4 7 MP a 泵站 1 、5 ． 8 3 MP a 泵站 2 6 1 0 8 ． 4 7 MP a 泵站 1 、5 ． 8 3 MP a 泵站 2 6 6 0 8 ．4 7 MP a 泵站 1 、5 ． 8 3 MP a 泵站 2 即为本设计 的确定初始方案． 3 确定壁厚值并校核 根据计算所得的工作压力 P 与管道直径来计 算壁的厚度，同时校对和核准其强度和稳定性，再 计算出管道的内径。 所输送油品的压力 、温度和所选管道的材质 、 管径都会影响管壁的厚度。管壁的厚度的确定与环 向应力公式 、有关规范和标准有直接关系 ，根据 目 前国际管道的发展方向和初步对强度的预估，将 X 6 0级管材作为该设计的最终选择。根据相应的规 范和标准条例可知，X 6 0钢的最小屈服强度a s 4 1 3 MP a ，焊缝系数 1 ． 0 ，弹性模量 E 2 1 0 G P a ，线性 膨胀系数a 1 ．2 0 1 0 oC ～ ， 表 2 为通过程序计算与 化整各个方案的泵站数 的结果。 表中“ 化整及选用措施” 栏里对数值的选用基 本上遵循以下原则若泵站数化小，使用副管或较 大管径的变径管都会耗费更多的管材；若泵站数化 大，则要再建一个泵站，但是使用了更小管径的变 径管 。对各个方案 中泵站数化大、化小所选用措施 的费用增加进行对 比，采取对 比过后费用增加 比较 小的措施 。 4 小结及减少混油量的措施 正常输送下形成 的混油一般为干线成品油管 道容积的0 ．5 ％至 1 ％之间， 为了防止成品油管道产 生太多的混油 ，可 以采取以下几种措施。接近的两 种油品容重差要比较小 ，属性不能有太大差别 ，有 较大的品级潜力，相邻的两种油品不能为透明成品 油与黑色成品油。对输油顺序进行合理的安排，一 般输送的先后顺序为粘度小的油品先，粘度大的油 品后 。在首站 由泵进行一种成品油到另一种成 品油 的过渡时，要尽量控制产生过多的混油，对于各种 成品油在首站罐区内容积进行合理分配是非常关键 的，应将储罐分成多个群，并对汽油与煤油等油品 的储存进行指定。 然后又将每一群储罐分成多个组， 组数和成品油的品级数量是相同的。尽可能的使输 1 1 3 6 当 代 化 工 送流量提高，尤其是两种油品交替的情况。 2 0 1 3年 8 月 表 2 各方案计算泵站数并化整后的结果 Ta b l e 2 Th e c a l c u l a t i o n r e s u l t s o f d i ffe r e n t p r o g r a ms wi t h d i ffe r e n t n u mb e r s o f p u mp i n g s t a t i o n s 泵 站 扬程 泵 站的 计算 值 甄 聂 ■ 丽 i 『 花 夏天 垂 ■ 百 ． ． 化整 及可 采取 措施 化整 及选 用 措施 方案 1 9 8 9 ．5 方案 2 ． b／ z 方案 3 9 8 9 ．5 方案 4 6 7 2 方案 5 9 8 9 ．5 方案 6 ， 方案 7 9 8 9 ． 5 方案 8 方案 9 4 ．0 8 5 7 6 4 4 5 ． 8 7 7 2 0 1 5 3 ． 3 9 3 4 91 3 4．8 7 2 7 3 7 4 2 ．6 o 5 7 2 5 2 3 ． 7 5 81 78 3 1 ．7 5 0 1 01 1 泵站扬程， m 泵站的计算值 化较小整数 方案 1 0 6 7 2 1 ．7 6 9 2 8 9 2 副管长度 1 7 7 7 6 ．6 变径管长 5 1 5 4 05 ． 5 5 副管长度 l 2 6 4 8 8 ． 7 变径管长 6 1 O 9 8 8 3 _2 副管长度 9 8 51 7 ．5 变径管长4 8 8 0 3 0 ． 4 8 副管长度 l 5 2 3 o 7 ． 2 变径管长 5 1 3 9 2 2 9 ． 2 副管长度 1 9 8 6 5 3 ．3 变径管长 3 1 9 3 8 2 1 ．3 副管长度 1 7 2 5 8 2 ．4 变径管长4 1 7 3 6 6 6 ． 1 副管长度 3 7 0 8 2 4 ． 9 2 变径管长 化整及可采取措施 措施 单位／ m 化较大整数 副管长度 l 7 6 2 9 1 ．2 变径管长 3 2 2 8 3 6 7 ． 7 副管长度 1 6 3 3 9 2 ． 3 变径管长 2 2 9 4 9 8 1 ．2 副管长度 3 8 3 2 3 4．6 变径管长 2 7 9 2 6 2 8 ．6 4 2 0 o 6 ． 6 l 3 7 0 5 ． 3 6 3 2 6 4 3 2 ． 1 7 3 6 5 1 ． 1 5 7 1 6 2 3 1 ． 5 7 6 5 7 8 2 8 4 变径管 6 变径管 4 变径管 5 变径管 3 变径管 4 变径管 2 变径管 变径管长度， m 化整及选用措施 5 7 4 5 ．7 4 8 3 变径管 2 变径管 2 变径管 参考文献 [ 1 ] 刘立新， 韩学承． 成品油顺序输送管道混油与处理的探讨们． 河南 石油， 2 0 0 5 0 5 6 8 6 9 ；7 2 ． [ 2]张 其 敏 ， 陈 宁．成 品 油顺 序 输 送 管道 优 化 设 计 [ J 】 ．油 气 储 运．2 0 0 4 0 3 5 7 6 l 一 6 2 ． [ 3] 孙铁， 刘勇．成品油顺序输送管道混油量的计算程序Ⅱ 】 ．管道技术 与设备， 1 9 9 7 0 1 1 7 1 8 ． [ 4]戴 福 俊 ．成 品油 顺 序 输 送 混 油 的 检 测 与 切 割 [ J 】 ．油气 储 运， 201 1 0 4 2 5 5 2 5 8 2 3 4 ． [ 5 ]陈世一， 崔艳星， 崔艳雨． 成品油顺序输送管道混油量计算方法[ J 】 ． 油气储运， 2 0 0 7 0 8 1 6 - 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