长输管道设计

题目长距离成品油管道工艺方案设计计算
第一章任务书
一、题目
长距离成品油管道工艺方案设计计算
五、基础数据
1、管道基础数据
1.1设计输量
XX成品油管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力(560+组号*30)×104t/a，输送介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年25批次输送。

设计年输送天数350天，采取起点连续进油，各分输点均匀连续分输下载的方式，设计压力10MPa。

各站场进站最低压力0.3MPa，最高压力4MPa。

地温取17摄氏度。

站场进、出站压力通过节流阀控制。

1.2输送下载量
1.3沿线地形
序号站场
名称
里程
(km)
高程
(m)
1 茂名0.00 18.75
2 玉林161.09 71.51
3 贵港246.33 47.94
4 黎塘310.77 105.00
5 柳州457.6
6 105.23
6 河池617.09 209.50
7 陆桥687.79 481.73
8 下司767.77 925.88
9 都匀876.67 803.53
10 贵阳976.06 1120.60
11 安顺1070.87 1349.61
12 晴隆1183.37 1401.2
13 盘县1261.52 2017.22
14 曲靖1348.84 1958.78
15 秧田冲1492.62 2044.50
16 长坡1555.86 1906.04
2、油品物性
3、
3、经济评价参数
电力价格：0.55元/度，燃料油价格：4500元/吨。

管道建设期为1年，运行期为20年。

管道建设单位长度总投资如下表，其中40％为自有资金，其余为建设银行贷款，利率按当前利率建设银行利率计算，流动资金按管内存油价值计算。

经营成本按能源消耗（电力及燃料）的2.5倍计算。

单位长度总投资表:
第二章计算说明书
一、设计思路
首先根据经济流速或经济输量的范围，初步选定管径和壁厚，确定管材；计算任务输量下的水力坡降，判断翻越点，确定管道计算长度；计算全线所需压头，确定泵站数，布置泵站；计算混油长度；根据技术经济指标计算基建投资及输油成本等费用；综合比较差额净现值和差额内部收益率等指标，并考虑管道的可能发展情况，选出最佳方案。

二、设计内容
1.确定管径、壁厚、管材
1.1计算温度
取管道埋深处全年平均低温作为计算温度，地温为17℃，计算温度取17℃。

按此温度计算油品的粘度和密度。

1.2油品密度
已知20℃时油品的密度，按下式转换成计算温度17℃时的密度。

(1)
式中ρ
t 、ρ
20
——温度为t℃及20℃时的油品密度，kg/m³
(2)
根据15.6℃和37.8℃时各油品的密度计算20℃时各油品的密度（以90#汽油为
例）：
将15.6℃和37.8℃时90#汽油的密度分别带入公式(1)并算出相应的ρ
20
，对算得
的两个ρ
20
取平均值。

计算结果如下：
根据各油品20℃时的密度计算17℃时的油品密度（以90#汽油为例）：将15.6℃（或37.8℃）时90#汽油的密度带入公式(2)可算出相应的
ρ17，即计算温度下的油品密度。

计算结果如下：
1.3油品粘度
油品运动粘度的计算方法：
(3)
式中 υt 、υ0——温度为t 、t0时油品的运动粘度，㎡/s u ——粘温指数，1/℃
根据及15.6℃和37.8℃时各油品的粘度计算粘温指数u 。

将计算出的粘温指数带入公式(3)计算17℃时各油品运动粘度。

计算结果如下：
1.4体积流量
已知各油品的质量流量和密度，计算油品在设计温度下的体积流量，输送天数按350天计算。

以茂名站90#汽油为例，0.07496
计算结果如下：
各段管道的体积流量如下：
如玉林-贵港管道的体积流量，则为茂名的体积流量减去玉林分输的体积流量。

1.5确定管径、壁厚
设初始经济流速为2.0m/s ，根据选取管径，根据经济流速范围1.5~3.2m/s 进行变管径设计。

以方案一为例，对于茂名-玉林管段，，查《API 标准钢管规格》选取管内径为425.2mm ，以这一管内径计算下游各管段内油品流速，发现在河池—都匀段管道流速降为1.36344m/s ，明显小于1.5m/s ，故在此管段进行变径。

变径后继续利用经济流速2.0m/s 计算管段内油品的流速，重复上述计算，最终算得该管线需在河池、盘县处进行变径处理。

计算结果如下：
1.6确定管材
已知设计压力为10MPa ，根据公式：
σ
δETF PD
2=
·····(5)，
其中，F取0.72，E取1，T取1。

屈服应力的计算（以方案一茂名—玉林段为例）：
计算结果如下：
根据输油管道设计规范GB-50253-2003，取L360(X52)管材。

2、水力计算及布站
2.1计算水力坡降
(7)
90#汽油和95#汽油粘度差别不大，所以可以用90号汽油代替95号汽油校核，以管道内输送0#柴油和输送90#汽油分别计算水力坡降，假设输送的都是柴油进行设计、假设输送的都输90#汽油进行校核，保证泵站运行中既不超压也不欠压。

输送柴油和90#汽油的输量如下表所示：
以0#柴油为例，其处于水力光滑区，m=0.25，β=0.0246，
2.2布站
沿线压头总损失为，按上式计算沿线压头损失，并标记出有可能出现翻越点的位置。

由表知，有四处管段压能损失较大，可能会出现翻越点。

根据上表中的柴油压能损失来设置泵站。

根据题目中给出的已知条件，设计压力是10MPa ，故出站压力不可以超过10MPa ；另外，进站压力不低于0.3MPa ，不高于4MPa 。

根据公式H g P ρ=,可以换算出此压力下对应的水头（m ）,如下表所示：
以茂名—玉林段为例:
根据判断翻越点，对每段进行泵站布置。

因为设计压力是10MPa ，茂名首站出站压力最高是10MPa,即1392m （汽油）或1213 m （柴油）的水头。

使用MATLAB 编程：
茂名-玉林的里程-高程曲线函数：y1=0.32752x+18.75(0<x<161.09) (1) 茂名-玉林的水力坡降线函数：y2q=1392-5.01x(0<x<161.09) (2)
y2c=1213-6.99x(0<x<161.09) (3)
函数(1)与函数(2)(3)的交点分别是：（149.24km,69.63m ）(139.28km,64.36m)
所以在茂名站的出站压力不足以提供足够的能头，茂名-玉林站之间必须布置一个泵站，将该泵站设于茂名-玉林段中点处，命名为1号站。

根据水力坡降函数及纵断面线，可在茂名站设置四台泵（三用一备）。

同理可得各泵站的布置如下表：
使用lps软件进行模拟运行，使用90#汽油对管道进行进出站压力校核，模拟结果如下：
结果显示，各出站压力均不超过10MPa；进站压力均不低于0.3MPa，不高于4MPa，进出站压力都满足要求，故该布站方案也是适用于90#汽油。

各泵站具体参数如下图所示：
2.3混油情况
根据成品油顺序输送的方法和油品特性，此管线顺序输送的顺序为90#汽油、95#汽油、0#柴油、95#汽油为一个输送批次，所以， 90#和95#，95#和0#可能会产生混油。

根据《GB 50253-2003输油管道工程设计规范》，油品顺序输送混油段长度可按下式计算:
Re>Re
lj
: C=11.75(dL)0.5Re-0.1 (8)
Re＜Re
lj : C=18385(dL)0.5Re-0.95.0
18
.2d
e (9)
Re
lj =100005.0
72
.2d
e (10)
式中C—混油段长度(m)；
Re—雷诺数；
Re
lj —
临界雷诺数；
e—自然对数的底，e=2.718 混油的粘度按以下经验公式计算：
式中，υ
A 、υ
B
——A和B两种油品在输送温度下的运动粘度，m2/s；
υ——混油的计算运动粘度，m2/s。

各混油粘度计算结果如下：
根据上述混合油品的粘度，计算混合油品的雷诺数和临界雷诺数，如下表所示：
由表可知，雷诺数均大于临近雷诺数，故选用公式
Re>ij Re ：C=11.75(dL)0.5-0.1Re ，由此计算出每种混油的混有长度，如下表所示；
第三章 经济计算 一、建设投资
在确定了三个方案之后，需要先对三个方案进行初步的经济比选，以进行下一步的计算。

建设投资主要包括管道建设投资和泵站、分输站建设投资。

1．单位长度管道总投资表:
根据单位长度管道总投资，可选出所选管径对应的单位长度总投资（元/公里），根据公式：投资=单位长度总投资*里程，具体计算结果如下表：
2．泵站和分输站建设投资
查阅资料可知，一般输泵站建设成本为8000万，分输站成本为4000万，总共有20个站，但是最后两站一个是分输站，一个是终点站，所以总共有18个泵站，1个分输站。

3．建设总投资
建设总投资 = 管道建设投资+泵站和分输站建设投资+工程建设其他费用
+基本预备费用
工程建设其他费用=（管道建设投资+泵站和分输站建设投资）*15%
基本预备费用=（工程建设其他费用+管道建设投资+泵站和分输站建设投资）*13% 具体计算如下表所示：
二、成本费用
1．流动资金
S
流动资金=V
管道总容积
油价；油价取6元/L，计算结果如下表所示：
2.自有资金
在建设期产生的建设费用，有40%是自由资金，有60%是建设银行贷款。

S
自有资金=S
建设成本
0.4；建设费用为5072092943元，自有资金为2028837177元；
3．年动力费用
年动力费用要考虑泵的用电费，计算公式如下：
式中——P S全线泵机组所消耗的电力费用，元/年
i
H第i泵站的扬程，m
d
e电力价格，元/km
G年输量，吨/年
n 泵站数
每个泵站每年的电力费用如下表所示：
4．经营成本
根据任务书中的条件，经营成本为年动力费用的2.5倍
5．利息
根据中国建设银行五年以上贷款的利息为5.97%计算，需要考虑建设期建设投资的贷款和运营期流动资金的贷款，年流动资金中仍有60%为银行贷款，但每年年初借，第二年年初换，借款期为一年。

用EXCEL中的PMT公式算出运行期内20年每年还贷金额，再对可用等额支付现值公式进行计算。

计算结果如下表所示：
根据PMT公式算出的每年还款额，可计算出每年年末固定资产投资借款利息；年末固定资产投资借款利息 = 年末固定资产投资借款余额*5.97%
年末固定资产投资借款余额 = 上一年年末固定资产投资借款余额+上一年年末
固定资产投资借款利息 - 年还款额
6．总成本费用
总成本 = 年末固定资产投资借款利息+外购动力费+经营成本费+年流动资金+年末流动资金借款利息
综上所述，总成本为31642333432元。

三、方案比选
在相同的基础数据上，分别选择经济流速分别为 1.8m/s,2.0m/s,2.2m/s。

1.8m/s的经济流速下，建设费用4985267867元，总成本费用为30375863737元，故运行20年总的费用为35361131406元。

2.0m/s的经济流速下，建设费用5072092943元，总成本费用为31642333432元，故运行20年总的费用为36396720895元。

2.2m/s的经济流速下，建设费用5176052943元，总成本费用为30841069668元，故运行20年总的费用为36017122611元。

根据算得的数据，无论是建设投资还是运营期产生的费用，都在经济流速为1.8m/s时费用最少，故该方案为最优方案。

第四章设计方案论证
该管线自广东茂名至云南长坡，途径广东、广西、贵州、云南四省，中间多个重要输油站，该地区成品油需求较大。

查阅资料可知，该管线设计输量基本满足所在地区的需求，注入量和分输量基本合理，经济性也较为合适，满足当地需求和建设。

第五章附录
Matlab程序代码：
[x,y]=solve(' 0.32752*x-1*y=-18.75',' 5.01*（x-0）-1*y=1392-18.75','x ','y')
[x,y]=solve('0.32752*x-1*y=-18.75','6.99*（x-0）-1*y=1212.7-18.75','x ','y')
参考资料：《输油管道设计与管理》——杨筱蘅
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