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摘 要：结合生产实际，由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，由最小输量确定其热站数，最大输量确定其泵站数，并校合各进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数，提出调整，控制运行参数的措施。在管道的运行过程中要根据输送条件的变化，进行热力，水力计算。合理确定各站的温度，压力等运行参数，计算各个输量下的运行参数。
关键词：输油管道 设计
一、工程概况
1.线路基本概况
结合中国石油大港油田分公司生产实际，管线最大年输量为2000万吨。全长220km，沿线地势平缓，海拔最低处为28m，最高处88m，距外输首站约80公里，首末站高差为60 m，管线位于平原地区。管线外有沥青防腐层，以减轻腐蚀损耗。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行。采用先炉后泵的流程。占地少，密闭安全，且对环境污染小，能耗少，受外界环境恶劣气候的影响小。便于管理，易于实现远程集中监控，自动化程度很高，劳动生产率高。油气损耗少，运费较低。
2.输油站主要工程项目
本管线设计年输量为2000万吨/年，综合考虑沿线的地理情况，贯彻节约占地、保护环境和相关法律法规，本着尽量避免将站址布置在海拔较高地区和远离城市的人口稀少地区，以方便职工生活，并本着“热泵合一”的原则，兼顾平原地区的均匀布站方针，采用方案如下：设立热泵站两座，即首站和一座中间站，均匀布站。
本次设计中管道采用可减少蒸发损耗，流程简单，固定资产投资少，可全部利用剩余压力便于最优运行的密闭输送方式，并采用“先炉后泵”的工艺方案。选用直接加热式加热炉，将热油循环工艺也包括在内，即部分油品往热油泵和加热炉后进罐，而且设有专用泵和专用炉，同时该泵和炉还可分别作为给油泵的备用泵和来油的加热炉。
3.管道设计
本设计中选择的管道为外径φ813，壁厚10.3mm，管材为L325的管道。由于输量较大，且沿线地温较高，故从经济上分析，本管道不采用保温层。全线设沥青防腐层从而减少腐蚀损失。设机械清蜡设备，保证全线输油管道畅通。
二、基本参数的选取
1.设计依据
本设计主要根据国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布的《输油管道工程技术规范》GB50253-94，并参照其他有关设计规范进行的。设计中应以下四条设计原则：
1.1以国家设计规范为主要和基本原则，通过技术比较选择最优化最经济的工艺方案。
1.2充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。
1.3设计中以節能降耗为目的，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗。
1.4注意生态平衡，三废治理和环境保护。
2.原始数据
2.1最大设计输量为2000万吨/年；
生产期生产负荷（各年输量与最大输量的比率）见下表2-1
表2-1 生产期生产负荷表
2.2年最低月平均温度2℃；
2.3管道中心埋深1.55m；
2.4土壤导热系数1.45w/（m·℃）；
2.5沥青防腐层导热系数0.15w/（m·℃）；
2.6原油性质
2.6.1 20℃的密度860kg/m ；
2.6.2 初馏点81℃；
2.6.3反常点28℃；
2.6.4凝固点25℃；
2.6.5比热2.1kJ/（kg？℃）；
2.6.6燃油热值4.18×10 kJ/kg。
2.7粘温关系 见表2-2
表2-2 油品温度与粘度数据
2.8沿程里程、高程（管道全程220km）见表2-3
表2-3 管道纵断面数据
3.温度参数的选择
3.1出站油温
考虑到原油中不可避免的含水，加热温度不宜高于100℃，以防止发生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式，加热温度不应高于初馏点81℃，以免影响泵的吸入。管道采用沥青防腐绝缘层，原油的输油温度不能超过沥青的耐热温度。考虑到管道热变形因素，加热温度不宜过高，初步确定出站温度TR=60℃。
3.2进站油温
加热站进站油温的确定主要考虑经济比较。对于高含蜡原油，在凝点附近粘温曲线很陡，经济进站温度常取高于凝固点2-3℃。原油的反常点为28℃，反常点以上为类牛顿流体。考虑最优热处由理条件及经济比较来选择进出站温度，初步设计进站温度 =30℃。
3.3平均温度
当管路的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。计算平均温度可采用下式：
（2-1）
式中： —平均油温，℃；
、 —加热站的出站、进站温度，℃。
三、参数的选择
1.管道设计参数
1.1热站、泵站间压头损失15m；
1.2热泵站内压头损失30m；
1.3进站压力范围一般为20～80m；
1.4年输送天数为350天；
1.5首站进站压力50m。
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：
（2-2）
式中： —分别为温度为 ℃和20 ℃下的密度；
—温度系数， ；
3.粘温方程
根据粘度和温度的原始参数，用最小二乘法回归：
（2-3） 式中：μ—原油的动力粘度，Pa·S
4.总传热系数K
管道散热的传递过程由三部分组成：
4.1油流至管壁的放热
4.2管壁、沥青防腐层的热传导
4.3管外壁周围土壤的传热
总传热系数的计算公式为：
（2-4）
（2-5）
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/（m？℃）；
Dw—管道最外围的直径，m；
α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m2？℃）；
α2—管壁至土壤放热系数，w/（m2？℃）；
λt—土壤导热系数，w/（m？℃）；
ht—管中心埋深，m。
5.最优管径的选择
在规定输量下，选用较大的管径，可降低输送压力，减少泵站数，减少泵站建设费用，降低输油动力消耗，同时增加管路建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际经验，热油管道经济流速在1.0～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径φ813，壁厚10.3mm。
四、工艺计算说明
对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送，当其凝点高于管道周围环境温度，或在环境温度下油流粘度很高时，不能直接在环境温度下等温输送。油流过高的粘度使管道阻力变大，管道沿途摩阻损失变大，导致了管道压降剧增，动力费用高，在工程上难以实现或运行不经济，且在冬季极易凝管，发生事故，所以在油品进入管道前必须采取降凝降粘措施。
目前国内外很多采用加入降凝剂或给油品加热输送的办法。加热输送时，油品温度升高，粘度降低，减少从而达到输送目的。本管线设计采用加热的办法，降低油品的粘度，减少摩阻损失，降低管输压力，节约动力消耗，或使关内最低油温维持在凝点以上。但也增加了热能消耗以及加熱设备的费用。
最终根据经济流速来确定管径，选为Φ813×10.3，管材选择无缝钢管，钢号Q345，最低屈服强度为325MPa。经过热力和水力计算，确定了所需的热站和泵站数，考虑到运行管理的方便，热泵站的合一。全线均采用“从泵到泵”的密闭输送方式以及先炉后泵流程。充分利用设备，全线既可压力越站，热力越站，也可全越站，输油主泵和给油泵均采用并联方式。在管线设计要求的情况下，充分利用管线的承压能力，合理充分的利用地形，减少了占地面积，建设经济性的管线。
参考文献
[1] GB/T 50253-2003，输油管道工程设计规范.
[2] 杨筱蘅，张国忠.输油管道设计与管理.第一版.山东东营：石油大学出版社，2005：15-160.
[3] GB/T 500074-2002.石油库设计规范.
[4] 张国忠.长输管道设计中的壁厚选择.油气储运.1993：12.
关键词：输油管道 设计
一、工程概况
1.线路基本概况
结合中国石油大港油田分公司生产实际，管线最大年输量为2000万吨。全长220km，沿线地势平缓，海拔最低处为28m，最高处88m，距外输首站约80公里，首末站高差为60 m，管线位于平原地区。管线外有沥青防腐层，以减轻腐蚀损耗。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行。采用先炉后泵的流程。占地少，密闭安全，且对环境污染小，能耗少，受外界环境恶劣气候的影响小。便于管理，易于实现远程集中监控，自动化程度很高，劳动生产率高。油气损耗少，运费较低。
2.输油站主要工程项目
本管线设计年输量为2000万吨/年，综合考虑沿线的地理情况，贯彻节约占地、保护环境和相关法律法规，本着尽量避免将站址布置在海拔较高地区和远离城市的人口稀少地区，以方便职工生活，并本着“热泵合一”的原则，兼顾平原地区的均匀布站方针，采用方案如下：设立热泵站两座，即首站和一座中间站，均匀布站。
本次设计中管道采用可减少蒸发损耗，流程简单，固定资产投资少，可全部利用剩余压力便于最优运行的密闭输送方式，并采用“先炉后泵”的工艺方案。选用直接加热式加热炉，将热油循环工艺也包括在内，即部分油品往热油泵和加热炉后进罐，而且设有专用泵和专用炉，同时该泵和炉还可分别作为给油泵的备用泵和来油的加热炉。
3.管道设计
本设计中选择的管道为外径φ813，壁厚10.3mm，管材为L325的管道。由于输量较大，且沿线地温较高，故从经济上分析，本管道不采用保温层。全线设沥青防腐层从而减少腐蚀损失。设机械清蜡设备，保证全线输油管道畅通。
二、基本参数的选取
1.设计依据
本设计主要根据国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布的《输油管道工程技术规范》GB50253-94，并参照其他有关设计规范进行的。设计中应以下四条设计原则：
1.1以国家设计规范为主要和基本原则，通过技术比较选择最优化最经济的工艺方案。
1.2充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。
1.3设计中以節能降耗为目的，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗。
1.4注意生态平衡，三废治理和环境保护。
2.原始数据
2.1最大设计输量为2000万吨/年；
生产期生产负荷（各年输量与最大输量的比率）见下表2-1
表2-1 生产期生产负荷表
2.2年最低月平均温度2℃；
2.3管道中心埋深1.55m；
2.4土壤导热系数1.45w/（m·℃）；
2.5沥青防腐层导热系数0.15w/（m·℃）；
2.6原油性质
2.6.1 20℃的密度860kg/m ；
2.6.2 初馏点81℃；
2.6.3反常点28℃；
2.6.4凝固点25℃；
2.6.5比热2.1kJ/（kg？℃）；
2.6.6燃油热值4.18×10 kJ/kg。
2.7粘温关系 见表2-2
表2-2 油品温度与粘度数据
2.8沿程里程、高程（管道全程220km）见表2-3
表2-3 管道纵断面数据
3.温度参数的选择
3.1出站油温
考虑到原油中不可避免的含水，加热温度不宜高于100℃，以防止发生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式，加热温度不应高于初馏点81℃，以免影响泵的吸入。管道采用沥青防腐绝缘层，原油的输油温度不能超过沥青的耐热温度。考虑到管道热变形因素，加热温度不宜过高，初步确定出站温度TR=60℃。
3.2进站油温
加热站进站油温的确定主要考虑经济比较。对于高含蜡原油，在凝点附近粘温曲线很陡，经济进站温度常取高于凝固点2-3℃。原油的反常点为28℃，反常点以上为类牛顿流体。考虑最优热处由理条件及经济比较来选择进出站温度，初步设计进站温度 =30℃。
3.3平均温度
当管路的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。计算平均温度可采用下式：
（2-1）
式中： —平均油温，℃；
、 —加热站的出站、进站温度，℃。
三、参数的选择
1.管道设计参数
1.1热站、泵站间压头损失15m；
1.2热泵站内压头损失30m；
1.3进站压力范围一般为20～80m；
1.4年输送天数为350天；
1.5首站进站压力50m。
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：
（2-2）
式中： —分别为温度为 ℃和20 ℃下的密度；
—温度系数， ；
3.粘温方程
根据粘度和温度的原始参数，用最小二乘法回归：
（2-3） 式中：μ—原油的动力粘度，Pa·S
4.总传热系数K
管道散热的传递过程由三部分组成：
4.1油流至管壁的放热
4.2管壁、沥青防腐层的热传导
4.3管外壁周围土壤的传热
总传热系数的计算公式为：
（2-4）
（2-5）
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/（m？℃）；
Dw—管道最外围的直径，m；
α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m2？℃）；
α2—管壁至土壤放热系数，w/（m2？℃）；
λt—土壤导热系数，w/（m？℃）；
ht—管中心埋深，m。
5.最优管径的选择
在规定输量下，选用较大的管径，可降低输送压力，减少泵站数，减少泵站建设费用，降低输油动力消耗，同时增加管路建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际经验，热油管道经济流速在1.0～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径φ813，壁厚10.3mm。
四、工艺计算说明
对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送，当其凝点高于管道周围环境温度，或在环境温度下油流粘度很高时，不能直接在环境温度下等温输送。油流过高的粘度使管道阻力变大，管道沿途摩阻损失变大，导致了管道压降剧增，动力费用高，在工程上难以实现或运行不经济，且在冬季极易凝管，发生事故，所以在油品进入管道前必须采取降凝降粘措施。
目前国内外很多采用加入降凝剂或给油品加热输送的办法。加热输送时，油品温度升高，粘度降低，减少从而达到输送目的。本管线设计采用加热的办法，降低油品的粘度，减少摩阻损失，降低管输压力，节约动力消耗，或使关内最低油温维持在凝点以上。但也增加了热能消耗以及加熱设备的费用。
最终根据经济流速来确定管径，选为Φ813×10.3，管材选择无缝钢管，钢号Q345，最低屈服强度为325MPa。经过热力和水力计算，确定了所需的热站和泵站数，考虑到运行管理的方便，热泵站的合一。全线均采用“从泵到泵”的密闭输送方式以及先炉后泵流程。充分利用设备，全线既可压力越站，热力越站，也可全越站，输油主泵和给油泵均采用并联方式。在管线设计要求的情况下，充分利用管线的承压能力，合理充分的利用地形，减少了占地面积，建设经济性的管线。
参考文献
[1] GB/T 50253-2003，输油管道工程设计规范.
[2] 杨筱蘅，张国忠.输油管道设计与管理.第一版.山东东营：石油大学出版社，2005：15-160.
[3] GB/T 500074-2002.石油库设计规范.
[4] 张国忠.长输管道设计中的壁厚选择.油气储运.1993：12.