某輸油管道工程中海底管道的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4911某輸油管道工程中海底管道的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1261541.1計(jì)算輸量 171551.2油品密度 1241521.3管徑選取 2235821.4管材選取 38611.5壁厚計(jì)算 375811.6強(qiáng)度校核 425171.7泵的選取 549861.8工程費(fèi)用計(jì)算 6199841.9泵站的調(diào)整 91.1計(jì)算輸量通過查詢GB50253—2014《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，計(jì)算溫度常用管中心埋深出最冷月的月平均地溫設(shè)定。經(jīng)查詢資料可知，當(dāng)?shù)刈罾湓碌脑缕骄孛鏈囟葹?℃,海底最冷月的月平均溫度在此基礎(chǔ)上加上4℃，可知該海底管道的計(jì)算溫度為8℃[1]。我們通常用設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的年輸油量作為設(shè)計(jì)輸油管道的最基本根據(jù)。所以，我們經(jīng)過查詢?cè)O(shè)計(jì)任務(wù)書可知，本次任務(wù)設(shè)計(jì)書所要求設(shè)計(jì)的輸油管道，設(shè)計(jì)輸量為750萬噸/年，在計(jì)算時(shí)，年工作天數(shù)為350天，每天為24h，所以管道全年工作小時(shí)數(shù)用8400小時(shí)計(jì)算。這是因?yàn)楣艿赖木S修檢查問題和事故引發(fā)的停止輸送問題和輸量的不平衡問題我們必須關(guān)注到，同時(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)的輸油管道需要具有一定的輸送富裕量[2]。如下式計(jì)算Q=7.51.2油品密度油品性質(zhì)：

ρ=880kg/m3,凝點(diǎn)2℃，含蠟量1％，粘度1.1mPa·s，初餾點(diǎn)72℃，餾份77％。

由任務(wù)書可知全線采用“密閉輸送”的輸油方式，這種方式可以有效利用各站的剩余壓頭，并且更好地管理和控制整體管線。x=1.825ρ8=x??溫度系數(shù)，kg/ρ8??8℃下原油的密度，ρ20??20℃下原油的密度,1.3管徑選取輸油管道一定有一個(gè)輸送量，存在相應(yīng)的最適合最優(yōu)秀管道直徑，換而言之，我們?cè)O(shè)計(jì)的輸油管道一定有相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)流量或經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)過查詢資料可知，在同一地區(qū)，油品的粘度和所選管道直徑是經(jīng)濟(jì)流速的取值的決定因素。當(dāng)油品的粘度增大，經(jīng)濟(jì)流速降低；所選管道直徑增大，經(jīng)濟(jì)流速提高[3]。由所選管道直徑可推算出不同輸油管道的經(jīng)濟(jì)流速?！遁斢凸艿拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定一般原油管道的經(jīng)濟(jì)流速范圍1.0m/s~1.7m/s。表1.1管道推薦流速取經(jīng)濟(jì)流速v=1.5m/s，d=486.91mm;表1.2鋼管規(guī)格表初選外徑為480mm、426mm、530mm三種型號(hào)的管道，管材選用無縫鋼管，表面涂上瀝青，用于防水防腐蝕。1.4管材選取按照API標(biāo)準(zhǔn)劃分等級(jí)的X56、X60、X65、X70、X80號(hào)鋼是我國(guó)現(xiàn)在最常使用的鋼材型號(hào)[4]。管道的許用應(yīng)力公式：[σ此次選擇鋼號(hào)X65；可知屈服強(qiáng)度σs=450MPa，K=0.72，ф=1，則[1.5壁厚計(jì)算由輸油管道直管段壁厚的設(shè)計(jì)公式：δ=管線運(yùn)行壓力為6.4Mpaδδδ530向上圓整至剛管的公稱壁厚得Φ480×5.0、Φ426×4.0、Φ530×5.01.6強(qiáng)度校核查詢資料可知，在管壁任取一點(diǎn)，它的應(yīng)力情況主要由徑向應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力，軸向應(yīng)力組成。但是由于壁厚很小，徑向應(yīng)力一般不考慮，所以管道的應(yīng)力情況是受到環(huán)向應(yīng)力以及軸向應(yīng)力的共同作用。環(huán)向應(yīng)力:產(chǎn)生原因是管道的內(nèi)應(yīng)力，但是有外應(yīng)力作用的時(shí)候，管道外壓力也會(huì)產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力。軸向應(yīng)力:在內(nèi)外壓力作用產(chǎn)生力矩或者溫度發(fā)生變化的情況下，可能會(huì)產(chǎn)生軸向應(yīng)力。環(huán)向應(yīng)力通常會(huì)在管道設(shè)計(jì)計(jì)算中用來得到管道的厚度（壁厚），然后對(duì)其他情況下產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行綜合分析。組合應(yīng)力必須想到各個(gè)復(fù)雜的載荷作用，對(duì)各個(gè)應(yīng)力進(jìn)行各種分析，并且組合綜合起來考慮。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)中，在輸油管道中，油品的流動(dòng)以及泵站給予的壓力能，會(huì)使的輸油管需要有一定的承壓能力。因此管壁需要有適當(dāng)?shù)暮穸?，否則管道會(huì)承受不住管路中的油品的壓力。并且金屬材料通常使用Tresca屈服條件計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。同時(shí)Tresca屈服條件十分方便便捷，可以提高設(shè)計(jì)的速度，同事精度也不錯(cuò)。受到壓力的管道，應(yīng)該通過Tresca屈服條件計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。應(yīng)該如下計(jì)算σh=σa=σsσeqσhσaν??σs=324Mpa將三組管材規(guī)格帶入公式得：當(dāng)管道規(guī)格為Φ480×5.0時(shí)：σ當(dāng)管道規(guī)格為Φ426×4.0時(shí)：σ當(dāng)管道規(guī)格為Φ530×5.0時(shí)：σ三組管材均滿足強(qiáng)度要求1.7泵的選取現(xiàn)階段，離心式輸油泵機(jī)是我國(guó)的跨越區(qū)域范圍較大時(shí)輸油管線最為倚仗的器材。按照其的特性曲線和工藝工程設(shè)定，離心式輸油泵機(jī)可以采用并聯(lián)和串聯(lián)的方式[5]。輸油泵選用Dy850-125×5型多級(jí)離心泵。表1.3泵的參數(shù)管線設(shè)計(jì)壓力為6.4Mpa，H=PρP——運(yùn)行壓力，pa。ρ——水的密度，kg/mg——重力常數(shù),N/kg,取9.8；H——揚(yáng)程,m；泵的任務(wù)輸量是0.2228m3/s，輸量為0.017m3/s～0.035m3/s，揚(yáng)程為400m～650m水柱。綜合分析得到泵站機(jī)組的運(yùn)行方式為2計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值的相對(duì)誤差用可以用來檢驗(yàn)最小二乘法求得的泵的特性方程。根據(jù)泵的特性方程：Hc用最小二乘法求泵的特性方程：yi=Hi，xi=?Qi2?m表1.4將上表中數(shù)據(jù)代入公式，b=∑xi∑yi?n∑xiH利用公式|d表1.5由中數(shù)據(jù)可知，計(jì)算與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差小于2‰，說明回歸結(jié)果很好，符合誤差要求。所以，泵站特性方程為：HH1.8工程費(fèi)用計(jì)算在輸油管道建設(shè)中，經(jīng)濟(jì)問題考量和技術(shù)問題策畫是所有的設(shè)計(jì)任務(wù)策劃計(jì)劃（包括所選管道比較、選取技術(shù)的類型等)的重中之重。輸油管道在設(shè)計(jì)中會(huì)遇到各種各樣的策劃計(jì)劃對(duì)比問題，管道的總體策劃計(jì)劃是其中最重要關(guān)鍵的也會(huì)直接影響到建設(shè)管道的總費(fèi)用和后期運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)?？傮w策劃計(jì)劃的一個(gè)重要內(nèi)容就是如何選取最優(yōu)策劃計(jì)劃，這通常我們?cè)谶x取最優(yōu)策劃計(jì)劃的時(shí)候，會(huì)根據(jù)技術(shù)方面的常用準(zhǔn)則以及經(jīng)濟(jì)方面的慣用思路，在設(shè)計(jì)管道時(shí)可以通過管道位于的地理經(jīng)濟(jì)環(huán)境進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的解析、評(píng)估和決議，從而可以得到最終策劃計(jì)劃。策劃計(jì)劃的技術(shù)方面的常用準(zhǔn)則以及經(jīng)濟(jì)方面的慣用思路的選擇和綜合評(píng)估決策最佳策劃計(jì)劃是一項(xiàng)十分繁瑣的工作。在管道設(shè)計(jì)中，總體策劃計(jì)劃的重要問題是如何按照任務(wù)給定的輸送油品的輸送量和性質(zhì)，來得出相對(duì)應(yīng)管徑、工作時(shí)所要承受的壓力以及根據(jù)離心泵特性曲線確定的站的數(shù)量。對(duì)于一確定的建設(shè)輸油管道任務(wù)，通常可以選擇很多策劃計(jì)劃其中之一。比如可以選擇管徑小離心泵站的數(shù)量多的計(jì)劃，也管徑大離心泵站的數(shù)量少的計(jì)劃。前者建設(shè)費(fèi)用低，但是年運(yùn)轉(zhuǎn)的消費(fèi)大；后者建設(shè)費(fèi)用大，但是年運(yùn)轉(zhuǎn)的消費(fèi)小。在對(duì)于策劃計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)問題考量和技術(shù)問題策畫選擇問題時(shí)，我們會(huì)用任務(wù)書中的輸送量，按照經(jīng)濟(jì)流速選取幾種管徑策劃計(jì)劃進(jìn)行對(duì)應(yīng)的水力計(jì)算，得到各計(jì)劃需要的離心泵站的數(shù)量，之后計(jì)算出管徑策劃計(jì)劃所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),比較經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定出經(jīng)濟(jì)策劃計(jì)劃。輸油管道的費(fèi)用計(jì)算包括前期投入費(fèi)用的計(jì)算和后期運(yùn)轉(zhuǎn)使用費(fèi)用的計(jì)算。前期投入費(fèi)用包括管道鋪設(shè)花費(fèi)，離心泵站的建設(shè)費(fèi)用，購買設(shè)備費(fèi)用。后期運(yùn)轉(zhuǎn)使用費(fèi)用則包括離心泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)以及維護(hù)檢修管道的費(fèi)用[6]。管材費(fèi)用：海底管道總長(zhǎng)度為65000米對(duì)于Φ480×5.0的管道，經(jīng)查相關(guān)文件管線鋼管規(guī)范可知：?jiǎn)挝幻坠艿乐?0.65kg通過查詢行業(yè)從業(yè)人員可知每噸價(jià)格0.70萬元G重=G錢=4592.25對(duì)于Φ426×4.0的管道，經(jīng)查相關(guān)文件管線鋼管規(guī)范可知：?jiǎn)挝幻坠艿乐?4.34kgG重=G錢=3532.1對(duì)于Φ530×5.0的管道，經(jīng)查相關(guān)文件管線鋼管規(guī)范可知：?jiǎn)挝幻坠艿乐?9.56kgG重=G錢=5171.4瀝青費(fèi)用：1）對(duì)于Φ480×5.0的管道，查詢資料可知費(fèi)用為400萬元。2）對(duì)于Φ426×4.0的管道，查詢資料可知費(fèi)用為300萬元。3）對(duì)于Φ530×5.0的管道，查詢資料可知費(fèi)用為500萬元。泵站費(fèi)用：通過查詢行業(yè)從業(yè)人員可知單個(gè)泵站造價(jià)大約為600萬元1）采用Φ480×5.0的管道，則需要1站P錢=2）采用Φ426×4.0的管道，則需要1站P錢=3）采用Φ530×5.0的管道則需要1站P錢=電力費(fèi)用：選用Dy850-125×5型多級(jí)離心泵P=1500kw設(shè)電費(fèi)每度為0.5元1）對(duì)于Φ480×5.0的管道，E錢=15002）對(duì)于Φ426×4.0的管道，E錢=15003）對(duì)于Φ530×5.0的管道，E錢=1500人工費(fèi)用：對(duì)于Φ480×5.0的管道，通過查詢行業(yè)從業(yè)人員可知鋪設(shè)1km需要5萬元man錢=52）對(duì)于Φ426×4.0的管道，man錢=53）對(duì)于Φ530×5.0的管道，man錢=5總的費(fèi)用：通過查詢相關(guān)資料可知管材設(shè)計(jì)使用年限20年1）對(duì)于Φ480×5.0的管道，S=2）對(duì)于Φ426×4.0的管道，S=3）對(duì)于Φ530×5.0的管道，S=顯而易見Φ480×5.0管徑的管道最符合要求。1.9泵站的調(diào)整首站的進(jìn)站壓力?s1=25油柱，每個(gè)泵站站臺(tái)內(nèi)損失?c=20由前面的計(jì)算可知m=0.25，n=