某熱油管道工程設計中管徑、壁厚的設計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31846某熱油管道工程設計中管徑、壁厚的設計計算案例 1248511.1粘溫方程 1256591.2初選管徑 311301.3管材選用 5121191.4初選設計壓力 9130101.5確定壁厚 9265081.6選泵及確定泵臺數(shù)和工作方式 121.1粘溫方程表3-1溫度/℃動力粘度/map.sln(粘度）密度kg/運動黏度v（10?6mlnv2525.31.23826.3530.6-10.43010.22.32822.712.3-11.3355.51.70819.056.7-11.9401.31.19815.44.0-12.4502.81.03808.11.5-12.56602.70.99800.81.4-12.6用最小二乘法擬合粘溫曲線:令Yi=lnVXi=t，如表表3-2最小二乘法計算參數(shù)XXYX25625-10.4-26030900-11.3-339351225-11.9-416.5析蠟點401600-12.4-496502500-12.56-628603600-12.6-756由《輸油管道設計與管理》52頁公式：a=Yi-bXinb=當溫度小于析蠟點：Xi=90Yi=a=—6.7b=-0.15故溫度小于析蠟點的粘溫方程：ln當溫度大于析蠟點：Xi=150a=?11.02b=0.0故溫度大于析蠟點的粘溫方程：ln因此：當溫度小于析蠟點時的粘溫方程為：ln當溫度大于析蠟點時的粘溫方程為：ln誤差分析：對于溫度小于析蠟點的粘溫方程：lnR=nXiYiXi=90Yi=?33.6R=3×R對于溫度大于析蠟點的粘溫方程：lnXi=150Yi=?37R=R=1.2初選管徑設計任務書中給出的輸量是管道全年完成的任務，單位是104t/a，進行工藝計算時常用體積輸量，要根據(jù)設計溫度下的油品密度和年輸油時間進行換算?？紤]到管道的維修和事故停輸及輸量的不均衡等因素，為了使設計的管道具有一定的輸送裕量，規(guī)范規(guī)定年工作天數(shù)為350天，每天按24小時計算，全年工作時數(shù)為8400小時。TR=T凝TZ=T凝T平=13（1）密度ρ20。ρρε=1.825?0.001315ρ25=830-0.73×（25-20）=826.35式中ρ20,ρ將給定年質(zhì)量數(shù)量換算為年體積輸量，其中每年運行天數(shù)為350天，每天運行時間為24小時。質(zhì)量流量：

G體積輸量：Q根據(jù)經(jīng)濟流速，初定管徑根據(jù)經(jīng)濟流速，初選管徑。由于各國情況不同，其設備、材料價格、基建工程費用、燃料及動力價格均不同，因而各國的經(jīng)濟流速也不同，動力價格低的國家其經(jīng)濟流速高。我國長距離輸油管道中原油和成品油管道的推薦流速如表1所示。表3-3我國長距離輸油管道中原油和成品油管道的推薦流速表3-3管徑徑/mm流速/(m/s)管徑/mm流速/(m/s)管徑/mm流速/(m/s)2191.04261.28201.92731.05301.39202.13251.16301.410202.33551.17201.612202.7由式：(3-4)式中——流量，m3/s；V——流速。m/sV=1m/s==276mmV=1.1m/s==262mmV=1.2m/s==252mm計算出管徑d，按照國內(nèi)鋼管和API標準的部分鋼管尺寸規(guī)格選擇一個與計算結(jié)果較近的管徑d，并根據(jù)初選的管徑選擇2～3種相鄰的管徑作為后續(xù)計算比對管徑。根據(jù)規(guī)定的輸量，若選用較大的管徑，可降低輸送壓力，減少泵站數(shù)，從而減少了泵站的費用，降低了輸油的動力消耗，但同時也增加了管路的建設費用。根據(jù)目前國內(nèi)輸油管道的實際經(jīng)驗，輸油管道的經(jīng)濟流速在1.0~2.0m/s之間。選擇經(jīng)濟流速為V=1.0m/s時，試算管徑為D=276mm根據(jù)表3-3初選管徑為D0=273根據(jù)管道規(guī)格，對于輸油管道，DN400及以下小口徑管道宜選用直縫電阻焊鋼管或螺旋縫埋弧焊鋼管，DN400以上管道宜選用螺旋縫埋弧焊鋼管，大型穿跨越等特殊地區(qū)可選用直縫埋弧焊管。熱煨彎管宜選用無縫鋼管或直縫鋼管。選出與初定管徑相近的兩種管徑初選用L390螺旋縫埋弧焊鋼管D1=219初選用L390螺旋縫埋弧焊鋼管=325mm初選用L390螺旋縫埋弧焊鋼管=355mm1.3管材選用管道線路是管道工程的最重要部分，大約占管道總工程投資的2/3，因此管材的選取對于整個工程有非常大的影響。1、管材鋼級：在實際工程設計中，通過對各鋼種的性能、質(zhì)量、供應資源、供應周期、消耗和投資的比較，分析其對工程的適應性，最后選出推薦鋼級。目前油氣管道主要采用X56、X60、X65、X70等按API標準分類的鋼管。對于管徑大于DN1000的大口徑高壓(10MPa及以上)鋼管，建議將X80管級納入比較選擇范圍。在選擇管材等級時，如果壁厚計算圓整后規(guī)格仍相同，那么則應該選用強度較低的管材。2、許用應力：工藝設計階段要進行管壁厚度和管道強度計算，因此需要知道所用管材的許用應力值。許用應力按下式計算： （3－5）式中—許用應力（MPa）；K—設計系數(shù)，一般地段取0.72；—鋼管的最低屈服強度（MPa）；—焊縫系數(shù)?！遁斢凸艿拦こ淘O計規(guī)范GB50253－2003》中列出了經(jīng)常使用的輸油管道鋼的最低屈服強度和焊縫系數(shù)，如表3-4所示。表3-4鋼管的最低屈服強度和焊縫系數(shù)鋼管標準名稱鋼號或鋼級最低屈服強度(MPa)焊縫系數(shù)備注《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163－1999Q295295(S>16mm為285)1.0S為鋼管的公稱壁厚Q345325(S>16mm為315)20245(S>16mm為235)《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術條件第1部分：A級鋼管》GB/T9711.1－1997L175(A25)175(172)1.0L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555(X80)555(551)《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術B級鋼管》GB/T9711.2－1999L245NBL245MB245~440*1.0B級管的質(zhì)量和試驗要求高于A級管L290NBL290MB290~440*L360NBL360QBL360MB360~510*L415NBL415QBL415MB415~565*L450QBL450MB450~570*L485QBL485MB485~605*L555QBL555MB555~675*本工程采用直縫高頻焊鋼管。全面考慮輸油系統(tǒng)的承壓、泵的特性、閥門及管件的承壓等級等因素，最終選用X70直縫高頻焊鋼管。1.4初選設計壓力在選取設計壓力時可以根據(jù)一下數(shù)據(jù)來選取，不同直徑輸油管道的經(jīng)濟輸量及壓力工作范圍，如表3-5：表3-5干線輸油管道的工作壓力與經(jīng)濟輸量范圍干線輸油管道管徑/mm工作壓力/MPa輸量/(106t·a-1)2198.8～9.80.7～1.22737.4～8.31.1～1.83256.6～7.41.6～2.43555.4～6.42.2～1.44265.4～6.41.2～4.45295.3～6.14.0～9.06305.1～5.57～137205.6～6.111～198205.5～5.915～2710205.3～5.923～5012205.1～5.541～78由干線管道壓力與經(jīng)濟輸量范圍表知：輸量為150萬t/a的管道工作壓力為7.4～8.3MPa，則在初選管徑下的工作壓力為P=8MPa。1.5確定壁厚按照下面的公式計算管子的壁厚(3-6)式中P——設計壓力（MPa）；D——鋼管外徑（mm）； ——鋼管許用應力(MPa)然后將壁厚圓整至標準壁厚，并按照國內(nèi)鋼管和API標準的部分鋼管尺寸規(guī)格選取管子壁厚及管子型號。對于小口徑管選取壁厚應圓整到大于5mm的規(guī)格壁厚。另外，在實際選取壁厚過程中，應選取滿足壓力需求條件下的最小壁厚，以達到節(jié)省投資的目的。表3-6鋼管的最低屈服強度和焊縫系數(shù)鋼管標準名稱鋼號或鋼級最低屈服強度(MPa)焊縫系數(shù)備注《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163－1999Q295295(S>16mm為285)1.0S為鋼管的公稱壁厚Q345325(S>16mm為315)20245(S>16mm為235)《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術條件第1部分：A級鋼管》GB/T9711.1－1997L175(A25)175(172)1.0L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555(X80)555(551)《石油天然氣工業(yè)輸送管道交貨技術B級鋼管》GB/T9711.2－1999L245NBL245MB245~440*1.0B級管的質(zhì)量和試驗要求高于A級管L290NBL290MB290~440*L360NBL360QBL360MB360~510*L415NBL415QBL415MB415~565*L450QBL450MB450~570*L485QBL485MB485~605*L555QBL555MB555~675*注：①NB為無縫鋼管和焊接鋼管用鋼，QB為無縫鋼管用鋼，MB為焊接管用鋼；②括號內(nèi)的鋼級及屈服強度為API5L標準的數(shù)值；③帶*數(shù)值為0.5%總伸長下的應力值，在此值范圍內(nèi)，由用戶在合同書中提出具體要求。則查表知δs=485MPa,=1.0以及取K=0.72,則=0.72×1×當D1=219mmδ1=PD2[當D2=273mmδ1=PD2[當D3=325mmδ1=PD2[當D3=355mmδ1=PD2[表3-7三種管徑的計算壁厚和選取壁厚外徑D（mm）計算壁厚（mm）選取壁厚（mm）內(nèi)徑d（mm）2192.511.2212.62731.131.2266.63251.731.5318.03554.064.03471.6選泵及確定泵臺數(shù)和工作方式管線的設計輸量，初選管線工作壓力為P=8Mpa由公式得：選泵時應充分利用管道的承壓能力，并且使泵在高效工作區(qū)中工作;確定泵型號參數(shù)如表3-8：表3-8泵的型號參數(shù)型號流量Qm3/h揚程Hm軸功率KW效率%DM16-60×1660114898.8698510961027112010