1总论1.1课题概述1.1.1研究目标原油管道作为油气管道的一种主要项目类型之一，对原油长输管道输送相关工艺进行研究，明确设备参数，通过总结近年来国内原油管道设计经验、主要技术，形成原油管道设计的技术基础，提高相应项目类型的设计效率和质量水平。

1.1.2主要研究内容本课题主要研究内容为：（1）基础数据确定、输油工艺选择（工艺设计需要确定的计算参数，包括原油的粘温数据，原油凝点，以及利用这些参数如何确定输油温度等设计参数及输油工艺。

）（2）输油管道水力热力公式计算。

（3）站内阻力确定（通过计算站内阻力，确定泵的吸入性能及泵的汽蚀余量校核）（4）水击增压计算（通过计算确定水击压力对管道设备的影响，以确定设计压力、保护措施等主要参数）（5）原油管道水力热力工况SPS软件模拟计算（通过SPS软件模拟全线控制方式，主要控制参数温度、压力等设定参考值）（6）安全停输与再启动（原理、流程）（7）关键设备和技术（管材管型选择、壁厚计算及强度校核，输油站布置，输油泵、泄压阀、加热炉、流量计等设备的技术参数及选型）1.1.3关键技术（1）原油管道水力计算，保温管道热力计算。

（2）SPS软件对热油管道输油工艺以及水击过程仿真模拟。

1.1.4技术路线通过借鉴国内中石油输油管道主要建设标准和设计思路，结合已有的CDP 文件和我院在天然气长输管道上的技术积累，主要针对输油管道与输气管道的差异，对输油管道设计过程中工艺方案、主要设备、工艺参数选择的原则及理由进行论述，提高相应输油管道项目的设计效率和技术水平。

1.2遵循的主要标准规范《输油管道工程设计规范》GB50253-2014《压力容器》（GB150.1~150.4-2011）《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》（GB50341 -2014）《立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范》（GB 50128-2014）《钢制焊接石油储罐》（API650-2013）《承压设备焊接工艺评定》（NB/T 47014-2011）《卧式容器》（NB/T 47042-2014）1.3主要成果本次基础工作成果主要有工艺系统设计说明，相关计算的原理说明及计算事例附表，以及典型项目的流程图。

2基础数据根据《输油管道工程设计规范》GB50253-2014中3.1.6的规定：输油管道系统输送工艺设计应包括水力和热力计算，并进行稳态和瞬态水力分析，提出输油管道在密闭输送中的控制方法。

本次主要研究水力计算及瞬态工况分析确定管道保护参数。

2.1水力计算基础数据1）输油量管道的最小任务输量，最大任务输量，设计年输量。

年工作天数按350天计算，计算管道的小时流量，并以此流量进行管道流速、摩阻等水力计算。

2）原油物性原油一般物理化学性质测定项目应满足《输油管道工程设计规范》GB50253-2014中附录B的规定。

事例如下：表2.1-1 原油性质数据表3）原油流变性a. 原油粘温数据原油粘温数据事例见表2.1-2。

表2.1-2 原油粘温数据表4）线路纵断面数据线路纵断面数据指管道长度及沿线海拔高度。

当数据缺乏时，必须提供工艺站场，沿线高点和低点的里程和高程数据。

在计算前应生成纵断面图。

线路纵断面图是管线长度与沿线高程按一定比例画在直角坐标系上的图形，是工艺、线路设计必需的原始资料，工艺专业可根据图形进行水力计算、确定翻越点、布置泵站或减压站。

在做可研阶段，线路没有进行详细勘察，这时可使用谷歌地球软件采取高程数据，并通过现场的关键点踏勘，确定线路的起终点、线路长度，作出线路纵断面图。

在初步设计阶段可用线路测量资料生成准确的线路纵断面图。

5）其他参数若有添加减阻剂或降凝剂输送工艺考虑的应补充相关试验数据。

2.2热力计算基础数据1）原油输送温度原油最高出站温度按照油品的初馏点（常压下不高于初馏点，带压情况可根据饱和蒸汽压与温度的关系估算，防止油品在输送过程中汽化，损坏离心泵）和管道防腐层的耐温性能（高温型三层PE约70℃）确定，一般不高于70℃，特殊的高粘油品不采用离心泵和三层PE防腐的可以采取更高的输送温度。

原油的最低进站温度一般控制在比油品凝点高3～5℃。

管道输送温度应介于最高允许出站温度与最低允许进站温度之间。

2）气象资料地温作为管道散热的环境温度直接影响管道内的温度变化，因此应有管道埋深处的大地逐月地温数据。

事例见表2.2-1和表2.2-2。

表2.2-1 管线地温资料表单位℃表2.2-2 管线不同埋深冬季地温数据表气温数据，需提供月平均气温和年最高气温。

月平均气温用于储罐维温计算，最高气温用于核算泵吸入性。

3）原油比热容原油比热容首先应由实验取得数据，在没有实验条件的情况下，可根据《原油长输管道工程设计》手册中的表1-9-1或表1-9-2查找，无数据情况下也可取经验值2000J/kg.℃。

4）总传热系数保温管道一般采取40mm厚聚氨酯泡沫塑料，按《油气集输设计规范》GB50350-2005中表稍湿土壤选取，D273.1、D219.1管线总传热系数分别取0.89、0.95w/（m2.℃），其中经过积水地区，传热系数根据现场实际情况调整为1.15、1.5 w/（m2.℃）。

也可参考相同地区已建管道运行时反算的传热系数取值。

D457一般取0.7~0.9 w/（m2.℃）对于不保温管道，以D457管道为例，一般取1.8~2.3 w/（m2.℃），部分地下水位较高或稻田等湿度很大的地区，可取到3.0~3.5 w/（m2.℃）对于有详细的土壤物性等参数情况下，总传热系数也可根据式2.1-7计算得到。

计算事例见表2.2-3。

表2.2-3 管线不同保温层厚度不同埋深总传热系数计算结果表3 原油管道水力热力计算3.1 计算公式计算公式采用《输油管道工程设计规范》GB50253-2014中P6第3.2.6节公式。

1）水力计算公式22L V h d gλ=∙ （3.1-1）V =24vq dπ （3.1-2） 64=Re λ（层流） 或 0.250.3164=Re λ （水力光滑） （3.1-3） 4Re vq d πν=（3.1-4） 式中： h-计算管段的沿程摩阻损失（m ）；λ-水力摩阻系数； L-计算管段长度（m ）； d-输油管道的内直径（m ）； V-原油在管内平均流速（m/s ）； g-重力加速度9.8m/s 2q v -输油平均温度下的体积流量（m 3/s ） Re-雷诺数，无量纲数ν-油品运动黏度，m 2/sρ-油品密度，kg/m 3注：目前原油管道的经济流速一般都在层流区和水力光滑区（在此区域阻力与粗糙度无关），对于油品物性好，粘度低的油品（接近成品油）才可能进入混合摩擦区或水力粗糙区。

流态划分按照《输油管道工程设计规范》GB50253-2014 P69附录D 进行，本文不再详述。

2）热力计算公式213231t t t av += （3.1-5）1020al t t b e t t b --=-- a=m K Dq Cπ b= gi ca （3.1-6） 式中： t R —管道起点温度（℃）； T L —管道末点温度（℃）；t 0—埋地管道中心处最冷月份平均地温（℃）； L —管道计算长度(m)；C —输油平均温度下原油比热容[J/（kg ·℃）]；一般约2000D —管道外径(m)；q m —油品质量流量（kg/s ）；K —管道的总传热系数 [W/（m 2·℃）]，D273.1取1.04，D219.1取1.15； i —油流水力坡降； g —重力加速度，m/s 2； a,b —参数代号t av —平均输油温度（℃）；t 1 —原油的起点温度（℃）；t 2 —原油的终点温度（℃）；3）埋地保温管道总传热系数计算。

1211111(ln ln )22b b b b K D D D a d d D a D πππλπλπ=+++ （3.1-7）224lntub ba h D D λ=（3.1-8） 式中d —钢管内径，mD —钢管外径，m D b —保温层外径，ma 1—钢管内热油与钢管传热系数， w/（m2.℃）； a 2—保温层与环境传热系数，w/（m2.℃）； λ—钢管导热系数，w/（m.℃） λb —保温层导热系数，w/（m.℃） λtu —土壤导热系数，w/（m.℃） K —管道总传热系数，w/（m 2.℃）括号中的每一项代表对应的热阻, 钢管内油品与钢管的传热热阻以及钢管本身的热阻很小，一般可忽略 3.2 粘温数据处理 3.2.1离散数据函数化如表2.1-2中所示，粘温数据测定结果是不同温度下的离散值。

管道不同工况下的输送温度是不同的，计算输送温度下的粘度值需要根据离散数据进行插值计算，而长输管道经常需要分段计算，若每种工况的每一段都需要进行一次插值计算将大大影响计算效率，因此需要将离散的粘温数据处理成单值函数。

一般的数学处理软件均可实现，下面介绍一个简单实用的处理软件ZGrapher 。

软件操作界面见图3.2-1。

图3.2-1 ZGrapher软件操作界面第一步，选择Grapher菜单下的Add Table Grapher命令，根据粘温数据表在X列中输入温度，在Y列输入对应的粘度值，见图3.2-2。

输入完成后点击OK 键。

图3.2-2 输入粘温数据表第二步，选择Calculas命令下的Regression命令，第一个下拉菜单选择里选中刚刚输入的表格数据，在regression下的下拉菜单里选中Best Curve Fit,然后点击Calculate按钮，便可得到粘度值Y关于温度值X的函数关系式，见图3.2-3。

点击Add Grapher按钮，可以在主窗口中获得函数曲线和离散点的曲线，可据此判断数据间的误差，见图3.2-4。

图3.2-3 拟合粘温方程图3.2-4 拟合函数与离散数据点关系图处理的结果是得到粘度y与温度x之间的函数关系式。

3.2.2.2混油粘度估算原油随着开采区块的不同油品物性特别是粘温特性可能发生较大变化，管道在运行过程中甚至在设计过程中物性便有较大的变化；严谨的做法是根据各区块产量比例取对应比例的油样混合后，对混合油样测定原油物性和粘温等数据。

当取混合油样的条件不具备或者由于项目工期紧时间来不及时可以利用以下公式进行混合油品粘温数据的预测计算。

1）相近粘度油品混合：适用于粘度比在1～100范围内1/31/31ni i i X μμ==∑式中 μ——混合原油粘度，mPa.siμ——第i 种组分油粘度，mPa.s2）高粘度比油品混合，适合计算稠油和轻质油品混合()0.52373.2745 1.631612121217.04ln(/)γγγγαμμ-=12121212ln ln ln X X X X X X αμμμαα=+++式中1X ——稠油质量比例 2X ——稀油质量比例μ——混合原油粘度，mPa.siμ——第i 种组分油粘度，mPa.sα——经验常熟1γ，2γ——组分油的密度。