西部原油輸送管道設(shè)計(jì)--長輸管道工藝課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《長輸管道工藝課程設(shè)計(jì)》</p><p>　設(shè)計(jì)任務(wù)西部原油輸送管道設(shè)計(jì)</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　學(xué) 院機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院</p><p>　班 級</p><p>　姓 名</p><p>　學(xué) 號</p>&l

2、t;p>　小 組</p><p>　同組學(xué)生</p><p>　完成日期</p><p>　成 績</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　初步設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>

3、;　　1、管線長度及高程</b></p><p>　　原油及成品油管道干線起于新疆的鄯善終于甘肅的蘭州市，干線實(shí)長見里程、高程表(里程、高程表另附表格，注意保密)。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)輸量</b></p><p>　　鄯善——蘭州原油干線為：2000×104 t/a；</p><p&

4、gt;　　3、鄯善——蘭州原油干線設(shè)計(jì)壓力主要為8.0 MPa</p><p><b>　　4、原油物性</b></p><p><b>　　原油主要物性</b></p><p><b>　　原油動力粘度</b></p><p><b>　　5、地溫</b>

5、;</p><p>　　冬季埋深處平均地溫2℃；</p><p>　　夏季埋深處平均地溫22℃。</p><p><b>　　6、管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　管線長度為L=1300+60k(km)，其中為學(xué)生所在組號(每組人數(shù)不超過3人；含留學(xué)生的小組，人數(shù)不超4人)。管道首站里程坐標(biāo)為290km，管道實(shí)際

6、長度以該點(diǎn)為0km計(jì)。若管線長度超過管道里程表里程1550(1840-290)，則里程增加，高程維持1539不變。</p><p>　　土壤導(dǎo)熱系數(shù)=1.4W/(m℃)。</p><p>　　管道埋深1.8 m。</p><p>　　首站進(jìn)站壓力：0.2 MPa，其余各站的最低允許進(jìn)站壓力：0.2MPa。</p><p>　　7、分輸：玉門原

7、油分輸支線分輸量為：200×104 t/a</p><p>　　8、輸油泵特性曲線、加熱爐參數(shù)見附錄。</p><p><b>　　9、經(jīng)濟(jì)參數(shù)</b></p><p>　　燃料油參考價格：3600元/噸。電力價格：0.55元/度。</p><p>　　每公里管長投資 Y=508153e0.0026d，d為管

8、徑mm。</p><p>　　中間泵站造價約 0.60 億元/座+N臺輸油泵價格；(每臺輸油泵 580萬)</p><p>　　中間加熱站造價：0.48 億元/座+N臺加熱爐價格；(每臺加熱爐 360萬)</p><p>　　中間熱泵站造價：0.74億元/座+ N臺加熱爐價格+ N臺輸油泵價格。</p><p><b>　　初步工藝

9、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　繪制管線縱斷面圖。</b></p><p>　　管材等級為X70。根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速比選管徑、壁厚(做不少于三個管徑的比選)、確定管徑、壁厚等。根據(jù)已給設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行管道熱力計(jì)算和水力計(jì)算，布置熱站。調(diào)整泵站和加熱站的位置，達(dá)到熱泵站合一，重新確定調(diào)整后各站的進(jìn)、出站溫度；判斷翻越點(diǎn)。校核動、靜水壓力是否超壓。如有必要

10、須考慮減壓站。比較不同管徑對泵站數(shù)和布站的影響。</p><p>　　確定輸油泵機(jī)組、加熱爐。</p><p>　　計(jì)算靜態(tài)投資和動態(tài)投資，推薦投資和運(yùn)行費(fèi)用最低的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　繪制首站工藝流程圖。</p><p>　　編寫初步工藝設(shè)計(jì)報告。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)報告基本要求&l

11、t;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)報告要求用A4紙打印(或手寫)、裝訂，內(nèi)容包括：</p><p>　　封皮(包括設(shè)計(jì)題目、班級、姓名、學(xué)號、同組同學(xué)姓名指導(dǎo)教師姓名)；</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；</b></p><p>　　計(jì)算說明書一份(可以計(jì)算機(jī)打印，也可以手寫)；</p>

12、<p>　　計(jì)算書一份(可以計(jì)算機(jī)打印，也可以手寫)；</p><p>　　源程序代碼、程序運(yùn)行結(jié)果以及結(jié)果分析；</p><p>　　工藝流程圖(可用計(jì)算機(jī)繪圖，也可以手工繪制)。</p><p><b>　　成績評定</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)總成績由：平時成績(占25%)+答辯成績(占50%)

13、+設(shè)計(jì)報告成績(占25%)組成。答辯以組為單位進(jìn)行，按照自主報名+現(xiàn)場隨機(jī)抽取。未答辯組的成績按參加答辯組的平均答辯成績計(jì)算。</p><p><b>　　計(jì)算說明書</b></p><p><b>　　鋼管規(guī)格選取</b></p><p><b>　　1、確定管道直徑</b></p>

14、<p>　　依據(jù)管道情況選定出站溫度TR，按照《GB50253-2003輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，對于含蠟原油，進(jìn)站溫度TZ不得低于凝點(diǎn)3℃，計(jì)算管輸條件下油品的平均溫度，如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　已知油品在20℃下的密度，可計(jì)算出平均溫度下油品的密度：</p><p><b&g

15、t;　?。?）</b></p><p>　　式中，—原油在計(jì)算溫度下的密度；—原油相對密度；</p><p>　　—原油在20℃時的相對密度；—溫度系數(shù)；T—計(jì)算溫度。</p><p>　　其中，溫度系數(shù)計(jì)算如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　年輸油

16、時間取350d(8400h)，將年輸量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位的體積輸量Q，經(jīng)濟(jì)流速取1.5 m/s，計(jì)算管徑如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　計(jì)算出管徑后，查閱API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，選取至少三個最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑方案，針對每一種管徑方案，進(jìn)行管道壁厚計(jì)算、熱力計(jì)算、水力計(jì)算，并通過經(jīng)濟(jì)比選，確定出最優(yōu)管徑。</p><p&

17、gt;<b>　　2、確定管道壁厚</b></p><p>　　選定鋼材等級，確定其許用應(yīng)力：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：K—設(shè)計(jì)系數(shù)，按一級地區(qū)取值為0.72；</p><p>　　φ—焊縫系數(shù)，取1.0；</p><p>　　σ

18、s—最低屈服強(qiáng)度。</p><p>　　對于每一個管徑方案，計(jì)算其壁厚如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，P—設(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　D—管道直徑，mm；</p><p>　　查閱API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，選取每個管徑方案下最接近計(jì)算壁厚的標(biāo)準(zhǔn)壁

19、厚。</p><p><b>　　3、反算經(jīng)濟(jì)流速</b></p><p>　　根據(jù)選出的管徑和壁厚計(jì)算出實(shí)際流速，驗(yàn)證是否處在經(jīng)濟(jì)流速內(nèi)。</p><p><b>　　熱力計(jì)算</b></p><p><b>　　1、計(jì)算總傳熱系數(shù)</b></p><p&

20、gt;　　確定鋼管防腐層材料和厚度，由土壤的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算管外壁至土壤的放熱系數(shù)：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，—土壤導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；</p><p><b>　　—管中心埋深；</b></p><p>　　—與土壤接觸的管外徑。</

21、p><p>　　計(jì)算總傳熱系數(shù)，如下：</p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　式中，K—總傳熱系數(shù)W/(m·℃)；</p><p><b>　　D—計(jì)算直徑，m；</b></p><p>　　α1—油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/(m2·

22、℃)；</p><p><b>　　D1—管內(nèi)徑，m；</b></p><p>　　D2—鋼管外徑，m；</p><p>　　D3—結(jié)構(gòu)外徑，m；</p><p><b>　　2、加熱站間距計(jì)算</b></p><p>　　由列賓宗溫降公式得加熱站間距計(jì)算如下：</p&

23、gt;<p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，LRjs—管道加熱輸送的計(jì)算長度，m；</p><p>　　K—管道總傳熱系數(shù)，W/(m·℃)；</p><p>　　TR—油品出站溫度，℃；</p><p>　　TL—進(jìn)站溫度，℃；</p><p>　　

24、T0—管道埋深處自然地溫，℃；</p><p>　　g—重力加速度，m/s2；</p><p>　　c—油品的比熱容，J/(kg·℃)，計(jì)算如下：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　　3、確定加熱站數(shù)</b></p><p>　

25、　上面確定出了加熱站間距，因而可以計(jì)算全線所需加熱站數(shù)：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　對加熱站數(shù)取整，重新計(jì)算站間距，固定進(jìn)站溫度，反算不同輸量臺階、不同季節(jié)的出站溫度，迭代計(jì)算，直到前后兩次出站溫度值的差值在合理范圍內(nèi)。</p><p><b>　　（12）</b></p>

26、;<p><b>　　4、確定加熱站位置</b></p><p>　　編程迭代計(jì)算后，可得到調(diào)整后的各個加熱站的位置以及進(jìn)出口溫度，在縱斷面圖上進(jìn)行布置。</p><p><b>　　水力計(jì)算</b></p><p><b>　　1、確定流體流態(tài)</b></p><p

27、><b>　　a.計(jì)算流速：</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　式中，d—管內(nèi)徑，mm；</p><p>　　b.確定計(jì)算溫度下油品的粘度：</p><p>　　由原油的粘溫?cái)?shù)據(jù)擬合粘溫曲線關(guān)系，可確定出其粘溫指數(shù)：</p><p&g

28、t;<b>　?。?4）</b></p><p>　　式中，，—溫度T1、T2時油品的運(yùn)動粘度，m2/s；u—粘溫指數(shù)，1/℃。</p><p>　　代入粘溫指數(shù)，可以確定計(jì)算溫度下原油的運(yùn)動粘度。</p><p><b>　　c.計(jì)算雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　?。?5）

29、</b></p><p><b>　　第一臨界雷諾數(shù)，；</b></p><p>　　式中，ε—管道相對粗糙度。確定出流動處于水力光滑區(qū)。</p><p><b>　　2、計(jì)算沿程摩阻</b></p><p>　　由列賓宗水力坡降公式得：</p><p><

30、b>　?。?6）</b></p><p>　　考慮到局部摩阻，總摩阻取沿程摩阻的1.01倍。</p><p><b>　　3、計(jì)算泵站數(shù)</b></p><p>　　設(shè)出站壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力8MPa（951.62m），進(jìn)站壓力為0.2MPa（17m），則可確定泵站數(shù)為：</p><p><b>

31、　?。?7）</b></p><p>　　對計(jì)算泵站數(shù)取整，在保證出站不超壓、進(jìn)站不欠壓的前提下，重新確定每個泵站的位置并計(jì)算在不同輸量臺階下每個泵站所需提供的揚(yáng)程。</p><p><b>　　熱泵合一</b></p><p>　　調(diào)整泵站和加熱站的位置，達(dá)到熱泵站合一，重新進(jìn)行熱力計(jì)算和水力計(jì)算，確定出各站的出站溫度和所需提供的

32、最大揚(yáng)程。其中熱力計(jì)算按管道投產(chǎn)初期和末期的生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行，水力計(jì)算按滿負(fù)荷進(jìn)行。</p><p>　　校核動、靜水壓力是否超壓。</p><p>　　如有必要則考慮減壓站。</p><p><b>　　泵機(jī)組加熱爐配置</b></p><p>　　1、確定泵參數(shù)和泵機(jī)組的配置方案</p><p>

33、　　按照計(jì)算所得的的每個泵站所需的揚(yáng)程，選擇泵的臺數(shù)，計(jì)算一臺泵的揚(yáng)程：</p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　每臺泵的原動機(jī)的功率應(yīng)大于等于輸油時泵的軸功率</p><p><b>　　（19）</b></p><p>　　式中，QV—泵的額定流量，m3/s； ρ—原油

34、密度，kg/m3；</p><p>　　H—泵的額定揚(yáng)程； η—泵效率。</p><p>　　2、確定各站加熱爐的配置方案</p><p>　　每個加熱站的有效熱負(fù)荷必須大于加熱站需要提供的熱能，加熱設(shè)備聯(lián)接形式為并聯(lián)，且《GB50253-2006輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定每個加熱站加熱設(shè)備不少于2臺，依此確定出加熱設(shè)備的臺數(shù)，確定出每一臺加熱設(shè)備的流量，則其熱負(fù)

35、荷計(jì)算如下：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　式中，Q—加熱設(shè)備的熱負(fù)荷，W；</p><p>　　qm—進(jìn)入加熱設(shè)備的油品流量，kg/s；</p><p>　　c—加熱設(shè)備進(jìn)出口平均溫度下油品的比熱容，J/(kg·℃)；</p><p>　　t1—加熱

36、設(shè)備出口油品溫度，℃；</p><p>　　t2—加熱設(shè)備進(jìn)口油品溫度，℃。</p><p><b>　　技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算</b></p><p>　　目前所確定的三方案互斥，用費(fèi)用現(xiàn)值法進(jìn)行方案比選，即把管道從投資到運(yùn)行的20年的費(fèi)用折算到第0年進(jìn)行比較。費(fèi)用包括固定資產(chǎn)投資，流動資金和經(jīng)營成本。</p><p><

37、b>　　固定資產(chǎn)投資</b></p><p><b>　　管道站場建設(shè)費(fèi)用：</b></p><p>　　式中，Sg—管道建設(shè)總資費(fèi)；</p><p>　　s—單位長度總投資；</p><p><b>　　L—管線長度。</b></p><p><b&

38、gt;　　站場建設(shè)費(fèi)用：</b></p><p>　　中間泵站造價約 0.60 億元/座+N臺輸油泵價格；(每臺輸油泵 580萬)</p><p>　　中間加熱站造價：0.48 億元/座+N臺加熱爐價格；(每臺加熱爐 360萬)</p><p>　　中間熱泵站造價：0.74億元/座+ N臺加熱爐價格+ N臺輸油泵價格。</p><p&

39、gt;　　所有建設(shè)費(fèi)用均發(fā)生在第0年。每公里管長投資 Y=508153e0.0026d 元，d為管徑mm。其中，60%的資金為貸款，利率按當(dāng)前利率計(jì)算，設(shè)貸款的付息周期為半年。</p><p>　　利息按單利公式計(jì)算：</p><p>　　將個方案應(yīng)付利息折算至第0年：</p><p>　　因此，固定資產(chǎn)費(fèi)用現(xiàn)值為：；</p><p>　　式

40、中，G-固定資產(chǎn)建設(shè)費(fèi)用，-利息費(fèi)用現(xiàn)值</p><p><b>　　經(jīng)營成本</b></p><p><b>　　加熱爐的燃料費(fèi)用</b></p><p>　　式中，─燃料費(fèi)用，元/年；</p><p>　　─燃料油價格，3600元/噸；</p><p>　　─原油比熱，J

41、/（kg?℃）；</p><p>　　─燃料油熱值，J/kg；</p><p>　　─第i加熱站的出站溫度，℃；</p><p>　　─第i加熱站的進(jìn)站溫度，℃；</p><p>　　─第i加熱站的加熱爐效率；</p><p>　　G──管道年輸量，噸/年；</p><p><b>　

42、　─加熱站個數(shù)。</b></p><p><b>　　泵機(jī)組的電力費(fèi)用</b></p><p>　　式中，─全線泵機(jī)組所消耗的電力費(fèi)用，元/年；</p><p>　　─第i泵站的揚(yáng)程，m；</p><p>　　─電力價格，元/kWh；</p><p>　　─第i泵站泵機(jī)組的效率，取83

43、.3%；</p><p>　　G─年輸量，噸/年；</p><p><b>　　─泵站數(shù)。</b></p><p><b>　　經(jīng)營成本的計(jì)算</b></p><p>　　經(jīng)營成本以能源消耗的3倍計(jì)算。將每年的經(jīng)營成本按折現(xiàn)公式折算至第0年。1-20年總經(jīng)營成本的計(jì)算公式：</p>&

44、lt;p><b>　　流動資金計(jì)算</b></p><p>　　流動資金按管內(nèi)存油價值計(jì)算，則</p><p>　　式中，ey—原油價格，美元/桶；</p><p>　　r—美元對人民幣的匯率；</p><p><b>　　d—管道內(nèi)徑，m；</b></p><p>　

45、　L—管道總長，km；</p><p>　　第一年發(fā)生資金流動，最后一年年末回收流動資金。第一年的流動資金折算至第0年為：；</p><p>　　最后一年的流動資金折算至第0年為：</p><p>　　流動資金費(fèi)用現(xiàn)值為;</p><p><b>　　總費(fèi)用現(xiàn)值</b></p><p>　　繪制首

46、站熱泵站的工藝流程</p><p>　　為了保證安全經(jīng)濟(jì)地輸送油品，設(shè)計(jì)首站加熱站的工藝流程，使其具有接收來油、計(jì)量、站內(nèi)循環(huán)、正輸、反輸、加熱、收發(fā)清管器、壓力越站、熱力越站、跨越站等功能。由于是密閉輸油流程，因而必須設(shè)置壓力泄放罐等水擊保護(hù)裝置，并采用SCADA超前保護(hù)，配套使用調(diào)節(jié)閥出站調(diào)節(jié)和啟停泵操作，防止水擊超壓。</p><p><b>　　計(jì)算書</b>

47、</p><p><b>　　鋼管規(guī)格的選取</b></p><p><b>　　1、確定管道直徑</b></p><p>　　由于油品的凝點(diǎn)為10℃，最高加熱溫度為50℃，因此設(shè)定出站溫度為50℃，進(jìn)站溫度為13℃，則平均溫度為：</p><p>　　由此可以計(jì)算得到平均密度為：</p>

48、;<p><b>　　分輸前體積流量為：</b></p><p>　　分輸送后體積流量為：</p><p>　　取經(jīng)濟(jì)流速為1.5m/s，1.7 m/s，1.8m/s。</p><p>　　因此，計(jì)算管內(nèi)徑為：</p><p>　　查閱《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，可取三個管外徑方案，分別為：8

49、64.0mm，813.0mm，762.0mm.</p><p><b>　　2、確定管道壁厚</b></p><p>　　Ⅰ.方案一 管外徑取864.0mm</p><p>　　對于X70的鋼材，由《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第1部分：A級鋼管》GB/T 9711.1-1997 查得其最低屈服強(qiáng)度σs為485MPa，則其許用應(yīng)力為：<

50、/p><p>　　式中，K—設(shè)計(jì)系數(shù)，按一級地區(qū)取值為0.72；</p><p>　　φ—焊縫系數(shù)，取1.0；</p><p>　　σs—最低屈服強(qiáng)度。</p><p><b>　　則計(jì)算壁厚為：</b></p><p>　　式中，P—設(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　D

51、—管道直徑，mm；</p><p>　　查API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，取壁厚為10.3mm，則管內(nèi)徑為845mm。</p><p>　?、?方案二 管外徑取813.0mm</p><p>　　查API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，取壁厚為9.5mm，管內(nèi)徑為794mm。</p><p>　　Ⅲ.方案三 管外徑取762.0mm</p><p>

52、　　查API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，取壁厚為9.5mm，管內(nèi)徑為743mm。</p><p><b>　　3、反算經(jīng)濟(jì)流速</b></p><p>　　根據(jù)選出的管徑和壁厚計(jì)算出實(shí)際流速，驗(yàn)證是否處在經(jīng)濟(jì)流速內(nèi)。</p><p>　　以上算法可在C#編程計(jì)算，運(yùn)行后結(jié)果如下：</p><p>　　以下以分案以為例，分別對三個方案逐

53、一進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和必選。</p><p><b>　　熱力計(jì)算</b></p><p><b>　　1、計(jì)算總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　管道防腐層選用3層PE，依據(jù)SY-0413-2002，厚度選為3.2mm（加強(qiáng)級），查得其導(dǎo)熱系數(shù)為0.42W/(m·K)。</p><p>

54、;　　計(jì)算管外壁至土壤的放熱系數(shù)：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1.57</b></p><p>　　式中，—土壤導(dǎo)熱系數(shù),取1.4W/(m·℃)；</p><p>　　—管中心埋深，取1.8m；</p><p>　　—與土

55、壤接觸的管外徑，取0.8824m。 </p><p><b>　　計(jì)算總傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　式中，K—總傳熱系數(shù)W/(m·℃)；</p><p>　　D—計(jì)算直徑，取0.864m；</p><p>　　α1—油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/(m2·℃)，本計(jì)算中忽略；</p&g

56、t;<p>　　D1—管內(nèi)徑，本計(jì)算中忽略；</p><p>　　D2—鋼管外徑，0.864m；</p><p>　　D3—結(jié)構(gòu)外徑，0.8824m；</p><p>　　α2—管外壁至土壤的放熱系數(shù)，計(jì)算得1.57W/(m2·℃)；</p><p>　　Dw—管道的結(jié)構(gòu)外徑，0.8824m。</p>&

57、lt;p>　　上式中代入數(shù)值計(jì)算，得：Ｋ＝1.56 W/(m·℃).</p><p>　　2、加熱站間距計(jì)算：</p><p>　　由列賓宗溫降公式求Ljs。</p><p>　　式中，G—油品的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　c—輸油平均溫度下油品的比熱容，J/(kg·℃)；</p><

58、;p><b>　　D—管道外徑，m；</b></p><p>　　Ljs—管道加熱輸送的計(jì)算長度，m；</p><p>　　K—管道總傳熱系數(shù)，W/(m·℃)；</p><p>　　TR—油品出站溫度，取50℃；</p><p>　　TL—進(jìn)站溫度，取13℃；</p><p>　　

59、T0—管道埋深處自然地溫，2℃；</p><p><b>　　i—油流水力坡降；</b></p><p>　　g—重力加速度，m/s2；</p><p>　　c—油品的比熱容J/(kg·℃)，?。?lt;/p><p>　　所需設(shè)置的加熱站數(shù)為：</p><p>　　對站數(shù)取整NR，得到調(diào)整后

60、站間距</p><p>　　C#編程固定進(jìn)站溫度為13℃，對出站溫度進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足前后兩次結(jié)果誤差小于0.01。運(yùn)行結(jié)果如下圖：</p><p><b>　　水力計(jì)算</b></p><p>　　此部分編程計(jì)算，可得到不同方案、冬季夏季、分輸前分輸后在加熱站間距上的水力坡降及流量。計(jì)算結(jié)果見上圖。</p><p>

61、;<b>　　熱泵合一</b></p><p>　　調(diào)整泵站和加熱站的位置，達(dá)到熱泵站合一，重新進(jìn)行熱力計(jì)算和水力計(jì)算，確定出各站的出站溫度和所需提供的最大揚(yáng)程。其中熱力計(jì)算按管道投產(chǎn)初期和末期的生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行，水力計(jì)算按滿負(fù)荷進(jìn)行。</p><p>　　校核動、靜水壓力是否超壓。如有必要則考慮減壓站。</p><p>　　泵機(jī)組加熱爐布置方案&

62、lt;/p><p><b>　　1、泵機(jī)組布置</b></p><p>　　根據(jù)初步設(shè)計(jì)資料提供的2種泵曲線圖整理得以下數(shù)據(jù)：</p><p>　　編程水力計(jì)算得到以下數(shù)據(jù)：</p><p>　　首站泵站的進(jìn)站壓頭為0.2MPa，各站最低進(jìn)站壓力0.2MPa，出站壓頭為滿負(fù)荷8.0MPa，站內(nèi)摩阻20m，對各站進(jìn)行布置，保證

63、進(jìn)站不欠壓，出站不超壓。在縱斷面圖上繪出各站布置以及運(yùn)行時壓力狀態(tài)。</p><p><b>　　2、加熱爐布置</b></p><p>　　加熱爐的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)</p><p>　　熱負(fù)荷法： N=Q/Qf，Q為輸油熱負(fù)荷，Qf為加熱爐額定熱負(fù)荷。</p><p>　　流量法：N=Qv/Qvf, Qv為輸油體

64、積流量，Qvf為加熱爐介質(zhì)額定流量。</p><p>　　綜合所述泵機(jī)組及加熱爐布置如下：</p><p><b>　　762/9.5</b></p><p><b>　　813/9.5</b></p><p><b>　　864/10.3</b></p><

65、;p><b>　　技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算</b></p><p>　　目前所確定的三方案互斥，用費(fèi)用現(xiàn)值法進(jìn)行方案比選，即把管道從投資到運(yùn)行的20年的費(fèi)用折算到第0年進(jìn)行比較。費(fèi)用包括固定資產(chǎn)投資，流動資金和經(jīng)營成本。</p><p><b>　　固定資產(chǎn)投資</b></p><p><b>　　管道站場建設(shè)費(fèi)用：&

66、lt;/b></p><p>　　式中，Sg—管道建設(shè)總資費(fèi)；</p><p>　　s—單位長度總投資；</p><p><b>　　L—管線長度。</b></p><p><b>　　站場建設(shè)費(fèi)用：</b></p><p>　　中間泵站造價約 0.60 億元/座+N臺

67、輸油泵價格；(每臺輸油泵 580萬)</p><p>　　中間加熱站造價：0.48 億元/座+N臺加熱爐價格；(每臺加熱爐 360萬)</p><p>　　中間熱泵站造價：0.74億元/座+ N臺加熱爐價格+ N臺輸油泵價格。</p><p>　　所有建設(shè)費(fèi)用均發(fā)生在第0年。每公里管長投資 Y=508153e0.0026d 元，d為管徑mm。</p>

68、<p>　　其中，60%的資金為貸款，利率按當(dāng)前利率計(jì)算，設(shè)貸款的付息周期為半年。</p><p>　　利息按單利公式計(jì)算：</p><p>　　將個方案應(yīng)付利息折算至第0年：</p><p>　　因此，固定資產(chǎn)費(fèi)用現(xiàn)值為：；</p><p>　　式中，G-固定資產(chǎn)建設(shè)費(fèi)用，-利息費(fèi)用現(xiàn)值</p><p>&

69、lt;b>　　經(jīng)營成本</b></p><p><b>　　加熱爐的燃料費(fèi)用</b></p><p>　　式中，─燃料費(fèi)用，元/年；</p><p>　　─燃料油價格，3600元/噸；</p><p>　　─原油比熱，J/（kg?℃）；</p><p>　　─燃料油熱值，J/kg

70、；</p><p>　　─第i加熱站的出站溫度，℃；</p><p>　　─第i加熱站的進(jìn)站溫度，℃；</p><p>　　─第i加熱站的加熱爐效率0.85；</p><p>　　G──管道年輸量，噸/年；</p><p><b>　　─加熱站個數(shù)。</b></p><p>

71、;<b>　　泵機(jī)組的電力費(fèi)用</b></p><p>　　式中，─全線泵機(jī)組所消耗的電力費(fèi)用，元/年；</p><p>　　─第i泵站的揚(yáng)程，m；</p><p>　　─電力價格，元/kWh；</p><p>　　─第i泵站泵機(jī)組的效率，取83.3%；</p><p>　　G─年輸量，噸/年；&

72、lt;/p><p><b>　　─泵站數(shù)。</b></p><p><b>　　經(jīng)營成本的計(jì)算</b></p><p>　　經(jīng)營成本以能源消耗的3倍計(jì)算。</p><p><b>　　總費(fèi)用現(xiàn)值</b></p><p>　　總費(fèi)用現(xiàn)值為固定投資和運(yùn)營費(fèi)用的總

73、和，計(jì)算如下：</p><p>　　選用864/10.3方案。</p><p><b>　　源程序及運(yùn)行結(jié)果</b></p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　using System;</p><p>　　using System.Collection

74、s.Generic;</p><p>　　using System.Linq;</p><p>　　using System.Text;</p><p>　　namespace ConsoleApplication1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　class Prog

75、ram</p><p>　　{static void Main(string[] args)</p><p>　　{ double Q = 20000000;//年輸量kg</p><p>　　double Tz = 13;//進(jìn)站溫度℃</p><p>　　double Tr = 50;//初定出站溫度℃</p><

76、p>　　double TR;//校核出站溫度℃</p><p>　　double T0 = 2;//冬季地溫℃</p><p>　　double T1 = 22;//夏季地溫℃</p><p>　　double L;//管道長度m</p><p>　　double Qv;//冬季體積流量m3/s</p><p>

77、　　double Qvx;//夏季體積流量m3/s</p><p>　　double Tpj;//平均溫度℃</p><p>　　double v;//動力粘度</p><p>　　double Gc;//質(zhì)量流量kg/s</p><p>　　double i = 0;//冬季水力坡降m/km</p><p>　　do

78、uble ix = 0;//夏季水力坡降m/km</p><p>　　double lr = 0;//加熱站間距</p><p>　　double Nlr = 0;//加熱站個數(shù)</p><p>　　double[] Ve = new double[3];//經(jīng)濟(jì)流速m/s</p><p>　　double[] d = new double[

79、3];//計(jì)算內(nèi)管徑mm</p><p>　　double[] thickness = new double[3];//計(jì)算內(nèi)管徑mm</p><p>　　double[] ve = new double[3];//實(shí)際流速m/s</p><p>　　string Relable;//流態(tài)形式</p><p>　　Tpj = 2 * Tz /

80、 3 + Tr / 3;</p><p>　　Parameter pipeline_parameter = new Parameter();</p><p>　　Qv = pipeline_parameter.Qv1(Q, Tpj); </p><p>　　Console.WriteLine("計(jì)算內(nèi)管徑");</p><

81、p>　　//Console.WriteLine("體積流量{0}", Qv);</p><p>　　for (int w = 0; w < Ve.Length; w++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Console.Write("請輸入第{0}個經(jīng)濟(jì)流速：",

82、w + 1);</p><p>　　Ve[w] = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for (int w = 0; w < d.Length; w++)</p><p><b>　　{</b>

83、;</p><p>　　d[w] = pipeline_parameter.diameter(Qv, Ve[w]);</p><p>　　Console.WriteLine("第{0}個計(jì)算內(nèi)管徑{1}", w + 1, d[w]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Con

84、sole.WriteLine();</p><p>　　Console.WriteLine("查API鋼材表圓整外徑");</p><p>　　for (int w = 0; w < d.Length; w++)</p><p>　　{ Console.Write("查表圓整后第{0}個外徑", w + 1);<

85、/p><p>　　d[w] = Convert.ToDouble(Console.ReadLine()); }</p><p>　　Console.WriteLine();</p><p>　　Console.WriteLine("計(jì)算壁厚");</p><p>　　for (int w = 0; w < thick

86、ness.Length; w++)</p><p>　　{ thickness[w] = pipeline_parameter.thickness(d[w]); ;</p><p>　　Console.WriteLine("第{0}個壁厚:{1}", w + 1, thickness[w]); }</p><p>　　Console.Wri

87、teLine();</p><p>　　Console.WriteLine("查API鋼材表圓整壁厚");</p><p>　　for (int w = 0; w < thickness.Length; w++)</p><p>　　{ Console.Write("查表圓整后第{0}個壁厚", w + 1);&l

88、t;/p><p>　　thickness[w] = Convert.ToDouble(Console.ReadLine()); }</p><p>　　for (int w = 0; w < ve.Length; w++)</p><p>　　{ ve[w] = 4 * Qv / (3.1415926 * d[w] * d[w] / 1000 / 1000)

89、; }</p><p>　　Console.WriteLine();</p><p>　　Console.WriteLine("\t外徑\t壁厚\t內(nèi)徑\t實(shí)際流速");</p><p>　　for (int w = 0; w < thickness.Length; w++)</p><p>　　{ Conso

90、le.WriteLine("方案{0}\t{1}\t{2}\t{3}\t{4}", w + 1, d[w], thickness[w], d[w] - 2 * thickness[w], ve[w]); }</p><p>　　Console.WriteLine();</p><p>　　Gc = Q * 1000 / (8400 * 3600);</p>

91、;<p>　　for (int w = 0; w < d.Length; w++)</p><p>　　{ Console.WriteLine("{0}管徑熱站布置方案", d[w]);</p><p>　　Console.WriteLine();</p><p>　　d[w] = d[w] / 1000;//單位換算成m

92、</p><p>　　//Console.WriteLine("分輸前熱站布置");</p><p>　　Heat pipeline_heat = new Heat();</p><p>　　Head pipeline_head = new Head();</p><p><b>　　TR = Tr;</b

93、></p><p>　　double e = 0;</p><p>　　for (int j = 0; Math.Abs(TR - e) > 0.1; j++)</p><p>　　{ L = 688000;</p><p><b>　　e = TR;</b></p><p>　　

94、Tpj = 2 * Tz / 3 + TR / 3;</p><p>　　Parameter pipeline_parameter1 = new Parameter();</p><p>　　Qv = pipeline_parameter1.Qv1(Q, Tpj);</p><p>　　v = 0.0001 * System.Math.Exp(-0.055 * Tp

95、j); </p><p>　　Relable = pipeline_head.Re(Qv, d[w], v);</p><p>　　//Console.WriteLine(Relable);</p><p>　　lr = pipeline_heat.lr(d[w], TR, Tz, T0, Tpj, Qv, Gc, v);</p><p>　

96、　Nlr = (int)(L / lr) + 1;</p><p>　　//Console.WriteLine("計(jì)算熱泵站個數(shù){0}",Nlr);</p><p>　　//Console.WriteLine("調(diào)整熱泵站個數(shù)");</p><p>　　//Nlr = Convert.ToDouble(Console.Read

97、Line());</p><p>　　lr = L / Nlr;</p><p>　　TR = pipeline_heat.Tr(d[w], lr, Tz, T0, Tpj, Qv, Gc, v);</p><p>　　i = pipeline_head.i(Qv, d[w], v); }</p><p>　　Qvx = pipelin

98、e_parameter.Qv1(Q, T1);</p><p>　　v = 0.0001 * System.Math.Exp(-0.055 * T1);</p><p>　　ix = pipeline_head.i(Qvx, d[w], v);</p><p>　　Console.WriteLine("狀態(tài)\t個數(shù) 間距 出站溫度 水力坡降

99、 體積流量 夏季水力坡降 夏季體積流量");</p><p>　　Qv = Qv * 3600;</p><p>　　Qvx = Qvx * 3600;</p><p>　　Console.WriteLine("分輸前\t{0}\t{1:#####}\t{2:##.000}\t{3:##.00000000} {4:####.000}

100、{5:##.00000000} {6:####.000}", Nlr, lr, TR, i, Qv, ix, Qvx);</p><p><b>　　TR = Tr;</b></p><p><b>　　e = 0;</b></p><p>　　for (int j = 0; Math.Abs(TR - e)

101、> 0.1; j++)</p><p>　　{ L = 1222000;</p><p><b>　　e = TR;</b></p><p>　　Tpj = 2 * Tz / 3 + TR / 3;</p><p>　　Parameter pipeline_parameter1 = new Parameter(

102、);</p><p>　　Qv = pipeline_parameter1.Qv1(Q, Tpj);</p><p>　　Qv = Qv * 0.9;</p><p>　　v = 0.0001 * System.Math.Exp(-0.055 * Tpj);</p><p>　　Relable = pipeline_head.Re(Qv, d

103、[w], v);</p><p>　　//Console.WriteLine(Relable);</p><p>　　lr = pipeline_heat.lr(d[w], TR, Tz, T0, Tpj, Qv, Gc, v);</p><p>　　Nlr = (int)(L / lr) + 1;</p><p>　　//Console.W

104、riteLine("計(jì)算熱泵站個數(shù){0}",Nlr);</p><p>　　//Console.WriteLine("調(diào)整熱泵站個數(shù)");</p><p>　　//Nlr = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());</p><p>　　lr = L / Nlr;</p><

105、;p>　　TR = pipeline_heat.Tr(d[w], lr, Tz, T0, Tpj, Qv, Gc, v);</p><p>　　i = pipeline_head.i(Qv, d[w], v); }</p><p>　　Qvx = pipeline_parameter.Qv1(Q, T1)*0.9; </p><p>

106、　　v = 0.0001 * System.Math.Exp(-0.055 * T1);</p><p>　　ix = pipeline_head.i(Qvx, d[w], v);</p><p>　　Qv = Qv * 3600;</p><p>　　Qvx = Qvx * 3600;</p><p>　　Console.WriteLine

107、("分輸后\t{0}\t{1:#####}\t{2:##.000}\t{3:##.00000000} {4:####.000} {5:##.00000000} {6:####.000}", Nlr, lr, TR, i, Qv, ix, Qvx);</p><p>　　Console.WriteLine();</p><p><b>　　}</

108、b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　水頭計(jì)算</b></p><p>　　namespace Console

109、Application1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　class Head</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public string Re(double Qv, double d,double v)//判斷流動狀態(tài)</p>

110、<p><b>　　{</b></p><p>　　double Re;</p><p>　　double Re1;</p><p>　　double e = 0.0001;//m </p><p>　　double n = 2 * e / d;</p><p>　　double m

111、= (double)(8.0/7);</p><p>　　string lable; </p><p>　　Re = 4 * Qv / 3.1415926 / d / v;</p><p>　　//Re1=59.7/System.Math.Pow((2*e/d),(8/7));</p><p>　　Re1 = 59.7 / System.

112、Math.Pow(n,m);</p><p>　　if(3000<Re)</p><p>　　{ if (Re < Re1)</p><p>　　{ lable = "水力光滑區(qū)"; }</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{

113、 lable = "非水力光滑區(qū)"; }</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{ lable = "非水力光滑區(qū)"; }</p><p>　　return(lable);</p

114、><p><b>　　}</b></p><p>　　public double i(double Qv, double d, double v)//計(jì)算水力坡降m/Km</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　double i;</b></p&g

115、t;<p>　　double m = 0.25;</p><p>　　double beta = 0.0246;</p><p>　　i = beta * System.Math.Pow(Qv, 2 - m) * System.Math.Pow(v, m) / System.Math.Pow(d, 5 - m) *1000;</p><p>　　ret

116、urn(i);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　熱力計(jì)算</b></p><p>　　namespace Conso

117、leApplication1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　class Heat</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public double lr(double d, double Tr,double Tz,double T0,double

118、Tpj,double Qv,double Gc,double v)//加熱站間距</p><p>　　{ double lr;</p><p><b>　　double K;</b></p><p><b>　　double c;</b></p><p><b>　　double a;

119、</b></p><p><b>　　double b;</b></p><p><b>　　double i;</b></p><p>　　Head head = new Head();</p><p>　　i = head.i(Qv,d,v);</p><p>

120、;　　K=Ktransfer(d);</p><p>　　c = Capacity(Tpj);</p><p>　　a = K * 3.1415926 * d / Gc / c;</p><p>　　b = 9.8 * Gc *i / K / 3.1415926 / d/1000;</p><p>　　lr = 1 / a * Math.Lo

121、g((Tr - T0 - b) / (Tz - T0 - b));</p><p>　　return(lr); }</p><p>　　public double Tr(double d, double lr, double Tz, double T0, double Tpj, double Qv, double Gc, double v)//核算出站溫度</p><

122、p><b>　　{</b></p><p>　　double Tr;</p><p><b>　　double K;</b></p><p><b>　　double c;</b></p><p><b>　　double a;</b></p&

123、gt;<p><b>　　double b;</b></p><p><b>　　double i;</b></p><p>　　Head head = new Head();</p><p>　　i = head.i(Qv, d, v);</p><p>　　K = Ktransfe

124、r(d);</p><p>　　c = Capacity(Tpj);</p><p>　　a = K * 3.1415926 * d / Gc / c;</p><p>　　b = 9.8 * Gc * i / K / 3.1415926 / d / 1000;</p><p>　　Tr = (T0 + b) + (Tz - T0 - b)

125、* Math.Exp((a * lr));</p><p>　　return (Tr);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　private double Capacity(double Tpj)//比熱容</p><p><b>　　{</b></p><

126、;p>　　double xi = 0.000698177;//溫度系數(shù)</p><p>　　double d15;//相對密度</p><p>　　double cy;</p><p>　　d15 = 0.8569 - xi * (15 - 20);</p><p>　　cy = (1.687 + 0.00339 * Tpj) / Sy

127、stem.Math.Sqrt(d15) * 1000;//j/(kg℃)</p><p>　　return (cy);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　private double Ktransfer(double d)//傳熱系數(shù)</p><p><b>　　{</b>

128、</p><p>　　double lambadat = 1.4;//土壤導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　double ht = 1.8;//管道埋深</p><p>　　double Dw;//與土壤接觸的管外徑</p><p>　　double ef = 0.005;//防腐絕緣層厚度m</p><p>　　//do

129、uble dg = 50;//鋼管導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　//double df = 1.1;//防腐絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　//double alpha1;</p><p>　　double alpha2;</p><p>　　//double alpha3;</p><p><b>　

130、　double K;</b></p><p>　　double nu1;//運(yùn)算中間量</p><p>　　double nu2;//運(yùn)算中間量</p><p>　　double nu3;//運(yùn)算中間量</p><p>　　Dw = d + 2 * ef;</p><p>　　nu1=System.Math

131、.Sqrt((2 * ht / Dw) * (2 * ht / Dw) - 1);</p><p>　　nu2 = nu1 + 2 * ht / Dw;</p><p>　　nu3 = System.Math.Log(nu2);</p><p>　　alpha2 = 2 * lambadat / Dw /nu3;</p><p>　　K =

132、alpha2;</p><p>　　return (K);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　管徑壁厚計(jì)算</b>&l

133、t;/p><p>　　using System;</p><p>　　using System.Collections.Generic;</p><p>　　using System.Linq;</p><p>　　using System.Text;</p><p>　　namespace ConsoleApplicat

134、ion1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　class Parameter</p><p><b>　　{</b></p><p>　　public double Qv1(double Q1, double Tpj)</p><p><b>

135、;　　{</b></p><p>　　double Q = Q1;//年輸量</p><p>　　double Rho;//密度</p><p>　　double Qv1;//分輸前體積流量</p><p>　　Rho=density(Tpj);//調(diào)用密度函數(shù)</p><p>　　Qv1=Qv(Q,Rho