西吉清管站工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁目 錄1 緒論 .51.1 背景及設(shè)計(jì)意義 .51.2 國外清管技術(shù)現(xiàn)狀 .61.3 國內(nèi)清管技術(shù)現(xiàn)狀 .71.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .72 設(shè)計(jì)說明書 .82.1 設(shè)計(jì)依據(jù) .82.1.1 設(shè)計(jì)資料 .82.1.2 設(shè)計(jì)規(guī)范 .82.2 工藝流程設(shè)計(jì) .82.2.1 工藝流程概述 .82.2.2 工藝流程設(shè)計(jì)原則 .92.2.3 戰(zhàn)場布置 .92.3 主要工藝設(shè)備選型 .92.3.1 管道內(nèi)徑計(jì)算 .92.3.2 管道壁厚計(jì)算 .102.3.3 分離設(shè)備 .112.3.4 閥門的選型 .172.3.5 匯管選型 .182.3.6 流量計(jì)選型 .192.3.7 溫度測量儀表選型 .202.3.8 壓力測量儀表選型 .202.4 自動(dòng)控制系統(tǒng) .202.4.1 設(shè)計(jì)原則 .202.4.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)及方案 .212.5 站場防腐 .222.5.1 站場露空管道和設(shè)備的防腐 .222.5.2 站場內(nèi)埋地管道的防腐 .222.6 站場防雷 .232.7 供水供電 .232.7.1 供水 .232.7.2 供電 .232.8 排污 .242.9 站內(nèi)管道安裝 .242.10 引進(jìn)的設(shè)備 .243 計(jì)算說明書 .263.1 天然氣分子質(zhì)量 M .263.2 天然氣的壓縮系數(shù) Z .263.3 天然氣的相對密度 .263.4 天然氣操作條件下的密度 .273.5 天然氣在操作條件下的粘度 .273.6 分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .283.7 管道選型及管徑計(jì)算 .293.7.1 管道選型 .293.7.2 管徑計(jì)算 .303.8 管道壁厚計(jì)算 .313.9 速度校核 .323.10 收發(fā)球筒的設(shè)計(jì) .333.10.1 清管器接收筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .343.10.2 清管器發(fā)送筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .343.11 匯管的選型 .343.11.1 匯管管徑計(jì)算 .343.11.2 匯管壁厚的計(jì)算 .353.12 流量計(jì)的選型 .353.12.1 流量計(jì)的類型 .353.12.2 流量計(jì)選型結(jié)果 .373.13 閥門類型選擇 .373.13.1 選擇閥門的依據(jù) .373.13.2 閥門的類型 .373.13.3 選閥結(jié)果 .404 結(jié)論 .41謝辭 .42參考文獻(xiàn) .43附錄 .44西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁1 緒論清管站作為輸氣管道中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)對天然氣長距離輸送具有重要的意義。其主要作用包括: (1)清管以提高管道的輸送效率(2)測量和檢查管道是否周向變形,如凹凸變形(3)從內(nèi)部檢查管道金屬是否損傷,如腐蝕等,(4)對新建管道在其進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)后,清除積液以及雜質(zhì)。清管的主要設(shè)備包括：(1)清管器收發(fā)筒和盲板；(2)清管器收發(fā)筒隔斷閥；(3)清管器收發(fā)筒旁通平衡閥和平衡管線；(4)連接在裝置上的導(dǎo)向彎頭；(5)線路主閥；(6)錨固墩和支座。此外，還包括清管器通過指示器、放空閥、放空管和清管器接收筒排污閥、排污管道以及壓力表等。本論文對中貴管線中西吉清管站的站址確定、確定工藝流程圖和工藝管道平面布置圖，進(jìn)行站內(nèi)設(shè)備的選型及計(jì)算、確定自動(dòng)控制方案等進(jìn)行說明和計(jì)算。1.1 背景及設(shè)計(jì)意義我國隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對能源的需求量越來越大。就像其他發(fā)達(dá)國家一樣，我國必然會(huì)經(jīng)歷一場能源結(jié)構(gòu)的改變，即以煤為主逐步轉(zhuǎn)向以石油、天然氣為主。2004年我國政府制定以“優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高效率、重視環(huán)保、保障供應(yīng)、開發(fā)西部”為核心的新能源戰(zhàn)略目標(biāo)，要求增加天然氣在能源構(gòu)成中的比例。與此同時(shí)，我國也加快了天然氣勘探開發(fā)力度，2008年完成的新一輪全國石油、天然氣資源評估結(jié)果顯示我國天然氣遠(yuǎn)景資源量56萬億立方米，地質(zhì)資源量35萬億立方米，可采資源量22萬億立方米，在世界上名列前茅。我國已經(jīng)進(jìn)入天然氣快速發(fā)展的歷史時(shí)期。除了本國天然氣生產(chǎn)外，我國還將從國外引進(jìn)大量的天然氣。中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線工程的建設(shè)，主要承擔(dān)把中亞天然氣輸往沿線市場和進(jìn)一步輸往廣東市場，并把進(jìn)口中亞氣、塔里木、長慶和川渝等四大氣源以及西氣東輸系統(tǒng)、陜京線系統(tǒng)、川渝管網(wǎng)及中緬等干線系統(tǒng)相連，以增強(qiáng)管網(wǎng)調(diào)配的靈活性和供氣的安全保障。對充分發(fā)揮西部進(jìn)口天然氣大通道的作用、進(jìn)一步完善全國天然氣骨干管網(wǎng)和滿足西南地區(qū)大幅度增長的天然氣需求，均具有重要意義。中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線干線起于中衛(wèi)，終于貴陽末站，沿線途經(jīng)甘肅、陜西、四川、重慶、貴州等省市。基于此，確定市場研究范圍為管道沿線途徑的甘肅天水、隴南，陜西漢中，四川、重慶和貴州。根據(jù)可研報(bào)告，2008年，沿線市場共消費(fèi)天然氣156.510 8m3，占全國消費(fèi)總量的20%左右。隨著天然氣工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，天然氣需求仍將快速增長。預(yù)測2010年沿線市場的天然氣需求量200.4510 8m3,2015年338.6810 8m3，2020年397.1210 8 m3。2010年2020年年均增長速度為7.0%。沿線市場的天然氣需求主要集中四川、重慶兩個(gè)省市。2015年，四川和重慶的天然氣需求量分別超過20010 8 m3和10010 8 m3，分別達(dá)到209.5610 8 m3、109.0310 8 m3，分別占沿線市場需求總量的 61.9%、32.2%。市場天然氣需求結(jié)構(gòu)以天然氣化工為主，其次是城市燃?xì)夂凸I(yè)燃料，天然氣發(fā)電較少。2015年，天然氣化工、城市燃?xì)夂凸I(yè)燃料行業(yè)的天然氣需求量分別為148.24108 m3、93.8210 8 m3 和89.1510 8 m3，占沿線市場需求總量的比例分別為43.8%、 27.7%和26.3%。根據(jù)市場需求預(yù)測和供應(yīng)安排，在不考慮本工程補(bǔ)充供應(yīng)時(shí)，預(yù)計(jì)2011年沿線市場供需缺口49.710 8 m3；2015年供需缺口106.810 8 m3；2020年供需缺口50.110 8 m3。1.2 國外清管技術(shù)現(xiàn)狀世界上用清管器進(jìn)行水力清管源于 1885 年,第一次使一條小口徑接近報(bào)廢的原油管道恢復(fù)正常工作。軟質(zhì)清管器在 60 年代源于美國,之后被日本采用而發(fā)展，目前產(chǎn)品又返銷美國。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展,目前該項(xiàng)技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“清除垢物”的概念。在管線建設(shè)中進(jìn)行管內(nèi)加工、清除焊瘤、打磨內(nèi)壁、管內(nèi)涂襯；投產(chǎn)前進(jìn)行掃線、管徑檢查、試壓, 輸送過程中進(jìn)行清垢、隔離、及管內(nèi)檢測（包括變形、壁厚、漏點(diǎn)和清管器運(yùn)行狀態(tài)等） ； 管道維修中進(jìn)行清垢、涂襯和照相作業(yè)等,都屬于清管技術(shù)之范疇。70 年代末投產(chǎn)運(yùn)行的阿拉斯加原油管道,從施工、投產(chǎn)到運(yùn)行都廣泛應(yīng)用了清管技術(shù)。管線試壓前用空氣驅(qū)動(dòng)軟質(zhì)清管器,推動(dòng)甲醇來清除管內(nèi)冰塊, 應(yīng)用 LBCC-2 型隔離清管器,排除管道內(nèi)的空氣,以保證水壓試驗(yàn)的安全。該清管器帶有音響, 并可帶跟蹤發(fā)射器以便于尋找。在該管道投產(chǎn)時(shí),應(yīng)用兩個(gè)隔離清管器以隔離空氣與氮?dú)狻⒌獨(dú)馀c原油,使油流避免與空氣接觸,控制油流速度,確保管道運(yùn)行的安全。在管道正常運(yùn)行時(shí),投放大型的綜合檢測清管器。它分為 3 節(jié),長 2.5m,總重 2.5t ,裝有發(fā)電、變送、記錄和微型計(jì)算機(jī)等高端裝置。它可測出管道的沉陷、管徑的變形以及管內(nèi)的壓力、溫度及彎曲度等參數(shù), 并且有較高的解析能力,在一定范圍內(nèi)代表著國際清管的技術(shù)水平。在管內(nèi)進(jìn)行錄相、軟質(zhì)清管器的發(fā)展,以及隨之發(fā)展起來的管道塑料薄膜內(nèi)涂襯等技術(shù)方面,當(dāng)前日本處于世界領(lǐng)先地位。1987 年美國 AMF 公司在我國任京輸油管線上進(jìn)行管道內(nèi)腐蝕情況檢測的表演。對 60km 以上的管道能很準(zhǔn)確測出腐蝕等級及其部位,也屬當(dāng)前國際先進(jìn)水平。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁1.3 國內(nèi)清管技術(shù)現(xiàn)狀60 年代初的清管技術(shù),就在我國的第一條原油長輸管道上初步應(yīng)用,但由于多種原因,之后發(fā)展的很慢。70 年代末, 除了石油管道相關(guān)部門開展清管技術(shù)研究外,還有油田、軍內(nèi)系統(tǒng)、一機(jī)部等部門也相繼開展研究。清管技術(shù)已經(jīng)在我國輸油、輸氣、供排水管道,成品油以及液化氣管道上應(yīng)用。東北輸油管理局 1980 年召開了軟質(zhì)清管器清管技術(shù)在原油長輸管道中應(yīng)用的技術(shù)鑒定會(huì)。1982 北戴河對 159 供水管清管成功,是一條廢棄的管線重新運(yùn)行。管道科學(xué)研究院研制的清管器跟蹤儀，曾獲得河北省優(yōu)秀科研產(chǎn)品獎(jiǎng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中已然得到廣泛應(yīng)用。1984 年后勤部營房設(shè)計(jì)院召開了成品油清管技術(shù)鑒定會(huì)。1985 年石油部管道勘察設(shè)計(jì)院召開了機(jī)械清管器及封堵技術(shù)鑒定會(huì)。管道科學(xué)研究院開展了清管專用裝備分流器（通稱清管道岔）的研究,在完成小管徑樣機(jī)后,開始了較大管徑的研制, 進(jìn)而達(dá)到系列化。管道科學(xué)研究院還把清管技術(shù)應(yīng)用于北京石油液化氣管道上,首次用清管器（不是橡皮球）對最小內(nèi)徑 79mm 管線長距離清掃并且取得成功,獲得良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),向國家專利局申請了“軟質(zhì)可載清管器”專利。并與航天部合作開展了管內(nèi)檢測技術(shù)的研究。應(yīng)用航天技術(shù)以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù),對管內(nèi)壓力、溫度, 管內(nèi)變形及清管器運(yùn)行加速度等參數(shù)進(jìn)行測量。此項(xiàng)即將進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容西吉清管站工藝流程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1) 查閱資料，了解清管站設(shè)計(jì)的最新方法與技術(shù)。(2) 確定主要設(shè)備包括管線、匯管、控制閥、閥門、超壓保護(hù)和計(jì)量儀表等的選型。(3) 確定清管站流程和設(shè)計(jì)參數(shù)；(4) 畫出清管站站的工藝流程圖、平面布置圖和平面安裝圖； (5) 寫出設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書。2 設(shè)計(jì)說明書2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)2.1.1 設(shè)計(jì)資料中貴管道供氣能力為 ，西吉清管站進(jìn)站壓力為 。a/10538m MPa51.8設(shè)計(jì)溫度： 293KT=氣質(zhì)：表 2.1 所輸天然氣氣質(zhì)分析表組分 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 異丁烷 正戊烷 異戊烷 己烷 氮?dú)?CO2體積% 94.87 2.35 0.31 0.03 0.05 0.03 0.01 0.03 1.66 0.662.1.2 設(shè)計(jì)規(guī)范（1） 輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50251-2003）（2） 氣田集氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （SY/T0010-1996）（3） 輸送流體用無縫鋼管 （GB/T8163-1999）（4） 石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 （SY0420-2000）（5） 天然氣長輸管道工程設(shè)計(jì)（6） 石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范 （GB50183-2004）（7） 石油天然氣制圖標(biāo)準(zhǔn) （SY/T0003-2003）（8） 石油地面工程設(shè)計(jì)文件編制規(guī)程 （SY/T0009-1993）（9） 鋼制對焊管件規(guī)范 （SY-T0510-1998）（10） 輸油輸氣管道線路工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 （SY0401-1998）2.2 工藝流程設(shè)計(jì)2.2.1 工藝流程概述西吉清管站工藝流程：（1）管線清管時(shí)接收上游來氣，經(jīng)旋風(fēng)分離器除塵后輸送至下游；（2）無需清管時(shí)，來氣經(jīng)越站旁通直接進(jìn)入下游；西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁（3）清管器接收與發(fā)送；（4）事故狀態(tài)及維修時(shí)的放空和排污；工藝管道儀表流程圖見附錄 1：西吉清管站工藝流程圖。2.2.2 工藝流程設(shè)計(jì)原則（1）嚴(yán)格執(zhí)行國家及行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。工程設(shè)計(jì)及建設(shè)過程中應(yīng)充分的考慮QHSE 因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工。（2）為提高工程質(zhì)量以及輸配水平，盡量采用成熟可靠、先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)。（3）站址選擇應(yīng)在遵循城市規(guī)劃要求的前提下，盡量節(jié)約工程投資。（4）方便管理，便于維修。（5）在滿足安全和工藝技術(shù)要求的情況下，力爭節(jié)約投資，提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。（6）工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用國產(chǎn)材料和設(shè)備，以節(jié)約工程費(fèi)用。（7）根據(jù)用氣規(guī)模，考慮今后的發(fā)展，本設(shè)計(jì)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?.2.3 戰(zhàn)場布置1）地理位置西吉清管站位于寧夏固原市西吉縣玉橋鎮(zhèn)團(tuán)莊村，距西吉縣約 53km，距甘肅省靜寧縣約 12km。2）總平面布置西吉清管站站內(nèi)設(shè)置工藝設(shè)備區(qū)、清管區(qū)和設(shè)備間等。清管區(qū)布置于工藝設(shè)備區(qū)西側(cè)，便于進(jìn)線。在西吉清管站北側(cè)新建圍墻設(shè)置 1 處 1.5m 寬小門，便于緊急情況下人員盡快疏散。本清管站平面布置圖見附錄 2：西吉清管站平面布置圖。3) 西吉清管站豎向布置所在地地勢平坦，豎向布置采用連續(xù)平坡方式，場地坡度為 0.5%，地面雨水通過排水明溝集中收集后排放。2.3 主要工藝設(shè)備選型2.3.1 管道內(nèi)徑計(jì)算1）站內(nèi)管徑的選擇，先采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：(2.1)PuTZquQd v00785.864785.0式中： 管子內(nèi)徑， m ；1d管內(nèi)氣體流速， m/s；1u操作條件下的氣體流量， ；qdm/3標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體流量， ；v /3操作條件下氣體的絕對壓力， ；PMPa操作條件下氣體的絕對溫度， ；TK標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的絕對溫度， ；0氣體壓縮系數(shù)；Z(2.2)15.6910mPZ式中： 輸氣管內(nèi)氣體平均壓力， （絕）。mPMa當(dāng)管道沿線的相對高差在 h或=200m 時(shí)，管線流量計(jì)算根據(jù)氣田集氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0010-96，可得：(2.3)LTZPdqV 21381.50式中： q v管線計(jì)算流量，m 3/d；d管線內(nèi)徑，cm；P1管線起點(diǎn)壓力（絕對壓力） ，MPa；P2管線終點(diǎn)壓力（絕對壓力） ，MPa；氣體的相對密度（對空氣） ；Z氣體在計(jì)算管段平均壓力下的壓縮因子；T氣體的平均熱力學(xué)溫度，K；L管線計(jì)算長度，km。站內(nèi)氣體流速：1020m/s。2.3.2 管道壁厚計(jì)算根據(jù)輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251-2003 的有關(guān)規(guī)定，鋼管的壁厚與其設(shè)計(jì)壓力、鋼管的外徑、鋼管的強(qiáng)度等級、強(qiáng)度設(shè)計(jì)的系數(shù)及溫度的折減系數(shù)有關(guān)，鋼管壁厚按下式計(jì)算：西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(2.4)t2FPDs式中： 焊縫系數(shù)，取1.0； 鋼管的計(jì)算壁厚，mm；P 設(shè)計(jì)壓力，MPa；s 鋼管最小屈服強(qiáng)度，MPa；D 鋼管外徑，mm；F 強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，站場管道設(shè)計(jì)系數(shù)均取0.4；t 溫度的折減系數(shù)，當(dāng)溫度小于120，溫度折減系數(shù)取1.0。2.3.3 分離設(shè)備（一） 分離器的類型為了保證輸氣管道的首站、中間站、調(diào)壓計(jì)量站、配氣站、清管站等場所輸出的氣體含塵不超過規(guī)定的要求，應(yīng)該在這些場所安裝分離除塵器。分離器的種類很多，最常見的分離器有旋風(fēng)分離器、循環(huán)分離器、重力分離器和分離過濾器等。選擇分離器裝置時(shí)，必需考慮天然氣所攜帶的雜質(zhì)的成分，輸送壓力以及流量的穩(wěn)定性，氣體波動(dòng)幅度等因素，在輸出的氣質(zhì)滿足要求的條件下，應(yīng)該