畢業(yè)設(shè)計（論文）成都—青島輸氣管道工程初步設(shè)計

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目：成都青島輸氣管道工程初步設(shè)計學生姓名：學 號：09122503專業(yè)班級：油氣儲運工程09-5班指導教師： 2013年 6月17日成都青島輸氣管道工程初步設(shè)計摘 要本工程項目的主要內(nèi)容是成都青島輸氣管道的設(shè)計，設(shè)計要求任務輸氣量為220108m3/a，全長1894km。本論文主要采用計算法確定輸氣方案，計算出在不同設(shè)計壓力、管徑、壓比情況下的方案后，根據(jù)費用現(xiàn)值法比較確定最優(yōu)方案。經(jīng)過計算比較，確定全線確定最優(yōu)方案為設(shè)計壓力12mpa,壓力比1.3，管壁外徑1422mm,管材選用雙面螺旋埋弧焊鋼管，不用內(nèi)涂層，管壁粗糙度取0.001mm。建工藝站場11座（包

2、括一座首站，一座末站），全線管路耗鋼量1513.368t,固定資產(chǎn)投資310.24億元。本工程主要采用的試算法能夠比較好的解決此類工程項目問題，采用的費用現(xiàn)值法計算投資費用亦能很好的估算項目經(jīng)濟性，此設(shè)計對于輸氣長輸管道工程項目的建設(shè)具有很好的指導作用。關(guān)鍵詞：長輸管道；計算法；費用現(xiàn)值 the design of the gas pipeline project from chengdu to qingdaoabstractthe main work of this project is the design of the gas pipeline project from chengdu

3、to qingdao . the required gas transmission capacity annually is 220108m3/a,and the distance is overall 1849km. this thesis mainly determines plans of gas transmission by adopting the trial calculation method and program to calculate plans under different design pressure and inside diameter of pipe,

4、and try to find the best plan through present value cost method. though calculation and comparison of different plans, it is determined that 11 process stations ( including a primary station, an end station ) should be built. on this case ,the design pressure is 12mpa,pressure ratio is 1.3,and the w

5、all diameter is 1422mm.the overall gas transmission pipeline will consume steel of 1513.368t,and needs investment of 3.10241010 yuan. the trial calculation method adapted in this thesis can effectively solve this kind of engineering project, and present value cost method can also estimate the econom

6、ics of different plans. this thesis has a guiding effect on construction of project of long gas transmission pipelines. keywords: long gas transmission lines；trial calculation method；presentvaluecost目 錄第1章 引言1第2章 設(shè)計概述22.1 設(shè)計依據(jù)22.1.1 設(shè)計原則22.1.2 管道設(shè)計規(guī)范和手冊22.2 長輸管道設(shè)計原始資料22.2.1 天然氣管道的工程概況22.2.2 天然氣的組成22

7、.2.3 管線設(shè)計參數(shù)32.2.4 管線設(shè)計內(nèi)容32.3 本章小結(jié)3第3章 線路工程設(shè)計說明43.1 線路選擇43.1.1 線路選擇的基本要求43.1.2 成都青島管線沿線自然條件狀況43.1.3 沿線地區(qū)等級劃分規(guī)定43.2 管道敷設(shè)53.2.1 管道的敷設(shè)方式53.2.2 管道的轉(zhuǎn)角63.2.3 管道材質(zhì)及壁厚選擇63.2.4 線路輔助設(shè)施73.3 閥門與法蘭的設(shè)置83.3.1 閥門選用要求83.3.2 閥門的種類83.3.3 法蘭的選用93.4 清管與試壓93.4.1 清掃管線93.4.2 輸氣管道試壓應符合以下規(guī)定93.4.3 試驗介質(zhì)93.4.4 試驗壓力93.4.5 嚴密性試驗93

8、.5 本章小結(jié)9第4章 站場工藝流程及設(shè)備設(shè)計說明104.1 輸氣管道工程站場種類及名稱104.1.1 概述104.1.2 各站場功能及流程說明104.2 輸氣站的主要功能114.2.1 分離114.2.2 調(diào)壓114.2.3 計量114.2.4 清管124.2.5 安全泄放124.3 站址選擇124.3.1 基本要求124.3.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)要求134.3.3 勘察要求134.3.4 站址選擇步驟134.4 站場工藝設(shè)備選型134.4.1 多管分離器的設(shè)計134.4.2 壓縮機組的選型及配置144.4.3 驅(qū)動機選擇比較154.5 本章小結(jié)15第5章 自動控制和通訊設(shè)計說明165.1

9、 自動控制系統(tǒng)說明165.2 儀表及設(shè)備選型原則165.3 scada系統(tǒng)165.4 儀表檢測和控制系統(tǒng)165.5 流量計量系統(tǒng)175.6 本章小結(jié)17第6章 輸氣管道的工藝設(shè)計說明186.1 天然氣的熱物性計算186.1.1 天然氣的平均分子量、密度和相對密度186.1.2 天然氣壓縮系數(shù)的計算186.1.3 天然氣的粘度206.1.4 定壓摩爾熱容206.2 管道輸氣通過能力的換算216.3 管道水力計算216.4 輸氣管道的流量基本公式216.4.1 水平管道的流量基本公式216.4.2 地形起伏地區(qū)輸氣管的流量基本公式226.5 輸氣管任意一點的壓力分布和平均壓力246.5.1 壓力分

10、布246.5.2 平均壓力246.6 輸氣管道的末段儲氣246.7 輸氣管熱力計算256.7.1 管線沿途溫度分布256.7.2 平均溫度256.8 輸氣管壁厚計算266.9 壓氣站工藝計算276.9.1 壓氣站間距的計算276.9.2 壓氣站數(shù)目的計算276.9.3 壓氣站所需總功率的計算276.9.4 燃氣輪機功率的換算286.9.5 燃壓機組數(shù)目的計算286.9.6 壓縮機實際消耗功率的計算286.9.7 熱耗率的換算286.9.8 燃料氣耗量的計算296.9.9 耗鋼量的計算296.10 總費用現(xiàn)值296.11 本章小結(jié)31第7章 輸氣管道工藝計算書327.1 天然氣物性計算327.1

11、.1 天然氣平均分子量327.1.2 相對密度327.1.3 視臨界壓力pc和視臨界溫度tc327.2 輸氣管道工藝計算327.2.1 根據(jù)年輸量計算輸氣管評估通過能力327.2.2 設(shè)定壓力等級327.2.3 設(shè)定壓比327.2.4 設(shè)定管徑337.2.5 設(shè)定管材的鋼種等級337.2.6 計算鋼管壁厚337.2.7 確定輸氣管內(nèi)徑337.2.8 根據(jù)設(shè)計壓力及壓比，計算壓縮機入口壓力337.2.9 確定輸氣管計算管段的起點壓力337.2.10 確定輸氣管計算段的終點壓力337.2.11 計算輸氣管計算段的平均壓力347.2.12 設(shè)定輸氣管末端終點壓力347.2.13 計算管段中天然氣平均

12、溫度347.2.14 對比壓力和對比溫度357.2.15 壓縮因子z的計算357.2.16 水力摩阻系數(shù)的計算357.3 站場工藝計算357.3.1 末端調(diào)峰計算357.3.2 壓氣站間距377.3.3 壓氣站數(shù)377.4 經(jīng)濟性計算377.4.1 計算一個壓氣站所需的總功率377.4.2 選擇燃氣輪機，確定一個壓氣站所需的燃壓機組數(shù)387.4.3 燃料氣的消耗量397.4.4 輸氣管線的耗鋼量397.4.5 總費用現(xiàn)值的計算407.5 布站調(diào)整417.6 管線應力校核427.7 分離器的設(shè)計計算437.7.1 基本參數(shù)的計算437.7.2 旋風子個數(shù)的計算447.7.3 所需分離器臺數(shù)的計算

13、447.7.4 核算旋風子的流速和壓降447.7.5 分離器的進、出口直徑的計算457.7.6 各站分離器的選擇457.8 過濾除塵器的計算467.8.1 過濾除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理467.8.2 過濾除塵器的設(shè)計467.9 截斷閥計算467.10 本章小結(jié)47第8章 結(jié)論48致 謝49參考文獻50附錄a 線路走向圖51附錄b 線路途徑地52附錄c 不設(shè)置內(nèi)涂層時的27種工況54附錄d 27種工況對應的經(jīng)濟性55第1章 引言自上世紀70年代以來，天然氣憑借其高效、清潔、價格低廉、運輸方便的特點在全世界范圍內(nèi)得到了大范圍的使用。如今越來越多的國家提出改變能源結(jié)構(gòu)，提出了以氣代煤、以氣代油的想法，

14、如：用天然氣發(fā)電，用天然氣作為汽車能源等。成都青島輸氣管道工程響應時代號召，對推動我國天然氣事業(yè)的發(fā)展起到了積極推動作用。此工程的建成，將為沿線城市提供更加便利的供氣條件，有助于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟的發(fā)展，同時也有利于減少環(huán)境污染。本設(shè)計主要以gb50251-2003輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范、天然氣長輸管道工程設(shè)計 第五冊以及干線輸氣管道實用工藝計算方法為依據(jù)，本課題先進行線路選擇，然后根據(jù)干線輸氣管道實用工藝計算方法給出的計算方法初步確立了計算方案，再通過選擇不同的設(shè)計壓力、管徑、壓比確定不同的方案，最后通過費用現(xiàn)值法進行經(jīng)濟性比較選出最優(yōu)方案，最后再根據(jù)相關(guān)規(guī)范校核實際情況壁厚、調(diào)整站間距等，

15、確定初步設(shè)計方案。該設(shè)計方案是安排項目建設(shè)和組織施工的主要依據(jù)。通過對此次工程的初步設(shè)計，我們了解了天然氣長輸管道工程設(shè)計的基本步驟和基本方法，按照任務要求，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，通過合理計算方法，最終確定設(shè)計方案，然而在實際工程中，還應有能滿足投資包干、招標承包、材料與設(shè)備訂貨、土地征購和施工設(shè)備等要求的深度設(shè)計。天然氣長輸管道的設(shè)計工作，需要相關(guān)部門各施其職、協(xié)調(diào)管理，包括管道設(shè)計、管道建設(shè)、管道運營等，涉及自動控制系統(tǒng)、防腐工程、通訊系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，只有聯(lián)系實際，綜合考慮，參照相關(guān)規(guī)定以及實踐經(jīng)驗，才能更好的完成設(shè)計任務。第2章 設(shè)計概述2.1 設(shè)計依據(jù)2.1.1 設(shè)計原則（1）嚴格執(zhí)行國家、

16、行業(yè)的有關(guān)規(guī)范和標準，并參照有關(guān)國際上先進的標準及規(guī)范。（2）工程盡量采用先進技術(shù)，努力吸收國內(nèi)外的新的科技成果。（3）工程設(shè)計本著一次規(guī)劃，分期實施的原則，做到工程建設(shè)近、遠期相結(jié)合，充分利用資金，節(jié)省投資。（4）優(yōu)化設(shè)計方案，確定經(jīng)濟合理的輸氣工藝及最佳的工藝參數(shù)。2.1.2 管道設(shè)計規(guī)范和手冊輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（gb50251-2003）輸氣管道設(shè)計與管理（李玉星主編，石油大學出版社）天然氣長輸管道工程設(shè)計（中國石油天然氣總公司主編，石油大學出版社）干線輸氣管道實用工藝計算方法石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第2部分 b級鋼管（gb/t9711.2-1999）天然氣工程手冊（四川石

17、油管理局編）2.2 長輸管道設(shè)計原始資料2.2.1 天然氣管道的工程概況成都青島輸氣管線，西起成都市木蘭鎮(zhèn)，東至山東省青島市大珠山。全長1894km輸氣規(guī)模：管線設(shè)計輸氣能力為220108 m3/a，分輸站設(shè)在鄭州、濟寧，距離起點位置分別為1174km、1517km，分輸量均為60108m3/a。2.2.2 天然氣的組成表2-1 天然氣組成組分ch4c2h6co2n2體積分數(shù)（%）97.21.80.30.72.2.3 管線設(shè)計參數(shù)設(shè)計年輸送天數(shù)：350天輸氣管末段終點壓力：4.0 mpa管道系統(tǒng)設(shè)計壓力：12.0 mpa管道埋深處土壤溫度：夏季25，冬季0，年均8調(diào)峰能力為日輸氣量的10%管壁

18、粗糙度:0.001mm管道設(shè)計壽命：30年2.2.4 管線設(shè)計內(nèi)容（1）根據(jù)工程量、穿跨越情況，在電子地圖上完成線路的優(yōu)選，確定路由和高程。（2）針對確定的線路，進行工藝計算，完成不同壓力等級、不同管徑的模擬計算，并進行經(jīng)濟性比較分析，確定最佳輸氣方案。（3）進行站場的工藝設(shè)計，完成各站場設(shè)備的選型計算，確定設(shè)備的型號和個數(shù)，并繪制首末站工藝流程圖和分離器安裝圖。2.3 本章小結(jié)本章簡明闡述了該工程設(shè)計的概況、主要設(shè)計要求和設(shè)計參數(shù)，并指出了所依據(jù)的設(shè)計原則以及可參考的設(shè)計規(guī)范和手冊，為后續(xù)設(shè)計做基礎(chǔ)。第3章 線路工程設(shè)計說明3.1 線路選擇3.1.1 線路選擇的基本要求（1）線路走向應結(jié)合地

19、形、工程地質(zhì)、沿線主要進、供氣點的地理位置以及交通運輸、動力等條件，經(jīng)多方案對比后確定1。（2）線路宜避開多年生經(jīng)濟作物區(qū)域和重要的農(nóng)田基本建設(shè)設(shè)施1。（3）中型河流穿（跨）越工程和壓氣站位置的選擇，應符合線路總走向。局部走向應根據(jù)大、中型穿（跨）越工程和壓氣站的位置進行調(diào)整1。（4）線路必須避開重要的軍事設(shè)施、易燃易爆倉庫、國家重點文物保護區(qū)1。（5）線路應避開城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、飛機場、鐵路車站、海（河）港碼頭、國家級自然保護區(qū)等區(qū)域。當受條件限制管道需要在上述區(qū)域內(nèi)通過時，必須征得主管部門同意，并采取安全保護措施1。（6）除了管道專用公路的隧道、橋梁外，線路嚴禁通過鐵路或公路的隧道、橋梁、鐵路編

20、組站、大型客運站和變電所1。3.1.2 成都青島管線沿線自然條件狀況（1）工程地形、地貌、地質(zhì)概況：沿線地區(qū)地形總體來說較為平坦，相對高差小于200米，沿線地貌以平原為主，但四川與陜西的交界處有秦嶺，該處地勢險要，相對高差大于200米。沿線大部分地段地下水位較低。（2）工程條件：管道所經(jīng)地區(qū)屬于暖溫帶大陸性氣候，降水稀少，空氣干燥，氣候四季分明，晝夜溫差大，光照充足。且管道走向沿公路設(shè)置，施工方便，對農(nóng)作物生長影響較小。3.1.3 沿線地區(qū)等級劃分規(guī)定輸氣管道通過的地區(qū)，應按沿線居民戶數(shù)和（或）建筑物的密集程度，根據(jù)輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（gb50251-2003）的規(guī)定：沿管道中心線兩側(cè)各20

21、0范圍內(nèi)，任意劃分長度為2并能包括最大聚居戶數(shù)的若干地段，按劃定地段內(nèi)戶數(shù)劃分為四個等級1：（1）一級地區(qū)：戶數(shù)在15戶或以下的區(qū)段。（2）二級地區(qū)：戶數(shù)在15戶以上、100戶以下的區(qū)段。（3）三級地區(qū)：戶數(shù)在100戶或以上的區(qū)段，包括市郊居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、發(fā)展區(qū)以及不夠四級地區(qū)條件的人口稠密區(qū)。（4）四級地區(qū)：系指四層及四層以上樓房（不計地下室層數(shù)）普遍集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的區(qū)域。3.2 管道敷設(shè)3.2.1 管道的敷設(shè)方式輸氣管道敷設(shè)的地形、地質(zhì)、水文地質(zhì)及氣候條件不同的地區(qū)，其采用的敷設(shè)方式也不同?？晒┕艿啦捎玫姆笤O(shè)方式有以下幾種形式1：（1）地下敷設(shè)是長輸管道采用的最廣泛的一

22、種形式，管子頂點位于地表以下有一定距離。（2）半地下敷設(shè)是管底處位于地面之下，而管頂處位于地面以上。（3）地上敷設(shè)（土堤埋設(shè)）是管道管底完全在地面以上。（4）管架敷設(shè)的管道是把管道架設(shè)在構(gòu)筑于地面的支架上面。一般用于跨越人工或自然障礙物、開采礦區(qū)和永凍土地段。但輸氣管道應選擇埋地方式敷設(shè)，特殊地段應采用土堤、地面等形式敷設(shè)。埋地管道的覆土層最小厚度應符合表3-1的規(guī)定：表3-1 最小覆土厚度（從管頂至地面） 地區(qū)土壤類巖石類旱地水田一級0.60.80.5二級0.60.80.5三級0.80.80.5四級0.80.80.5 3.2.2 管道的轉(zhuǎn)角根據(jù)天然氣長輸管道工程設(shè)計中規(guī)定2：管道改向可采用彎

23、頭或彎角方式來實現(xiàn)，為滿足清管器或檢測儀器能順利通過管道，萬頭的曲率半徑應大于5。對于溫差較大的管道應大于等于100。（1）現(xiàn)場冷彎彎管的最小曲率半徑見表3-2。表3-2 冷彎彎管最小曲率半徑公稱直徑（dn）最小曲率半徑（rmin）300dn18350dn21400dn24450dn30（2）彎管上有環(huán)向焊縫時，彎制后應對焊縫進行x 射線檢查。（3）輸氣管道平面和豎向不宜同時發(fā)生轉(zhuǎn)角。水平彈性敷設(shè)曲線與豎向彈性輻射曲線不宜重疊。（4）干線采用曲率半徑為rr = 6d 的彎頭；冷彎管現(xiàn)場彎制，采用曲率半徑為r1= dn40。3.2.3 管道材質(zhì)及壁厚選擇（1）材質(zhì)選擇優(yōu)選管道用鋼是保證工程質(zhì)量、

24、減少工程投資的重要環(huán)節(jié)。采用的鋼管和鋼材，應具有良好的韌性和焊接性能。根據(jù)輸氣管道工藝計算書確定的管線系統(tǒng)設(shè)計壓力、管徑、輸送介質(zhì)及首站出站溫度等條件，確定本工程干線管道采用復合石油天然氣輸送管道用螺旋埋弧焊鋼管（gb9711-88）標準的等級螺旋雙面埋弧焊鋼管。（2）水下穿越管線鋼管壁厚按輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（gb50251-92）中規(guī)定計算（計算所得的管道壁厚度應向上圓整至鋼管的壁厚）：式中：鋼管的計算壁厚，mm；設(shè)計壓力，mpa；管道的外徑，mm；所選鋼材的最小屈服強度，mpa；根據(jù)地區(qū)等級確定的設(shè)計系數(shù)。（3）管道軸向應力及穩(wěn)定性驗算管線壁厚設(shè)計計算只考慮了管線在內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的環(huán)向應

25、力，對于較大直徑的管線或?qū)τ谀承┨厥夤芏蔚陌踩枰?，還應核算軸向應力。軸向應力的相關(guān)計算公式：式中：管線的軸向應力，mpa；鋼材彈性模量，為mpa；鋼材的線性膨脹系數(shù)，取mpa；管線安裝溫度，；管線工作溫度，；泊松比，取0.3；管線的環(huán)向應力，mpa；鋼管內(nèi)徑，cm；鋼管的工程壁厚，cm。埋地管線的當量應力可按最大剪應力破壞理論來計算和校核并滿足以下條件：3.2.4 線路輔助設(shè)施（1）截斷閥的設(shè)置1輸氣管道應設(shè)置線路截斷閥。截斷閥的位置選擇在交通方便、地形開闊、地勢較高的地方。截斷閥最大的間距按照輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范應符合下列規(guī)定：以一級地區(qū)為主的管段不宜大于32；以二級地區(qū)為主的管段不宜大于

26、24；以三級地區(qū)為主的管段不宜大于16；以四級地區(qū)為主的管段不宜大于8。上述規(guī)定的閥門間距可以稍作調(diào)整，使閥門安裝在更容易接近的地方。（2）線路的標志1輸氣管道沿線應設(shè)置里程樁、轉(zhuǎn)角樁、交叉和警示牌等永久性標志。里程樁應沿氣流前進方向從管道起點至終點，每公里連續(xù)設(shè)置。陰極保護測試樁可同里程樁結(jié)合設(shè)置。在管道穿越鐵路、等級公路、地下建筑物、河流、溝渠及較大沖溝、水工設(shè)施處，均應設(shè)置標志樁，在管道水平轉(zhuǎn)角處均設(shè)置轉(zhuǎn)角樁表示管道走向，便于巡線檢測。3.3 閥門與法蘭的設(shè)置3.3.1 閥門選用要求（1）應選用密封性能好，使用壽命長的閥門。在防火區(qū)域內(nèi)關(guān)鍵部位使用的閥門還應考慮閥門的耐火性能。（2）在需

27、要清管的管段，應選用能通過清管器的全通徑閥門。3.3.2 閥門的種類（1）閘閥4在管道中主要用于安裝在需要全開全關(guān)的管段。具有調(diào)節(jié)流量的地方不能采用閘閥。在站場裝置中通常采用敏感楔式單閘板閘閥4。（2）截止閥4主要用于全開全關(guān)屬于截斷的管段。但截止閥可用于流量調(diào)節(jié)要求不嚴格的地方，做一般節(jié)流控制操作之用。在站場中主要用于粗調(diào)節(jié)的控制閥門，對流體壓力降要求嚴格的地方不宜采用截止閥4。（3）節(jié)流閥4又叫針形閥。主要用于調(diào)節(jié)流量和截流降壓。在站場中通常采用角式節(jié)流閥4。（4）止回閥4用來防止管路介質(zhì)倒流的一種閥門4。（5）球閥4同閘閥的功能相似，是用來作為截斷管路介質(zhì)用的閥門，不能作為調(diào)節(jié)流量用。球

28、閥因其通徑與管路相同，故在輸氣管線中普遍采用4。（6）安全閥4是一種安全保護用的閥門，當管路、設(shè)備和容器內(nèi)的介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值時，通過安全閥的自動開啟，排出增高壓力的介質(zhì)，以保證管路、設(shè)備和容器等的安全運轉(zhuǎn)，防止事故發(fā)生。3.3.3 法蘭的選用一般情況法蘭可以鑄造或模鍛，根據(jù)操作條件和介質(zhì)等可以選擇法蘭及法蘭蓋的公稱壓力、類型、密封面要求及其材料。3.4 清管與試壓3.4.1 清掃管線（1）輸氣管道試壓前應采用清管器進行清管，并不應少于兩次。（2）清管掃線應設(shè)臨時清管器收發(fā)設(shè)施和放空口，并不應使用站內(nèi)設(shè)施。3.4.2 輸氣管道試壓應符合以下規(guī)定按輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（gb502512003）

29、的10.2章節(jié)有關(guān)內(nèi)容執(zhí)行。（1）輸氣管道必須分段進行強度試驗和整體嚴密性試驗。（2）經(jīng)試壓合格的管段間互相連接的焊縫經(jīng)射線照相檢驗合格后，可不再進行試壓。（3）輸氣站和穿（跨）越大中型河流、鐵路、二級以上公路、高速公路的管段，應單獨進行試壓。3.4.3 試驗介質(zhì)（1）位于一、二級地區(qū)的管段可用氣體或水做試驗介質(zhì)；（2）位于三、四級地區(qū)的管段及輸氣站內(nèi)的工藝管道應采用水作試驗介質(zhì)。3.4.4 試驗壓力（1）一級地區(qū)內(nèi)的管段不應小于設(shè)計壓力的1.1倍。（2）二級地區(qū)內(nèi)的管段不應小于設(shè)計壓力的1.25倍。（3）三級地區(qū)內(nèi)的管段不應小于設(shè)計壓力的1.4倍。3.4.5 嚴密性試驗輸氣管道嚴密性試驗應在

30、強度試驗合格后進行，用氣體作為試驗介質(zhì)，其試驗壓力應為設(shè)計壓力并以穩(wěn)壓24h不泄漏為合格。3.5 本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是根據(jù)現(xiàn)場實際確定線路走向并依據(jù)管道敷設(shè)原則及線路所經(jīng)地情況確定管道敷設(shè)方式，以及說明清管試壓的操作規(guī)定和線路輔助設(shè)施的選用原則。第4章 站場工藝流程及設(shè)備設(shè)計說明4.1 輸氣管道工程站場種類及名稱4.1.1 概述輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。按它們在輸氣管道中的位置可分為：輸氣首站、輸氣末站和中間站三大類型。按功能又可分為：調(diào)壓計量站、清管分離站、配氣站和壓氣站等。4.1.2 各站場功能及流程說明（1）輸氣首站功能：輸氣首站是設(shè)在輸氣管道起點的站場，一般具有分離

31、、調(diào)壓、計量、清管發(fā)送等功能。主要流程：接收氣體處理廠來氣，經(jīng)氣質(zhì)檢測、分離、計量升壓后輸往末站，發(fā)送清管器，事故狀況及維修等放空、排污。正常輸氣：干線來氣旋風分離器過濾分離器計量壓縮機去中間站發(fā)送清管器：首站發(fā)球筒清管器通過指示器下游管線（2）輸氣中間站功能：它是設(shè)在輸氣管道首站和末站之間的站場，一般分為壓氣站、氣體接收站、氣體分離站、清管分離站等幾種類型，各站情況如下： 壓氣站。它是設(shè)在輸氣管道沿線的站，用壓縮機對管輸氣體增壓。應該盡量使它與其它站場相結(jié)合。一般可按站間距110200km布站。主要流程：本工程采用的是離心式壓縮機站，它的流程由輸氣工藝、機組控制和輔助系統(tǒng)三部分組成。輸氣工藝

32、部分除凈化、計量、增壓等主要過程外，還包括越站旁通、清管器收發(fā)、安全放空和管路緊急截斷等設(shè)施。機組控制部分有啟動、超壓保護、防喘振循環(huán)管路等。輔助系統(tǒng)包括燃料氣供給、自動控制冷卻、潤滑等系統(tǒng)。 氣體接收站。它是在輸氣管道沿線，為接受輸氣支線來氣而設(shè)計的站場。一般具有分離、調(diào)壓、計量和清管器收發(fā)等的功能。氣體分輸站。它是在輸氣管道沿線，為分輸氣體至用戶而設(shè)置的站場。一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管器收發(fā)、配氣等的功能。主要流程：從干線上分輸部分氣體，經(jīng)分離、調(diào)壓、計量后供給用戶，用旋風分離器對氣體除塵。接收清管器，事故工況及維修等放空和排污。 清管分離站。清管分離站應盡量于其他的輸送站場相結(jié)合，無

33、合適的站場可結(jié)合時，可根據(jù)具體情況設(shè)中間清管分離站。一般清管分離站可按80100km間隔考慮設(shè)置。主要流程：設(shè)有清管器接收和發(fā)送裝置，正常工作時氣走越站旁通，清管時經(jīng)旋風分離器去下一站。越站旁通閥采用線路截斷閥，使其有線路截斷閥室的作用。（3）輸氣末站功能：它是設(shè)在輸氣管道末段儲氣段起點的站場，一般具有分離、調(diào)壓、計量、清官器接收及配氣功能。正常輸氣：上游來氣旋風分離器過濾分離器計量壓縮機下輸?shù)礁鏖T站接受清管器：上游管線清管器通過指示器接球筒4.2 輸氣站的主要功能4.2.1 分離為了保證進入輸氣管道的氣體的氣質(zhì)要求，在一些站場要設(shè)置分離裝置，分離其中攜帶的干粉塵，其除塵設(shè)備多采用旋風分離器、

34、多管除塵器、過濾除塵器等。大流量站場的氣體除塵器可以經(jīng)過匯管采取并聯(lián)安裝來滿足處理要求。在設(shè)計分離器臺數(shù)時，應按分離器的最小處理能力來設(shè)計計算安排，以保證當一臺分離器檢修時余下的分離器的最大處理能力仍能滿足站場的處理要求。4.2.2 調(diào)壓（1）輸入和輸出支線與干線的連接點應保持穩(wěn)定的輸入和輸出壓力，并規(guī)定其波動范圍以利于對支線和干線輸送過程中的控制。輸氣首站內(nèi)調(diào)壓設(shè)計中應符合輸氣工藝設(shè)計要求并應滿足開、停工和檢修的需要。（2）調(diào)壓裝置應設(shè)置在氣源來氣壓力不穩(wěn)定且需要控制進站壓力的管線上、分輸器和配氣管線上以及需要對氣體流量進行控制和調(diào)節(jié)的計量裝置之前的管段上。4.2.3 計量（1）輸入與輸出干

35、線的氣體及站內(nèi)自耗氣必須計量。這些氣量是交接業(yè)務和進行整個輸氣系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的依據(jù)。（2）氣體計量裝置應設(shè)置在輸氣干線上、分輸氣干線上和配氣管線上以及站內(nèi)的自耗氣管線上。（3）天然氣體積流量計有壓差式和容積式流量計兩種，其中以壓差式流量計為主，近年來隨著輸氣管道自動化程度的不斷提高在輸氣站場上已開始利用微機測定天然氣流量。4.2.4 清管輸氣管線在施工過程中積存下來的污物和管道投產(chǎn)運行時所積存下來的腐蝕產(chǎn)物，都是影響氣質(zhì)、降低輸氣能力，堵塞儀表、影響計量精度和加劇管線內(nèi)部腐蝕的主要因素。為此，應于管線投產(chǎn)前和運行過程中加以清除。清管氣體收發(fā)裝置：清管氣體收發(fā)裝置包括收發(fā)筒、工藝管線、全通徑閥門

36、、裝卸工具以及指示器等輔助設(shè)備。（1）發(fā)球筒：發(fā)球筒的筒直徑一般比主管大12倍，以便清管器的放入和取出。其發(fā)送筒的長度應能滿足最長清管器或監(jiān)測器的要求，一般不應小于筒徑的34倍；其接受筒的長度應更長些，因為它需要容納進入排污管的大塊清除物和先后法如管道的兩個或更多的清管器，其長度一般不小于管徑的46倍。（2）快速開關(guān)盲板：快速開關(guān)盲板上應有防自松安全裝置。（3）污物排放：清管器作業(yè)排除的污物應集中處理，不得隨意排放。4.2.5 安全泄放輸氣站的各類站場必須設(shè)置安全設(shè)施。安全閥定壓及泄壓防空管直徑應按以下要求計算：（1）安全閥定壓，安全閥定壓應等于或小于受壓設(shè)備和容器的設(shè)計壓力。（2）安全瀉放設(shè)

37、施的設(shè)置要求a.輸氣站應在進站截斷閥上游和出站截斷閥下游設(shè)置泄壓放空裝置。根據(jù)輸氣管道站場的特點，放空管應能迅速放空輸氣干線兩截斷閥之間管段內(nèi)的氣體，放空管的直徑通常取干線直徑的1/31/2，而且放空閥應與放空管等徑。b.站內(nèi)的受壓設(shè)備和容器應按現(xiàn)行的安全規(guī)程的規(guī)定設(shè)置安全閥。安全閥瀉放的氣體可引入同級壓力放空管線。4.3 站址選擇4.3.1 基本要求（1）位置：所給位置必須服從輸氣干線的大走向，并考慮交通、供電、給排水、電信、生活等條件；與附近工業(yè)企業(yè)、倉庫、火車站及其他公用設(shè)施的安全距離必須符合現(xiàn)行原油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定2。（2）占地面積：所選站址應使站內(nèi)各建筑物之間能留有

38、符合防火安全規(guī)定的間距，必要適應考慮站場的發(fā)展余地。（3）地形條件：選擇的站址應地勢開闊、平緩，以利于場地排水和放空位置選擇，盡量減小平整場地的土石方工程量。4.3.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)要求（1）應避開易發(fā)山洪、滑坡等不良工程地質(zhì)段以及其他不易建站的地方。（2）遇到濕陷性黃土分布地區(qū)，站址應盡量避開或選在濕陷量較小的地段。（3）地下水位較低，無腐蝕性。4.3.3 勘察要求（1）站場地形圖比例（1：200）（1：500）。（2）站場測量系統(tǒng)應與管線測量系統(tǒng)一致。（3）測量范圍應具體考慮為總圖布置方案留有余地（特殊地區(qū)建站可視現(xiàn)場的具體情況，確定測量范圍和地形比例）。4.3.4 站址選擇步驟（1

39、）先在總流向確定的范圍內(nèi)的地形圖上（1：50000）或（1：10000）初選幾處作為站址。（2）組織各有關(guān)專業(yè)的負責人（總圖、水、電、土建、地質(zhì)、測量）以及生產(chǎn)單位的負責人進行現(xiàn)場勘測。（3）站址確定以后應進行地質(zhì)勘查和測量工作。4.4 站場工藝設(shè)備選型4.4.1 多管分離器的設(shè)計天然氣中的固體雜質(zhì)不僅會增加管輸阻力，影響設(shè)備、閥門和儀表的正常運作，使其磨損加速、使用壽命縮短，而且污染環(huán)境，有害于人體。因此，在供給用戶前，應除去懸浮在天然氣中的固體雜質(zhì)。為此，在天然氣輸氣站中應設(shè)置除塵設(shè)備。輸氣站場中的除塵設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)簡單、可靠，分離效率高，不用經(jīng)常更換或清洗部件，氣流通過壓降小等。目前，常

40、用的除塵設(shè)備有：旋風分離器、導葉式旋風分離器、過濾分離器等。本工程采用旋風分離器。多管除塵器是一種適用于輸氣站場的高效除塵設(shè)備，它適用于氣量大，壓力較高，含塵粒度分布廣的干天然氣的除塵。（1）多管除塵器的進出口管。除塵器的進出口管直徑按公式2:d=d=式中：d進口管直徑，m；d出口管直徑，m；進口管內(nèi)的氣體流速，m/s；出口管內(nèi)的氣體流速，m/s。進出管的流速一般小點為好，這樣有利于進氣均勻分配，推薦進出口氣體流速一般為1015m/s。（2）旋風子個數(shù)2f式中：q氣體流量，m/s；f1 一個旋風子的軸向進氣面積，m；d 旋風子外管內(nèi)直徑，m;d旋風子內(nèi)管外直徑，m；n 旋風子的導向葉片數(shù)，一般

41、取8； 旋風子軸向進氣速度，m/s。4.4.2 壓縮機組的選型及配置（1）往復式壓縮機5優(yōu)點：a.具有較高的效率（90%以上），流量壓比變化范圍大。b.工況易于調(diào)節(jié)，流量變化對效率影響小 。c.機組對環(huán)境條件無特殊要求，可全天候運轉(zhuǎn)。缺點：a.機組排氣量小，裝機功率在2200kw以下范圍內(nèi)適用。b.機組體積大，活動部件多，結(jié)構(gòu)復雜，輔助設(shè)備多，占地面積大，維護工作量大。（2）離心式壓縮機5優(yōu)點：a.排氣量大，排氣連續(xù)均勻，震動小。b.結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，占地面積小。c.連續(xù)運行時間可達4000小時以上，易損件少，維護工作量小。d.有較完善的自動監(jiān)測、保護及調(diào)節(jié)裝置，能適應較高的自動化要求

42、。缺點：a.效率較低，對輸氣量及壓力波動適應范圍小，流量及壓力波動對機組效率影響大。 b.一次性投資高，維修難度大，并要求工作人員有較高的技術(shù)素質(zhì)及管理水平。綜上所述，對輸氣量較大、壓力變化不大的輸氣干線宜選用離心式壓縮機。在特殊情況下，如輸氣干線首站（為氣田集氣末站，進氣壓力受氣田影響，可能有較大的變化）、中途有氣體輸入的站，其進氣壓力可能受氣田供氣壓力的影響），壓力變化較大，或輸氣量較小時，也可選用往復式活塞壓縮機。本工程選用離心式壓縮機。4.4.3 驅(qū)動機選擇比較（1）采用燃氣輪機或燃氣發(fā)動機可就地取材，自成體系，從能源利用和節(jié)省投資方面都較為合理。（2）燃氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，無法與離心式壓

43、縮機匹配，不能滿足本工程需要。（3）燃氣輪機功率大，轉(zhuǎn)速高，易于離心式壓縮機匹配，且易實現(xiàn)自動化，余熱回收，節(jié)約能源，降低成本。4.5 本章小結(jié)本章主要就站場內(nèi)部工藝設(shè)計進行了說明，主要包括：站址的選擇、輸氣站的類型及其所對應的功能和流程、輸氣站場工藝設(shè)備的選型設(shè)計。第5章 自動控制和通訊設(shè)計說明5.1 自動控制系統(tǒng)說明輸氣管道工程自動控制系統(tǒng)采用計算機為核心的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集scada（supervisory control and data acquisition）系統(tǒng)。實現(xiàn)輸氣管道集中數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，scada系統(tǒng)設(shè)在調(diào)控中心控制室內(nèi)，自動控制系統(tǒng)的任務是保證該輸氣管道安全、可靠、平穩(wěn)、高效

44、和經(jīng)濟的運行。5.2 儀表及設(shè)備選型原則（1）盡量選用國產(chǎn)設(shè)備，關(guān)鍵設(shè)備應引進。（2）所選設(shè)備是經(jīng)過實踐考驗證明了其的技術(shù)的先進性，并具有可靠性和穩(wěn)定性。（3）現(xiàn)場儀表符合 中華人民共和國爆炸危險場所電器安全規(guī)范。國外設(shè)備應在國內(nèi)有支持和服務機構(gòu)，保證使用配件的供應及后期技術(shù)服務。5.3 scada系統(tǒng)為了保證控制系統(tǒng)的可靠性，同時最大限度的滿足生產(chǎn)過程需要，便于生產(chǎn)管理和操作，全線采用scada系統(tǒng)。scada 系統(tǒng)主要有調(diào)控控制中心計算機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠程控制單元（站控系統(tǒng)或rtu）組成。采用調(diào)度控制中心控制級，站場控制級和就地控制級的三級控制方式。第一級為調(diào)度控制中心控制級：即

45、調(diào)度控制中心對全線進行遠程控制，實行統(tǒng)一調(diào)度管理。第二級為站場控制級：在首站、中間清管站、分輸站和末站設(shè)置scada站控系統(tǒng)，對站內(nèi)工藝參數(shù)及設(shè)備運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。第三級為就地控制級：就地控制系統(tǒng)對工藝單體或設(shè)備進行手/自動就地控制。5.4 儀表檢測和控制系統(tǒng)溫度檢測、壓力檢測、壓力控制及安全系統(tǒng)檢測，分輸站設(shè)置壓力流量自動選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)對用戶的壓力或流量進行控制。正常情況下該系統(tǒng)為調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以控制下游壓力。當供氣流量超過設(shè)定值時，根據(jù)管理需要，控制系統(tǒng)將自動切換為流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對用戶供氣量進行限量控制，壓力調(diào)節(jié)采用電動調(diào)節(jié)閥。流量檢測與計量系統(tǒng)包括貿(mào)易計量、自用氣計量及管道泄漏

46、檢測。5.5 流量計量系統(tǒng)流量計量系統(tǒng)天然氣計量是輸氣管道中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，計量儀表的精度等級應符合相應的標準規(guī)范。首站流量計量屬于貿(mào)易交接計量，其特點是流量波動大，計量精度要求高。目前，國內(nèi)外天然氣輸氣管道用于貿(mào)易交接計量的儀表主要有孔板流量計，氣體渦輪流量計。本設(shè)計主要采用的是孔板流量計作為管道各站的計量儀表。5.6 本章小結(jié)如今輸氣管道的控制幾乎都實現(xiàn)了自動化，這使操作管理更加便捷、高效、準確。本章就管線的自動控制系統(tǒng)的選擇進行了簡要說明，主要包括：儀表及系統(tǒng)設(shè)備選型的原則、scada系統(tǒng)的組成和不同級別的功能區(qū)別、儀表檢測和控制系統(tǒng)、流量計量系統(tǒng)的選擇。第6章 輸氣管道的工藝設(shè)計說

47、明6.1 天然氣的熱物性計算6.1.1 天然氣的平均分子量、密度和相對密度（1） 平均分子量 （6-1）式中： 平均分子量； 第i組分的分子量；第i組分的摩爾組成。（2） 相對密度 （6-2）式中： 平均分子量； me空氣相對分子量，28.966。6.1.2 天然氣壓縮系數(shù)的計算（1）視臨界壓力和視臨界溫度 （6-3） （6-4）式中： 、分別為第i組分的臨界壓力和臨界溫度；第i組分的摩爾質(zhì)量。（2）對比壓力和對比溫度 （6-5） （6-6）式中：平均壓力；平均溫度。（3）平均壓力cp （6-7） （6-8） （6-9） （6-10）（4）壓縮系數(shù)z利用高帕爾的相關(guān)方程式的通式： （6-11）

48、由于和的數(shù)值不同，系數(shù)、取值也不相同，根據(jù)式（6-11）得出z值（見表6-1）。表格6-1 壓縮因子相關(guān)方程式pr范圍tr范圍相關(guān)方程式0.21.21.051.2pr(1.6643tr-2.2114)-0.3647tr+1.43851.2+1.4pr(0.5222tr-0.8511)-0.0364tr+1.04901.4+2.0pr(0.1391tr-0.2988)+0.0007tr+0.99692.0+3.0pr(0.0295tr-0.0825)+0.0009tr+0.9967 續(xù)表6-1pr范圍tr范圍相關(guān)方程式1.2+2.81.051.2pr(-1.3570tr+1.4942)+4.63

49、15tr-4.70091.2+1.4pr(0.1717tr-0.3232)+0.5869tr+0.12291.4+2.0pr(0.0984tr-0.2053)+0.0621tr+0.85802.0+3.0pr(0.0211tr-0.0527)+0.0127tr+0.95492.8+5.41.051.2pr(-0.3278tr+0.4752)+1.8223tr-1.90361.2+1.4pr(-0.2521tr+0.3871)+1.6087tr-1.66351.4+2.0pr(-0.0284tr+0.0625)+0.4714tr-0.00112.0+3.0pr(0.0041tr+0.0039)+0.0607