某輸氣管道工藝設(shè)計(jì)

1、 重慶科技學(xué)院 管道輸送工藝 課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院:石油與天然氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）_ _ _ _ _ _設(shè)計(jì)題目: 某輸氣管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期： 2013 年 12 月 27 日 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ): _ _ _ _ 成績(jī)（五級(jí)記分制）:_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）:_ _ 目錄1 總論11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則11.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)11.1.2 設(shè)計(jì)原則11.2 總體技術(shù)水平12 設(shè)計(jì)參數(shù)23 工藝計(jì)算33.1 管道規(guī)格33.1.1天然氣相對(duì)分子質(zhì)量33.1.2 天然氣密度及相對(duì)密度33.1.3 天然氣運(yùn)動(dòng)粘度33.1.4任務(wù)輸量33.1.5 管道內(nèi)徑的計(jì)算43

2、.1.6壁厚計(jì)算43.2 末段長(zhǎng)度和管徑確定63.2.1假設(shè)末段長(zhǎng)度63.2.2參量的計(jì)算63.2.3 計(jì)算管道末段儲(chǔ)氣量74 輸氣管道沿線(xiàn)布站相關(guān)工藝計(jì)算94.1壓縮機(jī)相關(guān)概況94.2壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算公式依據(jù)94.3壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算104.4壓縮比計(jì)算114.4壓縮機(jī)的選擇125 布置壓氣站135.1確定平均站間距135.2確定壓氣站數(shù)136 設(shè)計(jì)結(jié)果14參考文獻(xiàn)15重慶科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 總論 1 總論1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則 本設(shè)計(jì)主要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查詢(xún)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以布置合理的長(zhǎng)距離輸氣干線(xiàn)。 1.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；（

3、2）相似管道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)（3）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1.1.2 設(shè)計(jì)原則（1）嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。 （2）采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，建立新的管理體制，保證工程項(xiàng)目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。 （3）節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線(xiàn)結(jié)合。站場(chǎng)的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊發(fā)展緊密結(jié)合。 （4）在保證管線(xiàn)通信可靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程投資。提高自控水平，實(shí)現(xiàn)主要安全性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作。（5）以經(jīng)濟(jì)效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險(xiǎn)投資，力爭(zhēng)節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.2 總體技術(shù)水平 （1）采用高壓長(zhǎng)距離全密閉輸

4、送工藝； （2）輸氣管線(xiàn)采用先進(jìn)的 scada 系統(tǒng)，使各站場(chǎng)主生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到有人監(jiān)護(hù)、 1 自動(dòng)控制的管理水平。既保證了正常工況時(shí)管道的平穩(wěn)、高效運(yùn)行，也保證了管 道在異常工況時(shí)的超前保護(hù)，使故障損失降低到最小。（3）采用電路傳輸容量大的光纖通信。給全線(xiàn)實(shí)現(xiàn) scada 數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)可 靠的傳輸通道，給以后實(shí)現(xiàn)視頻傳輸、工業(yè)控制及多功能信息處理提供了可能。 （4）在線(xiàn)路截?cái)嚅y室設(shè)置電動(dòng)緊急切斷球閥，在 scada 中心控制室根據(jù)檢 漏分析的結(jié)果，確定管道泄漏位置，并可及時(shí)關(guān)閉相應(yīng)泄漏段的電動(dòng)緊急切斷球 閥。 （5）站場(chǎng)配套自成系統(tǒng)。 （6）采用固化時(shí)間短、防腐性能優(yōu)異的環(huán)氧粉末作為管道外防腐層

5、。16重慶科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 2 設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 所輸天然氣的組分見(jiàn)下表 表2.1組成mol%組成mol%甲烷94己烷0.06乙烷3.0硫化氫0.2丙烷0.47二氧化碳0.37丁烷0.32氮1.3正戊烷0.02氦0.00 （2）天然氣的溫度為30，管道長(zhǎng)度為900km，任務(wù)輸量（起點(diǎn)流量）為：20億方/年，氣源起點(diǎn)壓力為:8mpa。（3）壓氣站最大工作壓力為7.2mpa，進(jìn)站壓力為5.8mpa，各站自用氣系數(shù)為0.5%，末端最低壓力2.3mpa。（4）入站口到壓縮機(jī)入口壓損為0.11mpa，壓縮機(jī)出口到壓縮站壓損0.2mpa。重慶科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 3 工藝計(jì)算3.1 管道規(guī)格

6、 3.1.1天然氣相對(duì)分子質(zhì)量 有氣體的相對(duì)分子質(zhì)量公式： m= （3.1） 得出：m=1694%+303.0%+440.47%+580.32%+72 0.02%+860.06%+340.2%+440.37%+281.3%+40.00%=25.09323.1.2 天然氣密度及相對(duì)密度由公式的： 25.0932/24.055=1.043 （3.2）相對(duì)密度 =1.043/1.206=0.865 3.1.3 天然氣運(yùn)動(dòng)粘度 （1）由各組分粘度計(jì)算天然氣粘度 （3.3）按公式帶入數(shù)據(jù)得動(dòng)力粘度： =9.54(2)計(jì)算天然氣運(yùn)動(dòng)粘度 （3.4） 3.1.4任務(wù)輸量任務(wù)年輸量為20億方/年。 3.1.5

7、 管道內(nèi)徑的計(jì)算根據(jù)公式： （3.5）式中 為天然氣標(biāo)準(zhǔn)密度，； 為天然氣運(yùn)動(dòng)粘度，； 為天然氣在該管段內(nèi)的流量，： 管道在100米的壓力降，當(dāng)p3.5，取45，當(dāng)1.4，取35。所以,從起點(diǎn)到進(jìn)氣點(diǎn)的管道管徑： 612mm 3.1.6壁厚計(jì)算輸氣管線(xiàn)的管徑確定后，要根據(jù)其輸送壓力、管線(xiàn)材質(zhì)等來(lái)設(shè)計(jì)壁厚。油田油氣集輸和外輸油、氣管線(xiàn)可按下式計(jì)算： (3.6) 式中 管線(xiàn)設(shè)計(jì)的工作壓力，mpa；管線(xiàn)管徑，=+,為管道內(nèi)徑，mm； 剛性屈服極限，mpa(查表3.1) f 設(shè)計(jì)系數(shù)（查表3.2） 表3.1剛性屈服極限鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼a3f低合金鋼16mnapis-sl1020x52x60x6

8、5x70，mpa205245235353358413448482表3.2設(shè)計(jì)系數(shù)工作環(huán)境管線(xiàn)野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線(xiàn)0.720.60輸氣管線(xiàn)0.600.50根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用apis-sl x70 =482；因?yàn)槭禽敋夤芫€(xiàn)f=0.6 。分別帶入管徑，求得：=11.3mm =+2=612+20.962 = 653.92mm根據(jù)國(guó)標(biāo)無(wú)縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格: 表3.3直徑厚度管重/米直徑厚度管重/米159415.2982010199.75518.9912239.1622.6414278.26219421.219208179.92526.399

9、202.19631.5210224.41736.612268.7841.6314312.79273533.0410208199.65639.519224.38745.9210249.07852.2812298.29325539.4614347.31647.216396.14754.8918444.77862.54122010298.39970.1312357.471077.6814416.36377654.8916475.05763.87142012416.66872.814485.41981.6716553.961090.5162012475.84426662.1414554.46772.3

10、316632.87882.4618711.1992.55182012535.0210102.5914623.5480670.1316711.79781.6518799.87893.1220887.769104.53202014692.5510115.916790.7529790.1118888.658102.7820986.49115.41221083.9510127.99222016869.616308122.7118977.429137.82221192.4610152.89241299.687208140.46242016948.529157.8181066.210175.0920118

11、3.688208160.19221300.969179.99241418.05 3.2 末段長(zhǎng)度和管徑確定 當(dāng)設(shè)計(jì)一條新的干線(xiàn)輸氣管道時(shí)，工藝計(jì)算應(yīng)該從末段開(kāi)始，先確定末段的長(zhǎng)度和管徑，然后再進(jìn)行其他各中間管段的計(jì)算。 輸氣管道末段的計(jì)算與其他各段的區(qū)別是：應(yīng)該考慮末段既能輸氣，又能儲(chǔ)氣的特點(diǎn)，也就是說(shuō)，在末段的計(jì)算中除了要考慮與整條輸氣管道一致的輸氣能力，還必須考慮儲(chǔ)氣能力，最理想的是使末段能代替為消除晝夜用氣不均衡所需的全部容積的儲(chǔ)氣罐。計(jì)算輸氣管道末段長(zhǎng)度和直徑時(shí)，應(yīng)考慮以下三個(gè)條件:（1）當(dāng)用氣處于低峰時(shí)（夜間），輸氣管道末段應(yīng)能積存全部多余的氣體，如條件不允許，可考慮部分滿(mǎn)足；當(dāng)用氣

12、處于高峰時(shí)（白天），應(yīng)能放出全部積存的氣體。（2）輸氣管道末段的起點(diǎn)壓力，即最后一個(gè)壓縮機(jī)站的出口壓力不應(yīng)高于壓縮機(jī)站最大工作壓力，并且應(yīng)在鋼管強(qiáng)度的允許范圍之內(nèi)。（3）末段的終點(diǎn)壓力不應(yīng)低于城市配氣管網(wǎng)的最小允許壓力。 3.2.1假設(shè)末段長(zhǎng)度lz=20km,內(nèi)徑d=620mm 根據(jù)有關(guān)資料查的經(jīng)驗(yàn)值，末段儲(chǔ)氣能力為輸氣量的25%-30%，故可以計(jì)算的末段儲(chǔ)氣能力為v=m3/d*0.26=142.48萬(wàn)m3/d 通過(guò)假設(shè)數(shù)據(jù)求出末段輸氣管道的儲(chǔ)氣能力vs，當(dāng)vs接近要求的末段儲(chǔ)氣能力的時(shí)候，假設(shè)成立。若不符合要求則重新假設(shè)。3.2.2參量的計(jì)算 1.天然氣壓縮因子的計(jì)算有很多方法這里選擇比較精

13、確的一個(gè)壓縮因子公式： （3.7） 其中 p為管道設(shè)計(jì)壓力，10mpa。 帶入數(shù)據(jù) 求得z=0.822. 水力摩阻系數(shù)的計(jì)算：前蘇聯(lián)天然氣研究所近期公式 其中 d取管道末段管徑1270mm ，e取0.03帶入公式得=0.01453. 參數(shù)c： （3.8）其中c0=0.3328*10-6 帶入數(shù)據(jù)的c=0.0074 3.2.3 計(jì)算管道末段儲(chǔ)氣量 儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí),終點(diǎn)的最低壓力p2min應(yīng)不低于配氣站要求的最低壓力，故p2min為2.5mpa，計(jì)算末段起點(diǎn)最低壓力p1min。 （3.9） 其中p2min=2.5mpa，c=0.0074，lz=20km，q=m3/d帶入公式得p1min=2.85mpa

14、 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)，起點(diǎn)最高壓力應(yīng)不超過(guò)最后一個(gè)壓氣站或管路的強(qiáng)度，故為已知，則： = 其中=5mpa，帶入公式得p2mx=4.28mpa儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)的平均壓力： （3.10）帶入以上數(shù)據(jù)的 = 2.68mpa儲(chǔ)氣結(jié)束是的平均壓力： 帶入上述數(shù)據(jù)得=4.64mpa。根據(jù)輸氣管道末段儲(chǔ)氣開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的平均壓力和可求得末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力為： （3.11）式中 -工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，=101325pa-工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，=293k 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得141.96萬(wàn)m3/d。通過(guò)假設(shè)的管道長(zhǎng)度和管徑計(jì)算出的儲(chǔ)氣量接近要求的儲(chǔ)氣量，所以假設(shè)成立。所以，末段長(zhǎng)度為20km，管道規(guī)格為720*12.重慶科技學(xué)院

15、課程設(shè)計(jì) 輸氣管道沿線(xiàn)布站相關(guān)工藝計(jì)算 4 輸氣管道沿線(xiàn)布站相關(guān)工藝計(jì)算4.1壓縮機(jī)相關(guān)概況沿線(xiàn)有氣體分出或引入的干線(xiàn)輸氣管的特點(diǎn)是管路中的流量逐段變化：在分氣的情況下，流量逐段減??；在進(jìn)氣的情況下，流量逐段增大。如果計(jì)算段起點(diǎn)流量保持不變，在相同管徑、壓力等條件下，有分氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長(zhǎng)度必定大于無(wú)分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長(zhǎng)度，而且分氣量越大（或分氣點(diǎn)越多），計(jì)算段越長(zhǎng)；在進(jìn)氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長(zhǎng)度必定小于無(wú)分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長(zhǎng)度，而且進(jìn)氣量越大（或進(jìn)氣點(diǎn)越多），計(jì)算段越短；在既有分氣點(diǎn)又有進(jìn)氣點(diǎn)的情況下，計(jì)算段的長(zhǎng)度取決于分氣和進(jìn)氣的共同影響，分氣的影響使管段變長(zhǎng)，進(jìn)氣的影響使管段變短，因此

16、，如分氣的影響超過(guò)進(jìn)氣的影響，則計(jì)算段變長(zhǎng)，反之，則計(jì)算段變短。沿線(xiàn)有進(jìn)氣點(diǎn)的水平輸氣管，設(shè)輸氣管計(jì)算段的起點(diǎn)流量為，內(nèi)徑為，起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力為,沿線(xiàn)有若干進(jìn)氣點(diǎn)，各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量為，,.，各進(jìn)氣點(diǎn)之間的管段長(zhǎng)度為，,.，這種有進(jìn)氣點(diǎn)的輸氣管的特點(diǎn)是流量逐段增加，在計(jì)算段的長(zhǎng)度l必定小于無(wú)進(jìn)氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長(zhǎng)度。4.2壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算公式依據(jù) 輸氣管計(jì)算段的長(zhǎng)度可按下面的水平輸氣管基本公式的變換形式進(jìn)行計(jì)算： （4.1)式中 也可按整理變形后的下列公式計(jì)算： (4.2)式中 輸氣管計(jì)算段起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力，mpa 各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量， 計(jì)算段的長(zhǎng)度，km 天然氣相對(duì)密度 水力摩阻系數(shù)如不

17、考慮進(jìn)氣分氣影響，計(jì)算段長(zhǎng)度為： (4.3)4.3壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算 除去末段儲(chǔ)氣段20km,給剩下的880km的管道長(zhǎng)度進(jìn)行壓縮機(jī)布置。天然氣氣源壓力為8mpa,不需加壓，故設(shè)計(jì)時(shí)在起點(diǎn)不設(shè)壓縮機(jī)。由已知數(shù)據(jù)，z=0.82，首先假設(shè)壓縮比設(shè)計(jì)壓力=8.5，求出進(jìn)站壓力=6.07（1）第1站壓縮機(jī)布置情況第1站距離起點(diǎn)的長(zhǎng)度計(jì)算： 第1站壓縮機(jī)布置在距離起點(diǎn)91.4km的位置（2）第2站壓縮機(jī)布置情況第2站到首站的長(zhǎng)度計(jì)算：不考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長(zhǎng)度為： 下面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算：考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長(zhǎng)度為： (4.4)所以第2站布置在離首站792.7km的位置。又因?yàn)槌ヒ呀?jīng)計(jì)算的91.4k

18、m，和末端20km的儲(chǔ)氣長(zhǎng)度，管段上還有788.6km需要布站。但是792.7km788.6km，所以可以不需增加布置站。綜上，此輸氣干線(xiàn)共需布置2個(gè)壓縮機(jī)站。4.4壓縮比計(jì)算 由布站位置分布可知，第2站與末站的距離為792.7km，根據(jù)管段長(zhǎng)度公式(4.2)，已知、，求，進(jìn)而可知壓縮比。校核壓縮比： 壓縮比為： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，壓氣站的設(shè)計(jì)壓比不宜太高，否則將導(dǎo)致管道全線(xiàn)的壓縮機(jī)功率增大，同時(shí)管道的輸氣能耗及輸氣成本增大，我國(guó)的輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（gb 50251-94）建議：當(dāng)采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，壓氣站的壓比取1.2-1.5為宜。此外，在沒(méi)有特殊要求的情況下，管道全線(xiàn)所有壓氣站的設(shè)計(jì)壓比通常取

19、同一個(gè)值。在本設(shè)計(jì)中，取壓縮比為1.4，最后通過(guò)校核壓縮比為1.38，符合規(guī)范，故設(shè)計(jì)合理。4.5壓縮機(jī)的選擇壓縮機(jī)的選型壓縮機(jī)選型應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）壓縮機(jī)組的選型和臺(tái)數(shù)，應(yīng)根據(jù)壓氣站的總流量，總壓比，出戰(zhàn)壓力，氣質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。（2）壓氣站選用離心式壓縮機(jī)，單機(jī)級(jí)壓縮的壓比可在1.2-1.5。（3）統(tǒng)一壓氣站內(nèi)的壓縮機(jī)組，宜采用一機(jī)型，并有一臺(tái)備用。（4）壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)選型，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)啬茉垂┙o情況，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。（5）在本設(shè)計(jì)中由于輸送的是天然氣，所以選擇燃?xì)廨啓C(jī)，取采方便穩(wěn)定較少其他設(shè)備投資。根據(jù)管道的輸量和各站的壓力比及組合方式由經(jīng)驗(yàn)選擇壓縮機(jī)的型號(hào)。壓縮機(jī)的有關(guān)參數(shù):型號(hào)rfb-36型離心壓縮機(jī)；功率25094kw ； 壓比1.4；排量8.3m3/s ； 壓力3.88mpa；進(jìn)口溫度t140； 出口溫度t2140；外型尺寸(mm) 270017002800 四臺(tái)并聯(lián)使用。重慶科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 布置壓氣站 5布置壓氣站在輸氣管道的設(shè)計(jì)中，很重要的一個(gè)工作就是如何把壓氣站沿線(xiàn)布置好，盡量少的站數(shù)，布置合理，還能完成數(shù)量的任務(wù)。利用管道末段儲(chǔ)氣是在