《燃?xì)饧俺善酚凸艿涝O(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)-某輸氣管道工藝設(shè)計(jì)

1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙重慶科技學(xué)院?燃?xì)饧俺善酚凸艿涝O(shè)計(jì)?課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院: 專業(yè)班級: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計(jì)地點(diǎn)單位： K801 設(shè)計(jì)題目: 某輸氣管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期：2021 年 1月8日指導(dǎo)教師評語: 成績五級記分制: 指導(dǎo)教師簽字:_目錄1 設(shè)計(jì)總那么11.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)11.2設(shè)計(jì)原那么12設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)22.1設(shè)計(jì)工程概況22.2其他有關(guān)根底數(shù)據(jù)23 確定管道評估性通氣能力34 輸氣管道規(guī)格44.1天然氣的密度及相對密度44.2天然氣運(yùn)動(dòng)黏度44.3壓縮因子54.4雷諾數(shù)54.5水力摩擦系數(shù)64.6管道內(nèi)徑的計(jì)算64.

2、7確定管壁厚度64.8末段工況特點(diǎn)94.9末段長度與管徑確定94.10計(jì)算末端儲(chǔ)氣量VS115 壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比135.1壓縮機(jī)相關(guān)情況135.2壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算公式依據(jù)135.3壓縮機(jī)站數(shù)確實(shí)定14壓縮比計(jì)算156確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號166.1壓縮機(jī)的選型167布置壓氣站187.1壓縮機(jī)的布置188結(jié)論198.1管道評估性通氣能力19輸氣管道規(guī)格19壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比198.4壓縮機(jī)選型19參考文獻(xiàn)201 設(shè)計(jì)總那么本設(shè)計(jì)主要依據(jù)的是課程設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的設(shè)計(jì)參數(shù)以及?輸氣管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?GB50251-94進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。輸氣管道工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵照以下原那么：1?輸氣管道工程設(shè)

3、計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?GB50251-20032保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、節(jié)約土地，處理好與鐵路、公路、河流等的相互關(guān)系；3采用先進(jìn)技術(shù)，努力吸收國內(nèi)外新的科技成果；5優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確定經(jīng)濟(jì)合理的輸氣工藝及最正確的工藝參數(shù)。 6在保證管線通信可靠的根底上，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)主要平安性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作。7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，力爭節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。2設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)2.1設(shè)計(jì)工程概況某長距離輸氣干線，沿線地形起伏不大，海拔高度1200m。要求對該管道進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求如下：（1） 確定管道評估性通氣能力（2） 輸氣管道規(guī)格（3） 壓縮機(jī)站數(shù)

4、及壓縮比（4） 確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號（5） 布置壓氣站 所輸天然氣組分見下表2-1：表2-1 天然氣相關(guān)組分組成Mol%組成Mol%甲烷95己烷1.06乙烷硫化氫丙烷二氧化碳7丁烷氮1.3正戊烷0.02氦2天然氣的溫度為30，管道全長1000km，任務(wù)輸量為：25億方/年，起點(diǎn)氣源壓力為8MPa；3壓氣站最大工作壓力為7MPa，進(jìn)站壓力為5.2MPa，各站自用氣系數(shù)為0.5%，末端最低壓力2.0MPa；51MPa提示：確定燃?xì)廨啓C(jī)的功率公式 N0=4.008×10-6k/(k-1)TZQ(m-1)/m-1)Niso為所選燃?xì)廨啓C(jī)的標(biāo)況功率 Nsite= Nis0×Ft

5、×Fm×Fex×Fin 3 確定管道評估性通氣能力任務(wù)年輸量為25億方/年。根據(jù)?GB50251-2003?輸氣管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輸氣管道的設(shè)計(jì)輸送能力應(yīng)按設(shè)計(jì)委托書或合同規(guī)定的年或日最大輸氣量計(jì)算，設(shè)計(jì)年工作天數(shù)應(yīng)按350d計(jì)算350d是為冬夏平衡，同時(shí)最大輸氣量應(yīng)以標(biāo)態(tài)計(jì)算。由上計(jì)算可得該管道通氣能力為立方米每秒。4 輸氣管道規(guī)格及相對密度 組成密度kg/m³相對分子質(zhì)量動(dòng)力粘度組成密度kg/m³相對分子質(zhì)量動(dòng)力粘度甲烷10.395己烷86.18000乙烷30.7008.600硫化氫34.07611.670丙烷44.0977.502二氧

6、化碳44.01014.023丁烷58.12435氮28.013正戊烷72.1516.355氦4.000 由氣體的相對分子質(zhì)量公式： (4-1)得出:由公式得：=1/24.055=0.757kg/m3在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，天然氣的密度與干空氣的密度之比稱為相對密度。天然氣相對密度用符號用表示，那么有： (4-2)式中 氣體的相對密度 氣體的密度 相對密度： =0.757/1.206=0.62774.2天然氣運(yùn)動(dòng)黏度 1由各組分黏度計(jì)算天然氣黏度： (4-3)代入數(shù)據(jù)得：所以按公式計(jì)算得動(dòng)力黏度:=44.1059583=10.358MPa·s 2計(jì)算天然氣運(yùn)動(dòng)黏度:由公式式中：P天然氣的絕對壓力

7、MPa由公式式中: q氣體流量；相對密度；氣體動(dòng)力粘度； d輸氣管的內(nèi)徑；將后面假設(shè)管徑數(shù)據(jù)代入式中得Re10-5由公式： 代入公式得： 根據(jù)公式： (4-4) 式中 D管道內(nèi)徑，mm； 天然氣密度，kg/m3； 天然氣運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s； 體積流量，m3/h； 管道在100米的壓力降，當(dāng)P3.0MPa，取45MPa，當(dāng)1.4P3.0 MPa,，取35MPa。； 代入數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)徑：輸氣管線的管徑確定后，要根據(jù)其輸送壓力、管線材質(zhì)等來設(shè)計(jì)壁厚。油田油氣集輸和外輸油、氣管線可按下式計(jì)算： 4-2式中 p管線設(shè)計(jì)的工作壓力，10MPa； d管線內(nèi)徑，mm； 焊縫系數(shù)：無縫鋼管=1，縫管和螺旋焊縫鋼

8、管=1， 旋埋弧焊鋼管=0.9； 剛性屈服極限，MPa(查表1)；鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482 F設(shè)計(jì)系數(shù)查表2。 工作環(huán)境 管線野外地區(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輸油管線輸氣管線 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，管線設(shè)計(jì)壓力P取壓氣站最大工作壓力7MPa，選直焊縫鋼管，選用APIS-SL，X70，設(shè)計(jì)參數(shù)F取0.60。根據(jù)國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格表4-3國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格。綜上選擇管徑720×9mm的管道。表4-3 國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格直徑厚度/mm

9、管重/m直徑/mm厚度/mm管重/m15948201051261421949208596107128142735102086971081232551461671881220109121014377616714201281491610162012426614716818918201210144806167188209202114101652971882092210222016630818922102472082420169181020820822924末段工況特點(diǎn)當(dāng)設(shè)計(jì)一條新的干線輸氣管道時(shí)，工藝計(jì)算應(yīng)該從末段開始，先確定末段的長度和管徑，然后再進(jìn)行其他各中間管段的計(jì)算。輸氣管道末段，即最后一個(gè)

10、壓縮機(jī)站與城市門站之間的管段。末段與其他各站站間管段在工況上有較大的區(qū)別。對于中間站站間管段來說，其起點(diǎn)與終點(diǎn)的流量是相同的，即屬于穩(wěn)定流動(dòng)的工況，因此可按推導(dǎo)公式計(jì)算。但對于輸氣管道末段來說，其起點(diǎn)流量也是和其他各管段一樣保持不變，而其終點(diǎn)流量卻是變化的，并等于城市的用氣量。城市用氣量小于末段的恒定起點(diǎn)流量，如城市無儲(chǔ)氣庫，多余的氣體就積存在末段管內(nèi)。當(dāng)城市用氣量大于管線輸氣量時(shí)，缺乏的氣量就由積存在末段管中剩余氣體補(bǔ)充。隨著流量的變化，末段的起、終點(diǎn)壓力也隨著變化。末段終點(diǎn)流量增大時(shí)，末段起、終點(diǎn)壓力都要減??；相反，終點(diǎn)流量減小時(shí)，末段起、終點(diǎn)壓力都要增大。末段起點(diǎn)的最高壓力等于最后一個(gè)壓

11、氣站出口的最高工作壓力，末段終點(diǎn)的最低壓力應(yīng)不低于配氣站所要求的供氣壓力，末段起、終點(diǎn)壓力的變化就決定了末段輸氣管中的儲(chǔ)氣能力。 當(dāng)設(shè)計(jì)一條新的干線輸氣管道時(shí)，工藝計(jì)算應(yīng)該從末段開始，先確定末段的長度和管徑，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，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)算輸氣管道末段長度和直徑時(shí)，應(yīng)考慮以下三個(gè)條件: 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

12、局部滿足；當(dāng)用氣處于頂峰時(shí)白天，應(yīng)能放出全部積存的氣體。 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)。 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。末段終點(diǎn)壓力，末段起點(diǎn)壓力。假定末段直徑，壁厚9mm按下式計(jì)算所需管徑： (4-6) (4-7)式中 Vsmax取最大儲(chǔ)氣量為日輸量的40%，m3/d； qv氣體的流量，m3/s； P1,P2分別為最高壓力和最低壓力,Pa； P0工程標(biāo)標(biāo)狀況下的壓力, P0=101325Pa； 水力摩阻系數(shù)； Z氣體的壓縮因子；氣體的相對密度； T氣體的平均溫度，K；T0工程標(biāo)標(biāo)狀況下的溫

13、度，T0=293K。代入數(shù)值后可以得出：根據(jù)公式可以計(jì)算出末段管道壁厚：所需末段長度按公式計(jì)算： (4-8) (4-9)式中 d管線內(nèi)徑，mm水力摩阻系數(shù)； Z氣體的壓縮因子；氣體的相對密度； T氣體的平均溫度，K；P1,P2分別為最高壓力和最低壓力,Pa；氣體的流量，m3/s；末段儲(chǔ)氣管道長度，km。故由公式可得：儲(chǔ)氣開始時(shí)，終點(diǎn)的最低壓力不低于配氣站要求的最低壓力： 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)，起點(diǎn)的最高壓力不超過管材的最高壓力： 代入數(shù)值后：末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力按公式：式中： 儲(chǔ)氣開始時(shí)末段管道中的存氣量，m3； 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)末段管道中的存氣量，m3； V末段管道的幾何體積，m3；Z氣體的壓縮因子；代入數(shù)

14、據(jù)后：假定的末段儲(chǔ)氣能力為日輸量的40%，計(jì)算得：即末段儲(chǔ)氣量在日輸量的30%40%間，符合設(shè)計(jì)要求。末端假設(shè)管徑與標(biāo)準(zhǔn)管徑相對誤差小于1%。，故末段管徑取7118mm，長度取km合理。5 壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比沿線有氣體分出或引入的干線輸氣管的特點(diǎn)是管路中的流量逐段變化：在分氣的情況下，流量逐段減?。辉谶M(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)算段的長度必定大于無分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度，而且分氣量越大或分氣點(diǎn)越多，計(jì)算段越長；在進(jìn)氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長度必定小于無分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度，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)

15、又有進(jìn)氣點(diǎn)的情況下，計(jì)算段的長度取決于分氣和進(jìn)氣的共同影響，分氣的影響使管段變長，進(jìn)氣的影響使管段變短，因此，如分氣的影響超過進(jìn)氣的影響，那么計(jì)算段變長，反之，那么計(jì)算段變短。沿線有進(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,沿線有假設(shè)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)算段的長度l必定小于無進(jìn)氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度。 5.2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)算段的長度可按下面的水平輸氣管根本公式的變換形式進(jìn)行計(jì)算： (5-1) 式中 ,也可按整理變形后的以下公式計(jì)算： (5-

16、2) 式中 輸氣管計(jì)算段起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力，Mpa qi各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量， l計(jì)算段的長度，km 天然氣相對密度 水力摩阻系數(shù)如不考慮進(jìn)氣分氣影響，計(jì)算段長度為： (5-3)平均站間距： (5-4)壓縮機(jī)站數(shù)： (5-5) 式中 n壓縮機(jī)站數(shù)，計(jì)算結(jié)果向上取整； L輸氣管道長度，km 末段儲(chǔ)氣管道長度，km： l平均站間距，km PQ,PZ分別為管道起點(diǎn)壓力和終點(diǎn)壓力,Pa代入數(shù)值后：平均站間距取km>190km，符合輸氣管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對站間距的要求，壓氣站站數(shù)取2。壓縮比計(jì)算 壓縮比為： ，故取。此外，在沒有特殊要求的情況下，管道全線所有壓氣站的設(shè)計(jì)壓比通常取同一個(gè)值。在設(shè)計(jì)中，取壓縮

17、比為1.35，通過校核壓縮比為，符合標(biāo)準(zhǔn)，故設(shè)計(jì)合理。6確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號一般選型原那么，壓縮機(jī)選型中要考慮的一般性問題是：介質(zhì)；流量；排氣壓力；1考慮介質(zhì)1)昂貴介質(zhì)宜選用膜壓縮機(jī)，如：氬氣，氦氣壓縮機(jī)。2)冰箱、空調(diào)用制冷劑壓縮機(jī)宜選用無泄漏全封閉特種壓縮機(jī)，為了防止壓縮過程中冷劑泄漏和噪音。 3)易燃易爆壓縮機(jī)，如：氫氣，乙炔壓縮機(jī)，要考慮排氣溫度，考慮活塞桿和氣閥的密封要求，考慮是否加注惰性氣體作密封氣。 4)對材料有腐蝕的氣體，如氨壓縮機(jī)，不得使用銅材。 5)有毒或劇毒氣體(2) 考慮流量1)流量 60 m3/min (吸入態(tài))宜選用活塞式或螺桿式壓縮機(jī)。作為動(dòng)力用的空氣壓縮

18、機(jī)，儀表風(fēng)、吹掃空氣等的壓縮機(jī)在公用工程中被大量使用。 2)流量 50m3/min (吸入態(tài))可選用離心式壓縮機(jī)。 3)流量 150m3/min (吸入態(tài)) 宜選用離心式壓縮機(jī)。(3) 考慮流量時(shí)應(yīng)兼顧排氣壓力 1)流量 50 m3/min，壓比大于9， 離心式壓縮機(jī)效率急劇下降，這時(shí)： 二級葉輪變得很小，小于 100 mm; 轉(zhuǎn)速變得很高， 大于30，000 rpm； 葉輪和軸承的制造難度均加大。表5.1 壓縮機(jī)型號表壓縮機(jī)型號介質(zhì)進(jìn)氣壓力(表壓)MPa排氣壓力(表壓)MPa排氣量m3/s驅(qū)動(dòng)功率kW外型尺寸長×寬×高mmD-2.4/(16-20)-250天然氣253556000×4760×2500DWWJD-3/(00.2)-7天然氣3305000×2300×2400天然氣25501356000×2300×2550天然氣10007280×3470×1200M-40/60-70天然氣60708015008800×4570×2500因此，根據(jù)所算壓縮比，以及泵的流量和經(jīng)濟(jì)本錢，本設(shè)計(jì)管路中宜選擇壓縮機(jī)的型號為M-40/60-70，進(jìn)氣壓力6MPa，出氣壓力為7MPa，功率為150