油氣管道輸送技術(shù)課程設(shè)計(jì)---多氣源多用戶(hù)輸氣管道工藝設(shè)計(jì)

1、目錄1 總論11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及原那么11.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)11.1.2 設(shè)計(jì)原那么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)黏度33.2 管道內(nèi)徑的計(jì)算43.3 確定管壁厚度43.4 確定各管段管道外徑及壁厚63.5 末段長(zhǎng)度和管徑確定63.5.1 假設(shè)末段長(zhǎng)度, 內(nèi)徑d=1086.2mm73.5.2 計(jì)算各個(gè)參量73.5.3 計(jì)算儲(chǔ)氣量84 壓縮機(jī)的位置及校核94.1 壓縮機(jī)站數(shù)94.1.1 壓縮機(jī)站的位置94.1.2 壓縮機(jī)站位置的校核10參考文獻(xiàn)11多氣源多用戶(hù)輸氣管道工藝

2、設(shè)計(jì)1 總論 設(shè)計(jì)依據(jù)及原那么 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)和標(biāo)準(zhǔn)，以布置合理的長(zhǎng)距離輸氣干線。 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)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)；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)原那么 1嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)。 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，保證工程工程的高水平、高效益，確保管道平安可靠，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，站線結(jié)合。站場(chǎng)的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊開(kāi)展緊密結(jié)合。 4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

3、安性保護(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采用高壓長(zhǎng)距離全密閉輸送工藝； 2 輸氣管線采用先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)，使各站場(chǎng)主生產(chǎn)系統(tǒng)到達(dá)有人監(jiān)護(hù)、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在線路截?cái)嚅y室設(shè)置電動(dòng)緊急迫斷球閥，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

4、急迫斷球閥。 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。2 設(shè)計(jì)參數(shù)1、 所輸天然氣的組分見(jiàn)下表：組成Mol%組成Mol%甲烷己烷乙烷硫化氫丙烷二氧化碳異丁烷氮正丁烷氦異戊烷氫正戊烷氬2、天然氣的溫度為27，管道長(zhǎng)度為4250km，任務(wù)輸量起點(diǎn)流量為：115億方/年，起點(diǎn)氣源壓力為8MPa；設(shè)計(jì)壓力10MPa。3、管道沿線各節(jié)點(diǎn)的進(jìn)、分氣量，氣源壓力或支線用戶(hù)所需的最低壓力見(jiàn)附表一，進(jìn)、分氣點(diǎn)之間的距離見(jiàn)附表二。附表一：管道沿線各節(jié)點(diǎn)的進(jìn)、分氣量進(jìn)分氣支線12345678910進(jìn)分氣量萬(wàn)m3/d320450-82-125-168-279-230-280-2

5、60-140氣源壓力或支線用戶(hù)所需的最低壓力MPa附表二：進(jìn)、分氣點(diǎn)之間的距離管段號(hào)1234567891011管段長(zhǎng)度km308225128998136172701281101581556管段輸氣量萬(wàn)m3/d328636064056397438493661338231522872261224724、 管道終點(diǎn)要求的最低進(jìn)站壓力為2.5 MPa。3 工藝計(jì)算3.1 管道規(guī)格 3.1.1 天然氣相對(duì)分子質(zhì)量 由氣體的相對(duì)分子質(zhì)量公式：得出：M=16×94.31%+30×9%+44×0.67%+58×3%+58×0.11%+72×5%+72

6、×4%+86×0.05%+34×3%+44×0.03%+28×0.00%+4×0.00%+2×1.19%+40×0.00% 3.1.2 天然氣密度及相對(duì)密度由公式得： =16.6956/24.055=0.694kg/m3相對(duì)密度： = 3.1.3 天然氣運(yùn)動(dòng)黏度 1由各組分黏度計(jì)算天然氣黏度：代入數(shù)據(jù)得： 所以按公式計(jì)算得動(dòng)力黏度:·s 2計(jì)算天然氣運(yùn)動(dòng)黏度: 3.2 管道內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)公式：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； 100米

7、管道壓力降45kPa；代入數(shù)據(jù)計(jì)算1號(hào)管段內(nèi)徑：同理可得其他管段內(nèi)徑：3.3 確定管壁厚度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(lái)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：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(wú)縫鋼管=1，縫管和螺旋焊縫鋼管=1， 旋埋弧焊鋼管； 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。 表1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

8、20m輸油管線輸氣管線表 2 這里選用直焊縫鋼管=1； 選用APIS-SL X70 =482MPa； 因?yàn)槭情L(zhǎng)輸氣管線F=0.72。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算1號(hào)管段管道壁厚： 同理可得其他管段管道壁厚：3.4 確定各管段管道外徑及壁厚根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取合理管道規(guī)格,具體規(guī)格見(jiàn)表3。 管道編號(hào)管道外徑/mm管道壁厚/mm管道內(nèi)徑/mm1121911842121911843132141321128651321128661321128671219118481219118491118101118111118 表33.5 末段長(zhǎng)度和管徑確定 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(kāi)始，先確定末段的長(zhǎng)度和管

9、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: 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，可考慮局部滿(mǎn)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

10、管網(wǎng)的最小允許壓力。 具體計(jì)算步驟如下： A.假設(shè)輸氣管道末段長(zhǎng)度和管徑； B.根據(jù)條件二確定儲(chǔ)氣終了時(shí)末段起點(diǎn)壓力；根據(jù)條件三確定儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)末段重點(diǎn)壓力； C.計(jì)算儲(chǔ)氣終了時(shí)末段終點(diǎn)壓力，計(jì)算儲(chǔ)氣終了時(shí)末段平均壓力； D.計(jì)算儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)末段起點(diǎn)壓力，計(jì)算儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)末段平均壓力； E.計(jì)算末段儲(chǔ)氣能力，與要求的末段儲(chǔ)氣能力比擬，假設(shè)互相接近，那么所假設(shè)的末段長(zhǎng)度和管徑滿(mǎn)足工藝要求；否那么重新假設(shè)末段長(zhǎng)度或管徑，返回步驟B重新計(jì)算，直到末段長(zhǎng)度和管徑滿(mǎn)足工藝要求，計(jì)算結(jié)束。 假設(shè)末段長(zhǎng)度, 內(nèi)徑d=根據(jù)資料查得經(jīng)驗(yàn)值，末段儲(chǔ)氣能力為輸氣量的25%30%，故可計(jì)算得末段儲(chǔ)氣能力為。通過(guò)假設(shè)的數(shù)據(jù)求

11、出末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力，當(dāng)接近要求的末段儲(chǔ)氣能力的時(shí)候，假設(shè)成立。假設(shè)不符合要求那么重新假設(shè)。 計(jì)算各個(gè)參量.壓縮因子公式：式中 P設(shè)計(jì)壓力，10MPa求得： 5.前蘇聯(lián)天然氣研究所近期公式： 將d=0.0952.可求參數(shù)C：式中 水利摩阻系數(shù)； Z壓縮因子； 天然氣相對(duì)密度； T天然氣輸送溫度，K； ； D管道內(nèi)徑，mm。 計(jì)算儲(chǔ)氣量 儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)，終點(diǎn)的最低壓力2MPa應(yīng)不低于配氣站要求的最低供氣壓力： 其中MPa，C=，,Q= ,代入公式得:=MPa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： 其中=10MPa，代入公式得:=MPa 儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)的平均壓力： 其中=MPa，2

12、.5MPa，代入公式得：MPa. 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)的平均壓力： 其中=10MPa，=MPa，代入公式得：MPa. 末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力為： 式中 一儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)末段管道中的存氣量，M；儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)末段管道中的存氣量，M； 工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，=293K； 工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，=101325Pa； 壓縮因子；代入數(shù)據(jù)得： 通過(guò)假設(shè)的管道長(zhǎng)度和管徑計(jì)算得到的儲(chǔ)氣量接近于要求的儲(chǔ)氣量，故假設(shè)成立。 綜上，末段長(zhǎng)度為100Km，管徑選取用1118×的管徑。4 壓縮機(jī)的位置及校核4.1 壓縮機(jī)站數(shù) 對(duì)于平均站間距的計(jì)算： 式中3/d。 l=488km 壓縮機(jī)站數(shù)：式中 L輸氣管全長(zhǎng)； lz末段管路長(zhǎng)

13、度； l平均站間距。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：n=10 壓縮機(jī)站的位置 設(shè)壓縮機(jī)的壓比為1.4，對(duì)首站位置進(jìn)行計(jì)算： 計(jì)算結(jié)果得出首站的位置l=180km。同理計(jì)算其余壓氣站的位置為： 對(duì)于末站壓縮機(jī)壓縮比確實(shí)定，根據(jù)公式： 計(jì)算得到進(jìn)站壓力為8.1MPa，故壓縮比：式中 p1進(jìn)站壓力，MPa； p2出站壓力，MPa。計(jì)算得壓縮比為：1.24，實(shí)際所選壓縮機(jī)的壓縮比為1.3。 4.1.2 壓縮機(jī)站位置的校核通過(guò)計(jì)算管段7和10末段壓力，對(duì)壓縮機(jī)位置是否正確進(jìn)行校核。 1.管段7：C=0.0053，Q=3382萬(wàn)m3/d，末段距離3站的距離l=128km。 通過(guò)公式：計(jì)算得p=9.2MPa>7.14MPa,所以壓縮機(jī)的位置在壓力降范圍內(nèi)。 2.管段10：C=0.0084，Q=2612萬(wàn)m3/d，末段距離4站的距離l=360km。計(jì)算得：P=8.9MPa>7.14MPa，不在壓縮機(jī)壓力降范圍內(nèi)。 3.采取措施：增大5站的進(jìn)站壓力，故縮短5站的距離。經(jīng)計(jì)算后得：5站距離4站的距離為370km，進(jìn)站壓力9MPa，5站的壓縮比為1.11。相應(yīng)的6、7站的距離相對(duì)變長(zhǎng)，分別為740km、71