多氣源多用戶輸氣管道工藝設計

1、 重慶科技學院 管道輸送工藝 課程設計報告學 院:石油與天然氣工程學院 專業(yè)班級: 油氣儲運08-2 學生姓名: 楊 娜 學 號: 2008442403 設計地點（單位）_ K705 _ _ _ _ _設計題目: 多氣源多用戶輸氣管道工藝設計 完成日期： 2011 年 12 月 29 日 指導教師評語: _ _ _ _ 成績（五級記分制）:_ _ 指導教師（簽字）:_ _ 目 錄1.工藝參數(shù)31.1 工程概況31.2 主要工藝參數(shù)31.2.1 任務輸量31.2.2 其它有關基礎數(shù)據(jù)32 天然氣基礎數(shù)據(jù)計算52.1所輸天然氣的組分見表2-1：52.2天然氣的密度52.3天然氣相對密度52.4天然

2、氣的動力粘度62.5天然氣的運動粘度63.輸氣管道工藝計算73.1輸氣管道末段計算73.1.1末段工況特點73.1.2末段長度和管徑的確定83.2其他管段管徑計算113.2.1管徑計算：113.2.2壁厚計算114 輸氣管道沿線布站相關工藝計算144.1壓縮機相關概況144.2壓縮機站數(shù)、布站位置的計算公式依據(jù)144.3壓縮機站數(shù)、布站位置的計算154.4壓縮比計算185 總結205.1管道規(guī)格205.2壓縮機站數(shù)205.3壓縮機壓縮比21參考文獻221.1 工程概況該輸氣管道為一條長距離輸氣干線，管道經(jīng)過的地區(qū)有多個氣源和多個用戶，即管道沿線有若干進、分氣支線，并且管道沿線地形起伏不大。要求

3、對其進行工藝設計。,管道起點氣源壓力為8.0 MPa，管道終點要求最低進站壓力為3.5MPa。要求選擇管道規(guī)格并考慮經(jīng)濟性，確定壓縮機站數(shù)及壓縮比，布置全線壓縮機站的位置。1.2 主要工藝參數(shù)1.2.1 任務輸量任務年輸量為115億方/年。1.2.2 其它有關基礎數(shù)據(jù)（1） 所輸天然氣組分見下表1-1： 表1-1 天然氣相關組分組成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，管道全長4050km，任務輸量（起點流量）為：115億方/年，氣源起點壓力為:8.0MPa。（3）管道沿線各節(jié)點的進、分氣量，氣源壓力或支線用戶所需的最低壓力

4、見表1-2，進、分氣點之間的距離見表1-3。表1-2：管道沿線各節(jié)點的進、分氣量進分氣支線12345678910進分氣量（萬m³/d)320450-72-115-168-259-220-280-260-140氣源壓力或支線用戶所需的最低壓力（MPa）表1-3：進、分氣點之間的距離管段號1234567891011管段長度（km）308225126998159172701281101581556pa2 天然氣基礎數(shù)據(jù)計算見表2-1： 表2-1組成密度（kg/m³）相對分子質量動力粘度組成密度（kg/m³）相對分子質量動力粘度甲烷己烷乙烷硫化氫丙烷二氧化碳異丁烷氮正丁烷

5、氦異戊烷氫正戊烷氬查表可知各種單一氣體的密度，計算天然氣密度，得： （21）式中 0天然氣的在標況下的密度，/m³； yi組分i的體積百分數(shù)（摩爾分數(shù)）； i組分i的密度，/m³；×××××××××× /m³在標準狀態(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，則有： （22） 式中 氣體的相對密度 氣體的密度 由動力粘度公式: （23） 式中 天然氣動力粘度 組分的動力粘度 組分的摩爾分數(shù) 組分的相對分子質量根據(jù)動力粘度和天然氣的密

6、度可得該天然氣的運動粘度為： （24）當設計一條新的干線輸氣管道時，工藝計算應該從末段開始，先確定末段的長度和管徑，然后再進行其他各中間管段的計算。輸氣管道末段的計算與其他各段的區(qū)別是：應該考慮末段既能輸氣，又能儲氣的特點，也就是說，在末段的計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氣罐。計算輸氣管道末段長度和直徑時，應考慮以下三個條件:（1）當用氣處于低峰時（夜間），輸氣管道末段應能積存全部多余的氣體，如條件不允許，可考慮部分滿足；當用氣處于高峰時（白天），應能放出全部積存的氣體。（2）輸氣管道末段的起點壓力

7、，即最后一個壓縮機站的出口壓力不應高于壓縮機站最大工作壓力，并且應在鋼管強度的允許范圍之內。（3）末段的終點壓力不應低于城市配氣管網(wǎng)的最小允許壓力。輸氣管道末段，即最后一個壓縮機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，其起點與終點的流量是相同的，即屬于穩(wěn)定流動的工況，因此可按推導公式計算。但對于輸氣管道末段來說，其起點流量也是和其他各管段一樣保持不變，而其終點流量卻是變化的，并等于城市的用氣量。城市用氣量小于末段的恒定起點流量，如城市無儲氣庫，多余的氣體就積存在末段管內。當城市用氣量大于管線輸氣量時，不足的氣量就由積存在末段管中剩余氣體補充。

8、隨著流量的變化，末段的起、終點壓力也隨著變化。末段終點流量增大時，末段起、終點壓力都要減小；相反，終點流量減小時，末段起、終點壓力都要增大。末段起點的最高壓力等于最后一個壓氣站出口的最高工作壓力，末段終點的最低壓力應不低于配氣站所要求的供氣壓力，末段起、終點壓力的變化就決定了末段輸氣管中的儲氣能力。（1）計算管徑為滿足儲氣要求，設計最大儲氣量為日輸氣量的40%，即 = (31) 式中為便于計算，式中各參數(shù)單位采用壓力P：Pa；C=0.03848。其中=選取內徑為1020mm的管道，粗糙度為0.15mm。由前蘇聯(lián)近期公式得：對于干燥天然氣平均壓力公式： (32) 其中 =10Mpa；代入公式得平

9、均壓力：MPa壓縮因子：由上面數(shù)據(jù)得 代入（3-1），得管徑為（2） 計算末段長度式中 (33) (34) 帶入數(shù)據(jù)到公式(3-3)、(3-4)，得： （3）取末段長度為300km，并設管徑為1020mm進行驗證是否滿足儲氣要求。Mpa儲氣開始時,終點的最低壓力P2min應不低于配氣站要求的最低壓力，故P2min為3.5Mpa，計算末段起點最低壓力P1min。 供氣量多于用氣量，多余的氣體積存于末段，末段的壓力開始上升，故此時末段起點終點壓力都為最低值，即和，平均壓力為：儲氣結束時，起點最高壓力應不超過最后一個壓氣站或管路的強度，故為已知，則： =隨后，伴隨著從末段中取出氣體以彌補不足，壓力逐

10、步降低，故此時末段起點終點壓力都為最高值，即和，平均壓力為： 根據(jù)輸氣管道末段儲氣開始和結束時的平均壓力和可求得末段輸氣管的儲氣能力為： (35)式中 -工程標準狀況下的壓力，=101325Pa-工程標準狀況下的溫度，=293K 由此證明，末段長度300千米，管徑1020毫米滿足儲氣要求。： (36) 式中 為天然氣標準密度，； 為天然氣運動粘度，； 為天然氣在該管段內的流量，： 管道在100米的壓力降，當P，取45，取35。所以,從起點到進氣點1的管道管徑：輸氣管線的管徑確定后，要根據(jù)其輸送壓力、管線材質等來設計壁厚。油田油氣集輸和外輸油、氣管線可按下式計算： (37) 式中 管線設計的工作

11、壓力，Mpa；管線管徑，=+,為管道內徑，mm； 剛性屈服極限，Mpa(查表3-1) F 設計系數(shù)（查表3-2） 表3-1剛性屈服極限鋼管材質優(yōu)質碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482表3-2設計系數(shù)工作環(huán)境管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內部、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)設計要求，選用APIS-SL X70 =482；因為是輸氣管線F=0.6 。分別帶入管徑，求得：=+2根據(jù)國標無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格（表3-3），從起點到進氣點1的管道選擇118416的無縫鋼管。

12、 表3-3直徑厚度管重/米直徑厚度管重/米15948201051261421949208596107128142735102086971081232551461671881220109121014377616714201281491610162012426614716818918201210144806167188209202014101652971882092210222016630818922102472082420169181020820822924 同理可得，根據(jù)GB-T 9711.1-1997石油天然氣工業(yè)輸送用鋼管交貨技術條件A級鋼管，用求出的管徑和壁厚以及壓力選出管子規(guī)格，見表3

13、-4 表3-4管段號管段長度 kmmm mmmm根據(jù)管道規(guī)格選取 mm130811842225122031269122049812205159122061721220770118481281184911010201015810201115561020 4 輸氣管道沿線布站相關工藝計算沿線有氣體分出或引入的干線輸氣管的特點是管路中的流量逐段變化：在分氣的情況下，流量逐段減小；在進氣的情況下，流量逐段增大。如果計算段起點流量保持不變，在相同管徑、壓力等條件下，有分氣點時，計算段的長度必定大于無分氣點的輸氣管計算段的長度，而且分氣量越大（或分氣點越多），計算段越長；在進氣點時，計算段的長度必定小于無

14、分氣點的輸氣管計算段的長度，而且進氣量越大（或進氣點越多），計算段越短；在既有分氣點又有進氣點的情況下，計算段的長度取決于分氣和進氣的共同影響，分氣的影響使管段變長，進氣的影響使管段變短，因此，如分氣的影響超過進氣的影響，則計算段變長，反之，則計算段變短。沿線有進氣點的水平輸氣管，設輸氣管計算段的起點流量為，內徑為，起點和終點壓力為,沿線有若干進氣點，各進氣點的進氣量為，,.，各進氣點之間的管段長度為，,.，這種有進氣點的輸氣管的特點是流量逐段增加，在計算段的長度l必定小于無進氣點的輸氣管計算段的長度。4.2壓縮機站數(shù)、布站位置的計算公式依據(jù) 輸氣管計算段的長度可按下面的水平輸氣管基本公式的變

15、換形式進行計算： (41)式中 也可按整理變形后的下列公式計算： (42)式中 輸氣管計算段起點和終點壓力，Mpa 各進氣點的進氣量， 計算段的長度，km 天然氣相對密度 水力摩阻系數(shù)如不考慮進氣分氣影響，計算段長度為： (43)4.3壓縮機站數(shù)、布站位置的計算 除去末段儲氣段300Km,對于長3750Km的長度進行壓縮機布置。天然氣氣源壓力為8.0Mpa,不需加壓，故設計時在起點不設壓縮機。由已知數(shù)據(jù)，Z=0.84，首先假設壓縮比已知設計壓力=10，求出進站壓力=（1）第1站壓縮機布置情況第1站距離起點的長度計算：（2）第2站壓縮機布置情況第2站到首站的長度計算：不考慮進氣影響，計算段長度為

16、： 可初步估計壓氣站應布置在管段號為3的管段上，下面進行詳細計算：考慮進氣影響，計算段長度為：所以第2站布置在管段號為3的管段上,離首站579.20km的位置。（3）第3站壓縮機布置情況第3站到第2站的長度計算：不考慮進氣影響，計算段長度為：可初步估計壓氣站應布置仍在管段號為3的管段上，因為3站布置在管段3號上，距離2站的途中沒有進氣、分氣的影響，所以不需要考慮進氣、分氣情況，第3站應布置在管段號為3的管段上,距離第2站440.25km。（4）第4站壓縮機布置情況第4站到第3站的長度計算：不考慮進氣影響，計算段長度為：可初步估計壓氣站應布置仍在管段號為3的管段上，因為4站布置在管段3號上，距離

17、3站的途中沒有進氣、分氣的影響，所以不需要考慮分氣情況，第4站應布置在管段號為3的管段上，距離第3站440.25km。（5）第5站壓縮機布置情況第5站到第4站的長度計算：不考慮進氣影響，計算段長度為：可初步估計壓氣站應布置在管段號為5的管段上，下面進行詳細計算：考慮進氣影響，計算段長度為：所以第5站布置在管段號為5的管段上,距離第4站452.04km的位置。（6）第6站壓縮機布置情況第6站到第5站的長度計算：不考慮進氣影響，計算段長度為：可初步估計壓氣站應布置在管段號為10的管段上，下面進行詳細計算：考慮進氣影響，計算段長度為：（7）第7站壓縮機布置情況第7站到第6站的長度計算：不考慮進氣影響

18、，計算段長度為： 可初步估計壓氣站應布置在管段號為11的管段上，下面進行詳細計算：考慮進氣影響，計算段長度為：從計算可知第7站在管段號11上，并且沒有進出氣，所以第7站距離第6站為645.70km。在11號管段開始后的625.51km處。又因為除去已經(jīng)計算的625.51km，和末端300km的儲氣長度，還有520.49km需要布站。但是520.49km625.5km，所以可以不需增加布置站。 (8) 末段布站末段管段的起始位置應布置一個壓氣站，即距離第7站520.49km，距離城市門站300km。綜上，此輸氣干線共需布置8個壓氣站。計算 由布站位置分布可知，第7站與末站的距離為520.49km

19、，根據(jù)管段長度公式(41)，已知、，求，進而可知壓縮比。校核壓縮比： 壓縮比為： 根據(jù)經(jīng)驗，壓氣站的設計壓比不宜太高，否則將導致管道全線的壓縮機功率增大，同時管道的輸氣能耗及輸氣成本增大，我國的輸氣管道工程設計規(guī)范（GB 50251-94）建議：當采用離心式壓縮機時，壓氣站的壓比取1.2-1.5為宜。此外，在沒有特殊要求的情況下，管道全線所有壓氣站的設計壓比通常取同一個值。在本設計中，取壓縮比為1.3，最后通過校核壓縮比為1.36，符合規(guī)范，故設計合理。 5 總結 管道選定規(guī)格見表(5-1)所示 表5-1管段號管段長度 kmmm mmmm根據(jù)管道規(guī)格選取 mm130811842225122031269122049812205159122061721220770118481281184911010201015810201115561020 壓縮機的總站數(shù)為8站第1站壓縮機布置在管段號為1的管段上，距離起點69.08km的位置；第2站布置在管段號為3的管段上,距離首站579.20km的位置，在3號管段開始后的115.28km處；第3站應布置在管段號為3的管段上,距離第2站440.25km，在3號管段上的555.53km處；第4站應布置在管段號