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、 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(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 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：2015 年 1月8日指導(dǎo)教師評(píng)語: 成績(jī)（五級(jí)記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字）:_目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc20411 1 設(shè)計(jì)總則 PAGEREF _Toc20411 1 HYPERLINK l _Toc22665 1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc22665 1 HYPERLINK l _Toc14396 1.2設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc14396 1 HYPERLINK l _Toc115

2、23 2設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù) PAGEREF _Toc11523 2 HYPERLINK l _Toc19583 2.1設(shè)計(jì)工程概況 PAGEREF _Toc19583 2 HYPERLINK l _Toc2119 2.2其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc2119 2 HYPERLINK l _Toc2857 3 確定管道評(píng)估性通氣能力 PAGEREF _Toc2857 3 HYPERLINK l _Toc4356 4 輸氣管道規(guī)格 PAGEREF _Toc4356 4 HYPERLINK l _Toc96 4.1天然氣的密度及相對(duì)密度 PAGEREF _Toc96 4 HYPERLINK l

3、 _Toc27184 4.2天然氣運(yùn)動(dòng)黏度 PAGEREF _Toc27184 4 HYPERLINK l _Toc5383 4.3壓縮因子 PAGEREF _Toc5383 5 HYPERLINK l _Toc27616 4.4雷諾數(shù) PAGEREF _Toc27616 5 HYPERLINK l _Toc28845 4.5水力摩擦系數(shù) PAGEREF _Toc28845 6 HYPERLINK l _Toc22508 4.6管道內(nèi)徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc22508 6 HYPERLINK l _Toc19500 4.7確定管壁厚度 PAGEREF _Toc19500 6 HYPE

4、RLINK l _Toc4259 4.8末段工況特點(diǎn) PAGEREF _Toc4259 9 HYPERLINK l _Toc16909 4.9末段長(zhǎng)度與管徑確定 PAGEREF _Toc16909 9 HYPERLINK l _Toc18962 4.10計(jì)算末端儲(chǔ)氣量VS PAGEREF _Toc18962 11 HYPERLINK l _Toc21284 5 壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比 PAGEREF _Toc21284 13 HYPERLINK l _Toc12986 5.1壓縮機(jī)相關(guān)情況 PAGEREF _Toc12986 13 HYPERLINK l _Toc18697 5.2壓縮機(jī)站數(shù)、布站

5、位置的計(jì)算公式依據(jù) PAGEREF _Toc18697 13 HYPERLINK l _Toc13980 5.3壓縮機(jī)站數(shù)的確定 PAGEREF _Toc13980 14 HYPERLINK l _Toc11604 壓縮比計(jì)算 PAGEREF _Toc11604 15 HYPERLINK l _Toc22535 6確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號(hào) PAGEREF _Toc22535 16 HYPERLINK l _Toc970 6.1壓縮機(jī)的選型 PAGEREF _Toc970 16 HYPERLINK l _Toc13208 7布置壓氣站 PAGEREF _Toc13208 18 HYPERLIN

6、K l _Toc9949 7.1壓縮機(jī)的布置 PAGEREF _Toc9949 18 HYPERLINK l _Toc12597 8結(jié)論 PAGEREF _Toc12597 19 HYPERLINK l _Toc24868 8.1管道評(píng)估性通氣能力 PAGEREF _Toc24868 19 HYPERLINK l _Toc12832 輸氣管道規(guī)格 PAGEREF _Toc12832 19 HYPERLINK l _Toc29635 壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比 PAGEREF _Toc29635 19 HYPERLINK l _Toc19529 8.4壓縮機(jī)選型 PAGEREF _Toc19529 19

7、 HYPERLINK l _Toc30932 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc30932 201 設(shè)計(jì)總則本設(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)規(guī)范GB50251-94進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。輸氣管道工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵照下列原則：（1）輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251-2003（2）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(guó)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佳的工藝參數(shù)。 （6）在保證管線通信可靠的基礎(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。（7

8、）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。2設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)2.1設(shè)計(jì)工程概況某長(zhǎng)距離輸氣干線，沿線地形起伏不大，海拔高度1200m。要求對(duì)該管道進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求如下：確定管道評(píng)估性通氣能力輸氣管道規(guī)格壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號(hào)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正戊烷氦（2）天然氣的溫度為30，管道全長(zhǎng)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，

9、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=4.00810-6k/(k-1)TZQ(m-1)/m-1)Niso為所選燃?xì)廨啓C(jī)的標(biāo)況功率 Nsite= Nis0FtFmFexFin 3 確定管道評(píng)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)規(guī)范規(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(duì)密度 組成密度（kg/m）相對(duì)分子質(zhì)量動(dòng)力

10、粘度組成密度（kg/m）相對(duì)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(duì)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(duì)密度。天然氣相對(duì)密度用符號(hào)用表示，則有： (4-2)式中 氣體的相對(duì)密度 氣體的密度 相對(duì)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

11、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=10.358MPas （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(duì)壓力（MPa）由公式式中: q氣體流量；相對(duì)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

12、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-S

13、L，X70，設(shè)計(jì)參數(shù)F取0.60。根據(jù)國(guó)標(biāo)無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格（表4-3國(guó)標(biāo)無縫鋼管規(guī)格）。綜上選擇管徑7209mm的管道。表4-3 國(guó)標(biāo)無縫鋼管規(guī)格直徑厚度/mm管重/m直徑/mm厚度/mm管重/m15948201051261421949208179.925961071281427351020869710812325514616718812201091210143776167142012814916101620124266147168189182012101448061671882092020141016529718820922102220166308189221024720824201

14、69181020820822924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(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，即最后一個(gè)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(duì)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(duì)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)，不足的氣量就由積存在末段管中剩余氣

15、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)壓力都要減小；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(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，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

16、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，可考慮部分滿足；當(dāng)用氣處于高峰時(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。已知末段終點(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； P

17、1,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(duì)密度； T氣體的平均溫度，K；T0工程標(biāo)標(biāo)狀況下的溫度，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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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

18、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)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(duì)誤差小于1%。，故末段管徑取7118mm，長(zhǎng)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??；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

19、必定大于無分氣點(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，如分氣的影響超過進(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必定小于無進(jìn)氣點(diǎn)的

20、輸氣管計(jì)算段的長(zhǎng)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(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： (5-1) 式中 ,也可按整理變形后的下列公式計(jì)算： (5-2) 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(zhǎng)度，km 天然氣相對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度，km 末段儲(chǔ)氣管道長(zhǎng)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km190km

21、，符合輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)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，取壓縮比為1.35，通過校核壓縮比為，符合規(guī)范，故設(shè)計(jì)合理。6確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號(hào)一般選型原則，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)，為了避免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

22、密封氣。 4)對(duì)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(jí)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(hào)表壓縮機(jī)型號(hào)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(zhǎng)寬高（mm）D-2.4/(16-20)-250天然氣25355600047602500DWWJD-3/(00.2)-7天然氣330500023002400天然氣255013560002