輸氣管道課程設(shè)計(jì)

輸氣管道課程設(shè)計(jì)姓名：李軒昂班級(jí)：油儲(chǔ)1541

學(xué)號(hào)：201521054114

指導(dǎo)教師：任世杰目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 4第一章設(shè)計(jì)概述 5設(shè)計(jì)原則 51.2管道設(shè)計(jì)依據(jù)和規(guī)范 51.3長(zhǎng)輸氣管道設(shè)計(jì)原始資料 61.3.1天然氣管道的設(shè)計(jì)輸量 6\o"CurrentDocument"1.3.2氣源特性 6\o"CurrentDocument"1.3.3氣源處理 61.3.4管道設(shè)計(jì)參數(shù) 71.3.5基本經(jīng)濟(jì)參數(shù) 7\o"CurrentDocument"第2章管道工藝計(jì)算 92.1天然氣物性參數(shù)計(jì)算 9天然氣的平均分子質(zhì)量、平均密度和相對(duì)密度 92.1.2天然氣壓縮因子的計(jì)算 9天然氣粘度計(jì)算 10定壓摩爾比熱 102.2輸氣管道水力計(jì)算 11雷諾數(shù)的計(jì)算 112.2.2管道內(nèi)壓力的推算 122.2.3管道壁厚推算 122.3輸氣管道熱力計(jì)算 122.3.1總傳熱系數(shù) 122.3.2天然氣的平均地溫 132.3.3考慮氣體的節(jié)流效應(yīng)時(shí)輸氣管沿管長(zhǎng)任意點(diǎn)的溫度計(jì)算 132.4管道工藝計(jì)算結(jié)果 14\o"CurrentDocument"2.4.1首站到分輸站1 14\o"CurrentDocument"2.4.2分輸站1到分輸站2 142.4.3分輸點(diǎn)2到末點(diǎn) 152.5輸氣方案的確定 152.5.1管道及各站場(chǎng)投資 15\o"CurrentDocument"2.5.2其他費(fèi)用 16\o"CurrentDocument"2.5.3方案經(jīng)濟(jì)比較分析 16\o"CurrentDocument"第3章線路校核 183.1埋地管道校核 18\o"CurrentDocument"3.1.1強(qiáng)度計(jì)算 18彈性敷設(shè)計(jì)算 19\o"CurrentDocument"第4章儲(chǔ)氣調(diào)峰 21用氣概況 214.2調(diào)峰設(shè)計(jì) 214.2.1日調(diào)峰方式 214.2.2調(diào)峰儲(chǔ)氣量的確定 214.3管道末端儲(chǔ)氣 23\o"CurrentDocument"第五章結(jié)論 26\o"CurrentDocument"附錄A 27\o"CurrentDocument"附錄B 30\o"CurrentDocument"附錄C 31\o"CurrentDocument"附錄D 32前言未來(lái)幾年內(nèi)，全世界天然氣消費(fèi)年均增長(zhǎng)率將保持3.9%，發(fā)展速度超過(guò)石油、煤炭等其他能源。在全球能源結(jié)構(gòu)中，天然氣消費(fèi)占一次能源消費(fèi)量的比例將從現(xiàn)在的23.8%上升至35%；2018年前后，天然氣在全球能源結(jié)構(gòu)中的份額將超過(guò)煤炭；2020年前后，將超過(guò)石油，成為第一能源。天然氣的快速發(fā)展和重要地位，預(yù)計(jì)可保持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。石油天然氣是優(yōu)質(zhì)能源，改革開(kāi)放以來(lái)，特別是20世紀(jì)90年代以后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，油氣需求一直以較快速度增長(zhǎng)，直接推動(dòng)了國(guó)內(nèi)石油天然氣行業(yè)的不斷發(fā)展。同時(shí)受人均資源相對(duì)不足的約束，國(guó)內(nèi)供需卻不斷擴(kuò)大，石油天然氣進(jìn)口量攀升，保障石油安全的壓力越來(lái)越大。天然氣是存在于地下巖石儲(chǔ)集層中以烴為主體的混合氣體的統(tǒng)稱。包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等。主要成分為甲烷，通常占85-95%；其次為乙烷、丙烷、丁烷等。它是優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。目前，隨著西氣東輸管線一線、二線，陜京天然氣管線一線、二線，川氣東送天燃?xì)夤艿溃軡?jì)天然氣管道，中亞天然氣管道等一大批長(zhǎng)距離天然氣管道的建設(shè)預(yù)投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)各區(qū)域天燃?xì)夤艿酪碴懤m(xù)開(kāi)工建設(shè)，中國(guó)將迎來(lái)一次天然氣管道建設(shè)的高潮。而最近中石化正在謀建新粵浙煤制氣管道，這也將是天然氣管道建設(shè)行業(yè)新的里程碑。本文闡述了干線輸氣管道設(shè)計(jì)的基本原理和一般方法，本文主要介紹了天然氣的物性計(jì)算；輸氣管道的水力計(jì)算；儲(chǔ)氣能力計(jì)算；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；管路布站方案計(jì)算；站場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；啟動(dòng)、一期、二期工況下的開(kāi)機(jī)方案和相應(yīng)的壓降曲線；清管站的操作流程。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；物性計(jì)算；水力計(jì)算；管道設(shè)計(jì)；布站方案第一章設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)原則（1）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家、行業(yè)的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并參照有關(guān)國(guó)際先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；（2）工程盡量采用先進(jìn)的技術(shù)，努力吸取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)科技成果；（3）工程設(shè)計(jì)本著一次規(guī)劃，分期實(shí)施的原則，做到工程建設(shè)近、遠(yuǎn)期相結(jié)合，充分利用資金，節(jié)約投資；（4）以氣源為基礎(chǔ)、市場(chǎng)為導(dǎo)向，處理好供給與利用之間的關(guān)系；（5）優(yōu)選工藝方案，達(dá)到先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)；（6）線路走向合理、貼近市場(chǎng)，盡量減少干線長(zhǎng)度；（7）管道設(shè)計(jì)要確保能長(zhǎng)期安全、平穩(wěn)的運(yùn)行；（8）適應(yīng)線路的自然環(huán)境氣候，確保生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，能保護(hù)環(huán)境、防止污染、節(jié)約能源、少占土地。管道設(shè)計(jì)依據(jù)和規(guī)范《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251-2003,中國(guó)計(jì)劃出版社）《油氣集輸與礦場(chǎng)加工》（馮叔初主編，中國(guó)石油大學(xué)出版社）《輸氣管道工程》（王志昌主編,石油工業(yè)出版社）《干線輸氣管道實(shí)用工藝計(jì)算方法》（苗承武主編,石油工業(yè)出版社）《石油地面工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五冊(cè)（天然氣長(zhǎng)輸管道工程設(shè)計(jì)）石油大學(xué)出版社）《天然氣管道輸送技術(shù)》（黃春芳主編,中國(guó)石化出版社）《天然氣工程手冊(cè)》（四川石油管理局編,石油工業(yè)出版社）《輸氣管道設(shè)計(jì)與管理》（李玉星姚光鎮(zhèn)主編,中國(guó)石油大學(xué)出版社）長(zhǎng)輸氣管道設(shè)計(jì)原始資料1.3.1天然氣管道的設(shè)計(jì)輸量某長(zhǎng)距離輸氣干線全長(zhǎng)1400km。全線共設(shè)兩個(gè)分輸站(分輸量各占輸量的10%，位于400km和700km處)。沿線地形起伏不大，海拔高度800m。設(shè)計(jì)能力：一期設(shè)計(jì)輸量30X108Nm3/a,二期輸量42X108Nm3/a，投產(chǎn)啟輸量為26X108Nm3/a。1.3.2氣源特性氣源壓力8.0MPa,來(lái)氣氣體組分及組成如表1.1所示。表1.1天然氣的組分組分C1C2C3iC4nC4mol%9610.50.40.5組分iC5叫C6CO2N2mol%0.10.10.20.90.31.3.3氣源處理考慮用戶的安全以及設(shè)備管線的防腐并結(jié)合我國(guó)天然氣資源的實(shí)際情況而做出的現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《天然氣》(GB17820-2012)，主要根據(jù)高位發(fā)熱值、總硫、硫化氫和二氧化碳含量將天然氣分為三類(lèi)。一類(lèi)和二類(lèi)主要用作民用燃料和工業(yè)原料或燃料，三類(lèi)氣體主要作為工業(yè)用氣。天然氣的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表1.2的規(guī)定。表1.2天然氣技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)咼位發(fā)熱量a/(MJ/m3) 三36.031.431.4總硫(以硫計(jì))a/(mg/m3) 三60200350硫化氫a/(mg/m3) 三620350二氧化碳y,% W2.03.0——水露點(diǎn)bc/￡在交接點(diǎn)壓力下，水露點(diǎn)應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5C本標(biāo)準(zhǔn)中氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101.325KPa,20°C；在輸送條件下，當(dāng)管道管頂埋地溫度為0°C時(shí)，水露點(diǎn)應(yīng)不咼于-5C；C.進(jìn)入輸氣管道的天然氣，水露點(diǎn)的壓力應(yīng)是最高輸送壓力。由題目中所給數(shù)據(jù)知CO2的摩爾百分含量為0.9%，小于一類(lèi)和二類(lèi)天然氣技術(shù)指標(biāo)中二氧化碳含量2.0%和3.0%，所以此項(xiàng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；故此題目中天然氣氣源不需要處理。管道設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)年輸送天數(shù)：350天管道埋深處地溫：夏季30°C，冬季9°C,年平均地溫：12°C管道總傳熱系數(shù)取2.0w/(m2?k)；首站進(jìn)站壓力：8.0MPa(表壓)末站出站壓力：4.0MPa(表壓)管線調(diào)峰能力為日輸量的20％各站自用氣系數(shù)為0.5%，末端最低壓力4.0MPa；每座壓氣站站內(nèi)壓降取0.2MPa，其中壓縮機(jī)入口段壓降取0.15MPa,出口段壓降取0.05MPa。壓縮機(jī)(不包括首站壓縮機(jī))的壓比推薦值為1.45壓氣站出站溫度：考慮壓縮機(jī)出口氣體冷卻，統(tǒng)一取50°C。全線均按一類(lèi)地區(qū)考慮。壓縮機(jī)的效率取85％。燃?xì)廨啓C(jī)的效率取30％。天然氣熱值取34MJ/m3。1.3.5基本經(jīng)濟(jì)參數(shù)管道設(shè)計(jì)使用壽命：30年；基準(zhǔn)內(nèi)部收益率：0.12；與管徑成正比的敷設(shè)費(fèi)用：1.21794元/mm.m；與管路單位重量成正比的敷設(shè)費(fèi)用：960元/噸；與管徑和重量都無(wú)關(guān)的敷設(shè)費(fèi)用：15元/m；與功率無(wú)關(guān)的每座壓縮機(jī)站的投資：2107元；

與功率成正比的壓氣站的投資費(fèi)用：7200元/KW；壓縮機(jī)備用系數(shù)：1.05；a；管路部分的年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用：100元/m.a；a；與功率無(wú)關(guān)的每座壓縮機(jī)站的年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用：100000元/壓縮機(jī)單位功率的年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用：5000元/KW.a；第2章管道工藝計(jì)算天然氣物性參數(shù)計(jì)算天然氣的平均分子質(zhì)量、平均密度和相對(duì)密度1．平均分子質(zhì)量M二工My(2.1)ii式中M 平均分子量，kg/(Kmol)；Mi——第i組分的分子量，kg/(Kmol)；y.——第i組分的摩爾組成。i2．平均密度和相對(duì)密度(1)平均密度P二工Py(2.2)mii式中p——平均密度；p——第i組分的密度；y.——第i組分的摩爾組成。i(2)相對(duì)密度A=p/p(2.3)ma式中A 相對(duì)密度；p——平均密度；1mpa 空氣密度，取值1.293kg/m3。2.1.2天然氣壓縮因子的計(jì)算(1)根據(jù)規(guī)范《天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算》(GBT11062-2014)方法考慮到氣體的非理想性，在計(jì)算體積發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度及其他物性參數(shù)時(shí)，需要對(duì)氣體體積進(jìn)行修正。對(duì)體積非理想性的修正是通過(guò)壓縮因子來(lái)進(jìn)行的。求解壓縮因子可按下式：Z (t、Z (t、mix2p)=1-2￡忻1-i=12.4)式中\(zhòng)町 求和因子，。(2)平均壓力PCpPCP PCP Z2—P+PZQ2.5)式中PQ——起點(diǎn)壓力，MPa；PZ——終點(diǎn)壓力，MPa。2.1.3天然氣粘度計(jì)算(1)天然氣動(dòng)力粘度的計(jì)算公式―竺=勺+g2+…+S(2.6)工邑邑+邑+...+gni1 2 n式中卩混合氣體在0°C時(shí)的動(dòng)力粘度；gi——混合氣體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；——混合氣體中各組分在0C時(shí)的動(dòng)力粘度。(2)混合氣體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的換算公式g=yMi (2.7)i工yMii式中yi——第i組分的摩爾質(zhì)量；Mi—i—第i組分的分子量，kg/Kmol。定壓摩爾比熱天然氣的摩爾定壓熱容近似按下式計(jì)算1.915x10iiMP1.124C =13.19+0.092T-6.24x10-2T2+ g (2.8)p，m T5.08式中C——摩爾定壓比熱容，kJ/(kmol?K)；p，mT——溫度，K；Mg——平均相對(duì)分子質(zhì)量，g/mol；gP——壓力，MPa。天然氣主要物性參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2.1所示。表2.1天然氣主要物性參數(shù)表物性參數(shù)平均分子量M(g/mol)平均密度卩半p/xg?m-3〃相對(duì)密度A視臨界壓力P(05Pa)C計(jì)算結(jié)果17.24236420.7718190.596946.479578物性參數(shù)視臨界溫度T(K)C壓縮因子Z動(dòng)力粘度耳(0-5P?s)a定壓摩爾比Cp(kJ/kg?k)計(jì)算結(jié)果197.126660.85661.03116011.295640558

2.2輸氣管道水力計(jì)算雷諾數(shù)的計(jì)算Re_pvD=4Qp_4APaQ卩兀Dy 兀Dy式中Re——雷諾數(shù)；v 氣體的流速，m/s；A——天然氣對(duì)空氣的相對(duì)密度，無(wú)量綱量；D——輸氣管道的內(nèi)徑，m；卩 天然氣的動(dòng)力粘度，N?s/m2；p 氣體的密度，kg/m3；p 空氣的密度，kg/m3（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下p=1.206kg/m3）；a aQ——輸氣管道的體積流量，m3/s。將Pa=1.206kg/m3帶入，得a1.536QARe_Dy根據(jù)雷諾數(shù)可判斷天然氣流態(tài)：Re<2000 層流2000<Re<4000 臨界區(qū)Re>4000 紊流工作區(qū)可按照下列兩個(gè)雷諾數(shù)公式來(lái)判斷：2ARe_59.7（一）/71DRe_11/（2A：2D式中A――管壁內(nèi)的當(dāng)量粗糙度（絕對(duì)粗糙度的平均值），mm。1）流態(tài)判斷：a.Re<Re1Re<Re<Re12Re>Re2（2）水力摩阻系數(shù)a.層流區(qū)摩阻系數(shù)計(jì)算公式2.9)2.10)2.11)2.12)2.132.9)2.10)2.11)2.12)2.13)(2.14)5(2.15)2.16)2.17)流態(tài)為水力光滑區(qū)；流態(tài)為混合摩擦區(qū)；流態(tài)為阻力平方區(qū)64

Re九_(tái)0.0025$Reb臨界過(guò)渡區(qū)摩阻系數(shù)計(jì)算公式158 2AA=0.067(1 + )0.2(2.18)ReD2.2.2管道內(nèi)壓力的推算根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251-2015），當(dāng)輸氣管道線路上無(wú)高于或低于起點(diǎn)200m以下的地段時(shí)，則不用考慮高差和地形起伏對(duì)輸氣管能力的影響。當(dāng)不考慮輸氣管道的沿線相對(duì)高差影響時(shí)，氣體的流量應(yīng)按下式計(jì)算：q=1051v2.19)(P2-P2)d5q=1051v2.19)12九ZATL式中q——?dú)怏w（Po=0.0101325MPa,T=293K）的流量，m3/d；v0P1——輸氣管道計(jì)算段的起點(diǎn)壓力（絕）MPa；P2——輸氣管道計(jì)算段的終點(diǎn)壓力（絕）MPa；九——水力摩阻系數(shù)；d 輸氣管道內(nèi)徑，cm；Z——?dú)怏w的壓縮因子；A——?dú)怏w的相對(duì)密度；T——輸氣管道內(nèi)氣體的平均溫度，K；L 輸氣管道計(jì)算段的長(zhǎng)度，km。管道壁厚推算PD5= （2.20）2qpFtS式中8 鋼管計(jì)算壁厚，mm；P——設(shè)計(jì)壓力，MPa；D 鋼管外徑，mm；o 鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度，MPa；S申——焊縫系數(shù)，取1.0；F—強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，取0.8；t—溫度折減系數(shù)；當(dāng)溫度小于120°C時(shí)，t值應(yīng)取1.0。輸氣管道熱力計(jì)算總傳熱系數(shù)2.21)15 12.21)=h+—K入aj2

式中K——總傳熱系數(shù)，W/(m3?k)；q——絕緣層厚度，m；九j——絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?k)；a2——外部放熱系數(shù)，W/(m2?k)。天然氣的平均地溫本工程年平均地溫12°C，最優(yōu)冷卻溫度(出站溫度)t=50°C；Q已知起點(diǎn)壓力P]，終點(diǎn)壓力P2，平均壓力P；12cp(3)初步推測(cè)設(shè)定tcp；cp由此可得定壓摩爾熱容CP；焦-湯系數(shù)計(jì)算如下：1ED二丄(么-E)(2.22)icT2 2pcp式中E二0.981；1E=1.5。2(6)反算平均溫度如下：1-e-aL P-P 1T=T+(T—T) —DQz[1- (1-e-aL)](2.23)cpOQOaLiaLaL式中t——輸氣管中氣體的平均溫度，C；cptH——輸氣管計(jì)算段終點(diǎn)處氣體的溫度，°c；l——輸氣管長(zhǎng)度，km。計(jì)算結(jié)果(T=22C)與初步推測(cè)設(shè)定的值(t=20C)基本接近，因此不cc需要重新設(shè)定?？紤]氣體的節(jié)流效應(yīng)時(shí)輸氣管沿管長(zhǎng)任意點(diǎn)的溫度計(jì)算T=T+VT0QT=T+VT0Q—T)e—ax—D0i甘°—e—ax)(224)KDMe(2.25)式中a——a=空D，K為總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)；McpM 為質(zhì)量流量，kg/s；T——管道的溫度，K；T0——管道周?chē)橘|(zhì)的溫度，K；Tq——起點(diǎn)溫度，K；D.——焦耳-湯姆遜效應(yīng)系數(shù)；iD 輸氣管外直徑，m；K—輸氣管中氣體至土壤的總傳熱系數(shù)，W/(m2?K)(根據(jù)有關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算)；c——?dú)怏w的比定壓熱容，J/(kg-K)；p °q 氣體(P二0.0101325MPa,T=293K)的流量，m3/d；v0管道工藝計(jì)算結(jié)果本輸氣管道設(shè)計(jì)主要為末點(diǎn)地區(qū)某城市供氣，沿途有2座城市需分輸供氣，管道沿線全長(zhǎng)1400km,首站(即氣源處)到分輸站1的設(shè)計(jì)輸量為每年42億立方米，分輸站1到分輸站2的設(shè)計(jì)輸量為每年37.8億立方米，分輸站2到末點(diǎn)城市的設(shè)計(jì)輸量為每年33.6億立方米。本設(shè)計(jì)以年最大輸量為準(zhǔn)，以保證在之后可以穩(wěn)定供氣30年。2.4.1首站到分輸站1設(shè)計(jì)管長(zhǎng)為400km；設(shè)計(jì)壓力?。?MPa、9MPa、10MPa；管道材料為X70鋼，最小屈服強(qiáng)度為482MPa；有內(nèi)涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm；共組合成3種方案。3種設(shè)計(jì)方案如表2.2所示。表2.2三種設(shè)計(jì)方案萬(wàn)案首站設(shè)計(jì)壓力(MPa)站壓比管徑(mm)18-864291.158643101.2758642.4.2分輸站1到分輸站2設(shè)計(jì)管長(zhǎng)為300km；設(shè)計(jì)壓力?。?.9MPa、8MPa、9MPa，管道材料為X70鋼，最小屈服強(qiáng)度為482MPa；有內(nèi)涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm；共組合成9種方案。9種設(shè)計(jì)方案如表2.3所示。表2.3第二段管的九種方案萬(wàn)案進(jìn)站壓力分輸站1設(shè)計(jì)壓力(MPa)站壓比管徑(mm)16.94346.9-81326.943481.1881336.943491.3281348.0656.9-81358.0658-81368.06591.1481379.156.9-81389.158-81399.159-8132.4.3分輸點(diǎn)2到末點(diǎn)設(shè)計(jì)管長(zhǎng)為700km；有四種方案，最小屈服強(qiáng)度為482MPa；有內(nèi)涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm；設(shè)計(jì)方案如下所示。1） 分輸點(diǎn)2出站壓力為5.9Mpa,管徑762mm,在距分輸點(diǎn)2距離為350Km處設(shè)壓氣站3,進(jìn)站壓力為4.26Mpa，出站壓力為5.3MPa，管徑762mm，站壓比1.29；在距壓氣站3距離為350Km處設(shè)壓氣站4,進(jìn)站壓力為3.39Mpa，出站壓力為6MPa，管徑762mm,站壓比1.83；壓氣站4距末站lOOKm，至末站時(shí)壓力為5.59Mpa,管徑762mm。2） 分輸點(diǎn)2出站壓力為7.2MPa，管徑762mm，在距分輸點(diǎn)2距離700Km處設(shè)壓氣站3,進(jìn)站壓力為4.27Mpa，出站壓力為6MPa，管徑762mm，站壓比1.45；壓氣站3距末站lOOKm，至末站時(shí)壓力為5.59Mpa,管徑762mm。3） 分輸點(diǎn)2出站壓力為8.2MPa,經(jīng)計(jì)算得：此壓力可使天然氣送至終點(diǎn)，終點(diǎn)壓力為5.29Mpa，可滿足題目要求。4） 分輸點(diǎn)分輸點(diǎn)2出站壓力為8.4MPa，經(jīng)計(jì)算得：此壓力可使天然氣送至終點(diǎn)，終點(diǎn)壓力為5.59Mpa，可滿足題目要求。經(jīng)校核后發(fā)現(xiàn)方案三和四為無(wú)效方案。2.5輸氣方案的確定本設(shè)計(jì)以方案的天然氣長(zhǎng)輸管線建設(shè)投資費(fèi)用和以后管道的維護(hù)管理費(fèi)用的大小確定最佳輸氣方案。2.5.1管道及各站場(chǎng)投資天然氣場(chǎng)長(zhǎng)輸管線投資主要由管道鋼材費(fèi)用，分輸站和壓氣站站場(chǎng)費(fèi)用。管道鋼材費(fèi)用占天然氣長(zhǎng)輸管線投資費(fèi)用的較大比例。本設(shè)計(jì)中管道鋼材類(lèi)型為X70鋼，通過(guò)計(jì)算管道鋼材耗量，然后乘以管道鋼材價(jià)格（X70直縫埋弧焊鋼管4500元/噸）就可以得到管道所需鋼材投資費(fèi)用。另一主要部分為站場(chǎng)投資費(fèi)用，該費(fèi)用主要是站內(nèi)設(shè)備建設(shè)投資費(fèi)用，以及站內(nèi)設(shè)備工作所需的功率費(fèi)用。2.5.2其他費(fèi)用（1）土地征用補(bǔ)償及安置費(fèi)土地征用及其安置可由敷設(shè)公司相關(guān)人員與土地所有者進(jìn)行協(xié)商，并對(duì)土地所有者進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償，此項(xiàng)費(fèi)用按工程費(fèi)用的比例估算。（2）施工費(fèi)用施工費(fèi)用包括管道敷設(shè)費(fèi)、線路工程保險(xiǎn)費(fèi)、壓力容器檢驗(yàn)費(fèi)及超限運(yùn)輸特殊措施費(fèi)等。其中管道敷設(shè)費(fèi)用占主要比例。此項(xiàng)費(fèi)用可按照“石油建設(shè)工程其它費(fèi)用規(guī)定”或參照類(lèi)似工程統(tǒng)計(jì)資料按工程費(fèi)用的百分比進(jìn)行估算。（3）內(nèi)涂層費(fèi)用本次設(shè)計(jì)管道均設(shè)有內(nèi)涂層，故必須考慮內(nèi)涂層費(fèi)用。內(nèi)涂層費(fèi)用主要是計(jì)算內(nèi)涂層面積，然后再乘以所用內(nèi)涂層價(jià)格，便可得到內(nèi)涂層總費(fèi)用。（4）經(jīng)營(yíng)費(fèi)用輸氣管道建設(shè)工程年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用是輸氣管道工程建成投產(chǎn)后維持其正常生產(chǎn)所必須花費(fèi)的費(fèi)用。年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用主要包括：管道年維護(hù)和管理費(fèi)用、站場(chǎng)年操作維護(hù)費(fèi)用和人工費(fèi)用。2.5.3方案經(jīng)濟(jì)比較分析本設(shè)計(jì)采用方案比較法對(duì)各種輸氣方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案。其中最優(yōu)方案結(jié)果如下：1）首站到分輸點(diǎn)1管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為400km,設(shè)計(jì)壓力為8MPa,管徑為864mm,壁厚為9.5mm，管道鋼材為等級(jí)X70的螺旋埋弧焊鋼管，最小屈服強(qiáng)度為482MPa，有涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm。2）分輸點(diǎn)1到分輸點(diǎn)2管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為300km，設(shè)計(jì)壓力為6.9MPa，管徑為813mm,壁厚為7.9mm，管道鋼材為等級(jí)X70的螺旋埋弧焊鋼管，最小屈服強(qiáng)度為482MPa，有涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm。3）分輸點(diǎn)2到壓氣站3管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為350km，分輸點(diǎn)2出站壓力為5.9MPa，管徑762mm，在壓氣站3,進(jìn)站壓力為4.26Mpa,出站壓力為5.3MPa,管徑762mm,站壓比1.29；在壓氣站4,進(jìn)站壓力為3.39Mpa，出站壓力為6MPa，管徑762mm,站壓比1.83；壓氣站4至末站時(shí)壓力為5.59Mpa，管徑762mm。管道鋼材等級(jí)為X70的螺旋埋弧焊鋼管，最小屈服強(qiáng)度為482MPa，有涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm。此方案最終所需投資金額為31.75億元。第3章線路校核3.1埋地管道校核3.1.1強(qiáng)度計(jì)算（1） 許用應(yīng)力按下式計(jì)算：[b]=Ft?bs式中[b]——管道的許用應(yīng)力，MPa；F——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，取0.6；?——焊縫系數(shù)，取1.0；t——溫度折減系數(shù)，當(dāng)溫度小于120C時(shí)，t取1.0；os 鋼管的最低屈服強(qiáng)度，MPa。（2） 埋地輸氣管道的直管段和軸向變形受限制的地上管段的軸向應(yīng)力應(yīng)按下列公式計(jì)算：3.1)h253.2)b=Ea（t-1）+Rba 1 2 h式中b——由內(nèi)壓引起的管道環(huán)向應(yīng)力，MPa；h——由內(nèi)壓和溫度變化引起的管道軸向應(yīng)力，MPaL——管道設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MPa；——管子內(nèi)徑，m；——管子公稱壁厚，m；——泊松比，取0.3；E——鋼材的彈性模量，MPa；-鋼材的線膨脹系數(shù)，。C-1；t——管道下溝回填時(shí)的溫度，C；1t——管道的工作溫度，C；2各單項(xiàng)應(yīng)力校核與計(jì)算應(yīng)滿足下式：b<Q]hb<[b]a3.3)3.4)3.5)（3）當(dāng)量應(yīng)力校核埋地管道必須進(jìn)行當(dāng)量應(yīng)力校核，校核條件為：受約束熱脹直管段，按最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力必須滿足下式要求：c=g-a<0.9c (3ehas式中c——當(dāng)量應(yīng)力，MPa。e軸向應(yīng)力和當(dāng)量應(yīng)力校核結(jié)果如表3.1所示。表3.1各應(yīng)力校核結(jié)果管段第一段管第二段管第三段管第四段管第五段管設(shè)計(jì)系數(shù)K0.80.80.80.80.8焊縫系數(shù)①11111最低屈服強(qiáng)度q(MPa)482482482482482設(shè)計(jì)內(nèi)壓力P(MPa)86.95.95.36鋼管內(nèi)經(jīng)d(mm)845797.2749.2749.2749.2公稱壁厚8(mm)9.57.96.46.46.4鋼管安裝時(shí)大氣溫度-(°C)1212121212管內(nèi)輸送介質(zhì)的溫度t2(C)2222222222鋼管泊松比卩0.30.30.30.30.3由內(nèi)壓引起的管道環(huán)向應(yīng)力(MPa)355.789348.144320.310310.215351.188由內(nèi)壓和溫度變化引起的管道軸向應(yīng)力(MPa)82.13779.84371.49368.46580.756許用應(yīng)力[](MPa)385.6385.6385.6385.6385.6當(dāng)量應(yīng)力(MPa)273.653268.301248.817241.751270.4310.9q(MPa)433.8433.8433.8433.8433.8經(jīng)計(jì)算，軸向應(yīng)力和當(dāng)量應(yīng)力校核成功。彈性敷設(shè)計(jì)算采用彈性敷設(shè)時(shí)，應(yīng)符合下列要求：彈性彎曲的曲率半徑不宜小于鋼管外直徑的1000倍，并應(yīng)滿足管道強(qiáng)度要求。豎向下凹的彈性彎曲階段，其曲率半徑應(yīng)滿足管道強(qiáng)度條件和自重作用下的變形條件。曲率半徑按下式計(jì)算：R= ED (3.7)2何十噲十骯(廠t2)}式中R——弾性曲線曲率半徑，m；

E——鋼材彈性模量，MPaI——鋼管截面慣性矩，m4[b]——軸向許用應(yīng)力，MPa；p——管道設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MPa；—管子內(nèi)徑，m；管子壁厚，m；—鋼材的線膨脹系數(shù)，。C-1；—泊松比，取0.3；t1

t2

q-管道下溝回填時(shí)的溫度，C；—管道的工作溫度t1

t2

q0 管子轉(zhuǎn)角，rad。彈性敷設(shè)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：EDED二±―s_s-2R（3.8）式中D 鋼管外徑，mm；smm。E——鋼管彈性模量，取2.05xl05MPa；mm。R——管段彈性敷設(shè)設(shè)計(jì)曲率半徑，曲率半徑，及彎曲應(yīng)力如下表3.2所示。表3.2彈性敷設(shè)計(jì)算第一段管第二段管第三段管第四段管第五段管彈性敷設(shè)的曲率半徑(m)189.337179.039170.873172.013167.479彈性敷設(shè)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力(MPa)440.127465.443457.093454.065466.356經(jīng)檢驗(yàn)，彈性敷設(shè)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力校核成功。第4章儲(chǔ)氣調(diào)峰4.1用氣概況本工程主要向末點(diǎn)地區(qū)某城市供氣，沿途有兩座城市需要分輸供氣。首站到分輸站一400km,最大供氣量為42xlO8Nm3/a；分輸站一到分輸站二300km,最大輸氣量為37.8x108Nm3/a；分輸站二到末站最大供氣量為33.6x108Nm3/a。調(diào)峰設(shè)計(jì)日調(diào)峰方式（1） 管道儲(chǔ)氣,高壓燃?xì)夤苁鴥?chǔ)氣及長(zhǎng)輸干管末端儲(chǔ)氣,是平衡日不均勻用氣和小時(shí)不均勻用氣的有效辦法。高壓管束儲(chǔ)氣是將一組或幾組鋼管埋在地下對(duì)管內(nèi)燃?xì)饧訅?利用燃?xì)獾目蓧嚎s性進(jìn)行儲(chǔ)氣。以高壓的天然氣作為氣源,充分利用天然氣的壓力能,采用長(zhǎng)輸干管儲(chǔ)氣或城鎮(zhèn)外環(huán)高壓管道儲(chǔ)氣是最經(jīng)濟(jì)的一種方法,也是國(guó)內(nèi)外最常用的種方法。（2） 儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣儲(chǔ)氣罐,只能用來(lái)平衡日不均勻用氣及小時(shí)不均勻用氣。儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣與其他儲(chǔ)氣方式相比,投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用都較大。本次設(shè)計(jì),主要是考慮小時(shí)用氣不均勻,而輸氣管道末段儲(chǔ)氣是最經(jīng)濟(jì)的短期調(diào)峰方式。調(diào)峰儲(chǔ)氣量的確定管道沿線各用戶的用氣不均勻系數(shù)如表4.1所示。表4.1用戶供氣系數(shù)時(shí)間上午下午1:000.351.6722:000.431.0363:000.50.764:000.531.0755:000.691.256:000.781.9567:001.172.2938:001.361.7789:001.131.07110:001.210.80512:001.5312:001.530.5531.750.405設(shè)每日氣源供氣量為100，每小時(shí)平均供氣量為100/24=4.17m3，得表4.2。依據(jù)表4.1中已知參數(shù)可求得下表4.2表4.2儲(chǔ)氣容積計(jì)算表時(shí)間（小時(shí)）燃?xì)夤?yīng)量的累積值（％）用氣量（％）燃?xì)獾拇鎯?chǔ)（％）該日內(nèi)累積值14.171.45951.45951.459528.341.79313.25265.0874312.512.0855.33767.1724416.682.21017.54779.1323520.852.877310.42510.425625.023.252613.677611.3424729.194.878918.556510.6335833.365.671224.22779.1323937.534.712128.93988.59021041.75.045733.98557.71451145.876.380140.36565.50441250.047.297547.66312.37691354.216.9722454.63534-0.425341458.384.3201258.95546-0.575461562.553.169262.124660.425341666.724.4827566.607410.112591770.895.212571.81991-0.929911875.068.1565279.97643-4.916431979.239.5618189.53824-10.30822083.47.4142696.9525-13.55252187.574.46607101.4186-13.84862291.743.35685104.7754-13.03542395.912.30601107.0814-11.171424100.081.68885108.7703-8.69028表4.2中的第二列為從計(jì)算開(kāi)始時(shí)算起的燃?xì)夤?yīng)量累積值；第四列為從計(jì)算開(kāi)始起的用氣量累積值；第二列與第四列數(shù)值之差，即為該日末燃?xì)獾膬?chǔ)存量。在第五列中找出最大值和最小值，這兩個(gè)數(shù)值的絕對(duì)值相加為：11.3424%+13.8486%=25.19%，則所需儲(chǔ)氣容積占日用氣量的25%。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，本次設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣容積為日輸量的20—25%。即最小儲(chǔ)氣容積為1920000m3。4.3管道末端儲(chǔ)氣1、管道末段儲(chǔ)氣體積計(jì)算P 「P2 +ClQ21min 2min ZP=*P2 -ClQ21、管道末段儲(chǔ)氣體積計(jì)算P 「P2 +ClQ21min 2min ZP=*P2 -ClQ22max 1max Z\o"CurrentDocument"廠九ZAT

C= *—C2D5O4.1)4.2)4.3)式中九——管道摩阻系數(shù)；D 管道直徑，m；系數(shù)，取113699.4163氣體相對(duì)密度；管道長(zhǎng)度m；—管道起點(diǎn)最小壓力，—管道起點(diǎn)最大壓力，—管道終點(diǎn)最小壓力，—管道終點(diǎn)最大壓力，Co—

oA—*l—ZP1minP1maxP2minP2maxPa；Pa；Pa；Pa。(p3r管道平均最小壓力，Pa；2ppjmaxp2P+ 2min1minp+p丿1min2min231p2 '——2max +/max丿Ppjmin4.4)'+—1maxp1max4.5)ppjminp——管道平均最大壓力，Pa。pjmax4.6)兀D2p. -p. .4.6)V= pjmax pjmin —lS4pTZZ0V——管道最大儲(chǔ)氣能力，m3；ST——工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，取273K；0根據(jù)供氣系數(shù)確定出儲(chǔ)氣容積，初選設(shè)計(jì)壓力，反算處最優(yōu)儲(chǔ)氣長(zhǎng)度為lOOKm，再根據(jù)實(shí)際的壓力和儲(chǔ)氣長(zhǎng)度確定實(shí)際儲(chǔ)氣量。表4.3管道末段儲(chǔ)氣計(jì)算管道起點(diǎn)最小壓力，Pa4000479.913管道起點(diǎn)最大壓力，Pa6000000管道終點(diǎn)最小壓力，Pa4000000管道終點(diǎn)最大壓力，Pa5999680.03管道平均最小壓力，Pa4000239.961管道平均最大壓力，Pa6399705.65管道最大儲(chǔ)氣能力，m31151743.53基本滿足所需儲(chǔ)氣容積。（3）清管設(shè)計(jì)1）清管設(shè)施宜設(shè)置在輸氣站內(nèi)。2）清管工藝應(yīng)采用不停氣密閉清管工藝流程。3）清管器的通過(guò)指示器應(yīng)安裝在進(jìn)出站的管段上，應(yīng)按清管自動(dòng)化操作的需要在站外管道上安裝指示器，并應(yīng)將指示信號(hào)傳至站內(nèi)。4）清管器收發(fā)筒的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足通過(guò)清管器或檢測(cè)器的要求。清管器收發(fā)筒和快開(kāi)盲板的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《清管設(shè)備技術(shù)規(guī)定》SY/T0533和《快速開(kāi)關(guān)盲板》SY/T0566的規(guī)定。5） 清管器收發(fā)筒上的快開(kāi)盲板，不應(yīng)正對(duì)距離小于或等于60m的居住區(qū)或建筑物區(qū)。當(dāng)受場(chǎng)地條件限制無(wú)法滿足上述要求時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)安全措施。6） 清管作業(yè)清除的污物應(yīng)進(jìn)行收集處理，不得隨意排放。7） 輸氣站放空豎管應(yīng)設(shè)在圍墻外，與站場(chǎng)及其他建（構(gòu)）筑物的距離應(yīng)符合GB50183的規(guī)定；8） 放空豎管設(shè)置應(yīng)滿足以下要求：放空豎管直徑應(yīng)滿足最大放空量的要求；嚴(yán)禁在放空豎管頂端裝設(shè)彎管；放空豎管底部彎管和相連接的水平放空引出管必須埋地；彎管前水平埋設(shè)的直管段必須進(jìn)行錨固；放空豎管應(yīng)有穩(wěn)管加固措施。（4）壓縮機(jī)組的布置及廠房設(shè)計(jì)原則1） 壓縮機(jī)組應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境及對(duì)機(jī)組的要求，布置在露天或廠房?jī)?nèi)。在高寒地區(qū)或風(fēng)沙地區(qū)宜采用全封閉式廠房，其他地區(qū)宜采用敞開(kāi)式或半敞開(kāi)式廠房2） 壓縮機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-50040）進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采取相應(yīng)減振、隔振措施。3） 壓縮機(jī)房的每一操作層及其高出地面3m以上的操作平臺(tái)（不包括單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)），應(yīng)至少有兩個(gè)安全出口及通向地面的梯子。操作平臺(tái)上的任意點(diǎn)沿通道中心線與安全出口之間的最大距離不得大于25m。安全出口和通往安全地帶的通道，必須暢通無(wú)阻。4） 壓氣站內(nèi)的總壓降不宜大于0.25MPa。5） 當(dāng)壓縮機(jī)出口氣體溫度高于下游設(shè)施、管道，以及管道敷設(shè)環(huán)境允許的最高操作溫度或?yàn)樘岣邭怏w輸送效率時(shí)，應(yīng)設(shè)置冷卻器。6） 每一臺(tái)離心式壓縮機(jī)組均應(yīng)設(shè)天然氣流量計(jì)量裝置，以便進(jìn)行防喘振控制。7） 氣體冷卻方式宜采用空冷。氣體通過(guò)冷卻器的壓力損失不宜大于0.07MPa。8） 壓氣站宜選用離心式壓縮機(jī)。在站壓比較高、輸量較小時(shí)，可選用往復(fù)式壓縮機(jī)。9） 同一壓氣站內(nèi)的壓縮機(jī)組，宜采用同一機(jī)型。離心式壓縮機(jī)宜采用燃?xì)廨啓C(jī)或變頻調(diào)速電機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)宜采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)出口與第一個(gè)截?cái)嚅y之間應(yīng)裝設(shè)安全閥和放空閥；安全閥的泄放能力應(yīng)不小于壓縮機(jī)的最大排量。站內(nèi)所有油氣管均應(yīng)采用鋼管及鋼質(zhì)管件。機(jī)組的儀表、控制、取樣、潤(rùn)滑油、離心式壓縮機(jī)用密封氣、燃料氣等管道應(yīng)采用不銹鋼管及管件。站內(nèi)管線安裝設(shè)計(jì)應(yīng)采用減小振動(dòng)和熱應(yīng)力的措施.管線的連接方式除因安裝需要采用螺紋或法蘭連接外，均應(yīng)采用焊接。管線穿越車(chē)行道時(shí)宜采用套管保護(hù)。第五章結(jié)論本輸氣管線全長(zhǎng)1400km,—期設(shè)計(jì)輸量30X108Nm3/a,二期輸量42X108Nm3/a,投產(chǎn)啟輸量為26X1O8Nm3/a。首站到分輸點(diǎn)1管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為400km,設(shè)計(jì)壓力為8MPa,管徑為864mm,壁厚為9.5mm,管道鋼材為等級(jí)X70的螺旋埋弧焊鋼管，最小屈服強(qiáng)度為482MPa,有涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm。分輸點(diǎn)1到分輸點(diǎn)2管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為300km,設(shè)計(jì)壓力為6.9MPa,管徑為813mm,壁厚為7.9mm,管道鋼材為等級(jí)X70的螺旋埋弧焊鋼管，最小屈服強(qiáng)度為482MPa,有涂層絕對(duì)粗糙度取0.01mm。分輸點(diǎn)2到壓氣站3管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為350km，分輸點(diǎn)2出站壓力為5.9MPa，管徑762mm，在壓氣站3,進(jìn)站壓力為4.26Mpa,出站壓力為5.3MPa,管徑762mm,站壓比1.29；在壓氣站4,進(jìn)站壓力為3.39Mpa,出站壓力為6MPa,管徑762mm,站壓比1.83