某輸氣管道工程工藝設(shè)計課程設(shè)計

****輸氣管道工程工藝設(shè)計二○○九年十一月目錄TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK\l_Toc70030前言 3HYPERLINK\l_Toc156790.1課程研究的目的 3HYPERLINK\l_Toc109190.2天然氣的重要作用 3HYPERLINK\l_Toc200030.3天然氣管道的發(fā)展 4HYPERLINK\l_Toc127421設(shè)計依據(jù) 5HYPERLINK\l_Toc105012線路工程設(shè)計 5HYPERLINK\l_Toc305952.1選線原則 5HYPERLINK\l_Toc243912.2水力計算及管徑選擇 6HYPERLINK\l_Toc77932.2.1設(shè)計參數(shù) 6HYPERLINK\l_Toc279062.3.2計算公式 7HYPERLINK\l_Toc201732.3.3管徑方案優(yōu)化 8HYPERLINK\l_Toc112342.3.4輸氣工藝計算 8HYPERLINK\l_Toc31862.4線路用管及管件 9HYPERLINK\l_Toc178642.4.1管材選擇 9HYPERLINK\l_Toc3562.4.2管道強(qiáng)度計算 10HYPERLINK\l_Toc280722.5管道強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核 12HYPERLINK\l_Toc24942.5.1當(dāng)量應(yīng)力校核 12HYPERLINK\l_Toc62132.5.2管道的許用應(yīng)力校核 13HYPERLINK\l_Toc297052.5.3穩(wěn)定性校核 13HYPERLINK\l_Toc316553輸氣站工程設(shè)計 13HYPERLINK\l_Toc167033.1輸氣站設(shè)置原則 13HYPERLINK\l_Toc50053.2調(diào)壓及計量設(shè)計 14HYPERLINK\l_Toc189623.3清管設(shè)計 14HYPERLINK\l_Toc66963.4壓縮機(jī)組的布置及廠房設(shè)計原則 14HYPERLINK\l_Toc69513.5壓氣站工藝及輔助系統(tǒng) 15HYPERLINK\l_Toc81543.6壓縮機(jī)組的選型及配置 16HYPERLINK\l_Toc103383.7壓縮機(jī)組的安全保護(hù) 17HYPERLINK\l_Toc4703.8站內(nèi)管線 18HYPERLINK\l_Toc142113.9壓縮機(jī)組工藝參數(shù) 18HYPERLINK\l_Toc160803.9.1站內(nèi)增壓比計算 18HYPERLINK\l_Toc93683.9.2離心式壓縮機(jī)軸功率計算 18HYPERLINK\l_Toc251223.10功率備用方案與機(jī)組備用方案比較 19HYPERLINK\l_Toc304833.11運行可靠性比較 20HYPERLINK\l_Toc166463.12操作靈活性比較 20HYPERLINK\l_Toc134473.13流量需變化時燃壓機(jī)組配置比較 20HYPERLINK\l_Toc253174管道調(diào)峰能力設(shè)計 21HYPERLINK\l_Toc16255綜合方案 22HYPERLINK\l_Toc298916謝辭 220前言0.1課程研究的目的管道輸送天然氣不論從經(jīng)濟(jì)還是安全上考慮都是最佳的選擇，在進(jìn)行天然氣的管道運輸時既要保證運輸效率還要從經(jīng)濟(jì)上考慮。因此在進(jìn)行輸送天然氣時要對所輸送的天然氣性質(zhì)進(jìn)行分析，然后在根據(jù)相關(guān)的性質(zhì)，沿線的自然條件、以及經(jīng)過地方的地貌、人文因素等綜合考慮，設(shè)計出合適管道。*****輸氣管道工程(以下簡稱****管道)西起陜西省北部靖邊縣,東至首都北京。管道從西向東橫跨陜西、山西、河北、北京三省一市共22個縣、市、區(qū)。0.2天然氣的重要作用天然氣作為重要的能源和化工中的重要原料，涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和人民生活的各個領(lǐng)域，在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和我國四個現(xiàn)代化中具有舉足輕重的重要作用。天然氣熱值很高，每立方米高達(dá)33×106J，不含灰分，容易燃燒完全，不污染環(huán)境，運輸方便，價格低廉，是理想的工業(yè)及民用燃料。用在發(fā)電方面可使火力發(fā)電站的投資比燃煤減少20%，而且管理方便，易于實現(xiàn)自動化，發(fā)電成本大大下降。用在煉鐵上，可使焦比下降15%以上，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。在民用方面，煤爐熱效率一般只有20%～50%，而一個構(gòu)造良好的天然氣爐灶熱效率可達(dá)60%以上，而且方便、衛(wèi)生，很受居民的歡迎。天然氣的主要成分是甲烷及少量的乙烷、丙烷、丁烷等。甲烷除了用作燃料外，還可以直接用于生產(chǎn)二氧化碳、鹵化甲烷、炭黑等；經(jīng)裂解得到乙炔，從乙炔出發(fā)可以生產(chǎn)塑料、化學(xué)纖維、合成橡膠及許多有機(jī)合成產(chǎn)品的中間體；甲烷經(jīng)轉(zhuǎn)化生成一氧化碳和氫氣，可以生產(chǎn)甲醇、合成氨及尿素，是制造化肥的理想原料。乙烷、丙烷、丁烷也是重要的化工原料，經(jīng)裂解后可以得到乙烯、丙烯和丁烯，也可以生成合成橡膠、合成纖維、塑料及其他一系列產(chǎn)品。天然氣中還含有少量的硫化氫、二氧化碳、氮、氦等，也是極有用途的原料。硫化氫可以用來生產(chǎn)硫磺，硫酸和硫銨，二氧化碳可以制成干冰。0.3天然氣管道的發(fā)展我國天然氣的發(fā)展具有較長的歷史，然而現(xiàn)在可以稱得上天然氣長輸管道的數(shù)量確屈指可數(shù)，近來隨著陜甘寧等大氣田的開發(fā)和發(fā)展，為我國的天然氣的大發(fā)展提供了良好的機(jī)會。例如陜甘寧氣田等至北京和西安等的長輸管道的建設(shè)必將譜寫我國的天然氣管道發(fā)展的新篇章。隨著我國天然氣的主要用途從工業(yè)原料向民用燃料的轉(zhuǎn)變，長輸天然氣管道的主要用戶從工礦企業(yè)變?yōu)榱酥匾鞘?。而城市用氣中民用燃?xì)庹加泻艽蟮谋壤捎谄溆脷獾牟痪鶆蛐?，給管道的工藝設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。我國是最早采用管道輸送的國家。我國的第一條長距離輸氣管道是1963年在四川建成的從巴縣石油溝到重慶孫家灣配氣站。從20世紀(jì)60年代中期，我國輸氣管道開始起步，但管徑較?。?73～426mm），距離短，壓力低，輸量小，管材、設(shè)備質(zhì)量差，建設(shè)技術(shù)水平低，輸送工藝簡單。自20世紀(jì)60年代中后期以后，隨著天然氣生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，制造業(yè)的發(fā)展以及管道建設(shè)水平和工藝水平的提高，管道建設(shè)逐漸向大型化方向發(fā)展，并在區(qū)域內(nèi)逐漸形成網(wǎng)絡(luò)。1966年四川建成威遠(yuǎn)至成都的輸氣管道，1987年形成了以臥龍河和渠縣脫硫廠為起點，成都為終點的南、北輸氣干線，管徑達(dá)720mm。此外，在全國其他地區(qū)建成了華北油田至北京的輸氣干線；大港油田到天津的輸氣干線；中原油田至滄州輸氣管道；輪南至庫爾勒輸氣管道；吐魯番至烏魯木齊的輸氣管道。特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，通過技術(shù)引進(jìn)與消化，天然氣管道向著大管徑、高壓力、長距離方向發(fā)展，并不斷采用新設(shè)備、新材料、新工藝，管道向自動化發(fā)展。這一時期所建設(shè)的管道有。***管道****輸氣管道****二線輸氣管道***輸氣管道***輸氣管道**東送管道**東輸二線輸氣管道***崖13-1氣田至***輸氣管道***湖至***輸氣管道從世界范圍來看，18世紀(jì)以前天然氣是依靠氣井壓力利用木竹管道短距離輸送，18世紀(jì)后期開始使用鑄鐵管道，1880年首次采用蒸汽驅(qū)動的壓氣機(jī)，19世紀(jì)90年代鋼管出現(xiàn)以后，管道建設(shè)進(jìn)入了工業(yè)性的發(fā)展階段，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及世界對天然氣需求的增長，輸氣管道有了很大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，1974年全世界的輸氣管道約740000km，其中美國423000km，前蘇聯(lián)90000km，西歐共同市場84000km。到1980年全世界擁有輸氣管道上升到860000km。出現(xiàn)了一些規(guī)模巨大的輸氣管網(wǎng)和跨國輸氣管道。1設(shè)計依據(jù)《國際石油經(jīng)濟(jì)》《泵與壓縮機(jī)》《課程設(shè)計任務(wù)書》《天然氣管道輸送》《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB5O251-2003）《石油天然氣工程總圖設(shè)計規(guī)范》（SY/T0048-2000）2線路工程設(shè)計2.1選線原則根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB50251-2003）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合本工程管道所經(jīng)地區(qū)的地形、環(huán)境、工程地質(zhì)條件，交通、人文、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r等諸方面因素，本工程線路選擇遵循如下原則：線路走向選擇應(yīng)充分考慮施工時可能對自然環(huán)境、生態(tài)造成的破壞。線路走向力求順直、平緩，以縮短線路長度，節(jié)約鋼材、投資和維護(hù)費用。線路應(yīng)盡量靠近和利用現(xiàn)有公路，以方便運輸、施工和生產(chǎn)維護(hù)管理。選擇有利地形，盡量避開施工難度較大和不良工程地質(zhì)段，以方便施工，減少線路構(gòu)筑物工程量，確保管道長期安全可靠運行。大、中型穿跨越點位置的選擇應(yīng)服從線路走向，在符合線路總體走向的前提下，局部走向應(yīng)服從穿跨越點的需要。線路選擇盡量避開城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)。必須通過時，應(yīng)考慮所經(jīng)城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)的發(fā)展和規(guī)劃。線路走向應(yīng)與所經(jīng)地區(qū)的城建、農(nóng)田、水利、交通及礦產(chǎn)資源等工程規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。線路走向應(yīng)盡量避免通過人口稠密、人類活動頻繁地區(qū)，在保證管道安全的同時，確保管道周圍地區(qū)的安全。線路走向選擇盡量避開果林、樹林及經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，少占良田好地。2.2水力計算及管徑選擇2.2.1設(shè)計參數(shù)（1）管道計算長度840km（2）氣質(zhì)參數(shù)天然氣組分及物性參數(shù)見表2.2-1： 表2.2-1天然氣組分序號組分分子式摩爾組分1CH40.95949442C4H60.00907553C4H80.00136774H2S0.00000225CO20.0386H2O0.00006227總計1（3）供氣參數(shù)年輸量Q：15億m3/年；首站天然氣進(jìn)氣壓力：4.0MPa；進(jìn)站溫度：40℃；管道埋深處的平均地溫為：夏季：15℃；冬季：5℃；管道總傳熱系數(shù)取5.0w/（m2·k）；管道理論年工作天數(shù)：350d；2.3.2計算公式 （1）流量計算 本工程燃?xì)夤艿啦豢紤]高差影響，故采用GB50231-2003《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中公式（3.3.2-1）進(jìn)行工藝計算。式中：—氣體（P0=0.101325MPa，T=293K）的流量（m3/d）P1—輸氣管道計算段的起點壓力（絕）（MPa）；P2—輸氣管道計算段的終點壓力（絕）（MPa）；d—輸氣管道內(nèi)徑（cm）；—水力摩擦系數(shù)；Z—壓縮因子；—氣體的相對密度；T—輸氣管道內(nèi)氣體的平均溫度（K）；L—輸氣管道計算段的長度（km）； （2）水力摩阻系數(shù) 水力摩阻系數(shù)采用下列公式進(jìn)行計算： 式中： lg－常用對數(shù)；λ－水力摩阻系數(shù)； K－鋼管內(nèi)壁等效絕對粗糙度（m）； d－管內(nèi)徑（m）； Re－雷諾數(shù)。2.3.3管徑方案優(yōu)化管徑的大小對工程投資影響較大，通過工藝計算進(jìn)行管徑優(yōu)化，選擇最佳的管徑方案，以節(jié)約工程投資。計算結(jié)果見表2.3-3。表2.3-3：管輸能力計算表參數(shù)管徑起點壓力（MPa）終點壓力（MPa）計算長度（km）管輸能力（×108m3//a）Φ5086.21.684010Φ6106.21.684016Φ7626.21.684028從以上計算得知：Φ508的管徑偏小，管輸能力不能滿足高峰小時流量供氣要求。Φ762管徑的管輸能力過于富裕，投資高，不合理。Φ610管徑的管輸能力能滿足輸氣規(guī)模要求，又為后期發(fā)展留有一定余地，故本設(shè)計推薦選擇Φ660的管徑，既滿足所需管輸能力要求又能合理控制投資，是較好的管徑方案。2.3.4輸氣工藝計算當(dāng)管道規(guī)格為Φ610時，對線路輸氣系統(tǒng)計算其終點壓力。工藝計算結(jié)果見表2.3-4表2.3-4輸氣干線工藝計算表管段起點陜甘寧氣田管段終點北京城市門站起點壓力（MPaa）6.2設(shè)計壓力（MPaa）6.4管段流量（m3//a）15×108終點壓力（MPaa）1.62.4線路用管及管件2.4.1管材選擇目前廣泛用于輸送天然氣的鋼管類型有無縫鋼管、直焊縫鋼管和螺旋焊縫鋼管。輸氣管道所用鋼管的選擇，應(yīng)根據(jù)使用壓力、溫度、輸送介質(zhì)、使用地區(qū)及制管工藝等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。（1）無縫鋼管無縫鋼管的制管標(biāo)準(zhǔn)較多，用于輸送天然氣的無縫鋼管主要有《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》GB/T9711、《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163、《高壓鍋爐用無縫鋼管》GB5310、《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》GB6479等。國內(nèi)生產(chǎn)無縫鋼管的規(guī)格熱軋可至Φ406mm，Φ406mm以上均為熱擴(kuò)（熱擴(kuò)徑軋制）。（2）螺旋縫埋弧焊鋼管螺旋縫埋弧焊鋼管（SAWH）焊縫與鋼管軸線形成一螺旋角（一般約為45°），其焊縫及韌性相當(dāng)薄弱的焊縫熱影響區(qū)避開了主應(yīng)力方向，焊縫受力情況好。其缺點為焊縫長，產(chǎn)生缺陷的概率大，受焊縫約束一般不用于冷彎。目前國內(nèi)螺旋縫焊鋼管生產(chǎn)通過在設(shè)備和技術(shù)上的不斷更新和改造，規(guī)模已大上臺階，其產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國際先進(jìn)水平，螺旋縫埋弧焊鋼管已廣泛的使用在凈化氣長輸管道及城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿郎?。目前國?nèi)生產(chǎn)螺旋縫埋弧焊鋼管的規(guī)格為Φ273～Φ2400。（3）直縫高頻電阻焊鋼管（ERW）ERW焊管的生產(chǎn)方法是將熱軋卷板經(jīng)連續(xù)輥式成型機(jī)成型后，在高頻電流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)基礎(chǔ)上，利用高頻電流或感生高頻電流所產(chǎn)生的電阻熱將管坯對接邊緣加熱熔化，在擠壓輥的作用下而熔合的工藝過程。其特點為熱量高度集中、熱影響區(qū)范圍較小、焊接溫度梯度大、易產(chǎn)生硬化相和較大的焊接應(yīng)力、成本低。目前有許多新型的技術(shù)已應(yīng)用于ERW焊管的生產(chǎn)過程中，使ERW焊管的制管工藝日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高，已在凈化氣輸氣管道和城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐袕V泛使用。國內(nèi)生產(chǎn)ERW焊管的規(guī)格為Φ114.3～Φ355.6。（4）直縫雙面埋弧焊鋼管（UOE）UOE焊管是單張鋼板在邊緣預(yù)彎后，經(jīng)U成型、O成型、內(nèi)焊、外焊、冷成型等工藝而成。其特點為成型精度高、錯邊量小、殘余應(yīng)力小。焊接時焊縫處于水平位置，焊接穩(wěn)定、質(zhì)量可靠性較高（在所有焊管中，質(zhì)量最好）。目前國內(nèi)生產(chǎn)UOE焊管的規(guī)格為Φ508～Φ1118，國外進(jìn)口UOE焊管的規(guī)格為Φ406.4～Φ1118。由于價格較高，在國內(nèi)廣泛的使用于鐵路穿越、公路穿越、河流穿越等特殊地段及制作線路彎管。從性價比分析，選擇直縫雙面埋弧焊鋼管（UOE）較為理想，故本工程采用X70材質(zhì)的直縫雙面埋弧焊鋼管（UOE）。2.4.2管道強(qiáng)度計算（1）強(qiáng)度計算公式本工程高壓燃?xì)夤艿浪?jīng)地區(qū)等級以二級、三級地區(qū)為主，管線設(shè)計壓力為6.4MPa，從安全的角度出發(fā)，按照高等級地區(qū)做設(shè)計，故強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)統(tǒng)一按四級地區(qū)考慮，取0.4，采用GB50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中5.1.2的公式計算管線壁厚。式中：δ－鋼管計算壁厚，mm；P－設(shè)計內(nèi)壓力，MPa；D－鋼管外徑，mm； σS－鋼管的最小屈服強(qiáng)度；F－強(qiáng)度設(shè)計系數(shù)，0.4；φ－焊縫系數(shù)，0..8；t－溫度折減系數(shù)。當(dāng)當(dāng)溫度小于120℃時，t值取1.0。（2）鋼管壁厚選用通過計算，并綜合合考慮鋼管最最小公稱壁厚厚、穩(wěn)定性、抗抗震性、供貨貨條件、貨源源組織及無損損檢測等因素素，線路用鋼鋼管壁厚的計計算值與選用用值見表2.4-1。表2.4-1壁厚計算值值與選用值表表鋼管直徑（mm）材質(zhì)計算厚度（mm）選用厚度（mm）Φ610X708.89.5Φ610X708.810.3Φ610X708.811.1本工程高壓燃?xì)夤芄艿啦捎霉芗闹谱鲬?yīng)符符合國家現(xiàn)行行標(biāo)準(zhǔn)《鋼板板制對焊管件件》GB／T134001、GB124459、《鋼制對對焊管件》SY／T0510的規(guī)定。經(jīng)經(jīng)各方面校核核可得9.5mm完全滿足要要求，為節(jié)約約成本，可選選用此壁厚。2.4.3線路路用彎頭根據(jù)地形、地質(zhì)條條件，采用彈彈性彎曲和工工廠預(yù)制熱煨煨彎頭兩種形形式，以滿足足管道在平面面和豎面上的的變向要求。（1）彈性敷設(shè)在地形條件允許的的地區(qū)管道盡盡可能采用彈彈性敷設(shè)。彈性敷設(shè)管道與相相鄰的反向彈彈性彎曲管段段及彈性彎曲曲管段和人工工彎管之間，應(yīng)應(yīng)采用直管段段連接；直管管段長度不應(yīng)應(yīng)小于管子外外徑，且不應(yīng)應(yīng)小于500mm。彈性敷設(shè)管道的曲曲率半徑應(yīng)滿滿足管道強(qiáng)度度要求，且不不得小于1000D；垂直面上上彈性敷設(shè)管管道的曲率半半徑還應(yīng)大于于管子自重作作用下產(chǎn)生擾擾度曲線的曲曲率半徑，其其曲率半徑計計算公式如下下：式中：R—管道道彈性彎曲曲曲率半徑（m）；D—管道的外直直徑（cm）；—管道的轉(zhuǎn)角，（）。彎頭和彎彎管不得使用用褶皺彎或蝦蝦米彎。管子子對接偏差不不得大于3。（2）彎頭和彎管的管管壁厚度當(dāng)不能滿足彈性敷敷設(shè)的條件時時，采用熱煨煨彎管適應(yīng)管管道轉(zhuǎn)向。為便于下料和清管管球（器）通通過，熱煨彎彎管的曲率半半徑采用R=5DN。彎頭材質(zhì)質(zhì)應(yīng)與線路管管材完全一致致。彎頭強(qiáng)度計算公式式為：式中：b彎頭或彎管管的管壁計算算厚度（mm）；δ彎頭頭或彎管所連連接的直管段段管壁計算厚厚度（mm）；m彎頭或彎管管的管壁厚度度增大系數(shù)；；R彎頭或彎管管的曲率半徑徑（mm）；D彎頭或彎管管的外直徑（mm）。此外，彎頭在加工工過程中，其其外弧部位會會因拉伸而減減薄，根據(jù)國國內(nèi)廠家制作作經(jīng)驗，減薄薄量約為7%～8%，為保證熱熱煨彎頭的壁壁厚達(dá)到設(shè)計計壁厚要求，考考慮了10%的減薄量。2.5管道強(qiáng)度度和穩(wěn)定性校校核2.5.1當(dāng)量量應(yīng)力校核對于埋地管道必須須進(jìn)行當(dāng)量應(yīng)應(yīng)力校核。校校核條件為：：受約束熱脹脹直管段，按按最大剪切應(yīng)應(yīng)力強(qiáng)度理論論計算的當(dāng)量量應(yīng)力必須滿滿足下式要求求:式中：σe－當(dāng)量應(yīng)力，MPPa；σh－管內(nèi)壓引起的環(huán)環(huán)向應(yīng)力，，MPa；其中：P－設(shè)計壓力，MPPa；d－鋼管內(nèi)徑，mmm；δ－管子壁厚，mmmσ1－內(nèi)壓和溫度引起起的軸向應(yīng)力力，σ1＝μσh＋Eα（t1－t2），MPa；其中：μ－泊桑比，μ＝00.3；E－管材彈性模量，E＝2.0×1105MPPa；α－管材線膨脹系數(shù)數(shù)，α＝1.2×110－5mm//mm·℃；t1－管道下溝回填時時溫度（℃）t2－管道的工作溫度度（℃）σs－管子規(guī)定的最小小屈服強(qiáng)度，MPa；經(jīng)過強(qiáng)度校核計算算，本工程高高壓輸氣管道道用管均滿足足強(qiáng)度要求。2.5.2管道道的許用應(yīng)力力校核管道的許用應(yīng)力必必須滿足下式式要求：σ1＜[σ]σh＜[σ]其中：管材的許用用應(yīng)力[σ]＝σs×F經(jīng)過對不同地區(qū)等等級的管道進(jìn)進(jìn)行應(yīng)力計算算和校核，本本工程高壓輸輸氣管道均滿滿足強(qiáng)度要求求。2.5.3穩(wěn)定定性校核本工程所選用的鋼鋼管壁厚均滿滿足GB502251－2003《輸氣管道道工程設(shè)計規(guī)規(guī)范》對管道道最小壁厚要要求，且直徑徑與厚度比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于140，不會出現(xiàn)現(xiàn)管道在正常常運輸、鋪設(shè)設(shè)、埋管情況況下出現(xiàn)圓截截面失穩(wěn)問題題。計算得：符合設(shè)計計要求。3輸氣站工程設(shè)計（本工程輸氣站首首站工藝流程程見附圖3-1；輸氣站末末站工藝流程程見附圖3-2）3.1輸氣站設(shè)置置原則3.1.1輸氣站站的設(shè)置應(yīng)符符合線路走向向和輸氣工藝藝設(shè)計的要求求，各類輸氣氣站宜聯(lián)合建建設(shè)。3.1.2輸氣站站位置選擇應(yīng)應(yīng)符合下列要要求：1地勢平緩、開闊。2供電、給水排水、生生活及交通方方便。3應(yīng)避開山洪、滑坡坡等不良工程程地質(zhì)地段及及其他不宜設(shè)設(shè)站的地方。4與附近工業(yè)、企業(yè)業(yè)、倉庫、鐵鐵路車站及其其他公用設(shè)施施的安全距離離應(yīng)符合現(xiàn)行行國家標(biāo)準(zhǔn)《石石油天然氣工工程設(shè)計防火火規(guī)范》GB501183的有關(guān)規(guī)定定。3.1.3輸氣站站內(nèi)平面布置置、防火安全全、場內(nèi)道路路交通及與外外界公路的連連接應(yīng)符合國國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)《石油天然然氣工程設(shè)計計防火規(guī)范》GB501183、《建筑設(shè)設(shè)計防火規(guī)范范》GB500016、《石油天天然氣工程總總圖設(shè)計規(guī)范范》SY／T0048的有關(guān)規(guī)定定。3.2調(diào)壓及計量量設(shè)計3.2.1輸氣站站內(nèi)調(diào)壓、計計量工藝設(shè)計計應(yīng)符合輸氣氣工藝設(shè)計要要求，并應(yīng)滿滿足生產(chǎn)運行行和檢修需要要。3.2.2調(diào)壓裝裝置應(yīng)設(shè)置在在氣源來氣壓壓力不穩(wěn)定、且且需控制進(jìn)站站壓力的管線線上。分輸氣氣及配氣管線線上以及需要要對氣體流量量進(jìn)行控制和和調(diào)節(jié)的管段段上，當(dāng)計量量裝置之前安安裝有調(diào)壓裝裝置時，計量量裝置前的直直管段設(shè)計應(yīng)應(yīng)符合國家有有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)規(guī)定。3.2.3在輸氣氣干線的進(jìn)氣氣、分輸氣、配配氣管線上以以及站場自耗耗氣管線上應(yīng)應(yīng)設(shè)置氣體計計量裝置。3.3清管設(shè)計3.3.1清管設(shè)設(shè)施宜設(shè)置在在輸氣站內(nèi)。3.3.2清管工工藝應(yīng)采用不不停氣密閉清清管工藝流程程。3.3.3清管器器的通過指示示器應(yīng)安裝在在進(jìn)出站的管管段上，應(yīng)按按清管自動化化操作的需要要在站外管道道上安裝指示示器，并應(yīng)將將指示信號傳傳至站內(nèi)。3.3.4清管器器收發(fā)筒的結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足足通過清管器器或檢測器的的要求。清管管器收發(fā)筒和和快開盲板的的設(shè)計應(yīng)符合合國家現(xiàn)行標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《清管設(shè)設(shè)備設(shè)計技術(shù)術(shù)規(guī)定》SY／T0533和《快速開開關(guān)盲板》SY／T0556的規(guī)定。3.3.5清管器器收發(fā)筒上的的快開盲板，不不應(yīng)正對距離離小于或等于于60m的居住區(qū)或或建(構(gòu))筑物區(qū)。當(dāng)當(dāng)受場地條件件限制無法滿滿足上述要求求時，應(yīng)采取取相應(yīng)安全措措施。3.3.6清管作作業(yè)清除的污污物應(yīng)進(jìn)行收收集處理，不不得隨意排放放。3.4壓縮機(jī)組的的布置及廠房房設(shè)計原則3.4.1壓縮機(jī)機(jī)組應(yīng)根據(jù)工工作環(huán)境及對對機(jī)組的要求求，布置在露露天或廠房內(nèi)內(nèi)。在高寒地地區(qū)或風(fēng)沙地地區(qū)宜采用全全封閉式廠房房，其他地區(qū)區(qū)宜采用敞開開式或半敞開開式廠房。3.4.2廠房內(nèi)內(nèi)壓縮機(jī)及其其輔助設(shè)備的的布置，應(yīng)根根據(jù)機(jī)型、機(jī)機(jī)組功率、外外型尺寸、檢檢修方式等因因素按單層或或雙層布置，并并應(yīng)符合下列列要求：1兩臺壓縮機(jī)組的突突出部分間距距及壓縮機(jī)組組與墻的間距距，應(yīng)滿足操操作、檢修的的場地和通道道要求；2壓縮機(jī)組的布置應(yīng)應(yīng)便于管線的的安裝；3壓縮機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)按照照現(xiàn)行國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《動力機(jī)機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計計規(guī)范》GB500040進(jìn)行設(shè)計，并并采取相應(yīng)的的減振、隔振振措施。3.4.3壓氣站站內(nèi)建(構(gòu))筑物的防火火、防爆和噪噪聲控制應(yīng)按按國家現(xiàn)行標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計計。3.4.4壓縮機(jī)機(jī)房的每一操操作層及其高高出地面3m以上的操作作平臺(不包括單獨獨的發(fā)動機(jī)平平臺)，應(yīng)至少有有兩個安全出出口及通向地地面的梯子。操操作平臺上的的任意點沿通通道中心線與與安全出口之之間的最大距距離不得大于于25m。安全出口口和通往安全全地帶的通道道。必須暢通通無阻。3.4.5壓縮機(jī)機(jī)房的建筑平平面、空間布布置應(yīng)滿足工工藝流程、設(shè)設(shè)備布置、設(shè)設(shè)備安裝和維維修的要求。3.4.6壓縮機(jī)機(jī)房內(nèi)，應(yīng)視視壓縮機(jī)檢修修的需要配置置供檢修用的的固定起重設(shè)設(shè)備。當(dāng)壓縮縮機(jī)組布置在在露天、敞開開式廠房內(nèi)或或機(jī)組自帶起起吊設(shè)備時，可可不設(shè)固定起起重設(shè)備，但但應(yīng)設(shè)置移動動式起重設(shè)備備的吊裝場地地和行駛通道道。3.5壓氣站工藝藝及輔助系統(tǒng)統(tǒng)一、壓氣站工藝流流程設(shè)計應(yīng)根根據(jù)輸氣系統(tǒng)統(tǒng)工藝要求，滿滿足氣體的除除塵、分液、增增壓、冷卻、越越站、試運作作業(yè)和機(jī)組的的啟動、停機(jī)機(jī)、正常操作作及安全保護(hù)護(hù)等要求。在在壓氣站的天天然氣進(jìn)口段段應(yīng)設(shè)置分離離過濾設(shè)備，處處理后天然氣氣應(yīng)符合壓縮縮機(jī)組對氣質(zhì)質(zhì)的技術(shù)要求求。二、壓氣站內(nèi)的總總壓降不宜大大于0.25MMPa。三、當(dāng)壓縮機(jī)出口口氣體溫度高高于下游設(shè)施施、管道，以以及管道敷設(shè)設(shè)環(huán)境允許的的最高操作溫溫度。四、每一臺離心式式壓縮機(jī)組均均應(yīng)設(shè)天然氣氣流量計量裝裝置，以便進(jìn)進(jìn)行防喘振控控制。五、燃機(jī)燃料氣系系統(tǒng)應(yīng)符合下下列要求：1燃料氣管線應(yīng)從壓壓縮機(jī)進(jìn)口截截斷閥前的總總管中接出，并并應(yīng)裝設(shè)減壓壓和對單臺機(jī)機(jī)組的計量設(shè)設(shè)備。2燃料氣管線在進(jìn)入入壓縮機(jī)廠房房前及每臺燃燃機(jī)前應(yīng)裝設(shè)設(shè)截斷閥。3燃料氣應(yīng)滿足燃機(jī)機(jī)對氣質(zhì)的要要求。六、離心式壓縮機(jī)機(jī)組的油系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)符合下列列要求：1潤滑油、伺服油系系統(tǒng)，均應(yīng)由由主油箱供油油，且應(yīng)分別別自成系統(tǒng)。2機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的的動力應(yīng)由主主潤滑油泵、輔輔助潤滑油泵泵和緊急潤滑滑油泵構(gòu)成。當(dāng)當(dāng)潤滑油泵采采用氣動馬達(dá)達(dá)時，沖動氣氣馬達(dá)的氣體體氣質(zhì)應(yīng)符合合設(shè)備制造廠廠的要求。輔輔助油泵的出出油管應(yīng)設(shè)單單向閥。七、采用注油潤滑滑的往復(fù)式壓壓縮機(jī)各級出出口均應(yīng)設(shè)分分液設(shè)備，以以防止?jié)櫥陀瓦M(jìn)入輸氣管管道。八、冷卻系統(tǒng)應(yīng)符符合下列要求求：1氣體冷卻方式宜采采用空冷。氣氣體通過冷卻卻器的壓力損損失不宜大于于0.07MMPa。2往復(fù)式壓縮機(jī)和燃燃?xì)獍l(fā)動機(jī)氣氣缸壁冷卻水水，宜采用密密閉循環(huán)冷卻卻。3冷卻系統(tǒng)的布置應(yīng)應(yīng)考慮與相鄰鄰散熱設(shè)施的的關(guān)系，避免免相互干擾。九、燃?xì)廨啓C(jī)的啟啟動宜采用電電(液)馬達(dá)或氣動動馬達(dá)。當(dāng)采采用氣動馬達(dá)達(dá)時，驅(qū)動氣氣馬達(dá)的氣體體氣質(zhì)及氣體體參數(shù)應(yīng)符合合設(shè)備制造廠廠的要求。十、壓縮機(jī)站設(shè)置置壓縮空氣系系統(tǒng)時，所提提供的壓縮空空氣應(yīng)滿足離離心式壓縮機(jī)機(jī)、電機(jī)正壓壓通風(fēng)、站內(nèi)內(nèi)儀表用風(fēng)及及其他設(shè)施等等對氣質(zhì)、壓壓力的不同要要求。十一、以燃?xì)鉃閯觿恿Φ膲嚎s機(jī)機(jī)組應(yīng)設(shè)置空空氣進(jìn)氣過濾濾系統(tǒng)，過濾濾后的氣質(zhì)應(yīng)應(yīng)符合設(shè)備制制造廠的要求求。十二、以燃?xì)鉃閯觿恿Φ膲嚎s機(jī)機(jī)組的廢氣排排放口應(yīng)高于于新鮮空氣進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)進(jìn)氣口，宜位位于進(jìn)氣口當(dāng)當(dāng)?shù)刈钚★L(fēng)頻頻上風(fēng)向，廢廢氣排放口與與新鮮空氣進(jìn)進(jìn)氣口應(yīng)保持持足夠的距離離，避免廢氣氣重新吸入進(jìn)進(jìn)氣口。3.6壓縮機(jī)組的的選型及配置置一、壓縮機(jī)組的選選型和臺數(shù)，應(yīng)應(yīng)根據(jù)壓氣站站的總流量、總總壓比、出站站壓力、氣質(zhì)質(zhì)等參數(shù)，結(jié)結(jié)合機(jī)組備用用方式，進(jìn)行行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比比較后確定。二、壓氣站宜選用用離心式壓縮縮機(jī)。在站壓壓比較高、輸輸量較小時，可可選用往復(fù)式式壓縮機(jī)。三、同一壓氣站內(nèi)內(nèi)的壓縮機(jī)組組，宜采用同同一機(jī)型。四、壓縮機(jī)的原動動機(jī)選型，應(yīng)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)啬苣茉垂┙o情況況及環(huán)境條件件，進(jìn)行技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后后確定。離心心式壓縮機(jī)宜宜采用燃?xì)廨嗇啓C(jī)或變頻調(diào)調(diào)速電機(jī)，往往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)宜采用燃?xì)鈿獍l(fā)動機(jī)。五、驅(qū)動設(shè)備所需需的功率應(yīng)與與壓縮機(jī)相匹匹配。驅(qū)動設(shè)設(shè)備的現(xiàn)場功功率應(yīng)有適當(dāng)當(dāng)裕量，能滿滿足不同季節(jié)節(jié)環(huán)境溫度、不不同海拔高度度條件下的工工況需求，能能克服由于運運行年限增長長等原因可能能引起的功率率下降。壓縮縮機(jī)的軸功率率可按附錄G公式計算。六、壓縮機(jī)的原動動機(jī)為變頻調(diào)調(diào)速電機(jī)時，電電動機(jī)的供配配電設(shè)計應(yīng)符符合現(xiàn)行國家家標(biāo)準(zhǔn)《通用用用電設(shè)備配配電設(shè)計規(guī)范范》GB500055的規(guī)定。變變頻系統(tǒng)諧波波對公用電網(wǎng)網(wǎng)電能質(zhì)量的的影響應(yīng)符合合現(xiàn)行國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)質(zhì)量公用電網(wǎng)網(wǎng)諧波》GB／T145449的規(guī)定。變變頻系統(tǒng)輸入入電機(jī)的諧波波應(yīng)符合現(xiàn)行行國家標(biāo)準(zhǔn)《電電能質(zhì)量公用用電網(wǎng)諧波》GB／T145449的規(guī)定，否否則應(yīng)當(dāng)選用用專用變頻電電機(jī)。3.7壓縮機(jī)組的的安全保護(hù)一、往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)出口與第一一個截斷閥之之間應(yīng)裝設(shè)安安全閥和放空空閥；安全閥閥的泄放能力力應(yīng)不小于壓壓縮機(jī)的最大大排量。二、每臺壓縮機(jī)組組應(yīng)設(shè)置下列列安全保護(hù)裝裝置：1壓縮機(jī)氣體進(jìn)口應(yīng)應(yīng)設(shè)置壓力高高限、低限報報警和低限越越限停機(jī)裝置置。2壓縮機(jī)氣體出口應(yīng)應(yīng)設(shè)置壓力高高限、低限報報警和高限越越限停機(jī)裝置置。3壓縮機(jī)的原動機(jī)((除電動機(jī)外)應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)速速高限報警和和超限停機(jī)裝裝置。4啟動氣和燃料氣管管線應(yīng)設(shè)置限限流及超壓保保護(hù)設(shè)施。燃燃料氣管線應(yīng)應(yīng)設(shè)置停機(jī)或或故障時的自自動切斷氣源源及排空設(shè)施施。5壓縮機(jī)組油系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)有報警和停停機(jī)裝置。6壓縮機(jī)組應(yīng)設(shè)置振振動監(jiān)控裝置置及振動高限限報警、超限限自動停機(jī)裝裝置。7壓縮機(jī)組應(yīng)設(shè)置軸軸承溫度及燃燃?xì)廨啓C(jī)透平平進(jìn)口氣體溫溫度監(jiān)控裝置置、溫度高限限報警、超限限自動停機(jī)裝裝置。8離心式壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)設(shè)置喘振檢測測及控制設(shè)施施。9壓縮機(jī)組的冷卻系系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置振振動檢測及超超限自動停車車裝置。10壓縮機(jī)組應(yīng)設(shè)軸位位移檢測、報報警及超限自自動停機(jī)裝置置。11壓縮機(jī)的干氣密封封系統(tǒng)應(yīng)有泄泄放超限報警警裝置。三、事故緊急停機(jī)機(jī)時，壓縮機(jī)機(jī)進(jìn)、出口閥閥應(yīng)自動關(guān)閉閉，防喘振閥閥應(yīng)開啟，壓壓縮機(jī)及其配配管應(yīng)泄壓。3.8站內(nèi)管線一、站內(nèi)所有油氣氣管均應(yīng)采用用鋼管及鋼質(zhì)質(zhì)管件。鋼管管材料應(yīng)符合合本規(guī)范第5.2節(jié)的有關(guān)規(guī)規(guī)定。二、機(jī)組的儀表、控控制、取樣、潤潤滑油、離心心式壓縮機(jī)用用密封氣、燃燃料氣等管道道應(yīng)采用不銹銹鋼管及管件件。三、鋼管強(qiáng)度及穩(wěn)穩(wěn)定計算。四、站內(nèi)管線安裝裝設(shè)計應(yīng)采用用減小振動和和熱應(yīng)力的措措施。壓縮機(jī)機(jī)進(jìn)、出口的的配管對壓縮縮機(jī)連接法蘭蘭所產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)力應(yīng)小于壓壓縮機(jī)技術(shù)條條件的允許值值。五、管線的連接方方式除因安裝裝需要采用螺螺紋或法蘭連連接外，均應(yīng)應(yīng)采用焊接。六、管線應(yīng)采用地地上或埋地敷敷設(shè)，不宜采采用管溝敷設(shè)設(shè)。七、管線穿越車行行道時宜采用用套管保護(hù)。八、從站內(nèi)分離設(shè)設(shè)備至壓縮機(jī)機(jī)入口的管段段應(yīng)進(jìn)行內(nèi)壁壁清洗。3.9壓縮機(jī)組工工藝參數(shù)3.9.1站內(nèi)增增壓比計算式中ε——增壓比；p1——出站壓力；p2——進(jìn)站壓力。由工程要求參數(shù)可可以計算得到到：ε=1.55。3.9.2離心式式壓縮機(jī)軸功功率計算式中N——壓縮機(jī)軸功率(kkW)；Ti——壓縮機(jī)進(jìn)口氣體溫溫度(K)；R——氣體常數(shù)(kg··m／kg·K)；Z——氣體平均壓縮因子子；ε——壓比；η——壓縮機(jī)效率率；qg——天然氣流量(kgg／s)；K——氣體比熱比(K==cp/cvv,cp為定壓比熱熱，cv為定容比熱)。本工程輸氣量較大大，根據(jù)《輸輸氣管道工程程設(shè)計規(guī)范》（GB5O251-2003）和《泵與壓縮機(jī)》推薦采用雙壓縮機(jī)并聯(lián)工藝進(jìn)行，采用變頻調(diào)速電機(jī)通過增速齒輪箱驅(qū)動離心壓縮機(jī)機(jī)組的壓氣站。3.10功率備用用方案與機(jī)組組備用方案比比較壓氣站單站裝機(jī)功功率（P0）為式中：Pw——現(xiàn)現(xiàn)場單臺壓縮縮機(jī)所需功率率，MW；P0——ISO條件下的燃燃機(jī)功率，MW；n——臺數(shù)；α——負(fù)荷系數(shù)；；K1——高程系數(shù)；K2——大氣溫度系數(shù)。單機(jī)在線功率備用用方案裝機(jī)功功率為（n=1）：開二備一方案：開一備一方案：3個方案的裝機(jī)功率率比為1.5∶1.65∶2.2。一般可認(rèn)認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)的價格以單單位功率價格格表示，所以以燃?xì)廨啓C(jī)投投資比例為1∶1.1∶1.46。另外，單單機(jī)站占地面面積小，管線線及閥門投資資少，儀表設(shè)設(shè)備也比較節(jié)節(jié)省。3.11運行可靠靠性比較現(xiàn)代大功率航改型型燃?xì)廨啓C(jī)的的發(fā)動機(jī)的原原型均是為大大型客機(jī)設(shè)計計，普遍采用用較好的材料料和較保守的的安全系數(shù)。在在航機(jī)陸用的的設(shè)計過程中中又加大了安安全系數(shù)，因因此大功率航航改型高效機(jī)機(jī)組的安全系系數(shù)要高于小小功率機(jī)組。在設(shè)計輸量下，功功率備用方案案中大機(jī)組是是在67%負(fù)荷下工作作，其可靠性性要大于在88%負(fù)荷下工作作的中小功率率機(jī)組。燃?xì)鈿廨啓C(jī)的維修修頻繁程度與與其工作負(fù)荷荷率有關(guān)，當(dāng)當(dāng)負(fù)荷系數(shù)接接近100%至105%時維修工作作量急劇增加加。根據(jù)可靠靠性理論，運運行機(jī)組越多多，發(fā)生故障障的概率越大大。3.12操作靈活活性比較在功率備用方案中中除首站采用用并聯(lián)流程（機(jī)機(jī)組備用），其其余壓氣站均均是串聯(lián)連接接。最后一座座壓氣站設(shè)的的一臺離線備備用機(jī)組也是是串聯(lián)連接；；該備用機(jī)組組是為了預(yù)防防前一站燃壓壓機(jī)組突然失失效而設(shè)的。運運行中除末站站備用的一臺臺機(jī)組外，其其余備用功率率均處于熱備備用狀態(tài)，故故稱在線功率率備用。假設(shè)設(shè)某一站發(fā)生生故障停機(jī)，以以后的幾站就就可利用備用用功率提速增增壓。對于開一備一流程程，設(shè)計負(fù)荷荷為88%，則達(dá)到額額定100%負(fù)荷時的功功率為1/0.888=1.114Pw，很明顯增增輸?shù)臐摿κ鞘枪β蕚溆梅椒桨复?。機(jī)組組備用方案中中，備用機(jī)組組是處于離線線狀態(tài)，所以以切換到備用用機(jī)組之前需需先有一個暖暖機(jī)過程。3.13流量需變變化時燃壓機(jī)機(jī)組配置比較較燃壓機(jī)組功率（pp）與站間距距（L）、流量（Q）及管內(nèi)徑徑（d）變化的近近似關(guān)系為：：如果只改變（Q、L、d）3個參數(shù)中之之一，其它條條件維持不變變，則可推導(dǎo)導(dǎo)出下列關(guān)系系式：（1）改變站間距L，Q、d維持不變改變流量Q，L、d維持不變（3）改變管內(nèi)徑d，L、Q維持不變式中：P1——變化前現(xiàn)場所需功功率，MW；P2——變化后現(xiàn)場所需功功率，MW。從以上公式可見，對對輸送功率影影響最大的是是內(nèi)徑，其次次是流量，最最后是站間距距。4管道調(diào)峰能力設(shè)計計采用長輸天然氣管管道末段儲氣氣解決城市供供氣的部分調(diào)調(diào)峰是世界上上常用且較為為經(jīng)濟(jì)合理的的方式。根據(jù)據(jù)北京市年平平均日小時用用氣不均勻系系數(shù)和北京市市（見表4-0）各規(guī)劃期期內(nèi)的年用氣氣量計算的城城市需要的年年平均日調(diào)峰峰氣量見表4-1。表4-0北北京市正常日日小時用氣不不均勻系數(shù)表表時間系數(shù)時間系數(shù)時間系數(shù)1:00aam0.2859:00am1.0245:00ppm1.1602:00am0.36010:00am1.1046:00pm1.