管道輸送工藝

1、重慶科技學(xué)院 管道輸送工藝 課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院:石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí): 油氣儲(chǔ)運(yùn) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） K715 設(shè)計(jì)題目: 某輸氣管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)語: _ 成績（五級(jí)記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字）: 目錄1 天然氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算11.1所輸天然氣各組分性質(zhì)11.2天然氣的密度11.3天然氣相對(duì)密度11.4天然氣的動(dòng)力粘度21.5天然氣的運(yùn)動(dòng)粘度22.管道不同壓力下的規(guī)格確定22.1管道內(nèi)徑的計(jì)算32.2確定管壁厚度33期末管段長度幾直徑確定53.1輸氣管道末端的工況特點(diǎn)5 3.2末段長度和管徑的確定53.2.1末段長度和管徑的計(jì)算方法5

2、3.2.2末端長度和直徑的計(jì)算64 壓縮機(jī)站數(shù)、壓縮比、選型的確定以及位置的布置74.1 壓縮機(jī)站數(shù)的確定84.2壓縮機(jī)的布置與壓縮比的確定84.2.1壓縮機(jī)的布置84.2.2壓縮機(jī)比的確定84.3 壓縮機(jī)的選型94.3.1壓縮機(jī)的選型原則94.3.2 本設(shè)計(jì)中對(duì)于壓縮機(jī)的選型.105總結(jié)115.1管道規(guī)格115.2 期末端長度及直徑115.3壓縮機(jī)站數(shù)115.4壓縮機(jī)選型與壓縮比11參考文獻(xiàn)121 天然氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算1.1所輸天然氣各組分性質(zhì)表1-1 天然氣組分物理性質(zhì)組成密度(kg/m³)相對(duì)分子質(zhì)量動(dòng)力粘度組成密度(kg/m³)相對(duì)分子質(zhì)量動(dòng)力粘度甲烷0.717416

3、.04310.60己烷3.785486.0609.80乙烷1.355330.0708.77硫化氫1.539234.07611.90丙烷2.010244.0977.65二氧化碳1.976844.01014.30異丁烷2.691258.1246.68氮正丁烷2.703058.1246.68氦異戊烷3.42672.1516.64氫0.08982.0168.52正戊烷3.453772.1516.48氬1.2天然氣的密度天然氣密度計(jì)算公式如下： （1-1）式中 天然氣的在標(biāo)況下的密度，； 組分i的體積百分?jǐn)?shù)（摩爾分?jǐn)?shù)）； 組分i的密度，。查表可知各種單一氣體的密度，計(jì)算天然氣密度，得：=(94.26&#

4、215;0.71742.74×1.35532.10×2.01020.37×2.69120.52×2.70300.01×3.4260.09×0.0898)%=0.78011.3天然氣相對(duì)密度在標(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： （1-2）式中 氣體的相對(duì)密度； 氣體的密度； 空氣的密度，在工程標(biāo)準(zhǔn)下，為1.206。1.4天然氣的動(dòng)力粘度由動(dòng)力粘度公式: （1-3）式中 天然氣動(dòng)力粘度； i組分的動(dòng)力粘度； i組分的摩爾分?jǐn)?shù)； i組分的相對(duì)分子質(zhì)量。 1.5天然氣的運(yùn)動(dòng)粘度根據(jù)動(dòng)力粘

5、度和天然氣的密度可得該天然氣的運(yùn)動(dòng)粘度為： （1-4） 2.管道不同壓力下的規(guī)格確定2.1管道內(nèi)徑的計(jì)算管道內(nèi)徑公式為： (2-1)式中 為天然氣標(biāo)準(zhǔn)密度，； 為天然氣運(yùn)動(dòng)粘度，； 為天然氣在該管段內(nèi)的流量，； 管道在100米的壓力降，當(dāng)P>3.0，取45，當(dāng)1.4<P3.0，取353。由于站內(nèi)運(yùn)行壓力為5.5MPa，從起點(diǎn)到進(jìn)氣點(diǎn)的管道管徑為：當(dāng)1.4<P3.0時(shí)，取353，從起點(diǎn)到進(jìn)氣點(diǎn)的管道管徑為： 2.2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： (2-2)式中 p管線設(shè)計(jì)的工作壓力，5.5MP

6、a； 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）。 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20m）輸油管線0.720.60輸氣管線0.600.50表 2 這里選用直焊縫鋼管=1； 選用APIS-SL X70 =482MPa；因?yàn)槭情L輸氣管線F=0.60。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算管段管道壁厚：當(dāng)P>3.0， 當(dāng)

7、1.4<P3.0，3期末管段長度及直徑確定3.1輸氣管道末端的工況特點(diǎn) 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)，

8、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。3.2末段長度和管徑的確定 3.2.1末段長度和管徑的計(jì)算方法 計(jì)算輸氣管道末段長度和直徑時(shí)，應(yīng)考慮以下三個(gè)條件: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，

9、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。 （1)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。 （2)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)。 （3)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。具體計(jì)算步驟如下： A.假設(shè)輸氣管道末段長度和管徑； 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

10、段平均壓力； D.計(jì)算儲(chǔ)氣開始時(shí)末段起點(diǎn)壓力，計(jì)算儲(chǔ)氣開始時(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)氣能力比較，若互相接近，則所假設(shè)的末段長度和管徑滿足工藝要求；否則重新假設(shè)末段長度或管徑，返回步驟B重新計(jì)算，直到末段長度和管徑滿足工藝要求，計(jì)算結(jié)束。3.2.2末端長度和直徑的計(jì)算因此根據(jù)以上所說： 假設(shè)末段長度, 內(nèi)徑d=825mm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。通過假設(shè)的數(shù)據(jù)求出末段輸氣管的儲(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。若不符合要求則重新假設(shè)。所以計(jì)算各個(gè)參量壓縮因子公式： (3-1)式中 P=5.5MPa求

11、得： Z=0.90前蘇聯(lián)天然氣研究所近期公式：將d=825，e=0.03代入得=0.0174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。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出：C=0.032計(jì)算儲(chǔ)氣量儲(chǔ)氣開始時(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1.0MPa，C=0.032，,Q= ,代入公式得:=1.32MPa儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)，起點(diǎn)最高壓力應(yīng)不超過最后一個(gè)壓氣站或管路的強(qiáng)度： 其中=5.5MPa，代入公式得:=5.35MPa 儲(chǔ)氣開始時(shí)的平均壓力： 其中=1.6MPa，1.0MPa，代入公式得：1.32MPa. 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)的

12、平均壓力： 其中=5.5MPa，=5.35MPa，代入公式得：5.43MPa. 末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力為： 式中 一儲(chǔ)氣開始時(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： 通過假設(shè)的管道長度和管徑計(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，末段長度為30Km，管徑選取用825×7.5mm的管徑。4 壓縮機(jī)站數(shù)、壓縮比、選型的確定以及位置的布置4.1 壓縮機(jī)站數(shù)的確定 對(duì)于平均站間距的計(jì)算： (4-1) 計(jì)算式中內(nèi)徑取管線平均內(nèi)徑825mm，流量Q也取管線平均

13、流量1286萬m3/d。C=0.0105 計(jì)算得：l=168km 壓縮機(jī)站數(shù)： (4-2)式中 L輸氣管全長； lz末段管路長度； l平均站間距。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：n=34.2壓縮機(jī)的布置與壓縮比的確定4.2.1壓縮機(jī)的布置設(shè)壓縮機(jī)的壓比為1.3，對(duì)首站位置進(jìn)行計(jì)算： (4-3)計(jì)算結(jié)果得出首站的位置l=86.67km=71km同理計(jì)算其余壓氣站的位置為：因此首站距離為71km，2站距離為115km，3站距離為141km。4.2.2壓縮機(jī)比的確定對(duì)于末站壓縮機(jī)壓縮比的確定，根據(jù)公式： (4-4)計(jì)算得到出站站壓力為3.9MPa，故壓縮比：式中 p1進(jìn)站壓力，MPa； p2出站壓力，MPa。計(jì)算得

14、壓縮比為：1.41，實(shí)際所選壓縮機(jī)的壓縮比為1.3。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，壓氣站的設(shè)計(jì)壓比不宜太高，否則將導(dǎo)致管道全線的壓縮機(jī)功率增大，同時(shí)管道的輸氣能耗及輸氣成本增大，我國的輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251-94）建議：當(dāng)采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，壓氣站的壓比取為宜。此外，在沒有特殊要求的情況下，管道全線所有壓氣站的設(shè)計(jì)壓比通常取同一個(gè)值。因此在本設(shè)計(jì)中，取壓縮比為1.3，最后通過校核壓縮比為1.41，符合規(guī)范，故設(shè)計(jì)合理。4.3 壓縮機(jī)的選型4.3.1壓縮機(jī)的選型原則一般選型原則，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) ·昂貴介質(zhì)宜選用膜壓縮機(jī)，如：氬氣，

15、氦氣壓縮機(jī)。 ·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。 ·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密封氣。 ·對(duì)材料有腐蝕的氣體，如氨壓縮機(jī)，不得使用銅材。 ·有毒或劇毒氣體 (2) 考慮流量 ·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。 ·流量 50m3/min (吸入態(tài))可選用離心式壓縮機(jī)。 ·流量 150

16、m3/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 ·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。 因此，小氣量，高壓力，對(duì)選用離心式壓縮機(jī)是困難的。所以流量小于50m3/min,，排氣壓力為中、高壓 （1- 15 MPaG）一般均采用活塞壓縮機(jī)。4.3.2 本設(shè)計(jì)中對(duì)于壓縮機(jī)的選型考慮到本設(shè)計(jì)中的流量較大，管道沿線地形起伏不大，所以本設(shè)計(jì)管路中宜選擇離心壓縮機(jī)。5總結(jié)5.1管道規(guī)格 管道選定規(guī)格見表（5-1）表(

17、5-1)管道規(guī)格選取管段號(hào)管段長度內(nèi)徑壁厚外徑規(guī)格選取171806.177.66813.83800×7.52115806.177.66813.83800×7.53141849.148.07857.21850×8.05.2 期末端長度及直徑經(jīng)計(jì)算得到期末端長度為30km，直徑為825mm。5.3壓縮機(jī)站數(shù) 壓縮機(jī)的總站數(shù)為3站第1站壓縮機(jī)布置在距起點(diǎn)71km的位置；第2站布置在距離起點(diǎn)186km的位置；第3站應(yīng)布置在距離起點(diǎn)327km的位置。5.4壓縮機(jī)選型與壓縮比 壓氣站的設(shè)計(jì)壓比不宜太高，否則將導(dǎo)致管道全線的壓縮機(jī)功率增大，同時(shí)管道的輸氣能耗及輸氣成本增大，輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251-94）7建議：當(dāng)采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，壓氣站的壓比取為宜。此外，在沒有特殊要求的情況下，管道全線所有壓氣站的設(shè)計(jì)壓比通常取同一