多氣源多用戶輸氣管道工藝設(shè)計(jì)

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)08-2 學(xué)生姓名: 楊 娜 學(xué) 號(hào): 2008442403 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）_ K705 _ _ _ _ _設(shè)計(jì)題目: 多氣源多用戶輸氣管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期： 2011 年 12 月 29 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(wù)輸量31.2.2 其它有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)32 天然氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)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(duì)密度52.4天然

2、氣的動(dòng)力粘度62.5天然氣的運(yùn)動(dòng)粘度63.輸氣管道工藝計(jì)算73.1輸氣管道末段計(jì)算73.1.1末段工況特點(diǎn)73.1.2末段長度和管徑的確定83.2其他管段管徑計(jì)算113.2.1管徑計(jì)算：113.2.2壁厚計(jì)算114 輸氣管道沿線布站相關(guān)工藝計(jì)算144.1壓縮機(jī)相關(guān)概況144.2壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算公式依據(jù)144.3壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算154.4壓縮比計(jì)算185 總結(jié)205.1管道規(guī)格205.2壓縮機(jī)站數(shù)205.3壓縮機(jī)壓縮比21參考文獻(xiàn)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(gè)氣源和多個(gè)用戶，即管道沿線有若干進(jìn)、分氣支線，并且管道沿線地形起伏不大。要求

3、對(duì)其進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。,管道起點(diǎn)氣源壓力為8.0 MPa，管道終點(diǎn)要求最低進(jìn)站壓力為3.5MPa。要求選擇管道規(guī)格并考慮經(jīng)濟(jì)性，確定壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比，布置全線壓縮機(jī)站的位置。1.2 主要工藝參數(shù)1.2.1 任務(wù)輸量任務(wù)年輸量為115億方/年。1.2.2 其它有關(guān)基礎(chǔ)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(guān)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(wù)輸量（起點(diǎn)流量）為：115億方/年，氣源起點(diǎn)壓力為:8.0MPa。（3）管道沿線各節(jié)點(diǎn)的進(jìn)、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(jìn)、分氣點(diǎn)之間的距離見表1-3。表1-2：管道沿線各節(jié)點(diǎn)的進(jìn)、分氣量進(jìn)分氣支線12345678910進(jìn)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(jìn)、分氣點(diǎn)之間的距離管段號(hào)1234567891011管段長度（km）308225126998159172701281101581556pa2 天然氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算見表2-1： 表2-1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(jì)算天然氣密度，得： （21）式中 0天然氣的在標(biāo)況下的密度，/m³； yi組分i的體積百分?jǐn)?shù)（摩爾分?jǐn)?shù)）； i組分i的密度，/m³；×××××××××× /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： （22） 式中 氣體的相對(duì)密度 氣體的密度 由動(dòng)力粘度公式: （23） 式中 天然氣動(dòng)力粘度 組分的動(dòng)力粘度 組分的摩爾分?jǐn)?shù) 組分的相對(duì)分子質(zhì)量根據(jù)動(dòng)力粘度和天然氣的密

6、度可得該天然氣的運(yùn)動(dòng)粘度為： （24）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，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。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:（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

7、，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。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。

8、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??；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。（1）計(jì)算管徑為滿足儲(chǔ)氣要求，設(shè)計(jì)最大儲(chǔ)氣量為日輸氣量的40%，即 = (31) 式中為便于計(jì)算，式中各參數(shù)單位采用壓力P：Pa；C=0.03848。其中=選取內(nèi)徑為1020mm的管道，粗糙度為0.15mm。由前蘇聯(lián)近期公式得：對(duì)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(jì)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(shè)管徑為1020mm進(jìn)行驗(yàn)證是否滿足儲(chǔ)氣要求。Mpa儲(chǔ)氣開始時(shí),終點(diǎn)的最低壓力P2min應(yīng)不低于配氣站要求的最低壓力，故P2min為3.5Mpa，計(jì)算末段起點(diǎn)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(shí)末段起點(diǎn)終點(diǎn)壓力都為最低值，即和，平均壓力為：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，故為已知，則： =隨后，伴隨著從末段中取出氣體以彌補(bǔ)不足，壓力逐

10、步降低，故此時(shí)末段起點(diǎn)終點(diǎn)壓力都為最高值，即和，平均壓力為： 根據(jù)輸氣管道末段儲(chǔ)氣開始和結(jié)束時(shí)的平均壓力和可求得末段輸氣管的儲(chǔ)氣能力為： (35)式中 -工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，=101325Pa-工程標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)氣要求。： (36) 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，取45，取35。所以,從起點(diǎn)到進(jìn)氣點(diǎn)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(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： (37) 式中 管線設(shè)計(jì)的工作

11、壓力，Mpa；管線管徑，=+,為管道內(nèi)徑，mm； 剛性屈服極限，Mpa(查表3-1) F 設(shè)計(jì)系數(shù)（查表3-2） 表3-1剛性屈服極限鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482表3-2設(shè)計(jì)系數(shù)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，選用APIS-SL X70 =482；因?yàn)槭禽敋夤芫€F=0.6 。分別帶入管徑，求得：=+2根據(jù)國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格（表3-3），從起點(diǎn)到進(jìn)氣點(diǎn)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(shù)條件A級(jí)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(hào)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(guān)工藝計(jì)算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?。辉谶M(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)算段的長度必定大于無分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度，而且分氣量越大（或分氣點(diǎn)越多），計(jì)算段越長；在進(jìn)氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長度必定小于無

14、分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度，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，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，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)算段的長度l必定小于無進(jìn)氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度。4.2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)算段的長度可按下面的水平輸氣管基本公式的變

15、換形式進(jìn)行計(jì)算： (41)式中 也可按整理變形后的下列公式計(jì)算： (42)式中 輸氣管計(jì)算段起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力，Mpa 各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量， 計(jì)算段的長度，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)算段長度為： (43)4.3壓縮機(jī)站數(shù)、布站位置的計(jì)算 除去末段儲(chǔ)氣段300Km,對(duì)于長3750Km的長度進(jìn)行壓縮機(jī)布置。天然氣氣源壓力為8.0Mpa,不需加壓，故設(shè)計(jì)時(shí)在起點(diǎn)不設(shè)壓縮機(jī)。由已知數(shù)據(jù)，Z=0.84，首先假設(shè)壓縮比已知設(shè)計(jì)壓力=10，求出進(jìn)站壓力=（1）第1站壓縮機(jī)布置情況第1站距離起點(diǎn)的長度計(jì)算：（2）第2站壓縮機(jī)布置情況第2站到首站的長度計(jì)算：不考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長度為

16、： 可初步估計(jì)壓氣站應(yīng)布置在管段號(hào)為3的管段上，下面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算：考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長度為：所以第2站布置在管段號(hào)為3的管段上,離首站579.20km的位置。（3）第3站壓縮機(jī)布置情況第3站到第2站的長度計(jì)算：不考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長度為：可初步估計(jì)壓氣站應(yīng)布置仍在管段號(hào)為3的管段上，因?yàn)?站布置在管段3號(hào)上，距離2站的途中沒有進(jìn)氣、分氣的影響，所以不需要考慮進(jìn)氣、分氣情況，第3站應(yīng)布置在管段號(hào)為3的管段上,距離第2站440.25km。（4）第4站壓縮機(jī)布置情況第4站到第3站的長度計(jì)算：不考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長度為：可初步估計(jì)壓氣站應(yīng)布置仍在管段號(hào)為3的管段上，因?yàn)?站布置在管段3號(hào)上，距離

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

18、，計(jì)算段長度為： 可初步估計(jì)壓氣站應(yīng)布置在管段號(hào)為11的管段上，下面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算：考慮進(jìn)氣影響，計(jì)算段長度為：從計(jì)算可知第7站在管段號(hào)11上，并且沒有進(jìn)出氣，所以第7站距離第6站為645.70km。在11號(hào)管段開始后的625.51km處。又因?yàn)槌ヒ呀?jīng)計(jì)算的625.51km，和末端300km的儲(chǔ)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(yīng)布置一個(gè)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(gè)壓氣站。計(jì)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(jìn)而可知壓縮比。校核壓縮比： 壓縮比為： 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(shè)計(jì)壓比通常取同一個(gè)值。在本設(shè)計(jì)中，取壓縮比為1.3，最后通過校核壓縮比為1.36，符合規(guī)范，故設(shè)計(jì)合理。 5 總結(jié) 管道選定規(guī)格見表(5-1)所示 表5-1管段號(hào)管段長度 kmmm mmmm根據(jù)管道規(guī)格選取 mm130811842225122031269122049812205159122061721220770118481281184911010201015810201115561020 壓縮機(jī)的總站數(shù)為8站第1站壓縮機(jī)布置在管段號(hào)為1的管段上，距離起點(diǎn)69.08km的位置；第2站布置在管段號(hào)為3的管段上,距離首站579.20km的位置，在3號(hào)管段開始后的115.28km處；第3站應(yīng)布置在管段號(hào)為3的管段上,距離第2站440.25km，在3號(hào)管段上的555.53km處；第4站應(yīng)布置在管段號(hào)