燃氣及成品油管道設(shè)計課程設(shè)計某輸氣管道工藝設(shè)計

1、 燃氣及成品油管道設(shè)計課程設(shè)計報告 學(xué) 院: 專業(yè)班級: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計地點（單位）： K801 設(shè)計題目: 某輸氣管道工藝設(shè)計 完成日期：2015 年 1月8日指導(dǎo)教師評語: 成績（五級記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字）:_目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc20411 1 設(shè)計總則 PAGEREF _Toc20411 1 HYPERLINK l _Toc22665 1.1設(shè)計標準 PAGEREF _Toc22665 1 HYPERLINK l _Toc14396 1.2設(shè)計原則 PAGEREF _Toc14396 1 HYPERLINK l _Toc115

2、23 2設(shè)計任務(wù)參數(shù) PAGEREF _Toc11523 2 HYPERLINK l _Toc19583 2.1設(shè)計工程概況 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密度 PAGEREF _Toc96 4 HYPERLINK l

3、 _Toc27184 4.2天然氣運動黏度 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 PAGEREF _Toc4259 9 HYPERLINK l _Toc16909 4.9末段長度與管徑確定 PAGEREF _Toc16909 9 HYPERLINK l _Toc18962 4.10計算末端儲氣量VS PAGEREF _Toc18962 11 HYPERLINK l _Toc21284 5 壓縮機站數(shù)及壓縮比 PAGEREF _Toc21284 13 HYPERLINK l _Toc12986 5.1壓縮機相關(guān)情況 PAGEREF _Toc12986 13 HYPERLINK l _Toc18697 5.2壓縮機站數(shù)、布站

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

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

7、 HYPERLINK l _Toc30932 參考文獻 PAGEREF _Toc30932 201 設(shè)計總則本設(shè)計主要依據(jù)的是課程設(shè)計任務(wù)書提供的設(shè)計參數(shù)以及輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范GB50251-94進行設(shè)計計算。輸氣管道工程設(shè)計應(yīng)遵照下列原則：（1）輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范GB50251-2003（2）保護環(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）采用先進技術(shù)，努力吸收國內(nèi)外新的科技成果；（5）優(yōu)化設(shè)計方案，確定經(jīng)濟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，實現(xiàn)主要安全性保護設(shè)施遠程操作。（7

8、）以經(jīng)濟效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險投資，力爭節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟效益。2設(shè)計任務(wù)參數(shù)2.1設(shè)計工程概況某長距離輸氣干線，沿線地形起伏不大，海拔高度1200m。要求對該管道進行工藝設(shè)計。設(shè)計要求如下：確定管道評估性通氣能力輸氣管道規(guī)格壓縮機站數(shù)及壓縮比確定壓縮機機組的功率與型號布置壓氣站 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1000km，任務(wù)輸量為：25億方/年，起點氣源壓力為8MPa；（3）壓氣站最大工作壓力為7MPa，進站壓力為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：確定燃氣輪機的功率公式 N0=4.00810-6k/(k-1)TZQ(m-1)/m-1)Niso為所選燃氣輪機的標況功率 Nsite= Nis0FtFmFexFin 3 確定管道評估性通氣能力任務(wù)年輸量為25億方/年。根據(jù)GB50251-2003輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范規(guī)定：輸氣管道的設(shè)計輸送能力應(yīng)按設(shè)計委托書或合同規(guī)定的年或日最大輸氣量計算，設(shè)計年工作天數(shù)應(yīng)按350d計算（350d是為冬夏平衡，同時最大輸氣量應(yīng)以標態(tài)計算。）。由上計算可得該管道通氣能力為立方米每秒。4 輸氣管道規(guī)格及相對密度 組成密度（kg/m）相對分子質(zhì)量動力

10、粘度組成密度（kg/m）相對分子質(zhì)量動力粘度甲烷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 由氣體的相對分子質(zhì)量公式： (4-1)得出:由公式得：=1/24.055=0.757kg/m3在標準狀態(tài)下，天然氣的密度與干空氣的密度之比稱為相對密度。天然氣相對密度用符號用表示，則有： (4-2)式中 氣體的相對密度 氣體的密度 相對密度： =0.757/1.206=0.62774.2天然氣運動黏度 （1）由各組分黏度計算天然

11、氣黏度： (4-3)代入數(shù)據(jù)得：所以按公式計算得動力黏度:=44.1059583=10.358MPas （2）計算天然氣運動黏度:由公式式中：P天然氣的絕對壓力（MPa）由公式式中: q氣體流量；相對密度；氣體動力粘度； 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； 天然氣運動黏度，mm2/s； 體積流量，m3/h； 管道在100米的壓力降，當P3.0MPa，取45MPa，當1.4P3.0 MPa,，取35MPa。； 代入數(shù)據(jù)計算內(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)計壁厚。油田油氣集輸和外輸油、氣管線可按下式計算： （4-2）式中 p管線設(shè)計的工作壓力，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)計要求，管線設(shè)計壓力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)計參數(shù)F取0.60。根據(jù)國標無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格（表4-3國標無縫鋼管規(guī)格）。綜上選擇管徑7209mm的管道。表4-3 國標無縫鋼管規(guī)格直徑厚度/mm管重/m直徑/mm厚度/mm管重/m15948201051261421949208179.925961071281427351020869710812325514616718812201091210143776167142012814916101620124266147168189182012101448061671882092020141016529718820922102220166308189221024720824201

14、69181020820822924末段工況特點當設(shè)計一條新的干線輸氣管道時，工藝計算應(yīng)該從末段開始，先確定末段的長度和管徑，然后再進行其他各中間管段的計算。輸氣管道末段，即最后一個壓縮機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。對于中間站站間管段來說，其起點與終點的流量是相同的，即屬于穩(wěn)定流動的工況，因此可按推導(dǎo)公式計算。但對于輸氣管道末段來說，其起點流量也是和其他各管段一樣保持不變，而其終點流量卻是變化的，并等于城市的用氣量。城市用氣量小于末段的恒定起點流量，如城市無儲氣庫，多余的氣體就積存在末段管內(nèi)。當城市用氣量大于管線輸氣量時，不足的氣量就由積存在末段管中剩余氣

15、體補充。隨著流量的變化，末段的起、終點壓力也隨著變化。末段終點流量增大時，末段起、終點壓力都要減??；相反，終點流量減小時，末段起、終點壓力都要增大。末段起點的最高壓力等于最后一個壓氣站出口的最高工作壓力，末段終點的最低壓力應(yīng)不低于配氣站所要求的供氣壓力，末段起、終點壓力的變化就決定了末段輸氣管中的儲氣能力。 當設(shè)計一條新的干線輸氣管道時，工藝計算應(yīng)該從末段開始，先確定末段的長度和管徑，然后再進行其他各中間管段的計算。 輸氣管道末段的計算與其他各段的區(qū)別是：應(yīng)該考慮末段既能輸氣，又能儲氣的特點，也就是說，在末段的計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氣罐。 計算輸氣管道末段長度和直徑時，應(yīng)考慮以下三個條件: 當用氣處于低峰時（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；當用氣處于高峰時（白天），應(yīng)能放出全部積存的氣體。 輸氣管道末段的起點壓力，即最后一個壓縮機站的出口壓力不應(yīng)高于壓縮機站最大工作壓力，并且應(yīng)在鋼管強度的允許范圍之內(nèi)。 末段的終點壓力不應(yīng)低于城市配氣管網(wǎng)的最小允許壓力。已知末段終點壓力，末段起點壓力。假定末段直徑，壁厚9mm按下式計算所需管徑： (4-6) (4-7)式中 Vsmax取最大儲氣量為日輸量的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工程標標狀況下的壓力, P0=101325Pa； 水力摩阻系數(shù)； Z氣體的壓縮因子；氣體的相對密度； T氣體的平均溫度，K；T0工程標標狀況下的溫度，T0=293K。代入數(shù)值后可以得出：根據(jù)公式可以計算出末段管道壁厚：所需末段長度按公式計算： (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；末段儲氣管道長度，km。故由公式可得：儲氣開始時，終點的最低壓力不低于配氣站要求的最低壓力： 儲氣結(jié)束時，起點的最高壓力不超過管

18、材的最高壓力： 代入數(shù)值后：末段輸氣管的儲氣能力按公式：式中： 儲氣開始時末段管道中的存氣量，m3； 儲氣結(jié)束時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：假定的末段儲氣能力為日輸量的40%，計算得：即末段儲氣量在日輸量的30%40%間，符合設(shè)計要求。末端假設(shè)管徑與標準管徑相對誤差小于1%。，故末段管徑取7118mm，長度取km合理。5 壓縮機站數(shù)及壓縮比沿線有氣體分出或引入的干線輸氣管的特點是管路中的流量逐段變化：在分氣的情況下，流量逐段減小；在進氣的情況下，流量逐段增大。如果計算段起點流量保持不變，在相同管徑、壓力等條件下，有分氣點時，計算段的長度

19、必定大于無分氣點的輸氣管計算段的長度，而且分氣量越大（或分氣點越多），計算段越長；在進氣點時，計算段的長度必定小于無分氣點的輸氣管計算段的長度，而且進氣量越大（或進氣點越多），計算段越短；在既有分氣點又有進氣點的情況下，計算段的長度取決于分氣和進氣的共同影響，分氣的影響使管段變長，進氣的影響使管段變短，因此，如分氣的影響超過進氣的影響，則計算段變長，反之，則計算段變短。沿線有進氣點的水平輸氣管，設(shè)輸氣管計算段的起點流量為，內(nèi)徑為，起點和終點壓力為,沿線有若干進氣點，各進氣點的進氣量為，,，各進氣點之間的管段長度為，,，這種有進氣點的輸氣管的特點是流量逐段增加，在計算段的長度l必定小于無進氣點的

20、輸氣管計算段的長度。 5.2壓縮機站數(shù)、布站位置的計算公式依據(jù)輸氣管計算段的長度可按下面的水平輸氣管基本公式的變換形式進行計算： (5-1) 式中 ,也可按整理變形后的下列公式計算： (5-2) 式中 輸氣管計算段起點和終點壓力，Mpa qi各進氣點的進氣量， l計算段的長度，km 天然氣相對密度 水力摩阻系數(shù)如不考慮進氣分氣影響，計算段長度為： (5-3)平均站間距： (5-4)壓縮機站數(shù)： (5-5) 式中 n壓縮機站數(shù)，計算結(jié)果向上取整； L輸氣管道長度，km 末段儲氣管道長度，km： l平均站間距，km PQ,PZ分別為管道起點壓力和終點壓力,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)計規(guī)范中對站間距的要求，壓氣站站數(shù)取2。壓縮比計算 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)計壓比通常取同一個值。在設(shè)計中，取壓縮比為1.35，通過校核壓縮比為，符合規(guī)范，故設(shè)計合理。6確定壓縮機機組的功率與型號一般選型原則，壓縮機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，如：氬氣，氦氣壓縮機。2)冰箱、空調(diào)用制冷劑壓縮機宜選用無泄漏全封閉特種壓縮機，為了避免壓縮過程中冷劑泄漏和噪音。 3)易燃易爆壓縮機，如：氫氣，乙炔壓縮機，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)對材料有腐蝕的氣體，如氨壓縮機，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。作為動力用的空氣壓縮機，儀表風(fēng)、吹掃空氣等的壓縮機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。 3)流量 150m3/min (吸入態(tài)) 宜選用離心式壓縮機。(3) 考慮流量時應(yīng)兼顧排氣壓力 1)流量 50 m3/min，壓比大于9， 離心式壓縮機效率急劇下降，這時： 二級葉輪變得很小，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 壓縮機型號表壓縮機型號介質(zhì)進氣壓力(表壓)MPa排氣壓力(表壓)MPa排氣量m3/s驅(qū)動功率kW外型尺寸長寬高（mm）D-2.4/(16-20)-250天然氣25355600047602500DWWJD-3/(00.2)-7天然氣330500023002400天然氣255013560002