油氣儲運課程設計-站內(nèi)管道及壁厚設計

某低溫集氣站工藝設計——站內(nèi)管徑及壁厚計算某低溫集氣站工藝設計——站內(nèi)管徑及壁厚設計重慶科技學院《油氣集輸工程》課程設計報告

學院:石油與天然氣工程學院專業(yè)班級:學生姓名:學號:設計地點（單位）石油科技大樓K804設計題目:某低溫集氣站工藝設計——站內(nèi)管道及壁厚設計完成日期：年月日指導教師評語:

成績（五分記分制）:指導教師（簽字）:摘要對于壓力高，產(chǎn)氣量大的氣井，再氣體中主要組分甲烷外，還有含量較高的硫化氫，二氧化碳，凝析油以及呈液態(tài)和氣態(tài)的水分，在這種情況下，宜采用低溫分離的流程，即在集氣站用低溫分離的方法，分離出天然氣中的凝析油。使管輸天然氣的烴露點達到管輸?shù)臉藴室螅乐篃N析出影響管輸能力，對含硫天然氣而言，脫除凝析油能避免天然氣脫硫過程中的溶液污染。我們小組本次課程設計的要求是進行低溫集氣站進行的工藝設計。任務主要包括節(jié)流閥選型計算；安全的選型（不同位置）；乙二醇注入量的計算；凝析油回收量的計算；流程圖和平面布置圖；站內(nèi)管徑及壁厚設計；分離器計算（兩相及旋風）。本文站內(nèi)工藝管道及壁厚設計中不考慮管內(nèi)的壓降，利用經(jīng)濟流速，流量來確定管子的內(nèi)徑，再根據(jù)管線的設計工作壓力，管線的內(nèi)徑，焊縫系數(shù)，鋼材屈服極限，設計系數(shù)，腐蝕余量來確定管壁的厚度，在此設計中引用了節(jié)流閥設計小組設計的節(jié)流后溫度，壓力數(shù)據(jù)，來輔助設計管徑和壁厚。主要針對6號，7號氣井管線的管徑和壁厚設計，在考慮整個系統(tǒng)的正常工作范圍內(nèi)且滿足設計所給我工作條件時，全面考量到各設備之間連接的管道的能夠正常工作，管道就相當于紐帶一樣，作用十分的重要。通過氣井產(chǎn)量、進站壓力、以及進站溫度等數(shù)據(jù)，對管道的管徑和壁厚進行計算，并根據(jù)計算結果對設備進行選型。目錄TOC\o"1-3"\h\u8589目錄 1251931緒論 284142天然氣基本特點介紹，計算參數(shù)設定 3213932.1天然氣分類及性質介紹 3239892.1.1天然氣按礦藏特點分類 3213102.1.2按天然氣的烴類組成分類 317222.1.3按酸氣含量分類 4502.2天然氣的壓縮系數(shù) 4100992.3井場基礎資料 4185323第一段管路設計 5277453.1基本參數(shù)計算 546433.2管徑及壁厚計算 738283.4常見鋼管材質屈服極限 8258933.3附加裕量對壁厚公式的修正 8206923.5設計系數(shù)F取值 9205293.6焊縫系數(shù)取值 990333.7管道的強度校核 10115604第二段管道的設計 11250964.1基本參數(shù)計算 11307104.2管徑及壁厚計算 12324765第三段管線設計 1413235.1基本參數(shù)計算 1432235.2管徑及壁厚計算 15252246管道的選型 16216916.1第一段管道的選型 177096.2第二段管道選型 17284626.3第三段管道的選型 1811467總結 1831091參考文獻 19附錄1低溫集氣站工藝流程圖附錄2課程設計小組任務書附錄3課程設計個人任務書1緒論管道承受著所運輸介質的壓力和溫度的作用，同時還遭受自然環(huán)境和人為因素的影響，由于管道的操作條件，應用環(huán)境，應用時間，應用空間，制造和施工環(huán)節(jié)等方面的多樣性，決定了管道研究的復雜性，它不僅涉及到金屬材料學，金屬腐蝕學，理論力學，材料力學，機械振動學，流體力學的呢過基礎學科，還涉及了石油加工工藝學等工程學科，對鋼材的強度，韌性，以及可焊性提出了相當高的要求，在使用過程中可能發(fā)生各種破露或者斷裂事故，管道事故不僅因破露影響運輸造成經(jīng)濟損失，而且還會污染環(huán)境，為確保管道的安全運行和運放事故產(chǎn)生應從設計施工和操作三方面著手。本設計按照管路中溫度、壓力、流量的變化將管路分成三部分計算，分別為：從井口出來，每一口井到換熱器前為第一部分；經(jīng)過換熱器后，6號，7號井分別匯總到各自節(jié)流閥前為第二部分；通過節(jié)流閥節(jié)流降溫，經(jīng)過分離器為第三部分。本文采取了最優(yōu)經(jīng)濟流速法來研究計算管道的內(nèi)徑，通過對結果的分析，可以得出結論：1.該種方法下計算出的內(nèi)徑，是在考慮經(jīng)濟效益的情況下最優(yōu)的。2.該方法可以很便捷的計算出內(nèi)徑，在短距離內(nèi)是十分方便的。通過對內(nèi)徑的確定，在結合管道工作的實際情況確定管道的厚度，利用最大剪應力理論和變形能強度理論來計算壁厚，該方法計算出來的的壁厚，可以比較充分地利用管子的承載能力。管道的管徑和壁厚計算出來后，就可以連接各設備。使這個系統(tǒng)正常的工作起來，目的也就達到了。關鍵詞：集氣站工藝設計管徑壁厚2天然氣基本特點介紹，計算參數(shù)設定2.1天然氣分類及性質介紹2.1.1天然氣按礦藏特點分類氣田氣。產(chǎn)自天然氣藏中的天然氣稱為氣藏氣。一般氣藏氣含有90%以上的甲烷，還含有少量乙烷、丙烷、丁烷等烴類氣體和二氧化碳、硫化氫、氮氣等非烴類氣體。屬于非伴生氣。凝析氣田氣。除含有大量甲烷外，還含有乙烷、丙烷、丁烷以及戊烷以上的烴類，即汽油、煤油組分。凝析氣藏氣一樣，均稱為非伴生氣。這一類天然氣具有較高的商業(yè)價值。油田氣。油田氣含溶解氣和氣層氣，伴隨原油共生，又稱伴生氣。其特點是乙烷和乙烷以上的烴類含量比氣田氣高。本設計資料給出的甲烷含量在95%左右，屬于典型的氣田氣，我們根據(jù)氣田氣的有關特點和性質，設計符合氣田氣脫水的裝置。不管是哪一類天然氣，其中都含有水分。在天然氣的外輸過程中，對天然氣含水具有較高的要求。所以對天然氣脫水是必然的，也是必須的。2.1.2按天然氣的烴類組成分類天然氣按組分劃分：干氣、濕氣、貧氣、富氣。據(jù)天然氣中的C5以上烴液含量的多少，有C5界定法劃分干氣和濕氣。干氣是指1m3井口流出物中C5以上液烴含量低于l3．5cm3的天然氣。濕氣是指在1m3井口流出物中C5以上液烴含量高于13．5m3的天然氣。據(jù)天然氣中C3以上烴液含量的多少，用C3界定法劃分貧氣和富氣。貧氣指lm3井口流出物中C3以上烴類含量少于94cm3的天然氣。富氣指lm3井口流出物中C3以上烴類含量大于94cm3的天然氣。從本設計中資料可得出，這些天然氣來自于氣田氣，按照組分劃分應該屬于干氣和貧氣。雖說屬于干氣和貧氣，但是其凝析油部分還是有收集的價值，在本設計中沒有裝置是分離收集凝析油的裝置，凝析油的分離收集在干氣出口的后方進行分離。當再生氣進入再生過程時，不會因為經(jīng)過冷卻器被液化成氣體混合于水排掉或利用。2.1.3按酸氣含量分類酸氣即二氧化碳和硫化物含量多少，天然氣可分為酸性天然氣和凈氣。酸性天然氣需經(jīng)處理才能達到管輸商品氣氣質要求的天然氣。本設計中資料可得出，天然氣中的酸性氣體含量較大，對設備和管道有腐蝕效應。所以，在設計設備和管道時，要考慮腐蝕帶來的效應，以免造成因腐蝕造成的經(jīng)濟損失。2.2天然氣的壓縮系數(shù)壓縮因子的定義為：壓縮因子的量綱為一。很顯然，Z的大小反映出真實氣體對理想氣體的偏差程度即Z等于（真實）除以（理想）。對于理想氣體，在任何溫度壓力下Z恒等于1。當Z<1時，說明真實氣體的比同樣條件下理想氣體的小，此時真實氣體比理想氣體易于壓縮；當Z>1時，說明真實氣體的比同樣條件下理想氣體的大，此時真實氣體比理想氣體難于壓縮。由于Z反映出真實氣體壓縮的難易程度，所以將它稱為壓縮因子。表示實際氣體偏離理想氣體行為的程度。當實際氣體處于臨界點此時的壓縮因子稱為臨界壓縮因子ZC.多數(shù)氣體的臨界壓縮因子比較接近，0.25-0.31之間2.3井場基礎資料表1.1每口井的產(chǎn)量、進站壓力及進站溫度。井號產(chǎn)量（104m3/d）進站壓力（MPa）進站溫度（0C）118163122216303201632416163257163061410317191030出站壓力：6Mpa；天然氣露點：<-50C氣體組成（%）：C1-85.33C2-2.2C3-1.7C4-1.56C5-1.23C6-0.9H2S-6.3CO2-0.78凝析油含量：20g/m3SL=0.783第一段管路設計（井口6.7分別到換熱器的管線）3.1基本參數(shù)計算1,天然氣相對分子質量天然氣是多種氣體組成的混合氣體，本身沒有分子式，不能像純氣體一樣，可以從分子式算出一個恒定的相對分子質量，工程上為了計算方便，把0℃，101325Pa時體積為22.4dm天然氣所具有的質量認為是天然氣的相對分子質量。換言之，天然氣的相對分子質量，在數(shù)值上等于在基準狀態(tài)下1摩爾天然氣的質量。天然氣的相對分子質量是一種人們假想的相對分子質量，因此，也被稱為“視相對分子質量”。同時，由于天然氣的相對分子質量隨組成的不同而變化，沒有一個恒定的數(shù)值，因此又被稱為“平均相對分子質量”或“平均相對分子質量”。其計算方式為：3.1式中，M-天然氣的相對分子質量-組分i的摩爾分數(shù)-組分i的相對分子質量得：M=16×85.33﹪＋30×2.2﹪＋44×1.7﹪＋58×1.56﹪＋72×1.23﹪＋86×0.9﹪＋34×6.3﹪＋44×0.78﹪=13.6258+0.66+0.748+0.9048+0.8856+0.774+2.142+0.3432=20.0834g/mol2,天然氣的相對密度：3.23,溫度T的換算：將攝氏溫度換算成華氏3.34,空氣相對分子質量：查表得空氣的相對分子質量是28.97。5,井號6、7天然氣的壓縮因子計算：對于井號6、7的進站壓力相等，則根據(jù)公式可得它們的壓縮因子也相同。3.46,密度的確定：氣體的狀態(tài)方程為：3.5推導可得到某壓力和溫度下的密度公式為：3.6對于井口6：對于井口7：7,流速的確定：經(jīng)濟流速公式：3.7對于井號6：對于井號7：8,流量的確定：對于氣體狀態(tài)存在以下公式：3.83.9根據(jù)表格1.1的數(shù)據(jù)代入公式可以得到各個井口的流量：井口6：井口7：3.2管徑及壁厚計算1,管徑的確定：由進氣管道直徑公式：3.10可得：2,壁厚的確定：由進氣管壁厚度公式：3.11——管線壁厚，P——管線的設計工作壓力，；d——管線內(nèi)徑，——焊縫系數(shù)，無縫鋼管，直縫管和螺旋焊縫鋼管=1，螺旋埋弧焊鋼管=0.9?！摬那O限，F(xiàn)——設計系數(shù)C——腐蝕余量，當所輸油，氣中不含腐蝕性物質時C=0；當油氣中含有腐蝕性物質時可取C=0.51。當管道含有酸性氣體時大于1mm3.3附加裕量對壁厚公式的修正管子的選用壁厚應按下式：S=SO＋C式中S－包括附加裕量在內(nèi)的管子壁壁厚，mm；

C－管子的壁厚的附加裕量（包括腐蝕裕量、壁厚負偏差和螺紋深度等），mm；為防止容器受壓元件由于腐蝕、機械磨損而導致厚度削弱減薄，應考慮腐蝕裕量，具體規(guī)定如下當介質對管子的腐蝕并不嚴重，即腐蝕速度小于0．05mm／a(年)時，單面腐蝕取C2=1～1．5mm，雙面腐蝕取C2=2～2．5mm。

2）當管子外面涂防腐油漆時，可認為是單面腐蝕，當管子內(nèi)外壁均有較嚴重腐蝕時，則認為是雙面腐蝕。3）當介質對管子材料腐蝕速率大于0．05mm／a時，則應根據(jù)腐蝕速度和使用年限決定C2值。本設計根據(jù)實際情況取C=0.8

3.4常見鋼管材質屈服極限鋼管材質優(yōu)質碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS.5L1020X52X60X65X70205245235353358413448482管線工作環(huán)境野外地區(qū)居住區(qū)、油氣田站場內(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0.600.503.5設計系數(shù)F取值3.6焊縫系數(shù)取值焊縫系數(shù)φ，是考慮了確定基本許用應力安全系數(shù)時未能考慮到的因素。焊縫系數(shù)與管子的結構、焊接工藝、焊縫的檢驗方法等有關。

根據(jù)我國管子制造的現(xiàn)實情況，焊縫系數(shù)按下列規(guī)定選?。?/p>

對無縫鋼管，φ=1．0；對單面焊接的螺旋線鋼管，φ=0．6；對于縱縫焊接鋼管，參照《鋼制壓力容器》的有關標準選?。?/p>

1）雙面焊的全焊透對接焊縫：

100％無損檢測φ=1．0；

局部無損檢測φ=0．S5。

2）單面焊的對接焊縫，沿焊縫根部全長具有墊板：

100％無損檢測φ=0．9；

局部無損檢測φ=0．8；故取優(yōu)質碳素鋼20的245Mpa;F取0.5;C取0.8mm;取無縫鋼管=1;得出：3.7管道的強度校核在管道強度的設計計算中，通常環(huán)向應力確定管道的壁厚（本設計中主要采用經(jīng)濟流速法），然后對內(nèi)壓，溫度變化和管道彎曲在管道和管件上產(chǎn)生的合應力，跟陸他們可能同時產(chǎn)生的條件和狀態(tài)，把各向應力分別疊加，再利用強度理論建立的材料強度條件核算管道應力是否出于安全范圍內(nèi)。由于是薄壁，可以忽略經(jīng)向應力，因此，一般意義下的管道應力狀態(tài)是只有環(huán)向應力和軸向應力的雙軸應力狀態(tài)。環(huán)向應力：由管道的內(nèi)壓產(chǎn)生，在有外壓的情況下，管道外壓也引起環(huán)向應力；軸向引力：內(nèi)壓，外壓，熱膨脹以及其他力和彎矩都可能產(chǎn)生軸向應力；承受內(nèi)壓的管子，管壁上任一點的應力狀態(tài)可以用3個互相垂直的主應力來表示，它們是：沿管壁圓周切線方向的環(huán)向應力σθ，平行于管道軸線方向的軸向應力σz，沿管壁直徑方向的徑向應力σr，則3個主應力的平均應力表達式為P——為管內(nèi)介質壓力D——n為管子內(nèi)徑S——為管子壁厚。管壁上的3個主應力服從下列關系式：σθ＞σz＞σrσθ=7688；σz=2202；σr=-5000；滿足綜上：管線管徑（m）壁厚（mm）60.0332.14670.0372.3104第二段管道的設計（換熱器到節(jié)流閥的管線）經(jīng)過換熱器后溫度降低，壓力不變表4.1管線67壓力（MPa）1010溫度（℃）20.520.5流量104m3/d0.01110.01414.1基本參數(shù)計算1,壓縮因子的確定：根據(jù)公式：4.1代入數(shù)值可得：3,流量的確定：4.24.3根據(jù)表格4.1的數(shù)據(jù)代入公式：==3,密度的確定：由在某壓力和溫度下的密度為：4.4所以管路6：=管路7：=4,速度的確定：由經(jīng)濟流速公式:4.5管路6：=管路7：=4.2管徑及壁厚計算1,管徑的確定：管道直徑公式：4.6故管道6：=管道7：=2,管壁的確定：由管壁厚度公式：4.7可得：==管壁上的3個主應力服從下列關系式：σθ＞σz＞σrσθ=7593；σz=2209；σr=-5000；滿足綜上：管線管徑（m）壁厚（mm）60.0322.10670.0382.3515第三段管線設計（節(jié)流閥到分離器的管線）天然氣從節(jié)流閥出來后的溫度壓力變化表6.1管線67壓力（MPa）66溫度（℃）12.6712.67流量104m3/d0.010690.01475.1基本參數(shù)計算1,壓縮因子的確定:根據(jù)公式：5.1因為各段壓力相同，所以壓縮因子相同，代入數(shù)值可得：2,流量的確定：5.25.3根據(jù)表6.1數(shù)據(jù)代入公式：經(jīng)過6井節(jié)流閥→匯管流量為：=經(jīng)過7井節(jié)流閥→匯管流量為：=3,密度的確定：在此溫度及壓力下的密度為：5.4對于各個管路壓力及溫度均相等，所以它們密度都相同為：=4,速度的確定：由經(jīng)濟流速公式:5.5對于各個管路壓力及密度均相等，所以它們氣體流速都為：=5.2管徑及壁厚計算1,管徑的確定：管道直徑公式：5.6代入數(shù)據(jù)得：經(jīng)過6井節(jié)流閥→匯管管徑為：=經(jīng)過7井節(jié)流閥→匯管管徑為：=2,管壁的確定：由管壁厚度公式：5.7經(jīng)過6井節(jié)流閥之后管壁為：=經(jīng)過7井節(jié)流閥之后管壁為：=管壁上的3個主應力服從下列關系式：σθ＞σz＞σrσθ=7470；σz=2665；σr=-3000；滿足綜上：管線管徑（m）壁厚（mm）60.0512.04870.0441.8776管道的選型參照附表選用范圍內(nèi)的管道：鋼管鑄鐵管公稱直徑DN內(nèi)徑d計算內(nèi)徑dj1計算內(nèi)徑dj2內(nèi)徑d計算內(nèi)徑dj11515.7514.7513.2550492021.2520.