天然氣輸氣管道相關(guān)設(shè)計(jì)

PAGE29PAGEIII目錄TOC\o"1-4"\h\u249701緒論 1147021.1研究課題的目的和意義 188071.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 362711.3研究內(nèi)容 7231321.4本題目的設(shè)計(jì)步驟 7170971.5本設(shè)計(jì)所采用的規(guī)范 7287082天然氣管線 987322.1天然氣長輸管線的基本定義及輸氣站組成 9215792.2天然氣長輸管線的發(fā)展前景 9171252.3天然氣長輸管線的組成與功能 1239262.4輸氣站種類及功能 12108112.4.1輸氣站種類 12158922.4.2輸氣站的主要功能 13259492.5天然氣長輸管線的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 14219422.6天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 16261112.7站場工藝設(shè)計(jì) 1754662.8壓縮機(jī)房設(shè)計(jì)說明 1866782.8.1壓縮機(jī)臺數(shù)的選擇和安裝 18310162.8.2壓縮機(jī)廠房的型式 19253572.9線路走向選擇原則 19254062.9.1線路選擇的基本要求 19285442.9.2沿線自然條件狀況 1943352.9.3沿線地區(qū)等級劃分 20214882.9.4管道跨越工程 20264152.10管道材質(zhì)及壁厚選擇 22251122.10.1材質(zhì)選擇 22141092.10.2鋼管壁厚的確定 22316772.11管道防腐 22256032.11.1管道防腐材料選用原則 22177142.11.2管道防腐涂層 22241422.12輸氣管道工程SCADA系統(tǒng) 23319863設(shè)計(jì)說明書 24172233.1概述 24104853.2水平地區(qū)輸氣管的計(jì)算 25121823.2.1基本計(jì)算公式 2540043.2.2公式中參數(shù)的確定及單位 257243.3水力摩阻系數(shù) 25249993.4天然氣在輸氣管計(jì)算段中的平均溫度tcp 2812083.5輸氣管末段長度lk 29253063.5.1輸氣管末段工況的特點(diǎn) 2983553.5.2滿足晝夜“調(diào)峰要求”的末段長度 3051633.6壓氣站間距l(xiāng)和壓氣站數(shù) 33211453.6.1壓氣站間距l(xiāng) 33115723.6.2壓氣站數(shù) 34309474計(jì)算說明書 35275914.1基本參數(shù)確定 3561324.2計(jì)算末段儲氣長度 37124964.2.1計(jì)算末段中天然氣的平均壓縮性系數(shù)Zkcp 3719016計(jì)算對比壓力 4123851計(jì)算對比溫度 419294末段中天然氣的平均壓縮性系數(shù) 41216694.2.2校核儲氣階段起始時的ZA 42139334.2.3確定輸氣管末段的幾何容積VT、末段儲氣量Vap 44139334.2.4確定儲氣階段終了時末段的平均壓力PcpB 45216694.2.5校核儲氣階段終了時的ZB 4668314.2.6計(jì)算儲氣階段終了時的BB 46192454.2.7計(jì)算函數(shù)值 47173614.2.8計(jì)算儲氣階段終了時末段的終點(diǎn)壓力P2B 47178534.2.9計(jì)算儲氣階段終了時末段的起點(diǎn)壓力P1B 4876454.2.10校核末段長度lk 48224054.2.11增設(shè)副管的計(jì)算 4944574.3計(jì)算壓氣站間距 55267114.3.1計(jì)算輸氣管計(jì)算段中天然氣的平均溫度tcp 55271834.3.2計(jì)算天然氣壓縮系數(shù) 58213634.3.3計(jì)算壓氣站間距l(xiāng) 60307654.4計(jì)算壓氣站數(shù)nc.s 60104494.5計(jì)算結(jié)果表 61185494.6選擇壓縮機(jī)型號 6580104.7壓縮機(jī)站的布置 70230984.8輸氣管道系統(tǒng)中的流程圖 7423204.8.1長輸管道系統(tǒng)全線的總流程圖 7496945結(jié)論 7615462參考文獻(xiàn) 7823108致謝 797354附錄A 8032729附錄B 856891附錄C 8628821附錄D 87西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE881緒論1.1研究課題的目的和意義天然氣作為清潔的優(yōu)質(zhì)能源和化工原料，在支持國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、改善人民生活和保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量方面已開始發(fā)揮越來越重要的作用。隨著陜京管線和西氣東輸?shù)榷鄺l全國性天然氣供氣管道工程的相繼建成投產(chǎn)，中國的天然氣工業(yè)已步入快速發(fā)展的新階段[1]。天然氣輸送與存儲是天然氣應(yīng)用過程中的必不可少的重要環(huán)節(jié)，天然氣輸送與存儲工程建設(shè)的技術(shù)水平、工程質(zhì)量、建設(shè)投資、生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用、生產(chǎn)中的安全和環(huán)境保護(hù)等，將直接關(guān)系到用氣安全和用戶的切身利益。由于天然氣的不易存儲特性，管道輸送成為運(yùn)輸天然氣的經(jīng)濟(jì)有效方法，它是天然氣走向市場的重要環(huán)節(jié)，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐帶，也是促進(jìn)氣田開發(fā)，加速天然氣消費(fèi)利用的重要手段。世界范圍內(nèi)天然氣管道發(fā)展迅速，目前世界上已建成天然氣管道約150萬千米以上。天然氣管道已連接成地區(qū)性，全國性甚至國際性管網(wǎng)，構(gòu)成了規(guī)模龐大的供氣系統(tǒng)[2]。與液體輸送方式不同，天然氣具有密度小，體積大的特點(diǎn)，因而管道輸送幾乎成了天然氣遠(yuǎn)距離輸送的唯一方式。國內(nèi)外已研究出在低溫高壓下氣態(tài)輸送或液態(tài)輸送天然氣的新的輸送工藝，其輸送能力比在一般溫度和壓力下輸送時提高幾倍到十幾倍。我國的天然氣資源大多在西部地區(qū)，而天然氣消費(fèi)市場主要在東部地區(qū)。為了把西部資源與東部市場結(jié)合起來，國家實(shí)施了“西氣東輸”工程。目前，國家投資負(fù)責(zé)的主干管網(wǎng)及門站全線順利建成并成功運(yùn)營，由地方投資負(fù)責(zé)的城市管網(wǎng)正在相繼建設(shè)中?！拔鳉鈻|輸”管道工程屬于長距離輸氣管道工程。在建設(shè)前，有必要對這種長距離輸氣管道工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價，為工程項(xiàng)目的可行性提供決策依據(jù)；在建成后，也有必要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價，為工程項(xiàng)目的驗(yàn)收提供科學(xué)依據(jù)。長距離輸氣管道的輸量受輸送壓力、管徑及壁厚、沿途所設(shè)壓縮機(jī)站數(shù)等工藝參數(shù)的制約，當(dāng)輸送壓力、管徑確定后，可通過增設(shè)管道壓縮機(jī)站的方法，提高管道輸量，而要增加的管輸量越多，管道中間增設(shè)的壓縮機(jī)站越多，工程項(xiàng)目的投資和運(yùn)營成本越高。當(dāng)超過一定界限后，管輸量的增量效益就會低于相應(yīng)的投入增量，導(dǎo)致整個管道工程的經(jīng)濟(jì)效益下降。因此，長距離輸氣管道存在一個使管道的經(jīng)濟(jì)效益最大的最優(yōu)輸量。長距離輸氣管道的經(jīng)濟(jì)效益，受工藝條件、經(jīng)濟(jì)參數(shù)等的約束。輸氣管道建設(shè)以天然氣市場為導(dǎo)向，管道的實(shí)際輸氣量決定于供氣市場發(fā)育程度。管道建設(shè)要重視天然氣市場的開拓，以避免由于市場發(fā)育不足，使管道在長時間內(nèi)以低負(fù)荷運(yùn)行，影響管道效益。例如阿吉—新民輸氣干線起始于遼寧鐵嶺阿吉分輸站，末站位于遼寧沈陽新民東方紅聯(lián)絡(luò)站，其中三道崗段設(shè)一分輸站，三道崗分輸站同時給沈燃?xì)夤?、沈東油公司供氣，東方紅聯(lián)絡(luò)站同時給秦沈支線、大沈支線供氣，三道崗分輸站同時為阿吉—新民輸氣干線的陰極保護(hù)站。管線途經(jīng)遼寧省鐵嶺、法庫、新民等3個行政區(qū)境內(nèi)，管道全長為76km，其中Ⅰ級地區(qū)長度為45.02km，Ⅱ級地區(qū)長度為14.22km，Ⅲ級地區(qū)長度為16.76km。管道埋深為1.5～1.7m。鋼管材質(zhì)擬定選用L485，管道均不采用減阻內(nèi)涂層，管道內(nèi)壁絕對當(dāng)量粗糙度取40μm。管道擬定外徑分別為Φ813mm、Φ914mm、Φ1016mm。輸送溫度為0～15℃。管線途徑的這些地區(qū)都是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，且用氣量需求比較大，因此采用高壓力、大管徑以滿足這些地區(qū)的需求，避免出現(xiàn)供不應(yīng)求。我們在規(guī)劃、設(shè)計(jì)輸氣管道時一方面要根據(jù)市場發(fā)育規(guī)律，考慮一定的輸送量增長期而進(jìn)行管道經(jīng)濟(jì)性的評價；另一方面要積極開拓天然氣市場，使投產(chǎn)時即達(dá)到一定的輸量，并且盡量通過加快用戶項(xiàng)目配套建設(shè)，縮短市場增長期，以提高輸氣管道的經(jīng)濟(jì)效益。長距離輸氣管道，尤其是大口徑高壓力的長輸管道往往跨省區(qū)甚至跨國界輸送巨量的天然氣，是能源運(yùn)輸?shù)拇髣用}。它的組成大致可分為：管道本身（包括干線和支線）、站場以及通信調(diào)度自控系統(tǒng)三部分。管道部分除管道本身以外還有通過特殊地段如：江河湖泊、鐵路、高速公路等穿（跨）越工程；管道截?cái)嚅y室；陰極保護(hù)站及線路護(hù)坡、堡坎等構(gòu)筑物。站場部分有首站、清管站、氣體接收站、氣體分輸站、壓氣站、門站等。清管站通常與其它站合建，往往同時完成多種功能。中國天然氣資源主要分布在塔里木、柴達(dá)木、鄂爾多斯、四川、松遼、渤海灣、東海和南海等八個盆地，其中塔里木、柴達(dá)木、鄂爾多斯、四川等四個盆地位于我國新疆、青海、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、四川和重慶等西部地區(qū)，其天然氣資源量占總資源量的55%；東海和南海盆地位于東部和南部沿海地帶，而我國天然氣市場主要分布在東部經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的長江三角洲、環(huán)渤海和珠江三角洲等地區(qū)。從地域分布上看，資源和市場分別處于西部和東部地區(qū)，中間距離相隔數(shù)千公里，因此，為了滿足市場的需求，需要建設(shè)更多的長距離輸氣管道[3]。長久以來管道工程的水工保護(hù)方案基本上都是以工程措施為主，大量的建筑材料（如石料、砂、白灰等）的應(yīng)用和獲取，不但給環(huán)境本身造成了一定的破壞，而且還造成了不少永久性的占地，增加了管線建設(shè)成本。“創(chuàng)造能源與環(huán)境的和諧統(tǒng)一”是管道建設(shè)的目標(biāo)之一，采用新技術(shù)、新材料和新工藝，借鑒相關(guān)行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，將種植草木的護(hù)坡成功地應(yīng)用于本工程。管道內(nèi)涂層是指將涂料噴涂在管道內(nèi)表面，形成一層均勻薄層。天然氣管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)的研究始于20世紀(jì)，大規(guī)模應(yīng)用于長輸天然氣管道是在20世紀(jì)50年代。20世紀(jì)初期，人們已經(jīng)認(rèn)識到輸水管道流動性能受管子內(nèi)部表面狀況的影響很大。為了改善流體的流動性能，在水管中應(yīng)用了內(nèi)涂層。在20世紀(jì)中期，內(nèi)涂層開始應(yīng)用在輸油管道上，其目的是為了防止管壁結(jié)蠟而改善流動性能。此后，加拿大于1962年，意大利于1965年，英國于1966年，前蘇聯(lián)于1967年相繼應(yīng)用了大口徑輸氣管道的內(nèi)涂層技術(shù)。在過去的四十年中，內(nèi)涂層已迅速的在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。目前在國外，管徑在508mm及以上的輸氣管道基本上都應(yīng)用了內(nèi)涂層技術(shù)。對于建設(shè)中的輸氣管道，壓氣站的投產(chǎn)總是落后于線路部分的投資。對于合理的在建輸氣管道設(shè)備投產(chǎn)計(jì)劃的論證應(yīng)該在這一客觀限制條件的范圍內(nèi)進(jìn)行。在逐步分析建設(shè)中輸氣管道壓氣站的負(fù)荷時，要注意這樣一個事實(shí)：在輸氣管道最初的發(fā)展階段，投產(chǎn)的壓氣站的設(shè)計(jì)功率不可能全部被利用，因?yàn)橄到y(tǒng)的輸量偏低、壓氣機(jī)的壓縮比不高。由此可見，每座壓氣站的設(shè)備應(yīng)該分階段投產(chǎn)，而且，在每一階段應(yīng)該投入的工作機(jī)組數(shù)要視輸氣管道再改發(fā)展階段的需要而定，需要多少臺，就投入多少臺，換句話說，如果建設(shè)中的壓氣機(jī)車間的部分設(shè)備已足以滿足輸氣的要求，那么就應(yīng)該將其投入運(yùn)行，而不必等待該壓氣站所有的設(shè)備全部投產(chǎn)。分階段投產(chǎn)增加了逐步建設(shè)中的輸氣管道的動力裝備程度，并提高了其在起動運(yùn)行階段的輸量[4]。輸氣管道系統(tǒng)是一個統(tǒng)一、密閉、連續(xù)的水力系統(tǒng)，其中一處工況的變化必然帶來全線工況的變化。特別是隨著天然氣開發(fā)規(guī)模和使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)也日趨龐大和復(fù)雜。一方面，使得人們更難于了解和掌握管道系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，論證和提出合理的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行方案的難度增大，難于分析和處理管道系統(tǒng)的事故工況；另一方面，由于管道系統(tǒng)的運(yùn)行狀況直接影響著天然氣的產(chǎn)、供、銷之間的關(guān)系。因此，必須對輸氣管道的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理，使輸氣管道將氣體保質(zhì)、保量、安全、經(jīng)濟(jì)的輸送到終點(diǎn)，在滿足氣源和用戶要求的前提下，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。輸氣管道經(jīng)歷了由小口徑到大口徑，由低壓到高壓，由手工焊到自動焊等一系列的技術(shù)革新?，F(xiàn)在國外又出現(xiàn)了很多新技術(shù)，例如：復(fù)合加強(qiáng)型管線用管，靈巧清管器，配備有超聲波計(jì)量設(shè)備的輸氣監(jiān)測計(jì)量技術(shù)等。且人們對天然氣的需求量在不斷增長，所以有必要對輸氣管道進(jìn)行深入的研究，進(jìn)一步提高輸量并使管道更加安全和智能的運(yùn)行。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國外輸氣管道技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個特點(diǎn)：(1)長運(yùn)距、大口徑和高壓力是世界天然氣管道發(fā)展的主流。目前陸上輸氣壓力達(dá)到12MPa，海底輸氣最高壓力為25MPa，最大口徑為1420mm。(2)采用內(nèi)涂層減阻技術(shù)，提高了輸送能力，減少了設(shè)備的磨損和清管次數(shù)，延長了管道的使用壽命。美國Chevron石油技術(shù)公司（ChevronPetroleumTechnologyCo.）在墨西哥灣一條輸氣管道上進(jìn)行了天然氣減阻劑（DRA）的現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)果表明，輸量可提高10%~15%[5]。(3)采用高鋼級鋼管。近5年來，X70級油氣輸送鋼管的生產(chǎn)和銷售量占總量的80%~85%。目前世界上有十條輸氣管道采用了X80，敷設(shè)管道約500km。(4)完善的調(diào)峰技術(shù)。為了保證可靠、安全、連續(xù)地向用戶供氣，發(fā)達(dá)國家都采用金屬儲氣罐和地下儲氣庫進(jìn)行調(diào)峰供氣。目前，西方國家季節(jié)性調(diào)峰主要采用孔隙型和鹽穴型地下儲氣庫，而日調(diào)峰和周調(diào)峰等短期調(diào)峰則多利用管道末段儲氣及地下管束儲氣來實(shí)現(xiàn)。天然氣儲罐以高壓球罐為主，國外球罐最大幾何容積已達(dá)到5.55×104m3。(5)管道壓縮機(jī)組采用回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)提供動力，提高了壓縮機(jī)組的功率、可靠性和完整性。著名的阿意輸氣管道對Messina壓氣站的燃?xì)廨啓C(jī)組進(jìn)行改造，采用回?zé)崧?lián)合循環(huán)系統(tǒng)后，每臺燃?xì)廨啓C(jī)的綜合熱效率由原來的36.5%提高到47.5%。(6)普遍采用以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的SCADA系統(tǒng)，對管道運(yùn)行的全過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視、控制、模擬、分析、預(yù)測、計(jì)劃調(diào)度和優(yōu)化。代表當(dāng)今世界水平的美加聯(lián)盟（Alliance）輸氣管道，采用富氣輸送工藝，該管道起自加拿大阿爾伯達(dá)省，終止于美國芝加哥，干線長2990km，管徑為914mm和1067mm。管材為X70，設(shè)計(jì)壓力為12MPa，設(shè)計(jì)輸量為136×108~170×108m3/a。全線共設(shè)壓氣站14座。其技術(shù)特點(diǎn)為，高熱值（41.1×105J/m3）的富氣組分和高壓（12MPa）運(yùn)行提高了管道輸送效率；管道設(shè)計(jì)進(jìn)行了壓氣站失效分析；采用了更高韌性的鋼管，全線鋼管韌性高于95J，特殊地段鋼材韌性要達(dá)到280J；管道通信以衛(wèi)星通信為主，市話后備；管道施工采用自動焊接。(7)輸氣管道建設(shè)向極地和海洋延伸。由于世界新開發(fā)的大氣田很多分布在北極地區(qū)，如俄羅斯亞馬爾半島、美國普魯?shù)禄魹?、歐洲北海等，這些氣田促使管道向極地延伸，管道需通過永凍土地帶。海上氣田的開發(fā)以及長輸管道通過海峽，促進(jìn)了海底管道的建設(shè)。全世界鋪設(shè)了近萬千米的海底管道，如獨(dú)聯(lián)體、黑海、涅淮爾基海峽、意大利西西里海峽、直布羅陀海峽、墨西哥海峽、歐洲北海、中國南海等[6]。(8)建設(shè)地下儲氣庫是安全穩(wěn)定供氣的主要手段。無論是天然氣出口國家還是主要依賴進(jìn)口天然氣的一些西歐國家，對建造地下儲氣庫都十分重視，將地下儲氣庫作為調(diào)峰平衡天然氣供需、確保安全穩(wěn)定供氣的必要手段。截止到1998年，全世界建成儲氣庫605座，總庫容5755×108m3，工作氣量3077×108m3。工作氣量相當(dāng)于世界天然氣消費(fèi)量的11%，相當(dāng)于民用及商業(yè)領(lǐng)域消費(fèi)量的44%。2001年美國的儲氣庫總工作氣量約1200×108m3，預(yù)計(jì)到2010年儲氣能力將達(dá)到1700×108m3。我國大部分輸氣管道建于20世紀(jì)60~70年代，與國外發(fā)達(dá)國家和地區(qū)完善的供氣管網(wǎng)相比有很大的差距，管道少，分布不均，未形成全國性管網(wǎng)；管徑小，設(shè)計(jì)壓力低，輸量少，不能滿足市場需求，目前國內(nèi)主要的技術(shù)現(xiàn)狀為：(1)采用的設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌。(2)采用衛(wèi)星遙感技術(shù)GPS系統(tǒng)，優(yōu)化管道線路走向。(3)采用國際上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等軟件，進(jìn)行工藝計(jì)算，對于特殊工況可進(jìn)行模擬分析和設(shè)計(jì)出圖。(4)管材采用高強(qiáng)度高韌性管道鋼。主要有X52、X60、X65和X70，國內(nèi)有生產(chǎn)大口徑螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫鋼管的能力。(5)管理自動化、通信多種方式并用。運(yùn)營管理采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、在線檢測、監(jiān)控，進(jìn)行生產(chǎn)管理和電子商務(wù)貿(mào)易；通信采用微波、衛(wèi)星和租用地方郵網(wǎng)方式，新建管道將與國際接軌，向光纜通信發(fā)展。(6)管道防腐。管道外防腐層主要采用煤焦油瓷漆、單層環(huán)氧粉末、雙層環(huán)氧粉末聚乙烯防腐層（二層PE）和環(huán)氧粉末聚乙烯復(fù)合結(jié)構(gòu)（三層PE）。管道內(nèi)涂層主要采用液體環(huán)氧涂料。(7)天然氣計(jì)量。我國早期建設(shè)的管道天然氣計(jì)量大都采用孔板計(jì)量，而近年新建的幾條輸氣管道采用超聲波流量計(jì)。(8)主要工藝設(shè)備。目前國內(nèi)輸氣管道輸氣站主要工藝閥門大都采用氣動球閥，今后新建管道將以采用氣—液聯(lián)動球閥為主。國內(nèi)在役輸氣管道采用的增壓機(jī)組有離心式和往復(fù)式壓縮機(jī)，驅(qū)動方式有燃驅(qū)和電驅(qū)，將來我國的長距離輸氣管道主流機(jī)型采用離心式，在有電源保證的條件下采用變頻電機(jī)驅(qū)動為發(fā)展方向[7]。(9)管道施工。目前我國的管道建設(shè)引進(jìn)了國際上通行的HSE管理技術(shù)，采用了第三方監(jiān)理的機(jī)制；管道專業(yè)化施工企業(yè)整體水平達(dá)到國際水平，裝備有先進(jìn)的施工機(jī)具，如：大噸位吊管機(jī)、全自動焊機(jī)等；掌握了管道大型穿（跨）越工程的施工技術(shù)，如水平定向穿越技術(shù)、盾構(gòu)穿越技術(shù)[8]。(10)優(yōu)化運(yùn)行。目前在役輸氣管道利用進(jìn)口或國產(chǎn)軟件進(jìn)行在線或離線不同工況模擬，以確定既能滿足供氣需求，又使單位輸氣成本最低的運(yùn)行操作方案。差距分析：我國大部分輸氣管管道建于20世紀(jì)60~70年代，與國外發(fā)達(dá)國家和地區(qū)完善的供氣管網(wǎng)相比有很大的差距，如管道少、分布不均、未形成全國性管網(wǎng)、管徑小、設(shè)計(jì)壓力低、管輸少、不能滿足目前不斷增加的市場需求等。目前，全世界已經(jīng)建成了許多國際的、洲際的、和全國性的大型供氣系統(tǒng)。大型供氣系統(tǒng)是由若干條輸氣干線及多個集氣管網(wǎng)、配氣管網(wǎng)和多座地下儲氣庫構(gòu)成，具有多氣源多通路供氣的特點(diǎn)，可以保證供氣的可靠性和靈活性，有利于管道系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。大型供氣系統(tǒng)的建設(shè)促進(jìn)了管道技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)上取得了一系列重大突破。為了獲取良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，目前采取的有效做法是：加大管徑、選用高強(qiáng)度管材、增大輸送壓力、施加內(nèi)涂層、完善清管系統(tǒng)、提高管道監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的自動化水平、嚴(yán)格控制進(jìn)入管道的天然氣質(zhì)量、提高動力裝置機(jī)組功率和機(jī)組監(jiān)控技術(shù)、采用不同的儲氣方式滿足調(diào)峰需求。國外在天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行方面有成熟的技術(shù)和應(yīng)用業(yè)績。在管道設(shè)計(jì)方面，對管徑、壁厚、壓縮機(jī)站數(shù)、位置、站間距、每座壓縮機(jī)站的運(yùn)行條件、最大允許工作壓力等進(jìn)行優(yōu)化，以最大限度地降低管道建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用；在管道運(yùn)行方面，對輸配氣方案進(jìn)行優(yōu)化，在國家計(jì)劃、規(guī)定價格以及資源、用戶、管網(wǎng)工藝技術(shù)等約束條件下，在一定的輸氣總量下，求得最大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。國外對保證向消費(fèi)地連續(xù)均衡供氣的問題非常重視，強(qiáng)調(diào)天然氣儲運(yùn)系統(tǒng)必須具備很大的儲氣能力。供氣調(diào)峰的措施很多，但許多措施應(yīng)用范圍有限，有相當(dāng)大的局限性。在各類天然氣儲氣方式中，地下儲氣庫是容量最大、功能最全、適應(yīng)性最強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性最佳的儲氣設(shè)施。前蘇聯(lián)的統(tǒng)計(jì)資料表明，建地下儲氣庫可使輸氣管道的投資節(jié)省20%~30%，壓氣站的壓縮機(jī)功率減少15%，建地下儲氣庫的費(fèi)用只占輸氣管道費(fèi)用的5%~7%。國外在管道內(nèi)涂層方面已有成熟的技術(shù)與設(shè)備。天然氣干線管道應(yīng)用內(nèi)涂層已有40多年的歷史。管道內(nèi)涂層的主要優(yōu)點(diǎn)是降低管道內(nèi)摩阻，增大管輸量。試驗(yàn)表明，內(nèi)表面粗糙度為45μm的鋼管，當(dāng)粗糙度降低90%時，管道摩阻系數(shù)降低33%。與光管相比，有內(nèi)涂層的管道介質(zhì)流速可增加6%~12%，天然氣管道的輸量最大可增加24%。在涂敷方法上，一般采用噴涂和擠涂工藝。但是否采用內(nèi)涂層，起決定作用的是經(jīng)濟(jì)因素，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，一些國家認(rèn)為管徑在508mm以上的中高壓輸氣管道應(yīng)用內(nèi)涂層是合算的。天然氣水合物（NaturalGasHydrates-NGH）技術(shù)的應(yīng)用范圍是天然氣的大規(guī)模儲備與運(yùn)輸、城市天然氣供應(yīng)調(diào)峰、輸氣管道NGH生成預(yù)測等。自1993年以來國際能源界已召開了4次大型國際會議，討論其發(fā)展前景，美國和加拿大等國設(shè)立了國家級水合物研究中心，開展有關(guān)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。目前水合物具有儲氣能力已基本定論。目前，我國天然氣管道工藝設(shè)計(jì)還未形成以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)、工作站為中心、各專業(yè)計(jì)算機(jī)配套的集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境。衛(wèi)星定位和遙感技術(shù)在線路勘察上的應(yīng)用也剛剛開始，還沒有設(shè)計(jì)過大型復(fù)雜的輸氣管網(wǎng)。在大口徑管道施工的組織管理、穿跨越工程、高難地質(zhì)區(qū)段施工、大口徑管道冷彎、管道試壓、防腐層涂敷施工等方面，均缺少經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。我國在大型天然氣管道系統(tǒng)的運(yùn)行管理和維護(hù)方面缺少經(jīng)驗(yàn)。雖然可以進(jìn)行高水平的自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但系統(tǒng)硬件和軟件要依賴進(jìn)口；對于在線泄漏檢測、動態(tài)模擬、統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)量控制、調(diào)度優(yōu)化和環(huán)境保護(hù)等專用軟件上還缺少使用經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)進(jìn)程緩慢，已有的功能也沒有完全發(fā)揮作用；在天然氣管道內(nèi)檢測方面，既缺乏設(shè)備，又缺乏經(jīng)驗(yàn)。我國天然氣干線管道分布零散，沒有聯(lián)網(wǎng)，不能互相調(diào)配，缺乏可供調(diào)峰的儲氣設(shè)施。四川輸氣管道雖然形成了環(huán)網(wǎng)，但因管道建設(shè)時期的不同，管徑變化大，進(jìn)氣點(diǎn)、出氣點(diǎn)分散，優(yōu)化運(yùn)行難度大。我國目前用于大城市調(diào)峰型供氣的地下儲氣庫極少，缺乏建設(shè)大型地下儲氣庫的經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)盡快開展地下儲氣庫的研究和資料收集工作，根據(jù)我國東部地區(qū)各大城市天然氣的需求和利用的發(fā)展情況，確定各城市地下儲氣庫的規(guī)模和庫址，為天然氣工業(yè)的發(fā)展打好基礎(chǔ)。國內(nèi)在管道內(nèi)涂層技術(shù)方面尚處于起步階段，雖取得了一些成果，制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但在技術(shù)水平和應(yīng)用范圍上，與國外先進(jìn)水平相比還存在較大差距，特別是大口徑天然氣管道內(nèi)涂層技術(shù)，還需要進(jìn)行深入的探索與研究。國內(nèi)已有一些研究單位在水合物的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)方面進(jìn)行了研究，但離實(shí)際應(yīng)用還有很大距離。鑒于水合物技術(shù)的優(yōu)越性和應(yīng)用前景，應(yīng)不斷關(guān)注國外技術(shù)發(fā)展動態(tài)，適時開展研究[9]。在進(jìn)行輸氣管道規(guī)劃方案研究時，要從眾多可能的輸氣方案（由不同輸量、不同管徑、不同壓力等級、不同壓比組配而成的各種方案）中，通過工藝計(jì)算和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)測算，選出幾個或幾組經(jīng)濟(jì)較合理、工藝和技術(shù)上又較切實(shí)可行的較優(yōu)方案，從而為以后的預(yù)可研、可研階段的深化研究打下基礎(chǔ)。天然氣管道在今后的發(fā)展方向是：(1)長運(yùn)距、大管徑和高壓力管道是當(dāng)代世界天然氣管道發(fā)展主流；(2)輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化；(3)建設(shè)地下儲氣庫是安全穩(wěn)定供氣的主要手段；(4)高壓力輸氣與高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度管材的組合是新建管道發(fā)展的最主要趨勢；(5)高壓富氣輸送校核斷裂控制；(6)多相混輸模式。1.3研究內(nèi)容本課題研究的是運(yùn)用水平輸氣管道的基本公式進(jìn)行輸氣管道的相關(guān)設(shè)計(jì)；運(yùn)用所學(xué)知識，查閱相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范，確定輸氣管線的水力計(jì)算、熱力計(jì)算及強(qiáng)度計(jì)算，從而選擇該管徑對應(yīng)的壁厚、確定進(jìn)出站的壓力、壓縮機(jī)站數(shù)目及布站、壓縮機(jī)站所選壓縮機(jī)的型號、功率及所需燃—壓機(jī)組數(shù)目、管線的調(diào)峰能力與其它設(shè)備的選型與布置，并繪制全線流程圖、首站流程圖、分輸站流程圖等。1.4本題目的設(shè)計(jì)步驟采用水平輸氣管道的計(jì)算方法確定每一種方案的壓氣站間距，計(jì)算末段長度，確定壓氣站數(shù)，計(jì)算單站功率，選定壓縮機(jī)型號和臺數(shù)等。繪制全線流程圖、首站流程圖、分輸站流程圖。撰寫設(shè)計(jì)說明書，計(jì)算說明書。1.5本設(shè)計(jì)所采用的規(guī)范①《壓縮機(jī)與驅(qū)動機(jī)選用手冊》②《石油天然氣工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》③《全蘇輸氣管道工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》④《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范2天然氣管線2.1天然氣長輸管線的基本定義及輸氣站組成天然氣長輸管線就是連接脫硫凈化廠或LNG終端站與城市門站之間的管線，在我國壓力管道分類中屬國標(biāo)A類，其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循規(guī)范《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251》。輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。按它們在輸氣管道中的位置分為：輸氣首站、輸氣末站和中間站（中間站又分為壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管站等）三大類型。按功能可分為：調(diào)壓計(jì)量站、清管分離站、配氣站和壓氣站等。2.2天然氣長輸管線的發(fā)展前景20世紀(jì)后期，世界科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和推廣使用，新材料、新設(shè)備、新工藝的開發(fā)與更新?lián)Q代，把世界油氣管道工業(yè)推進(jìn)到了人們喻之為“新的技術(shù)革命”的時代。由于天然氣產(chǎn)地越來越遠(yuǎn)離主要消費(fèi)中心，為了獲得最佳輸氣效益，天然氣長輸管道呈現(xiàn)出了以下幾種主要的發(fā)展趨勢：(1)高壓輸送高壓輸送是當(dāng)前國際天然氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢。目前天然氣的高壓輸送的壓力已達(dá)10至15MPa。高壓輸送時天然氣的密度增加，流速減小，降低了管道的沿程摩阻，提高了輸送效率；此外，天然氣的密度增加，將提高氣體可壓縮性，降低壓能損耗，提高了壓縮效率；管道輸送能量消耗下降，可減少壓縮站裝機(jī)功率，加大站距，降低投資；高壓輸送要求使用強(qiáng)度更高韌性更好的管線鋼。高級鋼減少了鋼材消耗，降低了材料費(fèi)用。(2)長運(yùn)距天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的不斷增加，采用超長管線輸送天然氣已被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)的方法。近20幾年來，歐美各國投入了大量資金建設(shè)一大批長距離、大口徑輸氣管線。美國為了開發(fā)利用阿拉斯加的天然氣資源，于1980~1986年建成了美國橫貫阿拉斯加輸氣管線系統(tǒng)，該系統(tǒng)貫穿阿拉斯加和加拿大境內(nèi)，向美國本土48個州輸氣，總長達(dá)7763km。蘇聯(lián)至1987年，輸氣管道的平均長度已近2000km，天然氣的平均運(yùn)距猛增：1990年是10年前的1.4倍，20年前的3倍，30年前的4.6倍。(3)大口徑高壓力建設(shè)大口徑管道的經(jīng)濟(jì)性是十分明顯的，增加管道直徑可提高輸送壓力。第一，可以提高管道的輸送能力。在其他如輸送壓力（7.5MPa）、溫度（+40℃）相同條件下，管徑越大，輸氣能力越高；在其它如管徑（720mm）、溫度（+40℃）等相同條件下，輸送壓力越高，輸氣能力越大。第二，可以大量節(jié)約投資和鋼材消耗。一般來說，在輸氣量可以較準(zhǔn)確預(yù)測的情況下，建一條高壓大口徑管線比平行建幾條低壓小管線更為經(jīng)濟(jì)。有人計(jì)算，一條914mm管道的輸送量是304mm管道的17倍；一條輸送壓力為7.5MPa、管徑為1420mm的輸氣管道可代替3條壓力為5.5MPa、直徑為1000mm的管道，但前者可節(jié)省投資35%，節(jié)省鋼材19%。前蘇聯(lián)采用大口徑多層壁管線輸送秋明油田天然氣，鋼材耗量降低了23%~25%，凈投資節(jié)省了15%~16%，全部費(fèi)用節(jié)省了14%~15%。前蘇聯(lián)是大口徑天然氣長輸管道最多的國家。俄羅斯天然氣股份公司擁有的直徑超過1m的長輸管道占輸氣管道總長度的60%以上[10]。管道采用的最高輸氣壓力，在一定程度上反應(yīng)了一個國家輸氣管道的整體水平。目前世界陸上輸氣管道的最高設(shè)計(jì)壓力為：美國10MPa，前蘇聯(lián)7.5MPa，英國7MPa，德國和意大利8MPa。海底輸氣管道的設(shè)計(jì)壓力一般較高，如阿—意輸氣管道橫穿西西里海峽段的設(shè)計(jì)壓力為15MPa，而發(fā)生事故時壓氣站的出口壓力可高達(dá)20.5MPa。我國四川氣田萬—臥輸氣管線的設(shè)計(jì)壓力達(dá)到8.0MPa。(4)高壓大口徑輸送管道采用內(nèi)涂層減阻加拿大和德國所修建的大口徑輸氣管道均在管道內(nèi)壁噴涂環(huán)氧基涂層，以降低氣體的輸送摩阻。由于該內(nèi)涂層的作用主要不是為了防腐，因此涂層厚度僅為幾十微米。內(nèi)涂層費(fèi)用僅為FBE涂層的1/6~1/3。噴涂內(nèi)涂層后可降低氣體輸送摩阻的7%~14%。(5)高度的自動化遙控當(dāng)代輸氣管道的自動化管理和遙控水平相當(dāng)高，并不斷朝著更高的層次發(fā)展。自動化與通信系統(tǒng)發(fā)展速度之快，已使該系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的高低，常常被作為評價某一天然氣儲運(yùn)工程現(xiàn)代化水平的依據(jù)。現(xiàn)代輸氣管道自動化管理多采用SCADA系統(tǒng)。在國內(nèi)外輸氣管道設(shè)計(jì)中，SCADA系統(tǒng)已成為必不可少的選擇，已成為管道系統(tǒng)管理和控制的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施，壓氣站、計(jì)量站、調(diào)壓站、清管站、陰極保護(hù)站等均由SCADA系統(tǒng)實(shí)行遙控。SCADA系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢有：=1\*GB3①采用容量更大、存取速度更高的外存儲器，以激光技術(shù)為基礎(chǔ)的光盤將取代現(xiàn)有的磁盤和磁帶；=2\*GB3②采用更逼真的三維彩色圖形顯示器，操作人員可以從顯示器上觀察到壓氣機(jī)組、控制網(wǎng)等工藝設(shè)備三維圖像；=3\*GB3③開發(fā)功能更強(qiáng)大的SCADA系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件；=4\*GB3④采用人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)使SCADA系統(tǒng)智能化。(6)采用富氣輸送富氣輸送使壓縮站所需功率下降；富氣輸送還省去進(jìn)入管道前分離乙烷、丙烷、丁烷的花費(fèi)和輸送液化石油氣到最終用戶的費(fèi)用。(7)提高鋼級隨著冶金技術(shù)，特別是鐵水預(yù)處理、爐外精煉、控軋控冷等技術(shù)的發(fā)展，降低成本、高強(qiáng)度、高韌性管線鋼技術(shù)已經(jīng)成熟。一般情況下，鋼管費(fèi)用占整個管道投資的25%~30%。據(jù)歐洲鋼管公司介紹，同樣輸氣量下，材料由X70改為X80，可因壁厚減小降低材料成本7%左右。(8)輸氣干線網(wǎng)絡(luò)化人們從長期的天然氣開發(fā)和利用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中認(rèn)識到，單條輸氣管道具有很大的局限性，在條件允許的情況下，將若干單條輸氣管道相互連通，形成管線網(wǎng)，則具有許多優(yōu)越性，主要表現(xiàn)為：多氣源供氣，可提高供氣的可靠性；有利于拓展天然氣市場；有利于充分利用輸氣管道的能力，不會因某一氣源的衰竭而出現(xiàn)無氣可輸?shù)墓艿阑蚬芏?；有利于提高輸氣調(diào)度的靈活性等。當(dāng)今世界上已先后形成了一些國際的、洲際的、全國性的和地區(qū)性的大型輸氣管網(wǎng)。①前蘇聯(lián)統(tǒng)一供氣系統(tǒng)前蘇聯(lián)統(tǒng)一供氣系統(tǒng)是當(dāng)今世界上規(guī)模最大的天然氣輸送管網(wǎng)。至1990年末，該系統(tǒng)有干線輸氣管道22.5萬千米，連接著500多個氣田，907座壓氣站（共3850臺壓氣機(jī)組、總安裝功率5000×104kW）、46座地下儲氣庫（總儲氣能力為2832×108m3）、4500座配氣站、6座天然氣加工處理廠和約15000個城市和居民區(qū)。系統(tǒng)總輸氣能力（包括支線）超過10000×108m3/a；固定資產(chǎn)總值（不包括城市供氣管網(wǎng)）約650億盧布，占整個燃料部門固定資產(chǎn)總值的68%。②歐洲輸氣管網(wǎng)整個歐洲是當(dāng)今世界上輸氣管道密度最大的地區(qū)。輸氣管道縱橫交錯，組成了一個從東（歐亞邊境）到西（大西洋）、從南（西西里島、直布羅陀海峽）到北（挪威北海）的輸氣管網(wǎng)群。如今，天然氣可從歐洲任何一個角落輸送到每一個消費(fèi)區(qū)。③北美輸氣管網(wǎng)在北美洲，從加拿大到美國到墨西哥形成了龐大的輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)。1993年，北美商品氣產(chǎn)量為6796.8×108m3，天然氣干線管道達(dá)到50多萬千米，這些管網(wǎng)將北美的主要產(chǎn)氣區(qū)（如加拿大西部、墨西哥灣的海上部分、陸地上的得克薩斯、路易斯安那及俄克拉何馬州）與美國、加拿大和墨西哥的約8500萬個天然氣用戶連接起來，并向這些用戶供氣。④北非—?dú)W洲輸氣系統(tǒng)北非—?dú)W洲輸氣系統(tǒng)包括阿爾及利亞至意大利和阿爾及利亞至西班牙兩大輸氣管道工程。阿—意輸氣管道從阿爾及利亞通過突尼斯、穿越地中海而進(jìn)入意大利的西西里島，全長2500km，管徑1220mm，設(shè)8座壓氣站。阿—西輸氣管道從阿爾及利亞穿越直布羅陀海峽后進(jìn)入西班牙的塞維利亞，全長1434km，管徑1220mm；該管道從塞維利亞一直延伸到葡萄牙、法國和德國[11]。2.3天然氣長輸管線的組成與功能長輸管線的任務(wù)就是根據(jù)用戶的需求把經(jīng)凈化處理的符合管輸氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的天然氣送到城市或大型工業(yè)用戶，它必須具備：(1)計(jì)量功能。長輸管道在交接氣過程中必須設(shè)置專門的計(jì)量裝置如：孔板流量計(jì)、超聲波流量計(jì)或渦輪流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。(2)增壓功能。由于產(chǎn)地和用戶之間距離的長短不等、氣田原始壓力高低不同，長輸管道在輸送過程中往往需壓縮機(jī)進(jìn)行增壓。(3)接收和分輸功能。大口徑長距離輸氣管線往往經(jīng)過沿線附近的多個氣田分別供給許多城市使用，因此它中途要接收氣田的來氣和分輸給各地的城市。(4)截?cái)喙δ?。為了使管線在某一地點(diǎn)發(fā)生損壞時不至于造成更大范圍的斷氣和放空損失，應(yīng)分段設(shè)置截?cái)嚅y，它在發(fā)生意外爆破事故時能可靠關(guān)閉。(5)調(diào)壓功能。與長輸管道連接的下游管線通常會以較低的壓力等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如城市管網(wǎng)，因此要把干管的壓力調(diào)到一個相對穩(wěn)定的出口壓力。(6)清管功能。管道內(nèi)不可避免地遺留有施工過程的留下的污物和長期運(yùn)行后產(chǎn)生的鐵銹、固體顆粒、積液等。壓縮機(jī)、流量計(jì)、調(diào)壓器這些設(shè)備是不允許氣體內(nèi)有雜質(zhì)的，所以一般長輸管道都要定期清管。(7)儲氣調(diào)峰功能。天然氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程通常是每天24小時內(nèi)均衡供給的，但城市用氣每小時都在變化，可以利用長輸管線末段壓力的變化，部分地緩沖這種均衡供氣和不均勻用氣之間的矛盾。長距離輸氣管道，尤其是大口徑高壓力的長輸管道往往跨省區(qū)甚至跨國界輸送巨量的天然氣，是能源運(yùn)輸?shù)拇髣用}。它的組成大致可分為：管道本身（包括干線和支線）、站場以及通信調(diào)度自控系統(tǒng)三部分。管道部分除管道本身以外還要通過特殊地段，如江河湖泊、鐵路、高速公路等穿（跨）越工程；管道截?cái)嚅y室；陰極保護(hù)站及線路護(hù)坡、堡坎等構(gòu)筑物。站場部分有首站、清管站、氣體接收站、氣體分輸站、壓氣站、門站等。清管站通常與其它站合建為一個站場，往往同時完成多種功能。通信系統(tǒng)承擔(dān)全線的通信聯(lián)絡(luò)、行政、生產(chǎn)調(diào)度和提供自控監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，目前重要的輸氣干線都有固定和移動兩套通信系統(tǒng)，電線路。語音通信及應(yīng)急通信主要采用光纜、衛(wèi)星和租用地方的郵電線路；移動通信主要使用手機(jī)[12]。2.4輸氣站種類及功能2.4.1輸氣站種類(1)輸氣首站及功能輸氣首站是設(shè)在輸氣管道起點(diǎn)的站場。一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量、清管發(fā)送等功能。主要流程是：①接受氣體處理廠來氣，經(jīng)檢測、分離、計(jì)量升壓后輸出；②發(fā)送清管器；③事故狀況及維修等放空和排污。(2)輸氣末站及功能輸氣站終點(diǎn)又稱末站，其任務(wù)是接收來氣，通過計(jì)量、調(diào)壓后將天然氣分配給不同的用戶。(3)輸氣中間站及功能它是設(shè)在輸氣管道首站和末站之間的站場。一般分為壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管分離站等幾種類型。①壓氣站它是設(shè)在輸氣管道沿線的站，用壓縮機(jī)對管輸氣體增壓。②氣體接收站它是在輸氣管道沿線，為接受輸氣支線來氣而設(shè)計(jì)的站場。一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量和清管器收發(fā)等功能。③氣體分輸站它是在輸氣管道沿線，為分輸氣體至用戶而設(shè)置的站場。一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量、清管器收發(fā)、配氣等功能。④清管分離站清管分離站應(yīng)盡量與其它的輸送站場相結(jié)合，但當(dāng)輸氣管道太長，又無合適的站場可結(jié)合時，可根據(jù)具體情況設(shè)中間清管分離站。一般清管分離站可按80～100km間隔考慮設(shè)置。主要流程是接收來氣經(jīng)分離、調(diào)壓、計(jì)量后去化肥廠及居民區(qū)；接收清管器；事故狀況及維修等放空和排污[13]。2.4.2輸氣站的主要功能(1)分離為了保證進(jìn)入輸氣管道氣體的氣質(zhì)要求，在一些站場設(shè)置分離裝置，分離其中攜帶的干粉塵，其除塵設(shè)備都采用旋風(fēng)分離器、多管除塵器、過濾除塵器等。大流量站場的氣體除塵器，可以經(jīng)過匯管采取并聯(lián)安裝來滿足處理要求。在設(shè)計(jì)分離器的通過量的臺數(shù)時，應(yīng)按分離器的最小處理能力來計(jì)算設(shè)計(jì)安排，以保證當(dāng)一臺分離器檢修時余下的分離器的最大處理能力仍可滿足站場的處理能力。(2)清管輸氣管線在施工過程中積存下來的污物和管道投產(chǎn)運(yùn)行時所積存下來的腐蝕產(chǎn)物，都是影響氣質(zhì)、降低輸氣能力、堵塞儀表、影響計(jì)量精度和加劇管線內(nèi)壁腐蝕的主要因素。為此，應(yīng)于管線投產(chǎn)前和運(yùn)行過程中加以清除。①清管氣體收發(fā)裝置清管氣體收發(fā)裝置包括收發(fā)筒、工藝管線、全通徑閥門以及裝卸工具、通過指示器等輔助設(shè)備。eq\o\ac(○,Ⅰ)收發(fā)筒其筒徑直徑一般比主管大1~2倍，以便清管器的放入和取出。其發(fā)送筒的長度應(yīng)能滿足最長清管器或監(jiān)測器的需要，一般不應(yīng)小于筒徑的3~4倍；其接收筒長度應(yīng)更長一些，因?yàn)樗枰菁{不許進(jìn)入排污管的大塊清除物和先后連續(xù)發(fā)入管道的兩個或更多的清管器，其長度一般不小于管徑的4~6倍。eq\o\ac(○,Ⅱ)快速開關(guān)盲板快速開關(guān)盲板上應(yīng)有防自松安全裝置。②污物排放清管作業(yè)清除的污物應(yīng)進(jìn)行集中處理，不得隨意排放。(3)調(diào)壓計(jì)量①調(diào)壓eq\o\ac(○,Ⅰ)輸入和輸出支線與干線的連接點(diǎn)應(yīng)保持穩(wěn)定的輸入和輸出壓力，并規(guī)定其波動范圍以利于對支線和干線輸送過程的控制。輸氣首站內(nèi)調(diào)壓設(shè)計(jì)中應(yīng)符合輸氣工藝設(shè)計(jì)要求并應(yīng)滿足開工、停工和檢修的需要。eq\o\ac(○,Ⅱ)調(diào)壓裝置應(yīng)設(shè)置在氣源來氣壓力不穩(wěn)定且需要控制進(jìn)站壓力的管線上、分輸器和配氣管線上以及需要對氣體流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的計(jì)量裝置之前的管段上。②計(jì)量eq\o\ac(○,Ⅰ)輸入和輸出干線的氣體及站內(nèi)自耗氣必須計(jì)量。這些氣量是交接業(yè)務(wù)和進(jìn)行整個輸氣系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的依據(jù)。eq\o\ac(○,Ⅱ)氣體流量裝置應(yīng)設(shè)置在輸氣干線上、分輸氣干線上和配氣管線上以及站場的自耗氣管線上。eq\o\ac(○,Ⅲ)測量天然氣體積流量的流量計(jì)有壓差式和容積式流量計(jì)兩類。其中以壓差式流量計(jì)為主，近年來隨著輸氣管道自動化程度的不斷提高，在輸氣站場上已開始利用微機(jī)測定天然氣流量。從上面的比較中我們可以用大口徑、長距離、高壓力、大輸量來概括長輸管道的特點(diǎn)，以將建成的西氣東輸工程為例：它從新疆輪南至東海邊上海市全長3900多千米，管徑1016mm，最高輸送壓力l0MPa，年設(shè)計(jì)輸量120億m3/a，約相當(dāng)我國目前天然氣總產(chǎn)量的40~50%，是名副其實(shí)的能源運(yùn)輸大動脈。建成后可解決沿線中東部地區(qū)5個省市大中城市的氣化問題[14]。2.5天然氣長輸管線的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢由于天然氣資源潛力巨大，在能源結(jié)構(gòu)中的比重不斷增加，因此天然氣管輸技術(shù)水平也得到迅速提高，各種新技術(shù)新材料廣泛應(yīng)用，使得超大輸量、超長距離的天然氣跨國輸送得以實(shí)現(xiàn)。歸納起來管輸技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)管材及制管技術(shù)的發(fā)展當(dāng)管徑超過DN400mm以后，無縫鋼管就不能滿足要求，于是就出現(xiàn)螺旋焊縫、直縫焊接鋼管。由于冶金技術(shù)的發(fā)展，大口徑的直縫埋弧焊鋼管得到普遍應(yīng)用，原蘇聯(lián)己經(jīng)制造了DN1420mm的管子。大口徑管道的制造需要有高強(qiáng)度的鋼材作基礎(chǔ)，管線專用鋼材應(yīng)運(yùn)而生。目前我國在管線用鋼上大都采用美國API5L標(biāo)準(zhǔn)X系列管材，最高強(qiáng)度為X80。今后大口徑高強(qiáng)度直縫埋弧焊鋼管是管材及制管技術(shù)的發(fā)展方向。.(2)工藝設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展長輸管線的主要工藝設(shè)備有增壓、調(diào)壓設(shè)備、流量計(jì)量設(shè)備及各種閥門等。隨著綜合機(jī)制技術(shù)的提高，目前這些設(shè)備也都進(jìn)行了更新?lián)Q代。最初在長輸管線上使用的有往復(fù)式和離心式兩種壓縮機(jī)，由于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，單臺容量小、笨重的活塞壓縮機(jī)組已經(jīng)被燃?xì)廨啓C(jī)、離心式壓縮機(jī)組代替。航空型燃?xì)廨啓C(jī)體積小，便于和離心式壓縮機(jī)匹配，可實(shí)現(xiàn)完全的自動控制，目前已成為長輸管道的首選機(jī)型。這種機(jī)組的熱效率有了很大提高，使用這種機(jī)型的效益更加明顯。調(diào)壓閥是輸氣管道上應(yīng)用最多的穩(wěn)壓設(shè)備，長輸管線上用的全為自力式調(diào)壓閥。由于制造工藝水平的提高和結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在使用的調(diào)壓閥調(diào)壓范圍寬，能從幾兆帕一次調(diào)壓到零點(diǎn)幾兆帕；結(jié)構(gòu)也由原來的薄膜式發(fā)展到曲流式等多種型式。調(diào)壓閥己經(jīng)從原來單一的調(diào)節(jié)性能發(fā)展到壓力檢測、流量監(jiān)控和安全保護(hù)等多種功能。流量計(jì)量己經(jīng)由法蘭改進(jìn)為采用孔板閥?？梢宰龅讲煌飧鼡Q孔板并且全部使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行流量計(jì)算，可遠(yuǎn)傳實(shí)現(xiàn)全自動無人操作。為了克服孔板流量計(jì)計(jì)量精度受流量波動影響（流量小于設(shè)計(jì)值的30%時計(jì)量誤差會增大，無法滿足商業(yè)計(jì)量要求）、量程范圍窄、精度低等缺點(diǎn)，目前已開發(fā)安裝使用渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，它們量程范圍寬、精度高（最高可達(dá)0.5級）而且很容易和計(jì)算機(jī)終端（RTU）相連實(shí)現(xiàn)自動控制。閥門的制造技術(shù)也有了很大的提高，原先在輸氣管上廣泛使用的舊式截止閥和閘閥己被淘汰，開關(guān)和密封性能更好的平板閘閥和球閥廣泛使用。輸氣干線上因?yàn)橐ㄇ骞芷魅坎捎们蜷y，多為氣液聯(lián)動球閥。在管線發(fā)生破裂時這種閥能由管道內(nèi)壓力的瞬間變化能及時關(guān)閉閥門，以防止事故擴(kuò)大，起到安全保護(hù)作用。(3)先進(jìn)的通信及自控系統(tǒng)目前的長輸管線己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為中心的全自動無人操作和管理，調(diào)度監(jiān)控中心可以對全線任何站點(diǎn)下達(dá)調(diào)控指令，這就是SCADA系統(tǒng)。它的功能是監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)度管理。與此相適應(yīng)管線通信系統(tǒng)大都采用光纜和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)不但要承擔(dān)話音通信、行政生產(chǎn)調(diào)度管理還要給自控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸通道。原來我國郵電通信較落后，很多地方無法滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，因此長輸管線都要自己建立專用通信系統(tǒng)，現(xiàn)在我國的通信質(zhì)量已和發(fā)達(dá)國家沒有多大區(qū)別，所以租用地方通信線路既可以減少首次投資，又方便與地方計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)連接，以求資源共享。(4)管道施工安裝技術(shù)的發(fā)展長輸管道本身的投資占整個工程總投資的50%以上，因此確保管道的焊接質(zhì)量至關(guān)重要，以前都是手工焊，不但工作量大、工人工作條件艱苦而且也很難保證焊接質(zhì)量?，F(xiàn)在采用野外半自動焊和自動焊技術(shù)，不但焊接質(zhì)量穩(wěn)定而且能提高焊接功效，已在西氣東輸工程中使用。線路施工的另一個難點(diǎn)是障礙穿越。如穿越河流、鐵路、高速公路等。原來穿越都是大開挖，尤其是大型河流水下管溝成型困難、管線就位不易而且施工周期長影響航運(yùn)，施工質(zhì)量也無法保證。鐵路和公路車輛運(yùn)行頻繁，開挖施工更為困難。為了解決這一難題，上世紀(jì)80年代我國引進(jìn)了定向鉆技術(shù)，現(xiàn)已廣泛使用。穿長江過黃河已不再成為難題。長輸管線的一個特點(diǎn)是各站場規(guī)模、功能大體相同，采用模塊化組撬技術(shù)，變現(xiàn)場安裝為工廠預(yù)制。如站場的增壓裝置區(qū)、調(diào)壓計(jì)量區(qū)、凈化區(qū)分別在工廠組裝成幾個撬塊用拖車拖到現(xiàn)場，用地腳螺栓固定就安裝好了，大大提高了功效縮短了工期。(5)高新技術(shù)在管線勘測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在線路的勘測上已廣泛使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和航天遙感技術(shù)，使選出的線路更合理，節(jié)約大量的時間和人力。目前管道設(shè)計(jì)工作基本上都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，使用各種軟件包進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算機(jī)繪圖。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得各種信息數(shù)據(jù)，就連與外單位的聯(lián)絡(luò)、發(fā)送各種設(shè)計(jì)工作文件也在個人電腦上就可完成。完全進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)時代[15]。2.6天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容要求天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的輸送量和輸送距離經(jīng)工藝計(jì)算及多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較尋找到一個最佳的方案。在設(shè)計(jì)前必須收集到足夠的資料，這些資料包括：(1)氣源情況即氣源的地理位置、規(guī)模、組分、壓力以及近期、遠(yuǎn)期規(guī)劃，還需了解沿線附近石油天然氣資源勘探情況。(2)沿線自然條件即地形地貌、交通條件、水電供應(yīng)以及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、氣象資料和沿線城市發(fā)展規(guī)劃、工業(yè)發(fā)展布局。(3)沿線城市主要供氣對象的氣量、氣質(zhì)、壓力及其波動范圍的要求以及城市用氣發(fā)展規(guī)劃、有無補(bǔ)充氣源或事故氣源調(diào)峰手段等。以上資料的取得靠大量的調(diào)研和對線路走向的勘探，對不同的走向方案進(jìn)行比較以選擇最佳的路徑。長輸管線的工藝設(shè)計(jì)通常包括以下內(nèi)容：(1)決定管線的輸送能力和總工藝流程在決定管道輸送能力時必須給今后發(fā)展留下足夠的余地，同時還必須考慮管道維修、事故處理對輸量的影響，同時也可以核算末段的儲氣能力。根據(jù)輸送能力和起源壓力，用戶要求壓力來解決輸送方式即是否需要加壓的問題。在輸量和壓氣站間距都已確定的情況下由水力計(jì)算公式可知管徑和輸氣壓力平方差存在反比的函數(shù)關(guān)系，管徑越大所需輸氣壓力平方差越小。這樣就需要我們在管徑和輸氣壓力平方差兩者進(jìn)行合理的選擇并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。加壓輸送要消耗大量能源并使整個系統(tǒng)經(jīng)營管理復(fù)雜化，經(jīng)營費(fèi)用劇增，而為了降低輸量增大管徑所帶來的線路造價也隨之增加且管徑增加受到制管能力的限制，因此要求兩者之間進(jìn)行詳細(xì)的比較后才能決定。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)一般距離在500~600km以內(nèi)可不加壓輸送。氣源壓力低的宜在首站加壓。(2)決定管徑和壓氣站的站間距和壓比通過上面的輸送方案比較后就可以決定管徑和壁厚，選擇管材，如果是加壓輸送還必須選擇合理的壓比和站間距。壓比的選擇和壓縮方式有關(guān)，通常在長輸管線上多選擇離心式壓縮機(jī)。在沙漠鋪設(shè)的管線考慮到建站困難可適當(dāng)加大壓比來增大站間距。(3)決定各種站場的布局、選址及站內(nèi)流程除壓氣站外沿線還有分輸站、進(jìn)氣站、清管站等，分輸站和進(jìn)氣站應(yīng)盡量靠近用戶和氣源使支線最短。清管站的位置一般考慮要方便清管作業(yè)。盡可能把各種站合并建設(shè)，以節(jié)約投資和方便管理。在決定各站的工藝流程時，應(yīng)盡量使流程簡單以減小壓力損失，確保安全輸氣并能及時地處理事故及進(jìn)行變工況運(yùn)行。(4)選擇先進(jìn)適用的工藝設(shè)備長輸管線上的主要工藝設(shè)備有：除塵凈化設(shè)備、調(diào)壓計(jì)量設(shè)備、清管設(shè)備、增壓設(shè)備以及氣體冷卻設(shè)備等[16]。2.7站場工藝設(shè)計(jì)(1)站址選擇位置選擇：所有站場位置必須服從管道的總走向，并考慮交通、水電供應(yīng)、通信、生活便利。分輸站（或接收站）要考慮支線長短，壓氣站和清管站具體站址可設(shè)在一定范圍內(nèi)以獲便利。分輸站（或接收站）要考慮支線長短，壓氣站和清管站具體站址可設(shè)在一定范圍內(nèi)，根據(jù)地形、地質(zhì)條件前后有所調(diào)整。占地規(guī)模：在滿足總圖布置的前提下，還應(yīng)考慮與其他周圍建筑物保持足夠的安全防火間距，并留有發(fā)展余地。地形條件：所選站址應(yīng)地形開闊，地勢平緩，有良好的放空排污條件，土石方工程量小。所選站址應(yīng)具有良好的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，避開可能發(fā)生泥石流，滑坡等不良工程地質(zhì)地段和其他不宜建站的地方。(2)所有站場的出口壓力不應(yīng)超過干線的設(shè)計(jì)壓力，如果干線為非等壓設(shè)計(jì)，則各站場的出口壓力不應(yīng)超過其下游管段的最高允許壓力。①壓氣站的出口溫度不允許超過下游管線最高允許溫度。②最末一個壓氣站在最大流量下的出口壓力應(yīng)使管道末段壓力高于城市門站所要求的最低壓力。當(dāng)一條管線因季節(jié)氣候等因素引起需求氣量波動時，管道壓力隨之變化，壓氣站的進(jìn)出口參數(shù)也跟著變化。因此我們不但要確定壓氣站的額定工作參數(shù)，而且要確定壓氣站變工況運(yùn)行時參數(shù)的變化范圍。(3)根據(jù)輸送工藝要求決定流程和布置①根據(jù)站場的功能按天然氣流向決定站內(nèi)流程和設(shè)備布置。應(yīng)盡量縮短管道長度，避免倒流，減少交叉。②除正常運(yùn)行要求的功能外，各種站場都應(yīng)有越站旁通、安全泄放、排空檢修、壓力報警等功能。③站內(nèi)管道管徑的選擇應(yīng)使氣體流速小于20m/s，整個站內(nèi)管路的壓力損失盡量控制在0.2MPa內(nèi)。④各站的流程和布置都應(yīng)留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)建余地，在改擴(kuò)建時不影響原系統(tǒng)的運(yùn)行，不需改變原管路的安裝。=5\*GB3⑤壓氣站的流程應(yīng)能適應(yīng)機(jī)組停車、啟動、調(diào)節(jié)的需要，并使整個過程操作簡單可靠，不影響其他機(jī)組的運(yùn)行。=6\*GB3⑥為減低壓縮機(jī)葉片的磨損，壓氣站應(yīng)設(shè)計(jì)為二級除塵流程，先進(jìn)行多管旋風(fēng)除塵再進(jìn)行過濾。=7\*GB3⑦根據(jù)流程和功能分區(qū)塊布置，把功能相同的設(shè)備布置在一起成為一個裝置區(qū)，裝置區(qū)之間的連接管線可埋地敷設(shè)以便于行車及消防道路布置。=8\*GB3⑧各種站場的儀表值班室通常布置在單獨(dú)的建筑物內(nèi)。⑨壓縮機(jī)廠房的布置：壓縮機(jī)在廠房內(nèi)一般為單排布置，當(dāng)臺數(shù)太多（五臺以上），單排布置使廠房太長，不便巡回檢查和操作時，也可雙排布置，中間留出足夠的檢修空間[7]。對大型機(jī)組可雙層布置，一層為管道和輔助設(shè)備，二層為操作平臺和儀表控制柜。2.8壓縮機(jī)房設(shè)計(jì)說明2.8.1壓縮機(jī)臺數(shù)的選擇和安裝在決定壓縮機(jī)臺數(shù)時應(yīng)考慮兩個問題，一是備用系數(shù)，二是工況變化范圍。一個壓縮機(jī)站運(yùn)行的機(jī)組越少，總功率越低，經(jīng)營費(fèi)用越省，但相應(yīng)的備用系數(shù)越大，基建投資越高。因此，一般認(rèn)為備用系數(shù)在20%~30%較為經(jīng)濟(jì)。天然氣壓縮機(jī)在場房內(nèi)的布置安裝，應(yīng)根據(jù)機(jī)型、機(jī)組功率大小、外形尺寸、檢修方式等綜合考慮確定。相鄰兩臺壓縮機(jī)之間突出部分的凈距離應(yīng)能滿足安放壓縮機(jī)可拆卸的最大部件及檢修場地的要求，或能滿足更換整臺壓縮機(jī)時停放一臺機(jī)組場地的要求，相鄰壓縮機(jī)的最小凈距和距墻的凈距不應(yīng)小于1.5m。廠房的高度取決于壓縮機(jī)本身和起吊設(shè)備的高度，必須保證起吊物最低點(diǎn)距固定部件留有500mm的距離。2.8.2壓縮機(jī)廠房的型式本工程采用封閉式廠房，對機(jī)器設(shè)備的保護(hù)較好，但廠房的基建投資較高，故需有通風(fēng)防暴設(shè)施。(1)廠房高度（2-1）式中—廠房高度，cm；—地基高度，cm；—設(shè)備基礎(chǔ)到壓縮機(jī)軸線的高度，cm；—壓縮機(jī)或驅(qū)動機(jī)最大外殼半徑，cm；—吊掛繩高度，cm；—主、副吊鉤到吊車軌面的高度，cm。(2)廠房跨度應(yīng)能滿足檢修的需要，考慮壓縮機(jī)最大抽芯位置，再預(yù)留1.5m左右的操作位置。2.9線路走向選擇原則2.9.1線路選擇的基本要求(1)線路走向應(yīng)結(jié)合地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)、供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、動力等條件，進(jìn)行多方調(diào)查、分析比較，確定最佳的線路。(2)大中型河流穿（跨）越工程和壓氣站位置的選擇，應(yīng)服從線路總走向。線路局部走向應(yīng)根據(jù)大中型穿跨越工程和壓氣站位置進(jìn)行調(diào)整。(3)線路選擇宜避開多年生經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和重要的農(nóng)田基本建設(shè)設(shè)施。(4)盡量利用現(xiàn)有的公路、鐵路，少建新公路，方便運(yùn)輸。(5)線路應(yīng)順直、平緩，盡量減少與天然和人工障礙物的交叉。(6)線路必須避開重要的軍事設(shè)施、易燃易爆倉庫、飛機(jī)場、火車站、海（河）港碼頭以及國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位和自然保護(hù)區(qū)等。2.9.2沿線自然條件狀況(1)沿線工程地形、地貌、地質(zhì)概況管道沿線地形較為平坦，相對高差小于200米。沿線地貌以平原為主，丘陵較少，平原、水面所占比例較大。(2)氣候條件管線所經(jīng)地區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候寒冷，四季分明，季風(fēng)顯著，雨量較少，降水集中，冬冷夏熱。光照充足，氣候溫和是該地區(qū)的氣候特征。2.9.3沿線地區(qū)等級劃分地區(qū)等級劃分按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251）的規(guī)定，可劃分為四個等級：(1)一級地區(qū)供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在15戶或以下的區(qū)段。(2)二級地區(qū)供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在15戶以上，100戶以下的區(qū)段。(3)三級地區(qū)供人居住的建筑物內(nèi)的數(shù)戶在100戶或以上的區(qū)段。(4)四級地區(qū)是指四層及四層以上樓房普遍集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的區(qū)域[16]。2.9.4管道跨越工程輸氣管線線路需要通過天然或人工障礙時，根據(jù)自然條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，可選擇穿越或跨越方式通過。一般來說，管道跨越工程投資大，施工較為復(fù)雜，工期長，維修工作量大，因此，管線應(yīng)優(yōu)先采用穿越方式通過。但是當(dāng)遇到山谷性河流、峽谷，兩岸陡峭、河漫灘窄小，河水流速大，河床穩(wěn)定性差；平原性河流淤積物太厚、河床變化劇烈；或小型人工溝渠，鐵路公路不適宜穿越通過的地段，可采用跨越方式通過。(1)跨越位置選擇一般應(yīng)遵循以下原則=1\*GB3①跨越點(diǎn)應(yīng)選在河流的直線部分。因?yàn)樵诤恿鞯闹本€部分，水流對河床及河岸沖刷較少；水流流向比較穩(wěn)定，跨越工程的墩臺基礎(chǔ)受漂流物的撞擊機(jī)會較少。=2\*GB3②跨越點(diǎn)應(yīng)在河流與其支流匯合處的上游，避免將跨越設(shè)置在支流出口和推移質(zhì)泥沙沉積帶的不良地質(zhì)區(qū)域。=3\*GB3③跨越點(diǎn)應(yīng)選在河道寬度較小，遠(yuǎn)離上游壩閘及可能發(fā)生冰塞和筏運(yùn)阻塞的地段。=4\*GB3④跨越點(diǎn)必須在河流歷史上無變遷的地段。=5\*GB3⑤跨越工程的墩臺基礎(chǔ)應(yīng)在巖層穩(wěn)定，無風(fēng)化、錯動、破碎的地質(zhì)良好地段。必須避開坡積層滑動或沉陷地區(qū)、洪積層分選不良及夾層地區(qū)、沖積層含有大量有機(jī)混合物的淤泥地區(qū)。=6\*GB3⑥跨越點(diǎn)附近不應(yīng)有稠密的居民點(diǎn)。=7\*GB3⑦跨越點(diǎn)附近應(yīng)有施工組裝場地或有效方便的交通運(yùn)輸條件，以便施工和今后維修。(2)跨越結(jié)構(gòu)形式的選擇=1\*GB3①管道需跨越的小型河流、渠道、溪溝等其寬度在管道允許跨度范圍之內(nèi)時，應(yīng)首先采用直管及支架結(jié)構(gòu)。若寬度超出管道允許跨度范圍但相差不大時，可首先來用"п"型鋼架結(jié)構(gòu)，充分利用管道自身承壓。=2\*GB3②較小，河床較淺，河床工程地質(zhì)狀況較為良好，常年水位與洪水位相差較大的河流可優(yōu)先采用吊架式管橋。吊架式管橋主要特點(diǎn)是輸氣管道成一多跨越連續(xù)梁，管道應(yīng)力較小，并且能利用吊索來調(diào)整各跨的受力狀況。=3\*GB3③跨越較小且常年水位變化不大的中型河流一般可選用托架、桁架或支架等幾種跨越結(jié)構(gòu)。托架結(jié)構(gòu)有材料較省、構(gòu)造簡單等優(yōu)點(diǎn)。托架結(jié)構(gòu)充分利用輸氣管道截面剛度大的特點(diǎn)，由管道組成受壓的托架上弦，用受拉性能良好的高強(qiáng)度鋼絲繩作為托架的下弦。由于托架橫斷面成三角形，構(gòu)成空腹梁體系，因此側(cè)向變形較小。在下弦兩端與管道連接處設(shè)置調(diào)整設(shè)施，可使其達(dá)到所要求的預(yù)期拱高。托架兩端支架主要承受不大的垂直荷載，因此其基礎(chǔ)較淺，對地基要求不高，適用范圍較廣。桁架結(jié)構(gòu)主要用兩片桁架斜交組成斷面為正三角形的空腹梁空間體系，并且利用輸氣管道作為桁架上弦，其它桿件多選用角鋼，下弦兩端來用滑動支座，因此結(jié)構(gòu)的整體剛度大，穩(wěn)定性好。根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r并可增設(shè)橋面系統(tǒng)。桁架腹桿為簡單的鈍三角體系。由此可見，桁架結(jié)構(gòu)的剛度要比托架大，并且可以設(shè)置橋面系統(tǒng)。由于桁架側(cè)向穩(wěn)定性好，更適宜于山區(qū)常年風(fēng)速較大的河流跨越。但桁架結(jié)構(gòu)耗費(fèi)材料較多，結(jié)構(gòu)自重大，施工量大，一般不宜采用[17]。=4\*GB3④跨度較大的中型河流及某些大型河流其兩岸基巖埋深較淺，河谷狹窄的可首先采用拱型跨越。管拱跨越結(jié)構(gòu)有單管拱型及組合拱型兩大類。管拱充分利用管道本身強(qiáng)度，用鋼量一般較小。由于輸氣管道本身特點(diǎn)，管拱往往是無鉸拱，因此剛度比有鉸拱大。組合拱其主要特點(diǎn)是充分利用空間體系的組合截面的截面特性，同單管拱相比，用同樣的管材來達(dá)到更大的跨度和剛度要求。管拱是三次超靜定結(jié)構(gòu)，且基礎(chǔ)又受較大的水平推力，因此對地基要求較高。管拱施工時，要求有一個較為平整的施工場地，安裝時多來用索道整體吊裝，因此施工、安裝技術(shù)要求高。=5\*GB3⑤大型河流、深谷等不易砌筑墩臺基礎(chǔ)，以及臨時施工設(shè)施時可以選擇柔性懸索管橋、懸纜管橋、懸纜管橋和斜拉索管橋等跨越結(jié)構(gòu)。柔性懸索管橋是采用拋物線形主纜索懸掛于塔架上，并繞過塔頂在兩岸錨固，輸氣管道用不等長的吊桿（吊索）掛于主纜索上，輸氣管道受力簡單，適合于大口徑管道的跨越。懸纜管橋的主要特點(diǎn)是輸氣管道與主纜索都呈拋物線形，采用等長的吊桿（吊索）。塔架下部為鉸支座，當(dāng)管橋因溫差而引起膨脹收縮時。塔架能順管橋方向自由擺動調(diào)節(jié)纜索的內(nèi)力平衡。由于選用小矢高而增大纜索的水平拉力，因此相應(yīng)提高了懸纜管橋結(jié)構(gòu)的自振頻率，在結(jié)構(gòu)上可以取消復(fù)雜的抗風(fēng)索而設(shè)置較為簡單的防振索等消振裝置。一般適合于中，小口徑管道的大型跨越工程。懸纜管橋最明顯特點(diǎn)是充分利用管道本身強(qiáng)度，使管道受拉壓力，彎曲等綜合應(yīng)力。結(jié)構(gòu)較前兩種懸吊管橋簡單，施工方便。在中小口徑管道的大跨度跨越中，若采用高強(qiáng)度合金鋼的管材時，可以應(yīng)用。斜拉索管橋?qū)儆谛崩|式吊橋范疇。斜拉索管橋的牽索為彈性幾何體系，因而剛度大，自重小，結(jié)構(gòu)輕巧，外觀簡潔大方，特別適宜于山區(qū)河流的跨越工程[18]。2.10管道材質(zhì)及壁厚選擇2.10.1材質(zhì)選擇優(yōu)選管道用鋼是保證工程質(zhì)量、減少工程投資的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)輸氣管道的服役環(huán)境、輸送介質(zhì)、管徑、輸氣管道工藝計(jì)算確定出管線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力和首站出站溫度等條件，從而確定工程中輸氣管道的鋼管等級的采用符合《石油天然氣輸送管道用螺旋埋弧焊鋼管》（GB9711-97）標(biāo)準(zhǔn)的X80等級螺旋雙面埋弧鋼管。2.10.2鋼管壁厚的確定鋼管壁厚按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251-92）中規(guī)定計(jì)算：（2-2）式中—鋼管計(jì)算壁厚，mm；PH—設(shè)計(jì)壓力，MPa；DH—管道的外徑，mm；—鋼管的最小屈服強(qiáng)度，MPa；F—設(shè)計(jì)系數(shù)（由地區(qū)等級來確定，如表B1）。2.11管道防腐長輸管道采用防腐涂層和電化學(xué)保護(hù)相結(jié)合的方式進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)，可以減緩周圍介質(zhì)對管道的防腐，延長管道的使用壽命，保證管道長期安全運(yùn)行。2.11.1管道防腐材料選用原則(1)防腐材料技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)合理性統(tǒng)一。(2)立足國內(nèi)技術(shù)和施工能力，注重施工的可能性。(3)根據(jù)沿線自然條件不同，因地制宜，選取適宜涂層。2.11.2管道防腐涂層(1)管道外壁防腐涂層埋地管道外壁涂層的種類很多，從50年代石油瀝青發(fā)展到60年代的塑料膠粘帶、熱塑絕緣層、粉末融合絕緣層等塑料防腐材料。至今逐步形成了石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚烯烴、環(huán)氧樹脂等高分子材料。(2)管道內(nèi)壁涂層輸氣管道施加內(nèi)壁涂層有很多的優(yōu)點(diǎn)：①延長管道的服役時間；②減小摩阻，提高輸氣量；③減小壓降，降低壓縮機(jī)能耗和運(yùn)行費(fèi)用；④減少壓縮機(jī)站的個數(shù)，節(jié)約投資；⑤減少清管次數(shù)，保證管道輸送氣體的質(zhì)量等等。(3)管道陰極保護(hù)該工程全線采用外加電流陰極保護(hù)。全線共設(shè)一座陰極保護(hù)站，為三道崗分輸站。(4)外加電流的陰極保護(hù)的構(gòu)成及說明①陰極保護(hù)站設(shè)施：恒電位儀，電極，陽極地床，陽極電纜，陰極電纜和測試電纜。②絕緣法蘭設(shè)置：在輸氣首站、清管站、分輸站、輸氣末站管線進(jìn)出口處加絕緣法蘭，清管站、分輸站做跨接電纜連接絕緣法蘭兩側(cè)，以確保電位連續(xù)。③數(shù)據(jù)采集：恒電位儀設(shè)有自控輸出信號，恒電位儀輸出參數(shù)可與集中控制中心集中控制。而且，職能恒電位儀能自動定期打印保護(hù)電流，通電點(diǎn)電位。為了監(jiān)測全線保護(hù)效果全線每公里設(shè)有一點(diǎn)為測試樁，定期游巡線員進(jìn)行現(xiàn)場測試并做好記錄。2.12輸氣管道工程SCADA系統(tǒng)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對環(huán)境保護(hù)的重視，天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源被廣泛地應(yīng)用，也就促使天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是天然氣輸送管道的發(fā)展。發(fā)達(dá)國家天然氣管網(wǎng)已形成網(wǎng)絡(luò)。中國天然氣干線管輸網(wǎng)絡(luò)正在形成。天然氣長輸管道中輸配氣站場較多，且站場的地理位置較為分散，自然環(huán)境較差，交通不便。因此，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)管理，提高整個輸氣系統(tǒng)的可靠性，保證人身及設(shè)備的安全，平穩(wěn)供氣及保護(hù)環(huán)境，宜采用以工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即SCADA系統(tǒng)，完成對整個管網(wǎng)的監(jiān)控。利用SCADA系統(tǒng)實(shí)時可靠的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制能力，將生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動快速的統(tǒng)計(jì)分析，優(yōu)化運(yùn)行，保證信息及時準(zhǔn)確，為天然氣貿(mào)易交接計(jì)量、輸配控制、商業(yè)化的運(yùn)營管理提供調(diào)度決策手段，實(shí)現(xiàn)管道低成本，高效益運(yùn)行的目標(biāo)。

3設(shè)計(jì)說明書3.1概述在進(jìn)行輸氣管道規(guī)劃方案研究時，要從眾多可能的輸氣方案（由不同輸量、不同管徑、不同壓力等級、不同壓比組配而成的各種方案）中，通過工藝計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)測算，選出幾個或幾組較經(jīng)濟(jì)合理、工藝和技術(shù)上又較切實(shí)可行的較優(yōu)方案，從而為以后的預(yù)可研、可研階段的深化研究打下基礎(chǔ)。一般說來，大型干線輸氣管道的工藝計(jì)算比較復(fù)雜：(1)在計(jì)算中要考慮的因素很多，諸如終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差、沿線的地形、分氣點(diǎn)和進(jìn)氣點(diǎn)的分布及分氣量和進(jìn)氣量的大小、輸氣管道末段的儲氣功能等。(2)水力計(jì)算和熱力計(jì)算互相牽制，因?yàn)橥ㄟ^上述兩種計(jì)算所需求得的參數(shù)，正是在計(jì)算中應(yīng)該是互為不可缺少的已知數(shù)，間距的求解必須要知道天然氣在輸氣管計(jì)算段l中的平均溫度tcp而為求得后者而進(jìn)行熱力計(jì)算時又必須要知道壓氣站間距，即計(jì)算段長度l。(3)輸氣管道的水力計(jì)算是按計(jì)算段進(jìn)行的，在計(jì)算中必須考慮計(jì)算段終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差及計(jì)算段沿線地形的影響，而未求出計(jì)算段長度（即壓氣站間距）l之前就無法知道計(jì)算段終點(diǎn)的位置，從而無法知道其與起點(diǎn)的高差，也無法知道計(jì)算段段內(nèi)沿線完整的地形。以上僅列舉了輸氣管道工藝計(jì)算復(fù)雜性的部分事例。當(dāng)然，利用國內(nèi)外已開發(fā)的有關(guān)軟件，通過計(jì)算機(jī)可以迅速求得各種輸氣方案的參數(shù)。但在輸氣管規(guī)劃方案研究階段并不需要很精確的計(jì)算結(jié)果，而在實(shí)際上這也是不可能做到的，因?yàn)檫@需要有詳盡的原始資料和原始數(shù)據(jù)，而這在規(guī)劃研究階段是不具備的。為進(jìn)行輸氣方案工藝計(jì)算，至少要具備下列基本參數(shù)：年輸量Q，108m3/a；天然氣組分、相對密度Δ；線路走向和大致的長度L，km；如果規(guī)劃中的輸氣管道沿途有較多的分氣點(diǎn)，則還必須知道大致的分氣點(diǎn)的距離和分氣量，以便在計(jì)算中把分氣的影響考慮進(jìn)去。根據(jù)上述這些基本依據(jù)，就可著手進(jìn)行各種輸氣方案的工藝計(jì)算。計(jì)算順序概括如下：(1)對一種輸量，設(shè)定幾種管徑、幾個壓力等級（如8.7、9.5、10MPa）、幾個壓比（根據(jù)俄羅斯的經(jīng)驗(yàn)，在輸氣管道上一般采用的壓比范圍為：1.25～1.6），從而組成多種方案；(2)計(jì)算末段長度；(3)計(jì)算每一個方案的壓氣站間距；(4)確定壓氣站數(shù)；(5)計(jì)算單站功率；(6)初選燃—壓機(jī)組型號，初定機(jī)組臺數(shù)；(7)計(jì)算燃料氣耗量；(8)計(jì)算耗鋼量。在上述工藝計(jì)算基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)部門根據(jù)有關(guān)的主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)測算，算出每一種輸氣方案的基建投資、輸氣成本、管輸費(fèi)用、終點(diǎn)門站的燃?xì)鈨r格等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過比較，選出幾個或幾組較優(yōu)的輸氣方案。本論文所采用的輸氣管道工藝計(jì)算方法是適用于輸氣管道規(guī)劃方案初步研究階段，在考慮高差、沿線地形、儲氣功能等諸因素的前提下，采用水平地區(qū)輸氣管的基本公式，公式中某些參數(shù)根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和分析推測進(jìn)行設(shè)定。利用這一工藝計(jì)算方法可求得幾十個、上百個、甚至幾百個輸氣方案的參數(shù)，從而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估，通過比較，選出幾個或幾組較優(yōu)方案，為以后（預(yù)可研或可研階段）的深化研究打下基礎(chǔ)。在具備了足夠的、所必需的原始資料和原始數(shù)據(jù)后，在上述工藝計(jì)算的基礎(chǔ)上，就可進(jìn)行較詳細(xì)、深入、精確的計(jì)算。3.2水平地區(qū)輸氣管的計(jì)算3.2.1基本計(jì)算公式水平地區(qū)輸氣管道的基本計(jì)算公式，如采用國際單位制，由文獻(xiàn)[2]第二章式（2-16）有如下形式：（