管道输送工艺设计

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重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告目录重庆科技学院《管道输送工艺》课程设计报告学院:石油与天然气工程学院专业班级:学生姓名:学号:设计地点（单位）:石油科技大楼K713、K715_____设计题目:某输气管道工艺设计完成日期：2013年12月27日指导教师评语:成绩（五级记分制）:指导教师（签字）:__________________重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告目录 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告目录目录1绪论····································································21.1设计目的和意义····················································21.2设计依据和原则····················································21.3主要设计资料······················································32输气管道平均直径························································42.1计算平均直径······················································42.2计算输气管道的壁厚················································43检验假设末段的直径d和长度L，并求出最大储气能力························73.1输气管道末端储气··················································73.2初定末段的管径和长度··············································84压气站的布置及各站工艺参数·············································1114 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告目录4.1压气站间距l和压气站数n的确定··································114.2计算各站进出站压力··············································125首站工艺流程图·························································135.1输气站··························································135.2输气站工艺流程··················································135.3首站工艺流程图··················································136结论···································································146.1输气管道平均直径················································146.2检验假设末段的直径d和长度L，并求出最大储气能力·················146.3压气站的布置及各站工艺参数······································146.4首站工艺流程图··················································147参考文献·······························································1514 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论1绪论1.1设计目的和意义天然气已经成为不可或缺的能源，而天然气输送与存储是天然气应用过程中的必不可少的重要环节，由于天然气的不易存储特性，管道输送成为运输天然气最经济、有效的方法之一，它是天然气走向市场、加速能源消费的重要手段与环节。输气管道建设以天然气市场为导向，管道的实际输气量决定于供气市场发育程度。而长距离输气管道的输量受输送压力、管径及壁厚、沿途所设压缩机站数等工艺参数的制约，当输送压力、管径确定后，可通过增设管道压缩机站的方法，提高管道输量，而要增加的管输量越多，管道中间增设的压缩机站越多，工程项目的投资和营运成本越高。当超过一定界限后，管输量的增量效益就会低于相应的投入增量，导致整个管道工程的经济效益下降。因此，长距离输气管道存在一个使管道的经济效益最大的最优输量。长距离输气管道的经济效益，受工艺条件、经济参数等的约束。长距离输气管道，尤其是大口径高压力的长输管道往往跨省区甚至跨国界输送巨量的天然气，是能源运输的大动脉。它的组成大致可分为：管道本身（包括干线和支线）、站场以及通信调度自控系统三部分。管道部分除管道本身以外还有通过特殊的段如：江河湖泊、铁路、高速公路等穿（跨）越工程；管道截断阀室；阴极保护站及线路护坡、堡坎等构筑物。站场部分有首战、清管站、气体接收站、气体分输站、压气站、门站等。清管站通常与其它站合建，往往同时完成多种功能。由于中国天然气资源主要分布在塔里木、柴达木、鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、东海和南海等八个盆地，其中塔里木、柴达木、鄂尔多斯、四川等四个盆地位于我国新疆、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、四川和重庆等西部省区，其天然气资源量占总资源量的55%；东海和南海盆地位于东部和南部沿海地带，而我国天然气市场主要分布在东部经济比较发达的长江三角洲、环渤海和珠江三角洲等地区。从地域分布上看，资源和市场分别处于西部和东部地区，中间距离相隔数千公里，因此，为了满足市场的需求，需要建设更多的长距离输气管道，从而对长距离输气管道的设计研究是很有必要的。1.2设计依据和原则本次设计根据课程设计任务书提供的参数，参照《油气管道输送技术》教材，《输气管道工程设计规范》GB50251-2003以及《输气管道工程设计与管理》等进行设计计算。同时在输气管道工程设计中还贯彻国家的有关法规和方针政策，统一技术要求，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。输气管道工程设计应遵照下列原则：①保护环境、节约能源、节约土地，处理好与铁路、公路、河流等的相互关系；②采用先进技术，努力吸收国内外新的科技成果；14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论③优化设计方案，确定经济合理的输气工艺及最佳的工艺参数。1.3主要设计资料1.3.1设计内容及要求拟建一条输气管全长2185公里，全线起伏不大，年输量为21.5亿标方。对管线进行工艺设计，布置全线压气站，及各站的工艺参数，并决定末段最大储气能力。（1）求平均直径D；（2）检验假设末端的直径d和长度L；（3）求末段最大储气能力；（4）压气站的布置；（5）各站的工艺参数；（6）绘制首站工艺流程图（2#）1张1.3.2设计参数压缩机采用燃轮机离心式压缩机组，特性系数A=4.53，B=9.479×109，采用末段储气，末段管道压力为终点配气站的最低压力1.2Mpa，最高工作压力6.8MPa，其他参数如下：首站进站压力为5.8MPa；天然气相对密度Δ=0.81；平均压缩系数Z=0.95；555平均温度t=41℃；管道的水力摩阻系数λ=0.0131。14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论2输气管道平均直径2.1计算平均直径对于天然气长输管道，由于输送距离比较长，粗略计算时可计算其平均直径。当地形起伏高差小于200m时，克服高差而消耗的压力降很少，可认为是水平输气管，其输气流量基本公式为（2.1）式中：—天然气在标准状态下的体积流量，取一年工作350天，；—参数，国际单位时取0.3848；，—管线的起终点压力，；—管道内径，；—水力摩阻系数；—天然气在管输条件下的压缩因子；—天然气的相对密度；—输气温度，K；—输气管的计算长度，m。代入数据得2.2计算输气管道的壁厚直管段钢管壁厚应按《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003）中规定的计算式计算（计算所得的管壁厚度应向上圆整至钢管的厚度）（2.2）式中：—钢管计算壁厚，；—设计压力，MPa；14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论—钢管外径，，；—钢管的最小屈服强度，Mpa，见表2.1；—焊缝系数，无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管均取1，螺旋埋弧焊钢管取0.9；（此处取1）F—强度设计系数，见表2.2；t—温度折减系数,当温度小于120℃时，t值取1.0。表2.1常见钢管材质屈服极限钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-5L1020X52X60X65X70，MPa205245235353358413448482表2.2强度设计系数地区等级强度设计系数一级地区0.72二级地区0.6三级地区0.5四级地区0.4此次设计应选择X70号钢，管道全线处于二级地区，即强度系数为0.6，由此可计算出壁厚：根据《天然气管道输送》附录我国管道系列规定，如表2.3,应该选择X70无缝钢管，管径。表2.3直径厚度管重/米直径厚度管重/米159415.2982010199.75518.9912239.1622.6414278.26219421.219208179.92526.399202.19631.5210224.41736.612268.7841.6314312.7914 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论273533.0410208199.65639.519224.38745.9210249.07852.2812298.29325539.4614347.31647.216396.14754.8918444.77862.54122010298.39970.1312357.471077.6814416.36377654.8916475.05763.87142012416.66872.814485.41981.6716553.961090.5162012475.84426662.1414554.46772.3316632.87882.4618711.1992.55182012535.0210102.5914623.5480670.1316711.79781.6518799.87893.1220887.769104.53202014692.5510115.916790.7529790.1118888.658102.7820986.49115.41221083.9510127.99222016869.616308122.7118977.429137.82221192.4610152.89241299.687208140.46242016948.529157.8181066.210175.09201183.688208160.19221300.969179.99241418.0514 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论3检验假设末段的直径d和长度L，并求出最大储气能力3.1输气管道末端储气输气管道末段，即最后一个压缩机与城市门站之间的管段。干线输气管末段的起点就是最后一个压气站的出口，终点是城市配气站的进口，终点的压力就是城市配气站的进展压力，终点的流量就是配气站向城市的供气量，这个压力和流量都随着城市的耗气量而时刻变化着。输气管末段的工况与其前面的各站间管段的工况有较大区别：对于各站间管段来说，其起点流量与终点流量是相同的；但对输气管来说，其终点流量和终点压力随城市的昼夜用气量的变化而变化。根据输气管的基本理论，输气管末段的终点压力可在较大范围内变化而不致对整条输气管的输量有明显的影响。因此可认为，末段的起点流量也和其它各站间管段一样保持不变，而其终点流量却是变化的并等于城市的用气量（见图3.1）：当城市用气处于低峰时（相应于图3.1的AB阶段），城市用气量（也即末段的终点流量）小于末段恒定的起点流量（等于昼夜平均用气量的4.17%），多余的气体（相应于图3.1的面积ADBA）就积存在末段管路中，我们称AB阶段为储气阶段；当用气处于高峰时（白天，相应于图3.1的BC阶段），末段的终点流量大于起点流量，如输气管末段作为储气容器，则不足的气体（相应于图3.1的面积BECB）就由积存在末段管路中的气体来补充，我们称相应于BC的阶段为补气阶段。图3.1城市昼夜用气随时间的变化随着末段终点流量的变化，对整条输气管的输量并没有什么影响，但对压气站（实际上主要只对最后一个压气站）的出站压力和进站压力有影响。因此，输气管末段的终点流量、终点压力、以及末段的起点压力在不同的终点都是不同的（图3.2）。14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论A—储气阶段开始时；B—储气阶段终了时.图3.2输气管末段中气体压力的变化输气管末段中气体的流动属于不稳定流动，但在工程计算中通常还是近似地按稳定流动的计算方法来计算。3.2初定末段的管径和长度考虑三个条件：（1）当用气处于低峰时（夜间），输气管道末段应能储存全部多余的气体，如条件不允许，可以考虑部分满足；当用气处于高峰时（白天），应能能放出全部积存的气体。（2）输气管道末段的起点压力，即最后一个压缩机站的出口压力不应高于压缩机站的最大工作压力，并且应在钢管强度的允许范围之内，（3）末段的终点压力不应低于城市配气管网的最小允许压力。在拟建的输气管道中，假定输气管道末段起点的最高压力等于最后一个压气站最大允许工作压力；末段终点的最低压力等于城市配气站要求的最低供气压力。3.2.1假设末管径和长度假设管道末段管径为，则（3.1）末段管道最优长度（3.2）取长度450km。3.2.2检验假设的末段管径和长度储气开始时，终点的最低压力应不低于配气站要求的最低供气压力，又为已知，此时有：(3.3)14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论储气结束时，起点的最高压力应不超过最后一个压气站的最大出口压力或管路的强度，又=8为已知，此时有：(3.4)式中：—最后一站压缩机出口的最高压力；—最后一站压缩机出口的最低压力；—末段终点的最高压力；—末段终点的最低压力；—末段管道长度。代入数据得：储气开始时，输气管末段的平均压力按3.5式计算：（3.5）储气开始时，输气管末段的平均压力按3.6式计算：（3.6）末段输气管的储气能力按基本公式3.7式计算：（3.7）设计任务要求末段储气能力需满足日均输量的30%，即：14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论因为，所以假设成立，满足储气量要求，设计合理。综上，末段管径0.68m，末段长度为450km，最大储气能力为。14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论4压气站的布置及各站工艺参数4.1压气站间距l和压气站数n的确定4.1.1压气站间距l平坦地区输气管压气站间距l的公式有如下形式：(4.1)式中：—压气站出站的最大工作压力，Pa；—压缩机特性系数。4.1.2压气站数n对于水平输气管道，可采用以下公式进行计算：(4.2)式中:—压缩机站数，计算结果向上取整；—输气管道长度，km；—平均站间距，km；代入数据得：由于n是向上取整，故所需的压气站数为7个。由于压气站为7个，重新计算站间距，则由于输气管道前面各站间管段的终点压力比末段的终点压力高得多，因此其它各站间管段的长度要比末段要短。输气管道工程设计规范中对站间距的要求是不得小于100km，该设计所计算得到的平均站间距为289.17km，大于100km且小于末段长度，故符合设计规范的要求，即是压气站的站间距为289.17km，压气站的站数为7个。14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论4.2计算各站进出站压力根据设计规范规定当采用离心式压缩机增压输送时，站压比宜为1.2～1.5,由于布置站较多，假设首站压比为，对于首站，已知进站压力，则第一站压气机的出站压力为：，该假设合理对于第n（n>1）站：进站压力：(4.3)出站压力：(4.4)代入数据计算各站进出站的压力为：首站：进站压力5.8MPa，出站压力6.786MPa，站压比1.17；第二站：进站压力4.956MPa，出站压力6.691MPa，站压比1.35；第三站：进站压力4.829MPa，出站压力6.761MPa，站压比1.40；第四站：进站压力4.921MPa，出站压力6.643MPa，站压比1.35；第五站：进站压力4.758MPa，出站压力6.661MPa，站压比1.40；第六站：进站压力4.783MPa，出站压力6.696MPa，站压比1.40；第七站：进站压力4.832MPa，出站压力6.765MPa，站压比1.40；对于城市门户配气站，输气管道中，要求各站的进出口站压力不得高于管材的最高工作压力6.8MPa，末段管道的终点最低压力不得低于终点配气站的最低压力1.2MPa，经校核计算表明，该设计满足要求，故压比选择合理。14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论5首站工艺流程图5.1输气站输气站是输气管道系统的两个组成部分之一，主要功能包括调压、净化、计量、清管、增压和冷却等。其中调压的目的是保证输入、输出的气体具有所需的压力和流量。根据输气站所处的位置不同，各自的作用也有所差异。首站一般在气田附近，如果地层气压较高时，首站可暂不建压缩机。依靠地层压力输到第二站甚至第三站，待气田后期气压降低后再适时投建压缩机站。5.2输气站工艺流程输气站是通过将一定的设备和管件相互连接而成的输气系统，选择工艺流程的一般原则如下：（1）在工艺总流程中，除增压外，还必须考虑排空、安全泄放、越站输送、清管作业、调压计量等功能；（2）压缩机站的工艺流程必须适应输气管道全线的生产调度要求；（3）工艺流程适应压缩机组启动、停车和调节的需要，使整个过程操作简单、可靠；（4）能及时进行事故处理；（5）合理利用设备，简化流程，达到管路短、需操纵阀门少、摩阻消耗低；（6）压缩机站流程应考虑今后改建和扩建的需要。5.3首站工艺流程图根据本设计的要求，首站工艺流程图采取一台压缩机工作，一台压缩机备用的情况，见图5.1：图5.114 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论6.结论本设计，通过对某输气管道工艺设计的任务的计算，得出以下结论：6.1平均直径D根据设计任务书给出的输量、天然气相对密度、平均压缩系数、平均温度、管道的水力摩阻系数，在全线高差起伏不大的情况下，利用水平地形输气流量基本公式求出全线管道的平均内径d为0.879m；根据相关规范计算得出壁厚为10.58mm，由此选择合适的管径规格，为X70无缝钢管。6.2检验末段管径和长度，并求出最大储气能力由于设计一条新管线必须先从末段入手，因此先假设末段管径为0.68m，长度为450km，通过相关公式计算得出在此条件下末段的储气能力为，大于全线日输量的30%即。故假设合理，末段最大储气能力为。6.3压气站的布置及各站工艺参数在确定了末段管径和长度后，通过平坦地区输气管压气站间距l的公式求出平均站间距，向上取整后，反过来利用取整的站数重新求出平均站间距，经校验得出平均站间距小于末段长度，且大于100km，站数为7个，平均站间距为289.17m。根据输气管道中，要求各站的进出口站压力不得高于管材的最高工作压力即6.8MPa，末段管道的终点最低压力不得低于终点配气站的最低压力1.2MPa，经校核计算表明，该设计满足要求，故站压比选择合理。各站相应的参数如下表5.1。表5.1站数首站第二站第三站第四站第五站第六站第七站门户站进站压力（MPa）5.84.9564.8294.9214.7584.7834.8323.510出站压力（MPa）6.7866.6916.7616.6436.6616.6966.765站压比1.171.351.401.351.401.401.406.4首站工艺流程图见附图参考文献14 重庆科技学院本科管道输送工艺课程设计报告绪论[1]张其敏，孟江.油气管道输送技术[M].北京：中国石化出版社.2012.1[2]李玉星，姚光镇.输气管道工程设计与管理[M].北京：中国石油大学出版社[3]《输气管道工程设计规范》制订组.输气管道工程设计规范GB50251-2003.2003[4]李长俊.天然气管道输送技术[M].北京：石油工业出版社，2000[5]王绍周.管道运输工程[M].北京：机械工业出版社，2004[6]《中国油气管道》编写组.中国油气管道[M].北京：石油工业出版社，200414