某输气管道工艺设计

重庆科技学院重庆科技学院 管道输送工艺管道输送工艺 课程设计报告课程设计报告 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 重庆科技学院 设计题目 某输气管道工艺设计 完成日期 年 1 月 3 日 指导教师评语 成绩 五级记分制 指导教师 签字 目录 1 设计总论 1 1 1 设计依据及原则 1 1 1 1 设计依据 1 1 1 2 设计原则 1 1 2 总体技术水平 1 2 设计参数 2 3 工艺计算 3 3 1 管道规格 3 3 1 1 天然气相对分子质量 3 3 1 2 天然气密度及相对密度 3 3 1 3 天然气运动粘度 3 3 1 4 任务输量 3 3 1 5 管道内径的计算 4 3 1 6 壁厚计算 4 3 2 末段长度和管径确定 6 3 2 1 假设末段长度 6 3 2 2 参量的计算 6 3 2 3 计算管道末段储气量 7 4 输气管道沿线布站相关工艺计算 9 4 1 压缩机相关概况 9 4 2 压缩机站数 布站位置的计算公式依据 9 4 3 压缩机站数 布站位置的计算 10 4 4 压缩比 计算 11 4 4 压缩机的选择 12 5 布置压气站 13 5 1 确定平均站间距 13 5 2 确定压气站数 13 6 设计结果 14 参考文献 15 重庆科技学院课程设计 设计总论 0 1 设计总论 1 1 设计依据及原则 本设计主要根据设计任务书 查询相关的国家标准和规范 以布置合理的长距离 输气干线 1 1 1 设计依据 1 国家的相关标准 行业的相关标准 规范 2 相似管道的设计经验 3 设计任务书 1 1 2 设计原则 1 严格执行现行国家 行业的有关标准 规范 2 采用先进 实用 可靠的新工艺 新技术 新设备 新材料 建立新的管理体制 保证工程项目的高水平 高效益 确保管道安全可靠 长期平稳运行 3 节约用 地 不占或少占良田 合理布站 站线结合 站场的布置要与油区内各区块发展紧密 结合 4 在保证管线通信可靠的基础上 进一步优化通信网络结构 降低工程投资 提高 自控水平 实现主要安全性保护设施远程操作 5 以经济效益为中心 充分合理利用资金 减少风险投资 力争节约基建投资 提 高经济效益 1 2 总体技术水平 1 采用高压长距离全密闭输送工艺 2 输气管线采用先进的 SCADA 系统 使各站场主生产系统达到有人监护 1 自动 控制的管理水平 既保证了正常工况时管道的平稳 高效运行 也保证了管 道在异常 工况时的超前保护 使故障损失降低到最小 3 采用电路传输容量大的光纤通信 给全线实现 SCADA 数据传输带来可 靠的传输 通道 给以后实现视频传输 工业控制及多功能信息处理提供了可能 4 在线路截断阀室设置电动紧急切断球阀 在 SCADA 中心控制室根据检 漏分析的 结果 确定管道泄漏位置 并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球 阀 5 站场配套自成系统 6 采用固化时间短 防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层 重庆科技学院课程设计 设计参数 1 2 设计参数 1 所输天然气的组分见下表 表 2 1 组成 Mol 组成 Mol 甲烷 97 31 己烷 0 05 乙烷 1 69 硫化氢 0 05 丙烷 0 77 二氧化碳 0 03 异丁烷 0 05 氮 0 00 正丁烷 0 02 氦 0 00 异戊烷 0 01 氢 1 01 正戊烷 0 01 氩 0 00 2 天然气的温度为 42 管道长度为 1675km 任务输量 起点流量 为 18 9 亿方 年 气源起点压力为 6MPa 3 压气站最大工作压力为 5 5MPa 进站压力为 5 2MPa 各站自用气系数为 0 5 末端最低压力 1 25MPa 4 入站口到压缩机入口压损为 0 11MPa 压缩机出口到压缩站压损 0 2MPa 重庆科技学院课程设计 工艺计算 2 3 工艺计算 3 1 管道规格 3 1 1 天然气相对分子质量 有气体的相对分子质量公式 M 3 1 iiM y M 16 97 31 30 1 69 44 0 77 58 0 05 58 0 02 28 0 00 72 0 0 1 72 0 01 86 0 05 34 0 05 44 0 03 28 0 00 4 0 00 1 1 01 40 0 00 16 555 3 1 2 天然气密度及相对密度 由公式的 16 555 24 055 0 688 3 2 055 24 天 天 M 3 mkg 相对密度 a 0 688 1 206 0 57 3 1 3 天然气运动粘度 1 由各组分粘度计算天然气粘度 3 3 iii ii yM yM 按公式带入数据得动力粘度 9 54 2 计算天然气运动粘度 3 4 smm274 16 57 0 54 9 3 1 4 任务输量 任务年输量为 18 9 亿方 年 smhmdmamQ 333638 602158331018 5 10 9 18 重庆科技学院课程设计 工艺计算 3 3 1 5 管道内径的计算 根据公式 0 2070 0330 390 207 100 11 4 v dqP 3 5 式中 为天然气标准密度 3 mkg 为天然气运动粘度 smm2 为天然气在该管段内的流量 v q sm3 管道在 100 米的压力降 当 P3 5 取 45 当 100 P MPa 100 P KPa 1 4 取 35 5 3 PMPa100 P KPa 3 所以 从起点到进气点的管道管径 546mm 207 0 38 0 033 0 207 0 1 45 60 54 9 74 16 4 11D 3 1 6 壁厚计算 输气管线的管径确定后 要根据其输送压力 管线材质等来设计壁厚 油田油气集输和外输油 气管线可按下式计算 3 6 F DP S BH 2 2 式中 管线设计的工作压力 Mpa H P 管线管径 为管道内径 mm H D H D B D 2 B D 0 d 刚性屈服极限 Mpa 查表 3 1 s F 设计系数 查表 3 2 表 3 1 刚性屈服极限 表 3 2 设计系数 工作环境 管线 野外地区居住区 油气田站内部 穿跨越铁路公路小河 渠 常年枯水面宽 20m 输油管线 0 720 60 输气管线 0 600 50 根据设计要求 选用 APIS SL X70 482 因为是输气管线 F 0 6 s 优质碳素钢 APIS SL 钢管材质 1020 碳素钢 A3F 低合金钢 16Mn X52X60X65X70 Mpa s 205245235353358413448482 重庆科技学院课程设计 工艺计算 4 分别带入管径 求得 5 87mm F DP HH 2 F DP S BH 2 2 6 04822 2546 6 1 2 546 5 87 2 557 74mm 1 H D 1 B D 1 根据国标无缝钢管规格表选管径规格 表 3 3 国标无缝钢管规格表 直径厚度管重 米直径厚度管重 米 415 2910199 75 518 9912239 1159 622 64 820 14278 26 421 218179 92 526 399202 19 631 5210224 41 736 612268 7 219 841 63 920 14312 79 533 048199 65 639 519224 38 745 9210249 07 273 852 2812298 29 539 4614347 31 647 216396 14 754 89 1020 18444 77 862 5410298 39 970 1312357 47 325 1077 6814416 36 654 89 1220 16475 05 763 8712416 66 872 814485 41 981 67 1420 16553 96 377 1090 512475 84 662 1414554 46 772 3316632 87 882 46 1620 18711 1 992 5512535 02 426 10102 5914623 5 670 1316711 79 781 6518799 87 893 12 1820 20887 76 9104 5314692 55 480 10115 9 2020 16790 7 重庆科技学院课程设计 工艺计算 5 790 1118888 65 8102 7820986 4 9115 41221083 95 529 10127 9916869 61 8122 7118977 42 9137 82221192 46630 10152 89 2220 241299 68 8140 4616948 52 9157 8181066 2720 10175 09201183 68 8160 19221300 96 820 9179 99 2420 241418 05 3 2 末段长度和管径确定 当设计一条新的干线输气管道时 工艺计算应该从末段开始 先确定末段 的长度和管径 然后再进行其他各中间管段的计算 输气管道末段的计算与其他各段的区别是 应该考虑末段既能输气 又能 储气的特点 也就是说 在末段的计算中除了要考虑与整条输气管道一致的输 气能力 还必须考虑储气能力 最理想的是使末段能代替为消除昼夜用气不均 衡所需的全部容积的储气罐 计算输气管道末段长度和直径时 应考虑以下三个条件 1 当用气处于低峰时 夜间 输气管道末段应能积存全部多余的气体 如 条件不允许 可考虑部分满足 当用气处于高峰时 白天 应能放出全部积存 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 3 2 1 假设末段长度 LZ 16KM 内径 d 580mm 根据有关资料查的经验值 末段储气能力为输气量的 25 30 已知末段 储气能力为 V 75万 m3 d 通过假设数据求出末段输气管道的储气能力 Vs 当 Vs 接近要求的末段储 气能力的时候 假设成立 若不符合要求则重新假设 3 2 2 参量的计算 1 天然气压缩因子的计算有很多方法这里选择比较精确的一个压缩因子公式 重庆科技学院课程设计 工艺计算 6 15 1 10 p113 0 100 100 Z 3 7 其中 p 为管道设计压力 6MPa 带入数据 求得 Z 0 89 2 水力摩阻系数的计算 前苏联天然气研究所近期公式 2 0 e2 067 0 D 其中 D 取管道末段管径 580mm e 取 0 03 带入公式得 0 0107 3 参数 C 52 0D C TZ C 3 8 其中 C0 0 03848 带入数据的 C 17593 3 2 3 计算管道末段储气量 储气开始时 终点的最低压力 P2min 应不低于配气站要求的最低压力 故 P2min 为 1 3Mpa 计算末段起点最低压力 P1min 22 min2min1 QClPP z 3 9 其中 P2min 1 3MPa C 17593 LZ 16km Q m3 d 带入公式得 6 1018 5 P1min 1 64MPa 储气结束时 起点最高压力应不超过最后一个压气站或管路的强度 故 为已知 则 max1 P max2 P 22 max1 QClP z 其中 5MPa 带入公式得 P2max 4 9MPa max1 P 储气开始时的平均压力 3 2 min2min1 2 min2 min1min PP P PPpj 3 10 带入以上数据的 minpj P 1 48MPa 储气结束是的平均压力 3 2 max2max1 2 max2 max1max PP P PPpj 带入上述数据得 maxpj P 4 95MPa 重庆科技学院课程设计 工艺计算 7 根据输气管道末段储气开始和结束时的平均压力和可求得末段输气 minpj P maxpj P 管的储气能力为 z pjpj S l TZ T P PP D V 0 0 minmax 2 4 3 11 式中 工程标准状况下的压力 101325Pa 0 P 0 P 工程标准状况下的温度 293K 0 T 0 T 带入相关数据得 S V 78 62 万 m3 d 通过假设的管道长度和管径计算出的储气量接近要求的储气量 所以假设成立 所以 末段长度为 16km 管道规格为 580 12 重庆科技学院课程设计 工艺计算 8 重庆科技学院课程设计 输气管道沿线布站相关工艺计算 9 4 输气管道沿线布站相关工艺计算 4 1 压缩机相关概况 沿线有气体分出或引入的干线输气管的特点是管路中的流量逐段变化 在 分气的情况下 流量逐段减小 在进气的情况下 流量逐段增大 如果计算段 起点流量保持不变 在相同管径 压力等条件下 有分气点时 计算段的长度 必定大于无分气点的输气管计算段的长度 而且分气量越大 或分气点越多 计算段越长 在进气点时 计算段的长度必定小于无分气点的输气管计算段的 长度 而且进气量越大 或进气点越多 计算段越短 在既有分气点又有进气 点的情况下 计算段的长度取决于分气和进气的共同影响 分气的影响使管段 变长 进气的影响使管段变短 因此 如分气的影响超过进气的影响 则计算 段变长 反之 则计算段变短 沿线有进气点的水平输气管 设输气管计算段的起点流量为 内径为 q B D 起点和终点压力为 沿线有若干进气点 各进气点的进气量为 1 P 2 P 1 q 各进气点之间的管段长度为 这种有进气 2 q n q 1 l 2 l 1 n l 点的输气管的特点是流量逐段增加 在计算段的长度 l 必定小于无进气点的输 气管计算段的长度 4 2 压缩机站数 布站位置的计算公式依据 输气管计算段的长度 可按下面的水平输气管基本公式的变换形式进行计 l 6 算 4 1 1 2 1 3212 2 111 2 2 2 2 1 ni n i lqqlqqqlqqlq K PP 式中 52 113 105 B DB ZT K n i in ll 1 1 1 也可按整理变形后的下列公式计算 4 2 n i i n i i nn l qq lqqqqlqqlq K PP l 1 2 1 1212 2 11 1 2 2 2 1 重庆科技学院课程设计 输气管道沿线布站相关工艺计算 10 式中 输气管计算段起点和终点压力 Mpa 21 P P 各进气点的进气量 4 3 2 1 qqqqq dm3 6 10 计算段的长度 km l 天然气相对密度 水力摩阻系数 如不考虑进气分气影响 计算段长度为 4 3 ZT PP q D l B 2 2 2 1 2 5 2 113 105 4 3 压缩机站数 布站位置的计算 除去末段储气段 16Km 给剩下的 1659Km 的管道长度进行压缩机布置 天然 气气源压力为 6Mpa 不需加压 故设计时在起点不设压缩机 由已知数据 Z 0 89 首先假设压缩比0107 0 4 1 设计压力 6 5 求出进站压力 4 64 1 PMPa 2 P 4 1 5 6 MPa 1 第 1 站压缩机布置情况 第 1 站距离起点的长度计算 kml 8 20199 845 22 31589 00107 057 0 64 46 16 5 558 0 113 105 22 2 5 2 1 第 1 站压缩机布置在距离起点 201 8km 的位置 2 第 2 站压缩机布置情况 第 2 站到首站的长度计算 不考虑进气影响 计算段长度为 kml1 315 1 1445 22 31589 0 0107 0 57 0 57 16 5 558 0 113 105 22 2 5 2 2 重庆科技学院课程设计 输气管道沿线布站相关工艺计算 11 第 2 站压缩机布置在距离起点 315 1km 的位置 3 第 3 站压缩机布置情况 第 3 站到首站的长度计算 不考虑进气影响 计算段长度为 kml 4 840 4 2345 22 31589 0 0107 0 57 0 4 69 16 5 558 0 113 105 22 2 5 2 3 第 3 站压缩机布置在距离第二站 840 4km 的位置 4 第 4 站压缩机布置情况 第 4 站距离首站的长度计算 不考虑进气影响 计算段长度为 kml9 16176 3445 22 31589 00107 0 57 0 86 7 11 16 5 558 0 113 105 22 2 5 2 4 第 4 站压缩机布置在距离首站 1617 9km 的位置 因为除去已经计算的 201 8km 和末端 16km 的储气长度 管段上还有 1457 2km 需要布站 但是 1617 9km 1457 2km 所以可以不需增加布置站 综上 此输气干线共需布置 4 个压缩机站 4 4 压缩比 计算 由布站位置分布可知 第 2 站与末站的距离为 792 7km 根据管段长度 公式 4 2 已知 求 进而可知压缩比 l B Dq 1 P T 2 P 校核压缩比 ZT PP q D l B 2 2 2 12 5 2 113 105 31589 0 7 01 0 57 0 7 16 5 558 0 113 105 1 315 2 2 2 2 5 2 P 重庆科技学院课程设计 输气管道沿线布站相关工艺计算 12 MpaP7 4 2 压缩比为 39 1 7 4 5 6 MPa MPa 根据经验 压气站的设计压比不宜太高 否则将导致管道全线的压缩机功 率增大 同时管道的输气能耗及输气成本增大 我国的 输气管道工程设计规 范 GB 50251 94 建议 当采用离心式压缩机时 压气站的压比取 1 2 1 5 7 为宜 此外 在没有特殊要求的情况下 管道全线所有压气站的设计压比通常 取同一个值 在本设计中 取压缩比 为 1 4 最后通过校核压缩比 为 1 38 符合规范 故设计合理 4 5 压缩机的选择 压缩机的选型 压缩机选型应注意以下几点 1 压缩机组的选型和台数 应根据压气站的总流量 总压比 出战压力 气质等参数进行技术经济比较后确定 2 压气站选用离心式压缩机 单机级压缩的压比可在 1 2 1 5 3 统一压气站内的压缩机组 宜采用一机型 并有一台备用 4 压缩机的原动机选型 应结合当地能源供给情况 进行技术经济比较 后确定 5 在本设计中由于输送的是天然气 所以选择燃气轮机 取采方便稳定 较少其他设备投资 根据管道的输量和各站的压力比及组合方式由经验选择压缩机的型号 压缩机的有关参数 型号 RFB 36 型离心压缩机 功率 25094Kw 压比 1 4 排量 8 3m3 s 压力 3 88Mpa 进口温度 T1 40 出口温度 T2 140 外型尺寸 mm 2700 1700 2800 四台并联使用 重庆科技学院课程设计 布置压气站 13 5 布置压气站 在输气管道的设计中 很重要的一个工作就是如何把压气站沿线布置好 尽量少的站数 布置合理 还能完成数量的任务 利用管道末段储气是在夜间 用气低峰时 燃气储存在管道中 这时管内压力增高 白天用气高峰时 再将