燃气及成品油管道输送课程设计

1、重庆科技学院管道输送技术课程设计报告 学 院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 油气储运 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位）： k栋801 设计题目: 某输气管道工艺设计 完成日期：2015 年 1月10日指导教师评语: 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）: 目 录1 设计总则11.1设计标准12设计任务参数22.1设计工程概况23 确定管道评估性通气能力34 输气管道规格44.1天然气的密度及相对密度44.2天然气运动黏度44.3末端储气量计算54.4 末端最大储气量计算74.5管段平均直径D计算84.6管段壁厚确定95 压缩机选择与布置125.1压缩机站的确定125.2计算各站间

2、进出站压力135.3 压缩机功率计算145.4压缩机选型146 结论156.1管道评估性通气能力166.2 输气管道规格166.3压缩机站数及压缩比166.4压缩机选型16参考文献171 设计总则1.1设计标准本设计主要依据的是课程设计任务书提供的设计参数以及输气管道工程设计规范GB50251-94进行设计计算。1.2设计原则输气管道工程设计应遵照下列原则：（1）输气管道工程设计规范GB50251-2003（2）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；（3）采用先进技术，努力吸收国内外新的科技成果；（5）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。 （6）

3、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。（7）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。2设计任务参数2.1设计工程概况某长距离输气干线，沿线地形起伏不大，海拔高度1200m。要求对该管道进行工艺设计。设计要求如下：（1） 确定管道评估性通气能力（2） 输气管道规格（3） 压缩机站数及压缩比（4） 确定压缩机机组的功率与型号（5） 布置压气站2.2其他有关基础数据 所输天然气组分见下表2-1：表2-1 天然气相关组分组成Mol%组成Mol%甲烷95己烷0.06乙烷1.2硫化氢0.2丙

4、烷1.47二氧化碳0.37丁烷0.32氮1.3正戊烷0.02氦0.00（2）天然气的温度为27，管道全长1080km，任务输量为：26亿方/年，起点气源压力为:6.2MPa；（3）压气站最大工作压力为7.5MPa，进站压力为5.4MPa，各站自用气系数为0.5%，末端最低压力2.0MPa；（4）入站口到压缩机入口压损为0.1MPa；压缩机出口到压缩站压损0.2MPa2.3设计要求（1）确定管道评估性通气能力；（2）输气管道规格；（3）压缩机站数及压缩比；（4）确定压缩机机组的功率与型号；（5）布置压气站。 3 确定管道评估性通气能力任务年输量为26亿方/年。根据GB50251-2003输气管道

5、工程设计规范规定：输气管道的设计输送能力应按设计委托书或合同规定的年或日最大输气量计算，设计年工作天数应按350d计算（350d是为冬夏平衡，同时最大输气量应以标态计算。）。由上计算可得该管道通气能力为85.98立方米每秒。4 输气管道规格4.1天然气的密度及相对密度 由气体的相对分子质量公式： (4-1)得出:由公式得：在标准状态下，天然气的密度与干空气的密度之比称为相对密度。天然气相对密度用符号用表示，则有： (4-2)式中 气体的相对密度 气体的密度 空气的密度，在工程标准下，为1.206 相对密度： =0.729/1.206=0.6044.2天然气运动黏度 （1）由各组分黏度计算天然气

6、黏度： (4-3) 代入数据得： 所以按公式计算得动力黏度:=44.30/4.19=10.57MPas （2）计算天然气运动黏度:4.3末段储量计算假设末段管径770mm，压缩比1.3，式中 气体流量， 气体响度密度 d输气管径，cm u气体的动力粘度， 式中 气体平均压力式中 平均压力 起点压力 终点压力（1）计算管径为满足储气要求，设计最大储气量为日输气量的40%，即式中 d管道内径，mm; 末段起点最大压力，Pa; 末段终点最小压力，Pa; 标况下的温度（）； 标准大气压（）；转换系数值，取值0.03848。相对误差：上式中参数的计算公式如下：式中 水利摩阻系数； 气体压缩因子； 气体的

7、相对密度； 输气管道内气体的平均温度，K；管道内径，mm；转换系数值，取值0.03848。根据最优末段长度计算公式：式中 最优末段长度，m； 末段起点最大压力，Pa； 末段终点最小压力，Pa；由任务书知：4.4末段最大储气量的确定储气开始时，终点的最低压力应该不低于配气站要求的最低供气压力，故为已知，此时有： （3-3）式中 开始储气时末段起点的最低压力； 开始储气时末段终点的最低压力。储气结束时，起点最高压力应该不超过最后一个压气站的最大出口压力或管路的强度，故为已知，则有： （3-4）式中 储气结束时末段终点的最高压力； 储气结束时末段起点的最高压力。根据输气管道末段储气开始和结束时的平均

8、压力和可以算出末段输气管道的储气能力，计算公式如下： （3-5）式中 标况下的温度（）； 标准大气压（）；将数据代入（3-5）计算可得：4.5管段的平均直径D的确定由于全线起伏不大()，所以管段平均直径的计算我采用的是潘汉德尔公式：式中 在标准状况下（=0.101325MPa，T=293K）气体流量，； 输气管内直径，cm； 输气管计算段起点压力（绝），MPa； 输气管计算段终点压力（绝），MPa； 气体的压缩系数； 气体的平均绝对温度，K； 气体的相对密度； 输气管计算段的长度，km，（计算段长度为输气管实长和局部摩阻损失当量长度之和。在无实测资料时，平原、丘陵地区取管道长度的1.031.0

9、5，山区管道取1.061.08作为计算长度。）d=701mm取值d=720mm4.6 确定管壁厚度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： ( 式中 p管线设计的工作压力，10MPa； d管线内径，mm；焊缝系数：无缝钢管=1，缝管和螺旋焊缝钢管=1， 旋埋弧焊钢管=0.9； 刚性屈服极限，MPa(查表4.1材料刚性屈服极限)； F设计系数（查表4.2 管线设计系数）。钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482表4.1 材料刚

10、性屈服极限表4.2 管线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 这里选用直焊缝钢管=1；选用APIS-SL X70 =482MPa；因为此处为输气管道野外地区，取0.6。将数据代入计算管道壁厚：则管道外径为D1=750+9.7*2=769.4mm 管道外径为D2=750+9.9*2=769.8mm根据国标无缝钢管规格表选管径规格（表4-3国标无缝钢管规格）。综上选择外管径75010mm的管道，末端管径76210mm表4-3 国标无缝钢管规格直径厚度/mm管重/m直径/mm厚度/mm管重/m15

11、9415.2982010199.75518.9912239.1622.6414278.26219421.219208179.92526.399202.19631.5210224.41736.612268.7841.6314312.79273533.0410208199.65639.519224.38745.9210249.07852.2812298.29325539.4614347.31647.216396.14754.8918444.77862.54122010298.39970.1312357.471077.6814416.36377654.8916475.05763.8714201241

12、6.66872.814485.41981.6716553.961090.5162012475.84426662.1414554.46772.3316632.87882.4618711.1992.55182012535.0210102.5914623.5480670.1316711.79781.6518799.87893.1220887.769104.53202014692.5510115.916790.7529790.1118888.658102.7820986.49115.41221083.9510127.99222016869.616308122.7118977.429137.822211

13、92.4610152.89241299.687208140.46242016948.529157.8181066.210175.09201183.688208160.19221300.969179.99241418.05 5 压气站的布置与压缩机选型5.1压缩机站的确定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

14、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，则计算段变短输气管道末段终点配气站的进站压力比前面各站间管段终点低，同时，要求管道末段又具有一定的储气能力，这样，管道末段长度要比其他各站间管段长很多。同时，在输气管道沿线布置压缩机站时，工艺必须从末段开始，先决定其长度和管径，然后再进行其他各中间管段的计算。在进行压气站的布置时需要考虑的问题：1.为充分利用地层能量可以省去首站；2.注意末段储气的要求；3.使运行压力接

15、近管线承压；4.对于初期流量较小的管线，应分期建造压气站。干线输气管上布置压气站既要详尽地考虑工艺问题、地理地质问题，也要考虑经济问题，甚至与其它部门相联系的社会问题，力求做到方便于压气站的建设与管理，让整条管线发挥出最大的效益。站址不预先固定的压气站布置意味着仅仅根据水力条件来计算，其结果必然是理想化的，但其优点是便于我们了解布置压气站的基本方法和一般规律。输气管道沿线地形较为平坦，高差不超过200m，沿线又无进气或分气支线时，则根据下面公式计算站间距：压缩机站数：式中 输气管全长，m； 压缩机站数，计算结果向上取整； 末段管路长度，m； 平均站间距，m； 分别为管道起点压力和终点压力,Pa

16、。计算求得的压气站数，一般应向较大的方向化整。因此n=25.2计算各站间进出站压力根据经验，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 50251-2003）建议：当采用离心式压缩机时，压气站的压比取1.21.5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。取压缩比1.3PZ1=4.781.2=5.73MP7.5MPPZ2=5.731.3=7.45MP7.5MP5.3压缩机功率计算 式中：N-压缩机轴功率，kw -天然气质量流量，kg/s K-气体比热比 R-气体常数 Z-气

17、体压缩因子 E-压缩比 Y-压缩机效率5.4压缩机的选型一般选型原则，压缩机选型中要考虑的一般性问题是：介质；流量；排气压力；（1）考虑介质1)昂贵介质宜选用膜压缩机，如：氩气，氦气压缩机。2)冰箱、空调用制冷剂压缩机宜选用无泄漏全封闭特种压缩机，为了避免压缩过程中冷剂泄漏和噪音。 3)易燃易爆压缩机，如：氢气，乙炔压缩机，要考虑排气温度，考虑活塞杆和气阀的密封要求，考虑是否加注惰性气体作密封气。 4)对材料有腐蚀的气体，如氨压缩机，不得使用铜材。 5)有毒或剧毒气体(2) 考虑流量1)流量 60 m3/min (吸入态)宜选用活塞式或螺杆式压缩机。作为动力用的空气压缩机，仪表风、吹扫空气等的

18、压缩机在公用工程中被大量使用。 2)流量 50m3/min (吸入态)可选用离心式压缩机。 3)流量 150m3/min (吸入态) 宜选用离心式压缩机。(3) 考虑流量时应兼顾排气压力 1)流量 50 m3/min，压比大于9， 离心式压缩机效率急剧下降，这时： 二级叶轮变得很小，小于 100 mm; 转速变得很高， 大于30，000 rpm； 叶轮和轴承的制造难度均加大。表5.1 压缩机型号表压缩机型号介质进气压力(表压)MPa排气压力(表压)MPa排气量m3/s驱动功率kW外型尺寸长宽高（mm）D-2.4/(16-20)-250天然气252.4355600047602500DWWJD-3/(00.2)-7天然气0-0.020.73305000230024