输气管道课设

1、 （(北京） 西气东输管道总体工艺方案设计 计算说明书 专 业： 油气储运工程 班 级： XX级X班 姓 名： XX 学 号： XXXXXXXX 同组同学： X 指导教师： X 2011 年3 月 3 日 目 录 1. 设计任务书3 2. 设计方法和步骤6 3. 源程序12 4. 输出结果215. 分析与讨论236. 压气站工艺流程图24 长输管道工艺课程设计任务书一、基本设计条件1）年工作天数：350天2）气体标准状态：压力101325 Pa，温度203）设计输量：（100+k5）108Nm3/a，其中k为每位学生所在小组的组号4）管道长度：3894 km5）设计压力10MPa（绝）6）管材

2、等级：X707）管外径：1016mm8）管内壁粗糙度：采用内涂层，管内壁粗糙度取10m。9）设计地温由于线路距离比较长，沿线气象及地温情况变化大，以沿路线线走向近处的气象站点提供的1.6m处土壤年平均地温作为设计地温，根据变化幅度将全线共分为六段，详见表1。表1 西气东输管道沿线设计地温（）地名里程(km)间距(km)夏季平均地温夏季最热月平均地温年平均地温冬季平均地温轮南首站050324.525.217.08.8鄯哈界50317020.421.112.54.6湖东工区673135217.117.610.73.9甘塘镇202518515.415.910.44.7大水坑221067419.920

3、.513.97.7山西河南界2884101021.922.615.89.6上海末站389410）沿线总传热系数K值将全线大致分为四段，分别取不同的总传热系数。轮南红柳段（01055 km），取1.27 W/（m2）；红柳武威段（10551839 km），取1.53 W/（m2）；武威淮阳段（18393274 km），取1.18 W/（m2）；淮阳上海段（32743894 km），取2.16 W/（m2）。11）站内压降每座压气站站内压降取0.2MPa，其中压缩机入口段压降取0.15MPa，出口段压降取0.05MPa。12）压气站出站温度：考虑压缩机出口气体冷却，统一取50。13）气源供气条件：

4、轮南供气压力7.2 MPa（绝），供气温度19 。14）所输天然气的相对密度为0.6。15）所输天然气的平均压缩因子为0.9。16）管段输气效率为0.95。17）管道终点的允许最低压力为4.5MPa。18）压气站(不包括首站)的站压比推荐值为1.45。19）全线均按一类地区考虑。20）假设没有支线。21）压气站耗气率统一取0.995。二、设计任务1）自主开发一个无分支输气管道的总体工艺方案设计的计算机软件。2）针对上述基本设计条件，利用所开发的软件进行总体工艺方案设计。3）绘制中间站（配置2套燃气轮机离心压缩机组）的原理流程图。4）针对你的设计方案，试讨论如何进行西气东输管道总体工艺方案设计的

5、优化？（选做）三、基本设计要求1）采用Colebrook公式计算管段的水力摩阻系数。2）管段水力、热力计算按一定的空间步长分段进行。3）热力计算时要考虑节流效应，气体比热和节流效应系数可取近似值。4）末段储气能力尽可能大。5）总体工艺设计方案必须包括管径、管壁厚度、管材等级、设计压力、压气站位置、站压比、进/出站压力、进/出站温度、末段储气能力等。四、课程设计报告的内容及形式要求1）必须详细写出所采用的设计方法和步骤，描述方式要便于理解。2）必须包括所编制的工艺方案设计软件的源程序（打印版）。3）必须包括软件的直接输出结果（即工艺设计方案）并要求打印，输出格式要便于理解并尽可能美观。4）必须包

6、括中间站工艺流程图。可用计算机绘制，也可手工绘制，但必须规范，不允许徒手绘制。5）应对设计结果、设计方法和软件编制方法进行必要的讨论。6）必须有计算机打印的报告封面，封面格式可自行设计，但必须包括设计题目、班级、学号、学生姓名、指导教师姓名、完成时间等信息，并尽可能美观大方。7）报告装订次序：封面，设计任务书，设计方法和步骤，源程序，输出结果，分析与讨论，工艺流程图。五、进度安排1）第1周（2011.2.21 2011.2.27） 完成计算说明书（包括设计的方法和步骤），绘制压气站工艺流程图，构思压气站布站方法和程序框架。2）第2周（2011.2.28 2011.3.6） 计算机编程、程序调试

7、、输出结果的分析与讨论，完成课程设计报告。六、参考书目姚光镇. 输气管道设计与管理. 石油大学出版社，1991 设计方法及步骤 一、 管道壁厚计算根据管道壁厚计算公式： 其中： 壁厚管道设计压力，P=10-0.1=9.9MPa（表压） 管道外径，D=1016mm 钢管的最低屈服强度，X70钢最低屈服强度值为483 MPa 焊缝系数，取值为1.0 强度设计系数，一类地区取值为0.72 温度折减系数，当温度低于120时，取按照APISPEC5L规范，对应于管径壁厚的系列为7.9、8.7、9.5、10.3、11.1、11.9、12.7、14.3、15.9、17.5、19.1、20.6选择壁厚为15.

8、9mm的系列，即二、 根据设计地温和沿线总传热系数K值将管段进行分段，分段结果见下表：管段Km沿线总传热系数K W/（m2）夏季最热月平均地温 05031.2725.25036731.2721.167310551.2717.6105518391.5317.6183920251.1817.6202522101.1815.9221022841.1820.5228432741.1822.6327438942.1622.6三、水力摩阻系数的计算（1）根据Colebrook公式式中： 理论摩阻系数 当量粗糙度， 管道内径 雷诺数（2）根据雷诺数公式：式中： 天然气的相对密度输量，管道内径，天然气的动力粘

9、度，取值为（3）由管段输气效率根据公式：式中： 管段输气效率 管道理论摩阻系数 管道实际的摩阻系数利用迭代法，进行水力摩阻系数的计算。取的初值为0.01，精度为进行迭代，计算出，然后用输气效率公式计算出实际的水力摩阻系数。因为压气站耗气率为0.995，所以每个压气站出口的流量都不同，从而雷诺数不同，导致各站间的摩阻系数不同，因此每个站间都需要计算摩阻系数，上述过程均采用编程进行。四、为确定管道末端最优长度进行初步布站1、初步布站的目的设计任务书要求管道末端储气能力尽可能大，所以在布置压气站之前要确定末端的最优长度。在确定最优长度时要确定末端的流量以及摩阻系数等参数，因此应首先从起点向终点进行布

10、站，这样可以知道管路全线的压气站个数，保证在计算管道末端的最优长度时有确定的数据（如流量、摩阻系数等）。管道末端最优长度确定后，然后对已经布置的压气站的站间距进行适当调整，最终确定压气站的站址。2、布站采用的方法由于输气的平均温度是需要计算的，取一定的空间步长进行计算。从管段的起点开始计算，取步长，压气站的出站压力为，出站温度为。每一小段的平均温度近似的取该段起点的温度，每小段的终点温度用考虑了焦耳汤姆逊效应的苏霍夫温降公式计算，每小段的终点压力用水平管段的流量公式计算。然后逐次进行各小段的水力、热力计算。（1）每小段的气体流动可以认为是水平输气管段稳态流动，由公式 其中：常数，公式中均采用我

11、国法定单位时，= 每小段管段的起点压力每小段管段的终点压力 管道内径实际的摩阻系数 天然气的平均压缩因子天然气的相对密度每小管段的平均温度，取值为管段的这段段首的温度 所取空间步长，取值为（2）根据输气管的温度分布公式计算第一小段终点的温度：式中： 这一小段管段的起点温度这一小段管段的终点温度焦耳汤姆逊效应系数，近似取，这一小段管段的起点压力这一小段管段的终点压力式中：沿线总传热系数，W/（m2） 管道外径， 气体质量流量为标态下空气的密度定压比热，近似取，=2.640kJ/(kg. K)所取空间步长，取值为1km3、压气站压比的确定取压缩机(不包括首站)的压比为推荐值1.45，设计压力为，每

12、座压气站站内压降取。其中压缩机入口段压降取，出口段压降取。设计时为了有效的利用管道强度，设每座压气站出站压力都为设计压力10。则每座压气站压缩机出口压力为，压缩机进口压力为，压气站进站压力为 。如果首站压不设计压气站，则首站供气压力7.2 ，在经过很短的距离后就可以达到设计的进站压力7.08 ，出于经济考虑，所以建议在首站布置压缩机组。然后进行下每一小段的计算，下一小段的起点压力为上一小段的终点压力，温度为上一小段的终点温度，按照上述公式逐次计算出这一小段的终点压力和终点温度，以此类推，每一小段逐次进行压力与温度计算，直到算到某一小段的终点压力小于设计的进站压力7.08 时，在该段的起点布站。

13、然后再利用上述方法逐次进行布站。4、初步布站的结果体积流量()站址（km）摩阻系数进站压力（MPa）进站温度(K)首站460.6500.0091867.200000292.000第2站458.342080.0091887.086489301.869第3站456.054180.0091897.095446299.962第4站453.776300.0091917.086492297.067第5站451.508460.0091927.094661296.607第6站449.2410640.0091947.084803294.667第7站447.0012860.0091957.089229294.54

14、8第8站444.7615100.0091977.093917294.430第9站442.5417360.0091987.094365295.352第10站440.3319640.0092007.084509295.691第11站438.1221940.0092017.090231298.262第12站435.9324250.0092037.093348298.274第13站433.7526580.0092047.084571298.198第14站431.5928940.0092067.081369299.374第15站429.4331320.0092077.092844297.642第16站4

15、27.2833720.0092097.085950295.191第17站425.1436180.0092107.093112295.141末站3894由输出的结果可以知道管道全线的压气站个数为17个。因此，在确定最优末端长度时就可以计算出末端的流量以及水力摩阻系数。5、 末段最优长度的计算假设管道末段气体温度的平均值,其中为管道末段起点气体的温度，即为最后一个压气站的出站气体温度，则，为管道末段终点气体的温度，初值取为，为管道末段的设计地温，。根据最优末段长度计算公式计算出最优末段长度，然后利用一定的空间步长（步长取为1km）从管道末段起点开始进行水力、热力计算，一直算到管道的终点，如果管道终

16、点气体的温度和初值之差的绝对值大于0.01，则利用计算的管道终点气体的温度和管道末段起点气体的温度算出新的管道末段气体温度的平均值，再算出新的最优末段长度，然后再利用一定的空间步长从管道末段起点进行水力、热力计算，算出管道末段终点气体的温度，利用此温度和上一次计算出的管道末段终点气体的温度做差，差值的绝对值小于0.01时，取管道末段终点气体的温度为此次计算的值，否则利用上述计算方法继续进行迭代计算，直到计算结果满足上述要求为止。迭代后算得管道末段终点气体的温度为297.305K，管道末段气体温度的平均值为305.905K, 最优末段长度为198km。末段输气管的储气能力为：代入各数据算得末段输

17、气管的储气能力=1606322.827五、 正式布站管道末端最优长度为198km,在确定了末段最优长度后，即确定了最后一个压气站的位置，所以要对初步布站结果作调整，使原来的压气站站址在较合适的位置上。将初步布站结果在程序上做相应地调整，最后程序输出结果见下表：站址（km）站间距(km)进站压力（MPa）站压比进站温度(K)首站07.20001.43292.00第2站2122127.01861.46301.701第3站4262147.02131.46301.608第4站6432177.01611.46299.510第5站8642217.00921.46296.597第6站10872237.017

18、11.46296.097第7站13132267.02361.46294.394第8站15422297.01351.46294.213第9站17732317.01901.46294.100第10站20062337.01531.46295.458第11站22412357.01231.46295.787第12站24772367.01421.46298.052第13站27152387.02041.46297.951第14站29562417.01121.46298.370第15站31992437.00951.46299.075第16站34452467.02171.46296.214第17站3696251

19、7.01651.46295.003末站3894198 7.7365297.305正式布站的结果如上表所示，全线有17座压气站。压气站（除首站）的压比为1.46。全线的站间距逐渐增大，最大为251km。输出结果 分析与讨论下面对设计方法和软件编制过程中使用的方法进行分析和讨论：（1）设计方法的分析与讨论在设计一条长距离输送管道时，首先要确定其设计压力，选择管道的钢材等级以及管道的外径。再由管道的壁厚公式确定管道的壁厚，全线的壁厚是相同的。这主要是因为气体具有压缩性，因此保证安全，全线采用15.9mm的等壁厚管道。在确定输气的平均温度时，采用分小段的方法。从管段的起点开始计算，取步长，压气站的出站压力为，出站温度为。每一小段的平均温度近似的取该段起点的温度，每小段的终点温度用考虑了焦耳汤姆逊效应的苏霍夫温降公式计算，每小段的终