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某天然气管道工艺设计1 绪论1.1引言 随着人类社会的发展,人类使用的燃料也经历了漫长的禾薪时代和燃煤时代，而现在已进入石油和天然气时代。气体燃料在能源结构中比例的升高，是人们生活水平、生活质量的提高和社会发展进步程度的重要标志。 天然气作为能源和化工原料，在国民经济发展中日益占有更重要的地位。天然气的热值高，介于3235，不含灰份，扩散性好，容易燃烧完全，不污染环境，运输方便，价格低廉是理想的工业及民用燃料。用在发电方面可使火力发电站的投资较燃煤减少20%左右，而且管理方便，易于实现自动化，使发电成本大大下降；用在炼铁上，可使焦比下降15%以上，获得更好的经济效益；在民用方面，煤炉热效率一般只有2025%，而一个构造良好的天然气炉灶热效率可达60%以上，而且使用方便，卫生，很受居民欢迎1。天然气的主要成分是甲烷及少量的乙烷、丙烷、丁烷等。甲烷除用作燃料外，还可直接用于生产氢氰酸、二硫化碳、卤化甲烷、炭黑等；经裂解得到乙炔，从乙炔出发可以生产塑料，裂解后得到乙烯、丙烯、丁烯，也可生产合成橡胶、合成纤维、塑料及其他一系列产品。天然气中有的还含有少量的硫化氢、二氧化碳、氮、氦等，也是极有用途的原料。硫化氢可用于生产硫磺，硫酸，二氧化碳可以制造成冰，氦更是国防和原子能工业需要的产品。专家预测，在21世纪的能源结构中，天然气将占主导地位。我国天然气资源非常丰富，是今后很长时期内国民经济发展的重要因素之一；也是石油天然气工业新的经济增长点。目前，我国天然气工业已呈现出一派蓬勃发展的景象。管道输送是天然气输送的主要方式，管道输送具有能耗少、运费低、运量大、连续密闭输送、安全性好的优点。近年来天然气的经济和环保价值日益受到各国重视，探明储量已超过了石油，天然气工业发展面临新的机遇。从以上这些可以发现，天然气不管对居民还是工业都具有很重要的意义。那么如何用最少的费用把天然气从气源地输送到用户集中的城市则是另一个更为严峻的问题。本设计将通过实例来讨论上面提出的问题，并通过计算得出最合理、最经济的方案。1.2 天然气管道输送发展现状1.2.1 世界发展现状管道输送是天然气运输的一种主要方式，一般采用埋地敷设方式，具有建设快，运输成本低，工作安全可靠等优点。近几年，天然气管道输送在世界范围内得到了飞速发展。目前世界已建成管道200多万千米，随着管网规模的扩大和管道科技水平的提高，天然气管道运输在世界经济和大部分工业发达国家经济中起着越来越重要的作用。天然气管道建设的特点正朝着大口径，高强度，高压，薄壁厚，长距离的方向发展，并且随着电子计算机、仪表自动化技术的发展，目前国外已广泛采用“监控与数据采集系统”来完成对天然气管道输送的自动监控和自动保护，并已成为管道自动控制系统的基本模式。目前，最长的输气干线大约5000千米以上。国外新建管线的输送压力较过去为高，俄罗斯输气管线的压力一般为10左右，美国阿拉斯加输气管线压力高达11.82。随着世界对能源需求量的不断增长和大批边远油气田的开发，20世纪70年代以来，世界长输管道得到了迅速发展。近30多年来，欧美各国投入了大量资金建设了一大批长距离、大口径输气管线.美国为了开发利用阿拉斯加的天然气资源，于19801986年建成了美国横贯阿拉斯加输气管线系统，该系统贯穿阿拉斯加和加拿大境内，向美国本土48个州输气，总长达7763。前苏联至1987年以来，输气管道的平均长度已近2000，天然气的平均运距猛增：2000年是10年前的1.4倍，20年前的3倍，30年前的4.6倍。1.2.2 国内发展现状近20多年来，我国长输技术也有很大的发展，有的已达到了世界先进水平。有“地下能源大动脉”之称的我国管道运输网已形成覆盖16个省区市，四通八达、输配有序的石油、天然气管网体系，建设总里程突破2，全国绝大多数天然气和原油的运输都是通过管道完成的，管道运输已居我国运输行业的第四位。西气东输管道工程的成功建成，使得西部丰富的天然气输送到东部经济发达地区，既促进了东部经济的迅速发展，又为开发西部提供了机遇，同时也为接入周边国家丰富的天然气资源创造了有利条件，成为发展西部，促进东部经济腾飞必不可少的物质基础。“西气东输”工程的成功建设是我国实施西部大开发的重大举措，它为进一步发展我国的长输管道和进一步提高我国的长输技术水平提供了新的机遇以及挑战。2 总论2.1设计原则（1）严格执行国家、行业的有关标准、规范，并参照有关国家的有关标准、规范(见下面2.3节)；（2）根据已知条件、要求进行工艺设计计算，确保供气的安全、平稳、连续、可靠；（3）采用国内外先进、成熟、适用的材料、设备、技术，使设计的管道安全、先进、可靠。优先考虑满足条件的国产材料、设备，充分体现国产化的要求； （4）进行技术-经济计算，尽可能的降低工程投资，确保较好的经济效益、社会效益；2.2设计的目的和意义随着管道建设的大型化，建设管道需要耗费巨额基建投资，使得人们要寻求一种最佳组合方案，以求费用最小。即是根据技术经济学的原理，通过对各个可行方案的技术分析、经济比较和效益评价，寻求到技术与经济的最佳组合，以确定技术先进、经济合理的最优经济方案。对天然气管线而言，就是通过对各个可行方案的技术分析和经济比较，寻求管径、壁厚、压缩机站数目、压缩机站间距、以及压缩机站进、出站压力、等主要技术经济参数最佳组合（在满足一定约束条件的情况下），使得系统的年折合费用最低。通过管道系统的优化研究，可以得到经济合理的设计方案和运行参数，使得系统工作在最佳状态下，达到节约能源、少投入、多产出以达到节省基建投资和提高经济效益的目的。可见，对管道进行合理的设计是具有重大的意义。2.3设计标准、规范（1）输气管道工程设计规范，50251-2003；（2）长距离输油输气管道测量规范，0055-93；（3）原油和天然气工程设计防火规范，50183-93；（4）天然气热量、密度和相对密度的计算方法，11062-89；（5）石油地面工程设计文件编制规程，0009-93。2.4设计给出的原始数据天然气成分见表2-1：表2-1 天然气组成成分CH4C2H6C3H8H2SCO2H2O体积比0.936780.0190250.0060670.0000010.0380.000127起点压力：4.8；起点供气温度：380C；终点配气压力：不低于1.8；线路概况：全长640，沿线高差不能忽略；任务输量：25亿方/年；第20号桩分输量：3亿方/年；工作天数：360天/年；沿线里程与供气系数见表2-2和表2-3：表2-2 沿程高差桩号里程（km）高程(m)101140.522610863539654621075575853.6678832.9785921.8888954.391081033.710139925.6111681126.512190934.4132001095.4142071032.115215916.816222807.2沿程高差 续表2-2桩号里程（km）高程(m)17224103518227883.819231922.220241964212451003.622257125723273885.124302806.7253101027.9263191315.5273251230.6283911287.2294081426.7304201102.631544973.3325631403.3335671606.7345791126.135618844.2366311227.937637895.3386401227.9表2-3 供气系数时间上午下午1:000.351.6722:000.431.0363:000.50.764:000.531.0755:000.691.256:000.781.956 供气系数 续表2-3时间上午下午7:001.172.2938:001.361.7789:001.131.07110:001.210.80511:001.530.55312:001.750.4052.5主要设计内容本设计主要内容有：（1） 输气管道内径、壁厚等的确定；（2） 末段储气能力的计算；（3） 压缩机站的布置；（4） 计算沿线压力，温度，流速分布；（5） 建最优化模型（技术-经济计算）；（6） 利用VB编制相关计算程序。2.6 需得到的设计成果（1）通过水力计算确定输气管道的内径和壁厚；（2）通过计算确定输气管道末段的储气能力；（3）得出压缩机站的布置方案；（4）建立技术-经济计算优化模型，并得出最优方案；（5）利用VB编制计算程序。3 输气管道工艺设计3.1基本参数的计算与选择3.1.1设计压力、管径、压缩比的设定计算时首先设定设计压力、管径、压缩比（可以先试算，然后选值）。通过查阅一些相关的规范和相关设计范例，可知压缩比在1.2-1.5范围内选值4。管径的选择需要先通过试算，然后按照有关规范中给出的标准钢管规格，选取与试算的管径相近的管径。3.1.2管材钢种等级的选择管材钢种等级的选择是长距离输气管道设计的一项非常重要的工作。在长距离输气管道建设中，线路部分的钢材消耗量要占到工程总消耗量的90%，而线路部分的投资要占到整个管道工程总投资的70%以上。选择合适的管材，可以减少整个工程的投资，也关系到整个管道的运行的安全性、可靠性、持久性（管道使用寿命）。当前管材的研究以发展优质高强度钢为主要方向，机械性能和化学成分是管材的两项基本指标。机械性能包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性等主要指标；化学成分则是形成材料机械性能和其它性能的物质基础。钢材的冶炼和制造方法对管材的形成也起着重要作用。 强度（主要考虑屈服强度）、韧性、可焊性是管材的三项基本质量指标，输送腐蚀性气体的管道还必须考虑棺材的抗腐蚀性能。天然气管道用管材发展的总趋势是：为提高天然气输送压力，采用高钢级管材，和研究、开发使用复合管材。我国以前因为技术水平的限制，大量采用进口管材，在最近一些年我国在管道用钢方面进行了科技攻关，并成功研制开发了X52-X70级的高等级管材，并逐步得到了广泛的运用，以西气东输管道工程为例，考虑到国内外管道的发展趋势和现实情况，最后确定管径选择1016、壁厚为14.6-26.2、输送压力为10，其确定的管材钢种等级为X70级。目前世界上已有国家开始研究更高级别的管材。本设计也选用X70级管材，其最小屈服极限是=480。以此为基准根据选择的管径和压力，确定壁厚。3.1.3计算流量的计算干线输气管道通过能力有评估性通过能力、设计通过能力之分。评估性通过能力是指在输气管道规划研究阶段和开始设计阶段，对通过能力的初步估算值，以便随后对各种可能的输气工艺方案进行计算。设计性通过能力是指相应于最优工艺方案的通过能力。所以在做规划设计时，是按照评估性通过能力来计算各种可能的输气工艺方案，而外部介质（大气和土壤）的温度取年平均值。根据用户年用气不均衡性（考虑年平均输气不均衡系数），确定输气管道每年输气工作天数，题目给出工作天数为360天/年。管道计算流量计算公式为3： （3-1）式中 输气管道计算流量,； 输气管道任务输量（已知）， ； 年工作天数； 年平均输气不均匀系数。3.1.4管道壁厚的计算 设计系数取值，见表3-1: （3-2）式中 输气管道壁厚，；输气管道设计压力（设定），；输气管道管径（设定），；所选管材的最小屈服强度（设定选择钢种等级为X70的管材，其最小屈服强度为=480000000），；设计系数（设定地区等级为四类，则设计系数=0.72）。计算所得的向上圆整（），所得即为壁厚。表3-1 设计系数地区等级管 线 所 建 地 区设计因素一一类安全防火地带;城市中以多层建筑物为主,交通频繁,并有大量地下公用设施的地带;水下穿越管线0.40二二类安全防火地带;空中跨越,铁路干线穿越管线0.50三三类安全防火地带;城镇郊区,农业及工业区0.60四四类安全防火地带;荒地、沙漠、丘陵、山区、草原及耕地0.723.1.5管道内径的计算 设定管道的管径为外径，内径即为外径减去两倍壁厚。 （3-3）式中 输气管道内径，；输气管道管径（已设），； 输气管道壁厚（已得），。3.1.6天然气密度的计算 （3-4）式中 标准状态下（273.15，101325），天然气密度，；组分的摩尔分数（对理想气体，摩尔分数和体积分数相等）；组分的分子量，。3.1.7天然气相对密度的计算 天然气相对密度： （3-5） 式中 标准状态下（273.15，101325），天然气相对密度；天然气密度（已知），； 干空气密度（在273.15，101325时，=1.293）。 压缩机入口进站压缩机出口出站图3-1 天然气进出站示意图3.1.8压缩机入口压力的计算 （3-6）式中 压缩机入口压力，；压缩机出口压力（即设计压力，设定），； 压缩比（设定）。3.1.9计算段起点压力计算压缩机出口压力即为设定的设计压力5 6。输气管道计算段的起点压力，即为压缩机站出站压力。 （3-7）式中 输气管道计算段的起点压力，；压缩机出口压力（即设计压力，设定），；压缩机与输气管道之间连接管段中的压力损失（取=0.05），；天然气在冷却系统中的压力损失（采用空冷器，取=0.0588），。 3.1.10计算段终点压力的计算 输气管道计算段的终点压力，即下一站进站压力。 （3-8）式中 输气管道计算段的终点压力，；压缩机入口压力（已求），；天然气在压缩机进口端的一级除尘装置、连接管线中的压力损失（取=0.11），。3.1.11计算段平均压力的计算已知输气管道计算段起点压力、终点压力。 （3-9）式中 输气管道计算段的平均压力，；输气管道计算段的起点压力（已求），；输气管道计算段的终点压力（已求），。3.1.12计算段中天然气平均温度的计算 天然气在输气管道计算段中的平均温度与很多参数有关：起点温度、沿线年平均地温、计算段长度、总传热系数、定压比热、焦-汤系数（节流效应）。设计阶段因为计算段长度（即压缩机站间距）、计算段中的平均温度都为未知数。只能先假设，然后计算修正直至较为准确为止。（a）确定计算段起点天然气温度（即压缩机站出口的天然气温度）。天然气在站内经压缩后必须用空冷器进行冷却，因此计算段起点温度应为经过空冷器冷却后的温度。从理论上讲，冷却温度越低越好，因为低温输送是提高输气管道通过能力、降低单位费用指标的主要途径之一，是当前天然气管道工艺输送方面的一大研究方向。但目前要考虑其可能性和合理性。一种方法：根据俄罗斯的经验，计算段起点天然气温度（即压缩机站出口的天然气温度）应保持在14-27之间；另一种方法：根据规定，计算段起点天然气温度（即压缩机站出口的天然气温度），应比沿线年平均气温高10-15。其计算公式7： （3-10）式中 输气管道计算段起点天然气温度，；沿线年平均气温，；对气候数据可变性的修正量（取=2），。(b)初步设定计算段中天然气的平均温度 =20； (c)已知和，查表3-2得天然气定压比热（注意单位）；表3-2 、下天然气的定压比热（）平均压力平均温度10152025304.52.5952.5852.5762.5692.5625.02.6392.6262.6152.6062.5975.52.6822.672.652.642.636.02.7252.7082.702.682.676.52.7682.7492.7322.7172.7037.52.8552.832.812.792.778.02.8982.872.852.832.81 、下天然气的定压比热（） 续表3-2平均压平均温度10152025308.52.9412.912.892.872.849.02.9852.952.932.902.887.02.8122.792.772.752.74 (d)已知和，查表3-3得焦-汤系数；表3-3 、下的焦-汤系数定压比热 平均温度10 15 20 25 30 2.504.294.133.973.813.672.554.214.033.893.743.602.604.133.973.813.673.532.654.053.893.743.593.462.703.983.823.673.533.392.753.903.753.613.473.342.803.833.683.543.403.282.853.773.623.483.553.222.903.703.563.423.293.172.953.643.503.363.233.11(e)初步设定管长；(f)总传热系数取=1.75，；(g)计算 （3-11）式中 总传热系数（取设定），；初步设定的管长，；质量流量， ； 标准状态下（273.5，101325），天然气相对密度； 天然气定压比热（由已知和，查表得），。（h）计算式中 上一步计算所得。（i）计算 （3-12）式中 输气管道计算段中天然气的平均温度，；输气管道沿线年平均地温（取平均值），；输气管道计算段起点天然气温度（即天然气出站温度，设定为=18），；上面计算所得； 上一步计算所得；焦-汤系数（由已知和，查表得），；输气管道计算段的起点压力，；输气管道计算段的终点压力，；输气管道计算段的平均压力，。（j）把计算结果与初步设定相比较，如果接近则结果为所求；如果不接近则须重新设定，直到接近为止。得到。3.1.13计算天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数 （3-13）式中 天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数；输气管道计算段的平均压力，。3.2管道末段储气能力的计算输气管道末段即最后一个压缩机站到城市配气站之间的管段。因为城市用户用气存在不均匀性，所以输气管道末段通常兼用做调节昼夜用气不均衡性的储气容器。末段的终点压力比前面各站间管段的终点压力要低得多，因此末段的长度比其它各中间站间管段要长的多。在设计一条新的长距离输气管道时，应先进行末段的计算，确定末段的管径和长度，然后再计算中间各站，对中间管段进行布站。如果输气管道在一开始就考虑利用末段作为解决昼夜“调峰”问题的措施。则输气管道末段的计算与其它各管段的计算存在以下区别：要考虑末段即能输气，又能储气，最理想的是使末段能代替为消除昼夜用气不均衡所需要的全部储气罐的容积。3.2.1要求末段储气容积的计算根据题目给出的供气系数，计算所要求的末段储气容积 8：(a)假设每日供气量为100，得每小时平均供气量为=4.17；(b)列表（如下表3-4）。计算每小时内供气量累积值，每小时内用气量累积值，每小时内储气量累积值（供气量累积值-用气量累积值）；(c)找出储气量累积值的最大值、最小值，根据下面式子计算要求的末段储气容积=日供气量 （3-14） 按表3-4有： =日供气量 = =1.539表3-4 储气容积计算表小时供气量累积值用气量储气量累积值该小时内累积值14.171.461.462.7128.341.793.255.09312.512.085.337.18416.682.217.549.14520.852.8810.4210.43625.023.2513.6711.35729.194.8818.5510.64833.365.6724.229.14 储气容积计算表 续表3-4小时供气量累积值用气量储气量累积值该小时内累积值937.534.7128.938.601041.705.0433.987.721145.876.3840.365.511250.047.3047.662.381354.216.9754.63-0.421458.384.3258.95-0.571562.553.1762.120.431666.724.4866.600.121770.895.2171.81-0.921875.068.1679.97-4.911666.724.4866.600.121770.895.2171.81-0.921875.068.1679.97-4.911979.239.5689.53-10.302083.407.4096.93-13.532187.574.47101.40-13.832291.743.36104.76-13.022395.912.31107.07-11.1624100.001.69108.76-8.763.2.2按假设的末段长度、管径计算末段储气能力（1）假设输气管道末段长度，输气管道末段管径取与各计算段相同的管径(前面已设定)；（2）计算输气管道末段输气量因为在中间第20号桩有分气，管道的末段输气量要利用给出的任务输量减去已知的管道沿线的分气量 （3-15）式中 输气管道末段输气量，；输气管道任务输气量，；输气管道沿线分气量，。 （3）确定储气开始末段终点压力（不低于城市配气管网的最小允许压力），本设计取=1820000 ；（4）确定储气终了末段起点压力（不高于压缩机站的最大工作压力），本设计取 =8500000；（5）初定末段天然气平均温度=273.15+18，；（6）初定末段天然气平均压缩性系数=0.864；（7）计算 （3-16）式中 设定量；输气管道管径（本设计假设末段与计算段管径相同，即取=，已设定），；末段天然气平均压缩性系数（该处取=0.864）， 标准状态下（273.5，101325），天然气相对密度 ；末段天然气平均温度（该处取273.5+18K），K；输气管道末段长度（已假设）（8）计算末段管道几何容积 （3-17）式中 输气管道末段几何容积，；圆周率，取=3.1415；输气管道管径（本设计假设末段与计算段管径相同，取，已设定），； 输气管道末段长度（已假设）。 （9）计算储气开始末段起点压力 （3-18）式中 储气开始末段起点压力，；储气开始末段终点压力（已取=1900000 ），；输气管道末段输气量，；设定量（前面已求得）。（10）计算储气开始末段平均压力 （3-19）式中 储气开始末段平均压力，；储气开始末段起点压力（上一步已求得），；储气开始末段终点压力（已取=1900000 ），。 （11）计算储气开始末段天然气压缩系数 （3-20）式中 储气开始末段天然气压缩系数；储气开始末段平均压力（上一步已求得），。（12）储气开始，输气管道末段中的气体量 （3-21）式中 储气开始，输气管道末段中的气体量，；输气管道末段几何容积（已求得），；储气开始末段平均压力（已求得），；末段天然气平均温度（前面已知），；标准状态下的压力（=101325），；标准状态下的温度（=273.15），；储气开始末段天然气压缩系数。（13）计算储气终了末段终点压力 （3-22）式中 储气终了末段终点压力，；储气终了末段起点压力（已取=8500000），；输气管道末段输气量，；设定量（前面已求得）。（14）计算储气终了末段平均压力 （3-23）式中 储气终了末段平均压力，；储气终了末段起点压力（已取=8500000），；储气终了末段终点压力（上一步已求得），。（15）计算储气终了末段天然气压缩系数 （3-24）式中 储气终了末段天然气压缩系数；储气终了末段平均压力（上一步已求得），；（16）储气终了，输气管道末段中的气体量 （3-25）式中 储气终了，输气管道末段中的气体量，；输气管道末段几何容积（已求得），；储气终了末段平均压力（已求得），；末段天然气平均温度（前面已知），；标准状态下的压力（=101325），；标准状态下的温度（=273.15），；储气终了末段天然气压缩系数。（17）计算末段的储气能力 （3-26）式中 按所设末段长度、所设管径求得的末段储气能力，； 储气开始，输气管道末段中的气体量，； 储气终了，输气管道末段中的气体量，。 3.2.3末段长度、储气能力的确定把3-26的计算结果与3-14中计算出的要求末段储气容积 相比较，如果接近，则所假设的末段长度满足工艺要求：如果不接近，则重新假设末段长度，按3-15到3-26重新计算直到接近为止。得到、。3.3压缩机站的布置 因为本设计中输气管道线路地形起伏，并且高差超过200，故布站是必须考虑地形和高差的影响。 又因为在第20号桩点处有一分气支线，故在包含第20号桩点的管段内的计算要考虑分气。下面分沿线无分气支线、沿线有分气支线两方面来讨论。压缩机站的布置需要采用试算法进行计算。3.3.1沿线无分气、进气支线时压缩机站的布置0 5 3 1 4 2 99 第1站 第2站 图3-2 布站示意图（无进分气时） （1）假设1、2站站间距为 ，则假设的第2站位置在距离起点处；（2）确定第2站在哪两个桩号之间。 把与已知的沿程各桩点位置相比较。如果满足 ；同时 。即： （3-27）式中第2站前一桩点距起点距离，； 第2站后一桩点距起点距离，。则假设的第2站的位置在，+1两个桩号之间（3）计算第2站处的正弦值 54 99 图3-3 计算站点处正弦值 （3-28）式中 第2站所在位置的正弦值；第2站前一桩点高程，；第2站后一桩点高程，；第2站前一桩点距起点距离，；第2站后一桩点距起点距离，。（4）确定起点高程，终点高程。起点高程即为第1桩点（0处）高程（已知），； （3-29）式中 1、2站间计算段起点高程（即第1站所在位置高程），； 1、2站间计算段终点高程（即第2站所在位置高程），； 1、2站站间距（前面已假设），； 第2站前一桩点距起点距离，； 第2站前一桩点高程，； 第2站所在位置的正弦值。（5）计算计算段起终点高差 （3-30）式中 计算段起终点高差，；计算段终点高程，；计算段起点高程，。（6）计算 ； （3-31）式中 设定量；重力加速度（取=9.8），；天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数（在第一部分中已求得）；气体常数（取8.314），；计算段中天然气的平均温度（，在第一部分中已求得），。 （7）计算 例如示图2中，则有： （3-32）（8）计算水力摩阻系数 （3-33）式中 水利摩阻系数；输气管道管径，；（9）计算 （3-34） 式中 天然气在标况下的体积流量（在假设站间距的基础上求得），；输气管道计算段的起点压力，；输气管道计算段的终点压力，；设定量（前面已求得）； 计算段起终点高差，；输气管道管径，；水利摩阻系数；计算段中天然气的平均压缩性系数；标准状态下（273.15K，101325），天然气相对密度；计算段中天然气的平均温度，；已假设的1、2站站间距（即第2站距起点距离），；设定量（前面已求出）。（10）把计算结果与已知的输气量相比较。如果接近，则所假设的站间距是合适的；如果不接近，则重新假设站间距，直到接近为止。得第1、2站间距，即第2站的位置。（11）以第2站为起点，按上面方法依次求得第3、4站的位置。3.3.2沿线有进气、分气支线时压缩机站的布置本设计在第20桩有一分气支线，无进气支线。 22 20分气点 19 21 第m站位置 m+1站位置 图3-4 布站示意图（有分气时）（1）以第站（上一站）为起点，假设第、站站间距为。第m站距离起点的距离为。则假设的第站位置在距离站处，在距离起点+处。（2）确定第站在哪两个桩号之间。 把与已知的沿程各桩点位置相比较。如果满足 ，同时 。即： (3-35) 式中 第站前一桩点距起点距离，； 第站后一桩点距起点距离，。 则假设的第站的位置在，+1两个桩号之间。（3）计算第站处的正弦值 (3-36)式中 第站所在位置的正弦值；第站前一桩点高程，；第站后一桩点高程，；第站前一桩点距起点距离，；第站后一桩点距起点距离，。（4）确定起点高程，终点高程起点高程，计算段起点高程为第站所在位置的高程（即为上一计算段终点高程，前面已求出），； 终点高程 (3-37)式中 、站间计算段起点高程（即第m站所在位置高程），；、站间计算段终点高程（即第m+1站所在位置高程），；第站距离起点的距离(前面各站间距之和)，；、站站间距（前面已假设），；第站前一桩点距起点距离，；第站前一桩点高程，；第站所在位置的正弦值。（5）计算计算段起终点高差 (3-38)式中 计算段起终点高差，；计算段终点高程，；计算段起点高程，。（6）计算 ； (3-39)式中 设定量；重力加速度（取），；天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数（在第一部分中已求得）；气体常数（取8.314），；计算段中天然气的平均温度（，在第一部分中已求得），。 （7）计算 (3-40)式中 设定量；天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数（在第一部分中已求得）；标准状态下（273.5，101325），天然气相对密度；计算段中天然气的平均温度（，在第一部分中已求得），。水利摩阻系数（前面已求得）；输气管道管径，。（8）计算 例如示图3-4中，则有： (3-41)（9）计算例如示图3-4中，则有： (3-42)（10）计算 (3-43)式中 设定量； 、站站间距（前面已假设），； 设定量；上面已求得。（11）计算 (3-44)式中 设定量； 分气点、站之间的距离，； 分气量（题目已知），； 设定量； 前面已求得。（12）计算 (3-45)式中 设定量； 分气点、站之间的距离，； 分气量（题目已知），； 设定量； 前面已求得。 （13）计算 (3-46)式中 天然气在标况下的体积流量（在假设站间距的基础上求得），；设定量（前面已求得）；设定量（前面已求得）；设定量（前面已求得）； 输气管道计算段的起点压力，； 输气管道计算段的终点压力，；设定量（前面已求得）；计算段起终点高差，；设定量（前面已求得）。（14）把计算结果与已知的输气量相比较。如果接近，则所假设的站间距是合适的；如果不接近，则重新假设站间距，直到接近为止。得第、站站间距，即第站的位置。（15）以第站为起点，按3.3.1算后面站位置。3.4选择设备3.4.1压缩机及驱动设备压缩机的作用是给气体提供输送压力，因此常常将压缩机比喻成管道输送的心脏。压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积型、动力型(速度型或透平型)和热力型三种。容积压缩机中气体压力升高是通过将气体体积进行压缩实现的；动力压缩机中，压力升高是通过压缩机高速旋转叶轮对气体作用提高气体动能，并将动能转化为压能来实现的；热力型压缩机是通过噴射的高速气体在扩压器中与需增压气体混合，将动能转化为压力能的。容积型压缩机又可分为往复式压缩机和旋转式压缩机。动力型压缩机可分为离心式压缩机和轴流式压缩机等。目前，天然气管道中用得较多的往复式压缩机和离心式压缩机。压缩机的驱动设备主要是电动机，天然气发动机和燃气轮机。压缩机和原动机选用除考虑上述各种机型的特点外，还应注意以下问题：（1）由于压缩机组与管道联合工作二者互相影响和制约，因此，应考虑管道和压缩的工艺要求，经济条件等，确定压缩机组类型，型号和规格。其工艺要求包排量变化范围，进出口压力，排气温度等。经济条件包括压缩机与管道匹配时管材，管壁厚，压缩机站数，动力费用等。（2）由于压缩机组的负荷随投产年限，季节等的变化而变化。因此要求压缩机组操作灵活，可调节范围宽。（3）应根据生产特点和现场条件等具体要求，考虑压缩机组的使用性能和结构参数。其中使用性能包括压缩机组的燃料和动力消耗，工作效率，运转率和检修周期以及操作维修难易程度等；而结构参数包括压缩机组的重量和空间尺寸，它将影响厂房规模，配管方案的投资费用等。（4）有利于实现自动控制，提高管道的运行管理水平。（5）还应考虑机组的使用寿命，制造水平及供货情况。压气站压缩机组采用燃压机组并联运行，这样可以满足管道不同时期输量增长的加压需要，提高燃压机组综合效率。按工作两台备用一台考虑。压缩机采用离心式。和往复式压缩机相比，离心式压缩机的主要优点是排量大且均匀、连续，结构紧凑，尺寸小，重量轻，摩擦部件少，振动小，易损件少，操作灵活，易于实现自动控制。燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮等部分组成的连续旋转式热机。其主要特点是装置紧凑，轻小，安装维修方便，启动快，运行可靠，自动化程度高。所以压气站压缩机选用燃气轮机驱动。驱动设备采用意大利新比隆公司产的16型燃气轮机9。3.4.2清管设备清管设备是管道在施工和运行过程中需要用到的设备之一，其作用包括：（1）清管以提高管道效率；（2）测量和检查管道周向变形，如凹凸变形；（3）从内部检测管道金属的所有损失.如腐蚀等；（4）对新建管道在进行严密性试验后，清除积液和杂质。清管设备的设计和安装应满足一定的