管道输送课程设计

1、摘 要自然界中天然生成的气体化合物或气体元素的混合物统称为天然气。石油工业所述天然气是指从油气田开采出来的可燃性气体，它在各种压力和温度下的物性参数是管输工艺计算所必须的基本数据。 长距离输气管道由管路和压缩机站两部分组成，气体沿管道流动，需要消耗一定的能量，压缩机站的任务就是提供一定的能量，将天然气安全、经济地输送到终点。 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。通过已知的设计参数及基础数据，对该管道进行工艺设计。管道的设计计算和选择不当，将会影响整个系统的经济性及工作的可靠性，甚至会带来严重的破坏性事故。在对长距离输气干线的工艺设计中，管道设计十分

2、重要。本文根据课程设计任务书的要求，进行长距离输气管道管道规格设计。 关键词：输气管道 天然气 压缩机1 绪论自然界中天然生成的气体化合物或气体元素的混合物统称为天然气。石油工业所述天然气是指从油气田开采出来的可燃性气体，它在各种压力和温度下的物性参数是管输工艺计算所必须的基本数据。天然气管输系统是一个联系采气井与用户间的由复杂而庞大的管道及设备组成的采、输、供网络。一般而言，天然气从气井中采出至输送到用户，其基本输送过程(即输送流程)是：气井(或油井)-油气田矿场集输管网-天然气增压及净化-输气干线-城镇或工业区配气管网-用户。天然气管输系统虽然复杂而庞大，但将其系统中的管线、设备及设施进行

3、分析归纳，一般可分为以下几个基本组成部分，即：集气、配气管线及输气干线;天然气增压站及天然气净化处理厂;集输配气场站;清管及防腐站。天然气管输系统各部分以不同的方式相互连接或联系，组成一个密闭的天然气输送系统，即天然气是在密闭的系统内进行连续输送的。从天然气井采出的天然气，以及油井采出的原油中分离出的天然气，经油气田内部的矿场集输气支线及支干线，输往天然气增压站进行增压后(天然气压力较高，能保证天然气净化处理和输送时，可不增压)，输往天然气净化厂进行脱硫和脱水处理(含硫量达到管输气质要求的可以不进行净化处理)，然后通过矿场集气干线输往输气干线首站或干线中问站，进入输气干线，输气干线上设立了许多

4、输配气站，输气干线内的天然气通过输配气站，输送至城镇配气管网，进而输送至用户，也可以通过配气站将天然气直接输往较大用户。2 课程设计任务书2.1 设计内容及要求 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： （1）输气管道规格； （2）压缩机站数及压缩比； （3）确定压缩机机组的功率与型号； （4）布置压气站。2.2设计参数 列出天然气基础资料，如天然气物性资料、基础设计参数，以便接下来的管道规格确定，和计算压缩机站数及压缩比，并引出设计范围和依据。表2.1天然气组分摩尔分数组成Mol%组成Mol%甲烷95己烷1.06乙烷2.0硫化氢0.2丙烷1

5、.47二氧化碳0.37丁烷0.32氮1.3正戊烷0.02氦0.00 天然气的温度为30，管道长度为1000km，任务输量为：25亿方/年，起点气源压力为8MPa； 压气站最大工作压力为7MPa，进站压力为5.2MPa，各站自用气系数为0.5%，末端最低压力2.0MPa； 入站口到压缩机入口压损为0.15MPa；压缩机出口到压缩站压损0.21MPa。3 天然气物性参数3.1任务输量 任务输量为25亿方/年。Q=25 m/a=7.142 m/d=297619.05 m/h=82.67 m/s3.2天然气的密度 天然气的密度与压力和温度有关，在低温高压下还与天然气的压缩因子有关。因此，说明密度时必须

6、指名它的压力和温度。工程标准状态下，天然气密度为： （3-1）式中 天然气在标况的密度，kg/m； 组分i的体积百分数（摩尔分数）； 组分i的密度，kg/m。查表2.1各单一气体的密度，计算天然气密度，得：950.7174+2.01.3553+1.472.0102+0.322.45+0.023.4537+1.063.7854+0.21.5392+0.371.9768+1.31.25+0.000.1786=(81.348)%= 0.81348kg/m3.3天然气的密度及相对密度 3.1.1 天然气密度 =16.6956/24.055=0.694kg/m3 3.1.2 天然气的相对密度在标准状态下

7、，天然气的密度与干空气的密度之比为： (3-2)式中 气体的相对密度； 气体密度，kg/m； 空气的密度，在工程标准下为1.206kg/m。3.4天然气的动力粘度表3.1天然气各组分参数组成密度（kg/m）相对分子质量动力粘度组成密度（kg/m）相对分子质量动力粘度甲烷0.71741610.6己烷3.7854869.8乙烷1.3553308.77硫化氢1.53923411.90丙烷2.0102447.65二氧化碳1.97684414.3丁烷2.4500586.68氮1.25002818.042正戊烷3.4537726.48氦0.17864 粘度是流体抵抗剪力切作用能力的一种度量。气体的粘度与液

8、体的粘度不同之处在于前者随温度的升高而增大，随相对分子质量的增加而减少，但实验证明，只要压力不是特别高，粘度与压力无关，一般只考虑温度对粘度的影响。由各组分粘度计算天然气粘度： (3-3)式中 天然气动力粘度, MPas； i组分的动力粘度； i组分的摩尔分数； i组分的相对分子质量。代入数据得： 所以按公式计算得动力黏度:=44.6997/4.2364=10.55MPas 3.5天然气的运动粘度 天然气的运动粘度计算公式如下： （3-4）4 输气管道规格确定4.1管道内径计算 管道内经计算公式如下： (4-1)式中 天然气标准密度，kg/m； 天然气运动粘度，mm/s； 天然气在该管内的流量

9、，m/h; 管道在100米的压力降，当P3.0MPa，取45MPa，当1.4P3.0 MPa,，取35MPa。 代入数据计算管段内径：4.2管道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： （4-2）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1)；钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482 F设计系数（查

10、表2）。表4.2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，管线设计压力P取压气站最大工作压力7MPa，选直焊缝钢管，选用APIS-SL，X70，设计参数F取0.60。综上选择管径81312mm的管道。 5 压缩机站数及压缩比 长距离输气管道由管路和压缩机站两部分组成，气体沿管道流动，需要消耗一定的能量，压缩机站的任务就是提供一定的能量，将天然气安全、经济地输送到终点。 输气管道的工艺计算是为了妥善解决沿线管内流体的能量消耗与压缩机站能量供应之间的矛盾，以达到安全经济地完成输送的

11、目的。即在管道设计过程中通过工艺计算，确定管径、选择压缩机及组合方式、确定压气站数及其布站的位置的最优组合方案，并为管道工艺计算合理确定各站运行参数，从而确定最优运行方案。为此，必须首先要了解输气管道和压缩机站各自的工作特性，即能量消耗和能量供应规律，在此基础上研究两者的联合工作，从而明确整个管线系统的工作状况。5.1 压缩机站数的确定输气管道未段终点配气站的进站压力比前面各站间段终点的低，同时，要求管道未段又具有一定的储气能力，这样，管道未段长度要比其他各站间管段长得多。因此，在输气管道沿线布置压缩机站时，工艺计算必须从未段开始，先决定其长度和管径，然后再进行其他各中间管段的计算。各中间管段

12、，如果输气管段沿线地形较为平坦，高度不超过200m，沿线又无进气或分气支线时，则可根据式：平均站间距： (5-1)压缩机站数： (5-2)式中 n压缩机站数，计算结果向上取整；L输气管道长度，km末段储气管道长度，km：l平均站间距，kmPQ,PZ分别为管道起点压力和终点压力,Pa代入数值后： 平均站间距取461km190km，符合输气管道工程设计规范中对站间距的要求，压气站站数取3。5.2 计算各站起终点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1.21.5。假定压比为=1.4 故压比设计不合理假定压比为=1.35 经校核计算表明，进出站压力均不高于管材的最高工作压力7MP

13、a，末段管道压力高于终点配气站的最低压力2MPa，故压比设定合理因此，中间布一个压缩机站，总管路上布置3个。第一个压缩机布置在距起点气源297.71km处，末尾管段的起始位置应布置一个压气站，即距离第2站294.88km。中间布置一个压缩机，在距离第一个压缩机103.7km处。综上，此输气干线共需布置3个压气站。5.3压缩比压缩比计算公式： （5-3）式中 压缩比； 进入压缩机压力，MPa； 进入压缩机压力，MPa。由已知入站口到压缩机入口压损为0.15MPa；压缩机出口到压缩站压损0.21MPa。因此=5.2-0.15=5.05MPa。=7+0.21=7.21MPa。求得压缩比： 根据经验，

14、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，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。因此3个压缩机均取为1.428，由于串联，总压缩比为1.4281.4281.428=2.912因此在本次设计中，取压缩比为2.912，符合规范，故设计合理。6 确定压缩机机组的功率与型号6.1压缩机的分类和选用原则 压缩机是一种以内燃机或电动机为动力，将常压气体压缩成高压气体的一种动力装置。在天然气输配系统中，压缩机用来压缩天然气，提高天然气的压力货输送能力，以及在清扫管的时候也常常用压缩机输送压缩气体把管线中的杂质顶替出去，

15、以免堵塞管线。因此常常将压缩机比喻成管道输送的心脏。压缩机种类很多，按照工作原理大体上可以分为容积型压缩机和速度型压缩机两大类。输气系统安全可靠运行有赖于压缩机机组的性能，压气站的投资占输气管总投资的20%左右，运行费用占总经营费用的40%左右，而其中压缩机组的投资要占压气站投资的一半以上，压缩机的燃料消耗占压气站经营费用的70%左右，因此选择技术先进、经济上合理的压缩机组是至关重要的。选择压缩机组时，通常应考虑以下问题：1） 应根据工艺要求选择机组，首先决定机组的类型，在决定机组的型号规格，所以选机组应能满足压气站在各种工况下运转的要求，并预留适当的发展余地。2） 机组的性能应该是工作可靠、

16、操作灵活、可调范围宽、调节控制简单、有利于实现自动化。3） 机组造价低、寿命长、安装维修方便。4） 机组的热效率高、单位能耗低。5） 机组的辅助设备尽可能简单。6） 还应该考虑机组的制造水平和供货情况，在目前国内还不能生产大型输气管道专用压缩机组的情况下，此类机组的选用尤其要注意这个问题。6.2压缩机机组的功率与型号序号产品型号排气量(m3/M)排气压力(MPa)转速(r/min)传动方式驱动机型号(功率)备注1VW-3/730.7740弹性联轴器Y225M-8 (22KW)无基础固定式2VW-3/100310.0450皮联Y280M-6 (55KW)固定式3VW-5/1051.0510皮联Y

17、225S-4 (37KW)固定式4VW-6/760.7740弹性联轴器Y280-8 (37KW)无基础固定式5VW-6/3063.0740弹性联轴器Y315M-8 (75KW)无基础固定式6VW-7/1071.0740弹性联轴器Y315S-8 (55KW)固定式7VW-9/1291.2980弹性联轴器Y280S-6 (65KW)固定式8VW-7.8/47.80.4980Y250M-6（37KW）9VW-9.8/49.80.4980Y280S-6（45KW）10VW-10/7100.7980Y280M-6（65KW）11VW-11/10111.0500皮联Y280S-4 (75KW)固定式12V

18、W-13/7130.7980弹性联轴器Y315M-6 (75KW)无基础固定式13VW-13/20132.0520皮联Y315M1-4 (132KW)固定式14VW-13.5/413.50.4980Y280M-6（65KW）15VW-17/12171.2980弹性联轴器Y315M-6 (132KW)无基础固定式16VW-18/7180.7980弹性联轴器Y315M-6 (110KW)无基础固定式17VW-18.5/418.50.4980Y315M-6（90KW）18VW-20/8200.8980弹性联轴器Y315L2-6 (132KW)无基础固定式19VW-30/8300.8560皮联Y315L2-4 (200KW)固定式20VW-33/3330.3980Y315M-6（120KW）21VW-40/3400.3740Y