输气管道设计与管理

天然气来源油田：60%-90%的CH4、C2H610%-40%丙烷、丁烷、戊烷和重烃干气：戊烷以上组成含量不大于湿：戊烷以上组成含量不小于（2气田气：CH4：：采用压缩法、吸收法、吸附法或低温分离法，把、分，而制取LNG。天然气用途天然气的优点：洁净、方便、高效的优质燃料。(1)发电——减少投（比煤自动化民用提灶炉热效率(3)化工原料①甲,乙丙丁于生产塑料纤,橡胶等②硫化物CO2、N2、等硫磺、硫酸、硫氨③战物资，用于军事科技领域4)LPG（液态石气）代替车用汽油管运输的特点①运大建费用低(与路相比).②外界限制少,可期稳定连续运行对环境的污染小③便于管理,易于实现集中控制，劳动生产率高④价低，耗能.⑤占地受形限制⑥管适于大量单向定点的运输不如铁路,公路运输灵活虽然管道运输有很多优点，但也有其局限性：（）主要适用于大量、单向、定点运输，不如车、船运输灵活多样）对一定直径的管道，有一经济合理的输送量范围。3）有极限输量的限制。管线系1）矿场集输系统特：介质蚀大、距离短、管径小、压力变化大、复杂气井井厂集站管汇、分离器、流量计、调压站天气处理厂→脱水、脱硫、脱（2）干线输气管→每设有截断阀（）市配气管线→5-0.5kg/cm2味（乙硫醇干线输管的特点）这是一个杂的动力系（2）各个环节，形成了一个密闭系统，上下之间紧密相连而又互相制约，其设计和运行管理更复杂3考虑市场济性）要长规划，管道设计时要进行严格的技术经济论证，确定最优建设方案）考虑社会稳定问题，必须保证安全、连续、可靠地供气）然气长输管道输送压力高，介质易燃易爆，建立完善的输气管道质量保）输管道要求有与之配套的信、道路交通、水电供给附属设施输气管系统特点①各环节紧密相:采气,净气输气,储供配气成统一、连续、密闭输气系统对：原油→许多大罐开式②气体可压缩性对输气和储气的影响上站量不等时，压力变化较平;端比中间站间管段长→利用末站储气b.可充分利用地层压力输气从底到井口所允许的表压较小，即举重力小输气管的建设程序（1根据资源条件和国民经济长期规划、地区规划、行业规划的要求，对拟建的输气管道进行可行性研究并行研究的基础上编制和审定设计任务书。（）根据批准的设任务书，按初设计（扩大初步设计工两个段进行设计。初步设必须有概算，施工图必须有预算。（工程完毕，必须进行竣工验收，做出竣工报告（包括竣工图）和竣工决算。当避开有困难时，对下述地段应选择合适的位置和方式（不地段处理）对规模不大的滑坡对沼泽或软土地段应根据其范围对泥石流地段对深而窄的冲沟对冲沟浅而宽，沉积物较稳定的地段管道通过海滩、沙漠地段时在地震烈度大于或等于七度的地区

经处理后，能保证滑坡体稳定的地段，可选择适当部位以跨越方式或浅埋通过。管道通过岩堆时，应对其稳定性作出判定，并采取相应措施土层厚度、地形、地下水位、取土条件等确定通过的地段单孔管桥架空跨越采用埋设方式通过相应的稳管措施断层位移较小和较窄的地区通过输气管总的设计步骤：踏勘→可行性研究→初步勘查→初步设计→施工图勘查→施工图设计10.天然气的组成烃类合物烷烃、环烷烃、烯烃、香烃非烃气体:、、、H2H2S和汽惰性气体（氦、氩）;硫醇类、硫醚类、硫氧化碳、二硫化碳等有机物此外，还有贡、氡-，凝液中含有汞其他复杂成分组成的混合物（多分子或高分子）、胶溶态粒子形态存在的沥青质天然气的分类按矿藏特点分）纯气藏天然:不论开采的任何段，矿藏流体在地层中均呈气态，但随成分的不同，采出到地面后，在分离器或管系中可能有部分液态烃析出）凝析气藏天然:矿藏流体在地层原始状态下呈气，但开采到一定阶段，随着地层压力下

cc降，流体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中呈液态析出）田伴生天然:在地层中与原油共存在采油过程中与原油同时被采出，经油气分离后所得的天然气。cc12.天然气按烃类组分关分类）干气:在层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线中也不析出液态烃的天然气。）湿气:在层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、压力下即有液态烃析出的天然气。）贫气丙及以上烃类含量少于的然气。）富气丙及以上烃类含量大于的然气13.天然气按硫化氢、二化碳含量分类酸天然气:有显著量的硫化氢甚至有可能含有机硫化合物氧化碳等酸性气体需处理才能达到管输商气气质标准的天然气。2）洁气硫氢和二氧化碳含量甚微，不需要进行净化处理的天然气。14.视临界参数和对比参的应用：主要用于求压缩因子Z，两种方法：、已知天然气的组成数，可由凯法则（适用于混合气体）确定，查图求得Z。、缺乏天然气组成时，可用下式确定：c-)PaTc12

0.515.实际气体状态方程有种，各有什么应用范围？（1）R-K程（实际气体性质定量计算p25（2）SRK程（计算饱和气相密度（3）BWRS方（在压、低温0条下应用、适应气液两相等复杂气体）p2616.带压缩因子的状态方公式：P=ZRT或pv=ZRT对比态公式ZZrrRTTcr压缩因子Z法：图解法和计算法图法计算法17.天气度特点）比液体粘度小）常数，↑粘度↑3）数↑粘度↑t↑粘度↓4）分子量越大的烃类，粘度越小18.天然气的露点图的几结论，P↑，↓有水析出P=C，T，W0↑变不饱和（）饱和天然气的温度就是露点温度，Td=f（pW0）﹥Td，不饱和）≤，和或者有水析出）水过程就是降低露点过程，并在高压低温下脱水最为有利→饱和含水量减少→天然气含水量降→降低天然气的水露点19.计算天然气粘度的方续压力较时，不同温度下的天然气粘度按下式计算：μμ0T/273.15）273.15+C/（）已知各分粘度计算天然气粘度常压下气体混合物的动力粘度可按下式计算μ=Σ（μ）（yiMi0.5查图计法）根据天然气分子量或相对密度，按图2.2定常压下天然气粘μ1:μ1‘+ΔH2S+Δ）根据计算的天然气的状态，确定对比压力和比温度Tr查图得到粘度μ/μ1。）计算天然气的粘:μ=（/1μ14.)由密度和相密度计算天然气的粘度20.天然气的物理性质和物性的概念湿度:天然气中水蒸气含量的多少；绝对湿度：单位体积天然气的混合物中含有的水蒸气含量；相对湿度：天然气的实际绝对湿度与同温度下的饱和湿度之比饱和湿度水分增加到天然气所何混合气体中的水蒸气分压达到该温度下的，此时的绝对湿度称为饱和湿度。饱和含水量水露点

力,,烃点比热和比热容p40容是,焓(P42)或熵(P47):表物质系统状态的一个物理量记为，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增,只与状态有关，与路径无关导热系数是指在稳定传热条件1m的材料，两侧表面的温差为1度KC,在小内，通过1平米积传递的热量，用k表示单位为/（米·度（··K)焦耳-姆逊系数((P53):

AA热值AA爆炸极限：着火极限。可燃气体在空气中的浓度低于某一极限时，氧化反应的热量不足以弥补失的热量，不燃烧，这一极限称为着火下限，当浓度高于某一极限是由于缺氧也不燃烧称为着火上限。21.为什么要对天然气进净化？地层中开采出来的天然气常含有砂子、铁锈、水及水蒸气、硫化物等杂质。①砂子、铁锈等固体尘粒，对管道、压气机、仪表设备等产生磨损。②水：减少输气截面，增加输气阻力b和性气体）成酸性水溶液，对管内壁产生腐蚀c产水合物；d降热值例→城输气管曾因水合物堵塞管道而停产③硫化物：无硫，包括燃烧产物有易使催化剂中毒→蚀管道，影响热值22.GB50251-94中应的气体要求进入输气管道的气体必须清除机械杂质点比输送条件下最低环境温度低℃点低于或等于低环境温度；气体中含不应大于20mg/m323.天然气的净化方法离和过滤：除去固体颗粒、尘粒和气中夹带液体的主要方法（重力式、旋转式等）凝分离：利用低温操作使水和重烃凝成液体，从气流中分出。附法：气相或液相中某组分在固体吸剂表面浓聚的现象。物理和化学收法：某种液体能选择性地吸收气体某种组分，使它与气体分离：物理和化学接转化法：通过某种化学反应，使杂转化成无害化合物或易于除去的化合物合法：以上方法的综合利用24.重力式分离器分为：立式和卧式，包括分离、沉降、除雾、储存四个部分。离：气流减速心及重力的综作用下，初级分离降：较小的液滴、固体粒子在重力作下从气体中分离，结构：百叶窗式导流板，以促进液粒凝聚沉降雾：除去雾状液体和固体粒子→设有雾器或分离头存：分离器下部应有足够的储液容积液位检测计和排液装置重力式分离器：由筒体、进口管、出口管、伞形板、捕集器和排污管等组。25.旋风分离器的工作原：气流从切线方向进入分离器后做回转运动，由于体和液滴的质量不同，产生的离心力亦不同，质较重的液滴被抛外圈沿器壁聚积，由于重力和气流的带动向下运动，由排污口排出；质量较轻的气体则从进气口进入后沿圆筒壁旋转下降，向着圆锥顶点流动，然后又从圆锥顶点逆转轴向流动方，以渐扩大的螺旋线上升，最后排气管排出去。26.过滤分离器分离原理气体进入第一级分离室，粒径较大（10）固体尘粒或游离液滴被滤芯挡在外面。其中，液滴聚集在一起排至容器的底部，然后经排液管进入一级储液罐；一部分固体尘粒被液体带走其余的固体尘粒则流在滤芯的外表面逐渐堆积，直至需要清扫。气体携带着粒径较小的固体尘粒或游离液滴进入玻璃维滤芯，在经过过滤层弯弯曲曲的通道时，不断与玻璃纤维发生碰撞，动能逐渐减小，最后μm的体尘粒就滞留在玻璃纤维的滤芯中；滞留下来的微小液滴又重新聚结成大的液滴，在重力作用和气体带动下进入滤芯中心，而进入第级分离室。在第二级分离室，被带进来的大液滴迅速分离排至容器下部，经排液管进入下部的二级储液罐另外，在第二级分离室还装有金属丝网捕雾器，是用来分离气体中的微小液滴的，其原理与重力式分离器中的捕雾原理相同。27.现有的分离方法存在下优缺点1重力沉降的设备体积庞大，分离效率低，分离荷低，分离范围窄，但设备简单不需要内件；、离心力分离和折流分离分离效率较低（可分离较小液滴离荷较高，分离范围较宽，设备体积较小，可用于高压设备3、填料分离、丝网分离和超滤分分离效率较高（可分离小液滴离荷低，分离范围窄，容易将已着网的液体带走，而且容易堵。28.天然气净化设备的分一级：重力式：含液、固体杂质多，且流量和压力波动大的场合。二级：旋风式：流量、压力波动不大和含液量不高的场合，且处理量大。三级：过滤式：分离效率高、效果好，但需定期进行放空清扫和更换滤芯等元件。29.脱水方法：低温分离固体干燥剂吸附脱水液体干燥剂吸附脱水30.天然气脱硫方法化学吸法物吸收法氧化还原法膜法脱硫31.气体基本方(连性方程

P8TLZTL22QXLLZLLLX3运动方P8TLZTL22QXLLZLLLX3能量方

dx2Ddzdxdxdx32.常用流量计算公式（）高差小于的水平管道：威莫斯公式：0.3967D3潘汉德尔A式：

2QZZTL*

0.5

潘汉德尔B式0.3144ED

PQZZTL*

*

前苏联早期公式：

前苏联近期公式：0.4102DZ*33.管线任意点压力(

ED

2.6

P22QZZTL*

0.5同一条管道流量相同，即PXxL整理后得管道沿线任意点压力的算式：沿线的平均压力公式：1xdxxdxP22Z34.停输时，输气与输油线相比沿线压力有什么特点？当输气管道停输时，管道内的压力并不象输油管道那样立刻消失，而是仍处于压力状态下，起高压端的气体逐渐流向低压端，终点低压端压力逐渐上升，最后整条管道压力达到某一个平均值，即平均压力这就是气管道中的平衡现象35.输气管基本参数对输量的影响：D、、、、对量、各进出站的压力的影响36.PZ指间站，变化范围在～之间，选多大适合于生产或者输送最为有利？因为压比影响压气站的压缩级数和所耗功率，压比小一些，才能节省功率，降低输气成本。因压气站入口压力一般保持在0.5PQ左（油不同）37.输气干线末端与城市气管网的连接点，此时末端用气量变?PZ0.5PQ之，输气量上升缓慢，即：在压段内的变化对影不是很大，所以末端因为在低压段，故此时末端用气量变化不影响输气量38.用流量系数法求单管量或者串并联计题39.环状管网的水力计算步骤首先将环状管网分成上、下两个半环，选择两半环的始点和终点，确定始点压力和点压力Pm及各管段气体流量；最后确定管网管径和各节点压力。步骤如下：初选始点和终点2.定各管段流量确定管径40.内涂层的优点或者意）增大输气量）大增压站站间距，减少增站的数目）约管材费用和施工费用4防止内壁腐蚀，减少管道事故，保证输送天然气高质量5减少维护费用，清管频率明显下降）有助于管道检测。41.输气管道设计时所采的绝对粗糙度包括哪些？绝对当量粗糙度（或有效粗糙度包括了管子表面粗糙度，焊缝，弯头以及腐蚀等的综合影响42.粗糙度降低与引起的力摩阻系数的变化关系：（1粗糙度降低引起的水力摩阻系数下降幅度与雷诺数有关：雷诺数↑时→摩阻系数降低幅度↑在雷诺数时，D↓力阻系数的降低幅度↑；在高雷诺数时，即在阻力平方区，水力摩阻系数的变化几乎与雷诺数无关43.输气干线上较为广泛涂料种类有液体环氧涂粉、粉末环氧涂料、酚醛环氧树脂煤焦油环氧树等

44.内层的现场涂敷工艺步骤①进行管检②用钢丝刷清管器和刮刀清管器除管子运行期间管内形成的腐蚀产物和固体杂物，见图7-3所。③用去污剂、溶剂和乳化去脏物和油污，见图7-4所示。④对管子进喷，去微粒锈斑，见图示。⑤用清管器和溶冲去管内灰尘。⑥干管道内表面：用氮气吹扫管道内部以蒸发掉溶剂。⑦进行涂敷，见图所示。⑧涂层干燥和固。⑨涂层检测验收。45.经济性分析方法分类最常用的有：费用现值法用量比率法（额投资净现值法ΔNPV等46.输气管线温度基本公计，包括平均温度的公式47.预水物形成的措施破坏形成水合物的条件1严格控制天然气的含水量2）提高输送温度）处理事故时，可用空部分天然气的方法来降低压力（4）加水合物抑制剂→吸收水蒸气水蒸气分压降低，从而避免水合物的形成往式压缩机工作原(p1710)往复式压缩机是依靠往复运动的活塞在气缸中运动，气缸容积周期性的变化来压缩气体，以达提高气体压力的目的49.往复式压缩机的组成主要有传动机构、工作部件及机体构成。此外还有润滑、冷、调节等辅助系统50.往复式压缩机的特点往式压缩机为容积式压缩机，优点为：最终压力高，气量调节时排气压力几乎不变，适用压力范围广、压缩效率高、适应性较强缺点：转速低，易损件多，结构复杂，排气不连续。51.离心式压缩机的组成(离式压缩机包括转和静子。、转子：可以转动的零部件。a叶轮：是最重要的部件。气体在叶轮叶片的作用下，跟随叶轮作高速旋转。气体由于受旋转离心力的作，以及在叶轮里的扩压流动，使气体的压力和速度能得到提高。叶轮是使气体提高能量的唯一途径。）主轴：主轴上安装所有的旋转零件。它的作用就是支持旋转零件及传递扭矩。c）平衡盘：在多级压缩机中，于每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个向低压端的合力，这个合力就是轴向力。平衡盘的作用就是平衡轴向力。）推力盘：平衡盘只能平衡部分轴向力，其余的轴向力通过推力盘传给止推轴承上推力块，实现力的平衡。e联轴器：实现与动力机械的连接，传递扭矩。52.离心式压缩机的静子成静子指能转动的零部件a机壳：也就是气缸。）扩压器：在叶轮后面设置的流通面积逐渐扩大的扩压器，用来把气流的速度能转为压力能，以提高气体的压力能。c）弯道：气体要进入下一级，须转弯。弯道是机壳和隔板构成的弯环形空间。）回流器：使气流按所需的方向均匀的进入下一级。有隔板和导流叶片组成。e密封：防止气流在级间倒流和向外泄露。离式压缩机的特点优：1、机构简单，易损件少，维修量少运转周期长2、转速高，气流速度大，重量，占地少，运行安全可靠。运平稳，气量大，排气无脉冲，振动小4机内不需要润滑，对气体无污染，密封效果好，渗漏现象少。、易于实现自动化控制和大型化6能长周期连续运转。缺点：1、操作适应性差，气体的性质对操作能有较大影响、流速度大，流道内有较大的摩擦损失，其效率低。、有喘振现象，对机器有极大危害，必须防止54.振工况定义及危害喘就是指当流量减小到某一值Qmin，离心压缩机就不能稳定工作，压缩机出口压力突然下降，管道内气体倒流，并伴随强烈振动和噪音，这种不稳定工况称为“喘振工况极限流量Qmin称“喘振流量危：振发生时压缩机的气体流量出现脉,时有时无,造成压缩机转子的交变负荷,使机体剧烈震动压缩机轴位移,并波及相连的管线,造成设备的损坏.如压缩机部件,封环,轴承叶轮管线等设备和部件的损坏和事故。止况叫做堵塞工况，是指当流量增大到某一值Qmax时，叶道喉部截面上的气体流速达到音速，这时流量再也不能增大了，而此时气体的压力得不到提高，压力ε，这种工况称为滞止工况或堵塞工况56.离心压缩机定转速下机及串并联特(p170)57.并联工作时的离心式缩机应注意的问题另外，并联工作时，如果由于某种原因，管道系统的特性曲线变陡，工作点向流量减小的方向展，若为大小不同的压缩机并联工作，则小压缩机（图中压缩机Ⅱ）更容易发生喘振，并使并联工作系统遭到破坏。为了使并工作时有较宽的稳定工作范围，较小的压缩机应有较大的稳定工作范围。58.串联工作时的离心式缩机应注意的问题另外，串联工作时，由于第二台压缩机的进口压力比第一台的进口压力高，因此第二台的进口积流量小于第一台，更

容易进入喘振区，而当流量大到一定程度时，第一台压缩机的压力比接近，而出口温度升高，此时第二台压缩机的进口体积流量大于第一台，因此第二台压缩机比第一台更早达到滞止流量，也就是说，压缩机串工作时，喘振流量变大、滞止流量变小，稳定工作范围变窄，且主要受到第二台的限制。因此，为了使串联工作时有较的稳定工作范围，第二台压缩机应有较大的稳定工作范59.压气站与管路联合工(p172)计题60.输管运行工况分析与调节）首站进站压力对线工况的影响当首站进站压力pZ1增时，输气量增大，且站数越多，流量的影响越大；首站进站压力pZ1增，中间各站进、出站压力均提高全线压降线抬高；）末段管路终点压力变对工况的影响①终点压力升，干线量减小，但变化量非常小；②终点压力升，沿线压气站进、出站压力均升高，且其变化量关系为pZxeq\o\ac(△,<)pQxeq\o\ac(△,<)③变对pQxpZx影响，实际上只对最后一、二个压气站有实际意义前各站的影响很小，且越靠前面的站，pQx、pZx的化越小，甚至可以忽略不计；④为了提高末段管线的储气能力，可以适当提终点压力，而对干线输气影响不大。）压气站停运对输气管道工况的影响①中间压气站停运后，全线输量减少。停运站标号越小，输量下降越多，停运站标号越大，输下降越少。第一站停运输量下降最多；最后一个压气站停运时，全线输量下降最少，且当压气站数足够多时，最后一压气站停运对输量几乎没有影响；②中间压气站停运后，停运站上游各站进、出站压力均增加，下游各站进、出站压均下降，且越靠近停运站压力变化越大，距停运站越远，压力变化越小；③对于停运两个或多个以及部分压缩机组停的工况变化，与上述变化趋势相同，推导方法与上述方法类似）定期分气或集气对工况的影响对于定期分气：①分气点之前的管内流量比分气前增大，分气点之后的管内流量比分气前减小②定期分气将造全压力下降越接近分气点的地方，压力下降越多，距分气点越远下降越少。对于定期集气：①集气点之前的管内流量比集气前减小，集气点之后的管内流量比集气前增大②定期集气将造全压力上升越接近集气点的地方，压力上升越多，距集气点越远上升越少。因此，在输气管道时应该考虑到分集气对工况的影响，在运行操作管理过程中，根据分集气工变化规律进行调节或控制。尤其注意集气后压力升高的问题，防止管线或机器超压61.输气管道系统调节方调节管特性对于新设计而言，可以通过改变径、增设副管、变径，如果有分支管路，可进行不的管径组合达到调节管路特性的目的。对于运行操作管理来说，主要通调节干线阀门开度、调节各支管流量的方改变管路特性。调压气站特性）变转速调节）改变压缩机进口阀门开度的流调节）可转进口导叶调节4）环调节62.解决天然气供求不平的措施1）机动气源→季节性不平衡（2缓冲型用户，即气不够用时改烧其它燃料3）储气设施：地下储气库、储气罐、输气管线末端储气63.储气方法（）平衡季节性用气不均衡地下储气和液化储）平衡白天、晚上用气不均衡→储气罐或者管线末端储（储气具体方法①下储气枯油气田b.性含水岩层盐②液化储气③储气罐④末端储气⑤其它储气方法：溶解储存：天然气在丙、丁烷的混合物中可溶解，天然气的溶解度随着压力的提高和温度的降而提高。固态储存：ＮＧＨ吸附：ANG→;CNG：储气瓶1m3100m3NG;⑥高压管束储气64.末端储气(p185)计干输气管道压气站布置计算i66.年当量费用我引入年当量费用S：S=EJ+C额的投资回收系数E也可按下式计算建设输气管道的工程投资费用包括两部分：压气站建设投资和线路建设投资，即J=67.输站类与功能首站：干线输气管道的起点，一般在气田附近。开采初期，如果地层压力较高、输气量低，首可不设压缩机车间，仅靠地层压力输送到第二站甚至第三站，但必须预留压缩机车间位置。首站的功能主要有调、计量、除尘、发清管器和气体组分分析等。中间站：其主要功能是给气体增、冷却、收、发清管器，但果中间站为分输站时，也要考虑分输气的调、除尘和

计量等。末站：干线输气管道的终点，又是城市配气的起点，它实际上是一个调压计量站。其主要功能压、除尘、计量、清管器接收，而且为了解决干线输气与城市用气的不平衡，在末站设有调峰设施，如地下储气库、气罐等。68.输气站分区和基本组输气站包括生产区和生活两部分，生产区又分为主作区和辅助作业区。输气站主要作业区包括压缩机车间这全站的核心，设有若干组压缩-动机机组，以及为主要机组服务的辅助装置。净化除尘区设首站、末站和中间分输站，主要有净化除尘设备。调压计量控制室主有调压阀、流量计及标定装置等。清管器收发区主有清管器收筒。空气冷却装置目是使出站温不超过管道防腐层允许的最高温度或提高输气能力。循