天然气管道工艺设计

1某天然气管道工艺设计1绪论煤时代，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。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。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2西南石油大学本科毕业设计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，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，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3某天然气管道工艺设计物质基础。“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。4西南石油大学本科毕业设计2总论2.1设计原则稳、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；济效益、社会效益；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BH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5某天然气管道工艺设计2.4设计给出的原始数据CC2H6H2SH2OC3H8成分体积比任务输量：25亿方/年；桩号10234567896西南石油大学本科毕业设计桩号时间上午下午7某天然气管道工艺设计时间7:008:009:00上午下午2.5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；）；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；3输气管道工艺设计3.1基本参数的计算与选择后选值）。8西南石油大学本科毕业设计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，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，最后确目前世界上已有国家开始研究更高级别的管材。s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。9某天然气管道工艺设计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ss3.1.4管道壁厚的计算shhss区一类安全交通频繁穿越管线二类安全线三类安全四类安全草原及耕一类安全交通频繁穿越管线二类安全线三类安全四类安全草原及耕地设计因素西南石油大学本科毕业设计3.1.5管道内径的计算Bh3.1.6天然气密度的计算ΣyiMi（3-4）ii3.1.7天然气相对密度的计算天然气相对密度：a3；3。口口出站3.1.8压缩机入口压力的计算rεrh某天然气管道工艺设计3.1.9计算段起点压力计算h输气管道计算段的起点压力P，即为压缩机站出站压力。qqh112623.1.10计算段终点压力的计算输气管道计算段的终点压力P，即下一站进站压力。zzr333.1.11计算段平均压力的计算qz西南石油大学本科毕业设计3.1.12计算段中天然气平均温度的计算H0pi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）t。H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H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）t，HHPtHp。）；a某天然气管道工艺设计定压比热piC2P西南石油大学本科毕业设计），20HH2ipqz3.1.13计算天然气管道计算段中天然气的平均压缩性系数3.2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”问题某天然气管道工艺设计的措施。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求末段储气容积最大值绝对值+最小值绝对值最大值绝对值+最小值绝对值按表34有：/d用气量小时供气量累积值该小时内累积值储气量累积值12345678西南石油大学本科毕业设计储气容积计算表续表3-4值该小时内累积值值93.2.2按假设的末段长度、管径计算末段储气能力mh（2）计算输气管道末段输气量某天然气管道工艺设计输量减去已知的管道沿线的分气量mm），m（8）计算末段管道几何容积tmm西南石油大学本科毕业设计matam某天然气管道工艺设计b3；3；tba3。3.2.3末段长度、储气能力的确定较，如果接近，则所假设的末段长度满足工艺要求：如果不接近，则重西南石油大学本科毕业设计3.3压缩机站的布置是必须考虑地形和高差的影响。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3第1站第2站LnLxLxn某天然气管道工艺设计55SSnnn（4）确定起点高程S，终点高程S。qqZxnn（5）计算计算段起终点高差zq（6）计算西南石油大学本科毕业设计分中已求得）；分中已求得K。i=1（8）计算水力摩阻系数hhxqz）；h某天然气管道工艺设计xΣi=1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13.3.2沿线有进气、分气支线时压缩机站的布置L0第m站位置Lm+1站位置bLx00L+Lx<L。即：n西南石油大学本科毕业设计nn（4）确定起点高程S，终点高程S一计算段终点高程，前面已求出m；终点高程SzqZ00xnn（5）计算计算段起终点高差zq分中已求得）；某天然气管道工艺设计中已求得K。h分中已求得）；中已求得K。hi=1i=x分i=x分00xΣii-1ii=100b西南石油大学本科毕业设计00bΣi=x分x）；0）；0）；0qz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。得某天然气管道工艺设计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各种机型的特点外，还应注意以下问题：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。求压缩机组操作灵活，可调节范围宽。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。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。所以西南石油大学本科毕业设计包括：（1）清管以提高管道效率；（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使用要求，如清管检测器的尺寸和结构要求。并应遵循有关的设计规范，保证其使用性和安全性。3.4.3其它设备计量装置选用孔板流量计。这主要是由于它具有坚固耐用，性能可靠，维修方便，按标准制造等优点。其原理是基于当流体通过节流件时，在节流前后产生压差，即通过测量压差和压力、温度来计算流量的。式调压设备，并设置超压安全紧急截断设备以保证下游系统的按全。采用新型的调压阀，可减少噪音，精确调压，稳定运行；确保安全平稳输供气。分离设备主要采用旋风分离器。天然气中含有固体杂质将会增加管以达到国家对所含杂质的限制要求。各类输气站场视需要设置清管发送、接收装置，以便对管线进行智能清管检测。站场设置可通过智能清管器的清管收球装置定期清管，提高管输效率。必要时通过智能清管检测以发现管道变形、壁厚变化及裂纹扩展等，以便及时处理，减少突发事故的发生。品种繁杂，量大面广的产品。所选阀门应具有密封性好、可靠性高、操作维护方便等优点。干线用截断阀推荐采用全通径球阀，为实现事故状断阀推荐采用球阀和平板闸阀，放空、排污推荐采用专用放空阀、排污阀或旋塞阀。某天然气管道工艺设计3.5计算管道沿线的压力、温度、流速分布稳态仿真方法。3.5.1一般方法计算管道沿线压力、温度、流速分布（1）计算段沿线压力分布xxqz ppxT=T+(T—T)e—axx0q）；西南石油大学本科毕业设计（3）计算段沿线流速分布3；x003；xxx3；03；3.5.2稳态仿真方法计算沿线压力、温度、流速分布计算机仿真，是通过建立系统的模型，借助计算机对真实系统或者设想进行分析的一门综合性技术。计算机仿真是随着现代管道技术的进步和为了满足管道设计分析的需要而快速发展起来的。管道仿真的准确与否，关键在于所建立的数学模型能否准确、全面的描述管道流动过程以及能否找到准确求解模型的方法。按稳态分析；当这种不稳定程度比较大时，按动态分析。如果气体在管道中流动时，压力和流速比较低，则可以不考虑温度的变化而视为等温输气管道；否则要考虑温度的变化，视为一般输气管道。由状态方程得：由运动方程得：某天然气管道工艺设计由连续性方程得：又又0dT=f(x,T,P,v)TdP=f(x,T,P,v)Pdv=f(x,T,P,v)v3.6技术—经济计算根据输气管道工艺设计要求进行的设计，只能满足工艺上的要求，西南石油大学本科毕业设计但从经济上来说不一定合理。因为只要求满足工艺时，往往有多种不同参数组合而成的方案。在工艺设计的基础上要确定哪种方案在经济上最合理，就要通过经济计算。本设计采用方案比较法确定最优设计方案。方案比较法就是根据输总折合费用最小的方案，该方案即为所求的最优方案。一条输气管道总折合费用由管道建设费、压气站建设费和运行费三部分组成。3.6.1管道建设折算费用F的计算11F=F(1+c)mL=(b+bD+bδ)L(1+c)m；(3-62)13.6.2压缩机站建设折算费用F的计算2m1某天然气管道工艺设计21211zq22m2m2123.6.3运行费折算费用F的计算运行费以动力费为主，且比较稳定，考虑到管理、维修等费用后，Y3西南石油大学本科毕业设计F3=N1+3e123.6.4输气管道总折算费用F的计算m2m某天然气管道工艺设计4计算实例4.1登录界面）：）；4.2方案比较案比较”按钮显示各方案的设计压力、设计管径、压缩比和它们的年总点击“确定最优方案”，进入下一窗体。显示最优方案。西南石油大学本科毕业设计4.3显示共有的方案数和组成最优方案的各设计参数点击下面各按钮，对最优方案进行各项计算。依次为：基本参数计算末段储气计算布站计算技术经济计算某天然气管道工艺设计4.4基本参数计算基本参数的计算包括以下各项：计算流量；壁厚；天然气密度；天然气相对密度；计算段起点压力；压缩机入口压力；压缩机出口压力；计算段终点压力。西南石油大学本科毕业设计4.5末段储气计算末段储气的计算包括以下各项：末段计算流量；末段长度；末段管径。某天然气管道工艺设计4.6压缩机站的布置布站计算包括以下各项：按平坦地区计算的站间距（作为参考压缩机站个数；压缩机各站距离起点的距离。西南石油大学本科毕业设计4.7技术经济计算技术经济计算包括以下各项：管道建设折算费用；压缩机站建设折算费用；运行费折算费用。某天然气管道工艺设计西南石油大学本科毕业设计5结论5.1设计成果在为期近三个月的毕业设里，自己第一次运用从课本上学到的基础知识和专业课理论进行一个完整的专业设计。本科毕业设计是对自己大学四年所学知识和理论的一次全面检验，它既考察我们对基础知识和专中我学到了很多东西，也发现了自己在许多方面都还存在不足，这都需要在以后的学习和工作中去努力克服和改进。本设计主要取得了以下成果：况，锻炼了自己分析归纳问题的能力和查阅相关资料文献的能力，巩固自己所学的专业知识，熟悉长输管道工艺设计的主要内容，设计方法及设计的步骤；了管道的基本参数；维护费用）。对有限个设计方案的年总折合费用进行比较，得到年总折合费用最小的方案即最优设计方案；础上进行了末段长度及管径的计算；（5）对沿线压缩机站进行了布置；管道系统运行维护费用进行了计算；（7）计算了管道沿线的压力，温度，流速;5.2不足与改进措施本设计虽然基本上得到了预期的效果，但由于所学知识有限和时间的仓促，设计中不免还存在很多的不足，主要表现在以下几方面：的是方案比较法。由于钢管的规格、压缩机的型号、以及钢管和压缩机等设备在预定施工期内的供应等条件的限制，因此，可供竞争的方案数某天然气管道工艺设计如水摩阻的计算和压缩机站布置的相关试算；关程序运行效果就不是很好，需要多个命令按钮的操作才能实现；有点单调。针对以上还存在的问题，可以进一步采取以下措施改进，以利于以果的比较，得到更准确、合理的数据；最精确的公式进行计算；想的效果；程；效果，还有待于做进一步的优化研究。西南石油大学本科毕业设计致谢本设计得以顺利进行，得到了很多老师和同学的指导和帮助：首先要感谢的是我的指导老师姚安林教授和彭善碧老师。在本次设计的过程中，得到了他们的悉心指导和热情帮助，他们对我提出的问题总是不遗余力地解答，期间有些资料我实在找不到时，他们也总是会想方设法，通过各种渠道帮我找到。姚安林教授和彭善碧老师渊博的学识、严谨的治学态度和敬业精神都给我留下了深刻的印象，使我从中受益匪浅。同时，在设计中我还得到了一些同学的帮助，在此就不一一列举，一并表示感谢！在此也表示衷心的感谢！某天然气管道工艺设计参考文献西南石油大学本科毕业设计附录源程序代码：（1）登陆界面：Form3.Text1.Text=jie(tt).sj2‘弹出提示对话框‘给最小值赋值某天然气管道工艺设计Form3.Text2.Text=jForm3.Text3.Text=j（3）方案比较：西南石油大学本科毕业设计（4）基本计算：ε某天然气管道工艺设计（5）末段储气计算：定量段平均压力的气量终了末段平均压力道中的气量西南石油大学本科毕业设计末段长是否合理