天然气输气管道毕业设计说明Word格式.docx

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《输气管道工程设计规》（50251-94）

《油田油气集输设计技术手册》（上下册）

2.2长输管道设计原始资料

2.2.1天然气管道设计输量

管道首站起始于市，末站位于市，管线全长300㎞，送至市的输气量一期为3.0×

，二期为4.5×

。

2.2.2天然气的组成

表2-1天然气的组成

组分

体积分数（﹪）

91.46

4.74

2.59

0.57

0.54

0.01

0.09

2.2.3管线设计参数

设计年输送天数：

350天；

首站来气压力：

6.3×

Pa；

管线最高工作压力：

进配气站最低压力：

2.5×

年平均温度：

13℃；

压气站特性系数：

A=6.1012,B=7.727×

2.2.4管线设计要求及容

（1）设计要求：

a输气管具有日输量20％的调峰能力；

b全线设计系数相同，采用等强度设计。

（2）设计容：

a天然气的热物性计算，包括密度、粘度、压缩因子、比热等；

b天然气管道的热力、水力计算；

c压气站的布置，包括末段管道的最优管径、最优长度、站间距、压气站的个数以及各压气站的进出站压力及温度；

d管道壁厚、管材的确定；

e线路工程设计；

f站场工程设计，包括主要设备的选型计算。

2.3工程概况

甬温输气管道起始于市，末站位于市，管线全长300千米，为水平管线。

全线拟建设四座压气站场：

输气首站、两个中间清管站及输气末站。

全线设置四座干线截断阀室，使管线在事故情况下能紧急自动关闭，易减少天然气损失和事故危害，并供管道维修时放空使用。

输气管道干线末段管段选用的管径为762，壁厚为10.3，其余管段管径为762，采用等壁厚设计，壁厚为9，管材材质为X65,并采用符合GB9711-88标准的双面螺旋埋弧焊钢管。

输气干线采用煤焦油磁漆涂层防腐，同时采用强制电流保护为主，牺牲阳极为辅的阴极保护法对干线进行防腐蚀控制。

管线运行管理采用SCADA控制系统，管线通讯系统主信道为光缆，并与输气管线同沟敷设，管线辅助系统和公用设施尽力依托现有设施，管线设置维修队、抢修队各一个。

3输气管道的工艺计算说明

3.1天然气的热物性计算

3.1.1天然气的平均分子量、密度和相对密度

（1）平均分子量

（3-1）

式中——平均分子量，kg/（kmol）；

——第i组分的分子量，kg/（kmol）；

——第i组分的摩尔组成。

（2）平均密度及相对密度

a平均密度

（3-2）

式中——平均密度；

——第i组分的密度；

——第i组分的摩尔质量。

b相对密度

（3-3）

式中——相对密度；

——平均密度；

——空气密度。

3.1.2天然气压缩系数的计算

（1）视临界压力和视临界温度

（3-4）

（3-5）

式中、——分别为第i组分的临界压力和临界温度；

——第i组分的摩尔质量。

（2）对比压力和对比温度

（3-6）

（3-7）

式中P——平均压力；

T——平均温度。

（3）平均压力

根据式：

（3-8）

式中——终点压力；

——起点压力；

代入已知数据可以得到：

（3-9）

得到：

=6.08

（4）压缩系数Z

利用高帕尔的相关方程式的通式：

（3-10）

由于Pr和Tr的数值不同，系数A、B、C、D取值也不相同,根据式（3-10）得出Z（见表3-1）。

表3-1压缩因子相关方程式

围

相关方程式

0.2~1.2

1.05~1.2

1.2~1.4

1.4~2.0

2.0~3.0

Pr（1.6643Tr－2.2114）－0.3647Tr+1.435

Pr（0.5222Tr－0.8511）－0.0364Tr+1.040

Pr（0.1931T－0.2988）+0.0007Tr+0.999

Pr（0.0295Tr－0.0825）+0.0009Tr+0.997

1.2~2.8

Pr（-1.3570Tr+1.4942）+4.6315Tr-4.09

Pr（0.1717Tr-0.3232）+0.5869Tr+0.129

Pr（0.0984Tr-0.2353）+0.0621Tr+0.858

Pr（0.0211Tr-0.0527）+0.0127Tr+0.959

3.1.3天然气的粘度

根据粘度的计算公式：

[（3-11）

式中

——天然气的粘度，；

——天然气的温度，K。

已知天然气所处的压力、温度条件下的密度和标准状态下的相对密度，可求出所处条件下天然气的粘度。

3.1.4定压摩尔比热

根据《油气集输》中的定压摩尔比热的计算公式：

（3-12）

式中——天然气的定压摩尔比热，；

T——天然气的温度，K；

P——压力，Pa；

M——天然气的平均分子量,。

3.2管道水力计算

输气管道的水力摩阻系数的计算首先需要计算雷诺数来确定管道

流态根据流态选择不同的计算公式。

（1）雷诺数可按以下公式计算

（3-13）

式中Re——雷诺数；

——气体的流速，m/s；

——气体的运动粘度，；

——天然气对空气的相对密度，无因次；

D——输气管道的径，m；

——天然气的动力粘度，；

——气体的密度，；

——空气的密度，（在标准状况下=1.206）；

Q——输气管道体积流量，；

M——输气管道质量流量，kg/s。

如流量Q的单位取，管径D取m，动力粘度取Pa/s，将=1.206代入式（3-13）得

（3-14）

根据雷诺数可以判断天然气的流态：

aRe<

2000层流；

bRe>

3000紊流；

工作区可用下列两个临界雷诺数公式来判断：

（3-15）

式中k——管壁的当量粗糙度；

（绝对粗糙度的平均值），mm。

（3-16）

c流型判断：

ⅰRe<

流态为水力光滑区；

ⅱ流态为混合摩擦区；

ⅲ流态为阻力平方区。

（2）水力摩阻系数

a层流区摩阻系数按下式计算：

（3-17）

b临界过渡区摩阻系数按下式计算：

（3-18）

c紊流区摩阻系数按下式计算：

）（3-19）

4站场工艺

4.1输气管道工程站场种类及名称

4.1.1概述

输气站是输气管道工程中各类工艺站场的总称。

按它们在输气管道中的位置分别为：

输气首站、输气末站和中间站（中间站又分为压气站、气体接收站、气体分输站、清管分离站等）三大类型。

按功能又可以分为：

调压计量站、清管分离站、配气站和压气站等。

a首站流程说明

正常输送来气：

增压站来气——除液器——旋风分离器——计量——去中间站

发送清管器：

首站发球筒——清管器通过指示器——下游管线

气源为增压站来气，站气体净化以旋风分离器除尘为主，但有时上游气体处理装置的非正常情况，管道可能存在少量液体，在清管时，这些液体被推进站，将影响调压阀、压缩机的正常工作。

b末站流程说明

正常输气：

上游来气——旋风分离器——稳压计量——下输到各门站；

接受清管器：

上游来气清管器——通过指示器——旋风分离器——稳压计量——下输到各门站；

接受干线来气，经分离、调压、计量输送给各用户，干线末端设清管器接受装置。

气体分离采取除液、除尘相结合，使天然气达到管输要求。

4.1.2输气站种类及功能

（1）输气首站是设在输气管道起点的站场。

一般具有分离、调压、计量、清管发送等功能。

（2）中间站及功能

它是设在输气管道首站和末站之间的站场。

一般分为压气站、气体接受站、气体分离站、清管分离站等几种类型。

ⅰ压气站：

它是设在输气管道沿线的站，用压缩机对管输气体增压

ⅱ气体接收站：

它是在输气管道沿线，为接受输气支线来气而设计

的站场。

一般具有分离调压计量和清管器收发等功能。

4.2输气站的主要功能

4.2.1分离

为了保证进入输气管道的气体的气质要求，在一些站场要设置分离装置，分离其中携带的干粉尘，其除尘设备多采用旋风分离器、多管除尘器、过滤除尘器等。

大流量站场的气体除尘器可以经过汇管采取并联安装来满足处理要求。

在设计分离器台数时，应按分离器的最小处理能力来计算设计安排，以保证当一台分离器检修时余下的分离器的最大处理能力仍能满足站场的处理要求。

4.2.2清管

输气管线在施工过程中积存下来的污物和管道投产运行时所积存下来的腐蚀产物，都是影响气质、降低输气能力、堵塞仪表、影响计量精度和加剧管线部腐蚀的主要因素。

为此，应与管线投产前和运行过程中加以清除。

清管气体收发装置

清管气体收发装置包括收发筒、工艺管线、全通径阀门、装卸工具以及通过指示器等辅助设备。

（1）发球筒：

发球筒的筒直径一般比主管大1～2倍，以便清管器的放入和取出。

其发送筒的长度应能满足最长清管器或监测器的需求，一般不应小于筒径的3～4倍；

其接受筒长度应更长些，因为它需要容纳进入排污管的大块清除物和先后发入管道的两个或更多的清官器，其长度一般不小于管径的4～6倍。

（2）快速开关盲板：

快速开关盲板上应有防自松安全装置。

（3）污物排放

清管作业清除的污物应集中处理，不得随意排放。

4.2.3调压计量