天然气输气管道设计及管理Word格式文档下载.docx

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输气管道的主要工艺设备包括压缩机组，阀门，计量设备和调压设备。

三、天然气的性质

1、天然气的分类

（1）按矿藏特点分：

纯气藏天然气（在天然气开发过程中，不论何阶段流体在地层中均成气体，采出地面后可能有部分液体析出），凝析气藏天然气（矿藏流体在地层原始状态呈气态，但开采到一定阶段，随地层压力减小有部分烃类在地层中呈液态析出），油田伴生天然气（与原油共存，开采时与原油同时被采出，经油气分离得到的天然气）

（2）按烃类组分关系分：

干气（地层中呈气态，开采出后在管线设备中也不会有液态烃析出），湿气（地层中呈气态，在一般地面设备的温度、压力下有液态烃析出），富气（丙烷级以上烃类含量大于100ml/m3），贫气（丙烷级以上烃类含量小于100ml/m3）

（3）按硫化氢、二氧化碳含量分：

酸性天然气（含有显著地以上成分，要经过处理才能达到管输商品天然气的标准的天然气），洁气（以上含量甚微，不需净化处理的天然气）

2、工程标准状态：

20℃（293.15K），1.01325×

10^5Pa，这是中国计量气体体积流量采用的标准

标准状态：

0℃（273.15K），1.01325×

10^5Pa

3、理想气体状态方程：

PV=nRT

P——气体压力，Pa

V——mkg或nkmol气体体积，m^3

n——气体千摩尔数，kmol

R——气体常数，Kj/（kg·

k）

T——气体温度，k

实际气体状态方程：

PV=ZRT

Z——压缩因子，在工标或是标态下认为Z=1

4、露点定义：

在压力一定的情况下，逐渐降低气体温度，当天然气中水蒸气开始凝结时的温度。

（压强高，露点低；

压强低，露点高）

5、节流定义：

当管道管径突然变小，引起能量损失而使压强降低的情况。

节流变化会引起温度变化，若温度随压强降低而降低，则为节流正效应又称冷却效应；

若温度随压强降低而升高，则为节流负效应又称热效应。

6、天然气的燃烧性质：

华白数：

符号为Ws，单位为kJ/m3，华白数越大，天然气燃烧性能越好。

燃烧势：

符号为CP无单位

四、天然气的净化

净化目的：

去除其中的固体杂质、凝析液、水、酸性气体及其他有害物质。

净化意义：

不但保证安全、稳定、高效的完成天然气的输送任务，而且变废为宝，使资源得到充分利用。

净化的工艺过程：

除尘，脱水，脱硫，脱二氧化碳，酸气回收，尾气处理等过程

1、除尘

灰尘来源：

地下粉屑，施工脏、焊渣，腐蚀产物

灰尘危害：

管道磨损，管道堵塞

灰尘脱离器的原理：

过滤，离心力，吸附，碰撞，粘滞，重力

（1）重力式分离器：

分为立式和卧室两类。

由分离，沉降，除雾，储存四部分组成。

（2）旋风分离器：

又称离心式分离器（最常用），

优点：

处理能力大，分离效果好，可将大于5微米的尘粒基本去除。

（3）循环分离器

（4）多管旋风分离器

（5）过滤分离器

2、脱水

水的危害：

内腐蚀，减小流通面积，生成水化物

（1）低温分离法：

利用节流效应，一般适用于高压气田，天然气降压后仍高于输送压力，同时又使输送温度得以降低，是经济合理的，但是由于低温分离后天然气中的水蒸气仍处于该温度下的饱和态，仍有可能在输气管道上某点析出，造成冰堵，因此，该方法不能直接用于长输管道，一般只用作辅助措施。

（2）溶剂吸收法：

露点有一定的降低，最适合先脱硫后脱水。

甘醇类脱水剂主要包括二甘醇（DEG）,三甘醇（TEG）和四甘醇（对于温度很高的原料气脱水特别有效）

（3）固体吸附法：

脱水效果最好，也是脱水的最后一道工序

3、脱硫，二氧化碳

硫的危害：

有毒，内腐蚀，在成钢的轻质开裂

（1）化学吸收法：

以可逆反应为基础，以碱性溶剂为吸收剂，溶剂与原料气中的酸性组分发生化学反应而生成某种化合物，吸收了酸气的富液在升温和降低压力的条件下，化合物分解放出酸气使吸收剂再生。

（2）物理吸收法

（3）干式床层法（使用最多）

（4）氧化还原法

脱硫方法的选择：

1基本条件：

原料气组成、压力、温度、气量

2净化目的：

要求的净化气净化度、压力、温度

3内部因素：

消耗指标、“三废”产生与处理、操作技术水平

4经济因素：

基建、设备投资与运营费用

五、气体管流基本方程

为了求得p、ρ、v、T，必须有4个方程式，即连续性方程，运动方程，能量方程，气体状态方程

1、连续性方程

ρAv=qm=常数

上式表示管道任意截面的质量流量相等。

由于输气管道的压力降集中于后半部分，所以输气管道中若截面积相等，则末端速度大于起点速度。

2、运动方程：

实际上是压力梯度方程，总压力梯度由重力、摩擦力和动能压降梯度构成。

六、输气管道水力计算

1、水平输气管道的体积流量基本公式（来自于连续方程）

C0——常数，0.0384

T——夏季温度，K

λ——水力摩擦因数

△*——天然气对空气的相对密度（工标下）

2、雷诺数

定义：

表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示。

Re=

3、局部摩阻

干线输气管道一般处于阻力平方区，因此局部阻力对输气管道流量的影响较大，必须考虑由于阀门，弯头，三通，过滤器等引起的局部摩阻。

但实际生活中，通常不单独计算，而是使水力摩阻系数λ增加5%，作为对局部摩阻的考虑

4、输气管道压力分布与平均压力

靠近起点的管段压力降比较缓慢，距离起点越远，压力降越快，在前3/4的管段上压力损失1/2，另一半压力损失在后1/4的管段上。

平均压力：

当输气管道停输时，起点高压端的气体逐渐流向低压端，终点压力逐渐上升，最后整条管道的压力达到某一个平均值，该数值即为平均压力Pcp。

Pcp=

设输气管道刚刚停输时，距离起点Xcp处的压力等于最后的平均压力，则有，Pz从0变化至PQ时，Xcp从0.55L变化至0.5L。

工程上近似取Xcp=0.5L,所以前0.5L的管段可采用等强度管，采用不同壁厚的管子。

而输气管道后一半管路要安平均压力选择壁厚。

七、管道内涂层

1、增大输气量

2、扩大增压站的间距，减少增压站的数目

3、节约管材费用和施工费用

4、防止内壁腐蚀，减少管道事故，保证输送天然气的高质量

5、减少维护费用，清管频率明显下降

6、有助于管道检测

内涂层用涂料的性能要求

1、良好的防腐蚀性能

2、耐压性。

能承受水压试验和输送介质的压力，可承受压力的反复变化。

3、易于涂装。

在常温和常湿条件下，采用普通喷涂技术即可施工。

4、化学稳定性。

能耐压缩机润滑油、醇类、汽油等的腐蚀，在输送的天然气极可能产生的凝集物中呈化学中性。

5、良好的粘结性及耐弯曲性。

要求涂层附着力强，在管道储运、现场弯管、敷设和运行、清管过程中不脱落。

6、耐磨性和硬度。

应具有足够的硬度，能承受管道内沙粒、腐蚀物和清管器所造成的磨损。

7、耐热性。

考虑到管道的外腐蚀层（环氧粉末喷涂时的管壁温度在230℃左右），内涂层应能承受外敷的高温。

8、涂层光滑。

具有减阻作用的内涂层漆膜表面应光滑，摩阻因数要小。

美国气体协会认为环氧树脂涂料最适合于输气管道的内涂层。

八、输气管道热力计算

1、天然气水合物及生成条件

天然气水合物：

由碳氢化合物和水组成的一种复杂的但又不稳定的白色结晶体。

生成条件：

必须处于适当的温度和压力下，必须处于或低于水汽的露点出现“自由水”,有凝结核存在。

防止水合物生成的措施：

①提高天然气流动温度（通常在配气站采用）；

②降压——降低压力至给定温度时水合物的生成压力以下（用于干线输气管道）；

③干燥——脱除天然气中的水分（根本办法）；

④向气流中加入抑制剂（阻化剂）。

九、压气站与干线输气管道联合系统

1、首站进站压力Pz1对全线工况的影响

①Pz1增加，输气量增大，站数越多，对流量的影响越大

②Pz1增加，中间各站进、出站压力均提高，全线压降线抬高。

2、终点压力Pz对全线工况的影响

①Pz升高，干线流量减小，但变化量非常小

②Pz升高，沿线各压气站进、出站压力均升高，变化关系为△Pzx﹤△PQx﹤△Pz

③Pz变化对PQx，Pzx的影响，实际上只对最后一二个压气站有实际意义，对前面各站的影响很小，越靠近前面的站，PQx，Pzx的变化越小，甚至可忽略不计。

④为提高末端管路的储气能力，可以适当提高终点压力Pz，而对干线输气影响不大。

中间压气站停输对全线工况的影响

①中间压气站停输，全线输气量减小

②停输站上游各进出站压力均增加，下游减小，且越靠近停输站压力变化越大，距离越远变化越小

3、分集气对全线工况的影响

⑴对于定期分气

①分气点之前的管内流量比分气之前增大，分气点之后的管内流量比分气前减小

②定期分气将造成全线压力下降，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

⑵对于定期集气

①集气点之前的管道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定期集气将造成全线压力上升，越接近集气点，压力上升越多，距集气点越远压力上升越少

4、末段储气

末段储气和储气罐调节的日、时不均匀性

⑴末段储气能力计算

末段储气容积=末端管路内最高压力下的容积-最低压力下的容积

Pcpmin——末段管路平均最低压力，Pa

Pcpmax——末段管道平均最高压力，Pa

P1min——末段输气管道起点最低压力，Pa

P2min——末段输气管道终点最低压力，Pa

P1max——末段输气管道起点最高压力，Pa

P2max——末段输气管道终点最高压力，Pa

其中，末段管路终点最低压力P2min不得小于配气站要求的最低供气压力，为已知值，但起点最低压力P1min为未知值；

起点最高压力P1max不应超过最后一个压气站的出口压力或是管线的承压能力，所以为已知值，但终点最高压力P2max未知。

由于供气和用气的不均衡，计算P1min，P2max应按照非稳定流态进行，这里近似安用气等于供气量进行稳定流动计算。

由式

C——系数

Lz——末段管道长度，m

Q——输气管道稳定输量，m^3/s

储气开始时末段管路中的存气体积为

储气终了时末段管路存气体积为

末段储气能力为

V——末段管路几何体积，m^3

T0，P0——工程标准状况温度、压力，T0=293K,P0=1.01325×

Z1,Z2——储气开始和结束时气体的压缩性系数，可近似取Z1=Z2

T——末段管路气体平均温度，K.

例题

天然气长输管道末段管路为720mm×

10mm管子，管长lz=150Km，管道中燃气最大