精编完整版天然气长输管道毕业论文2.docx

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精编完整版天然气长输管道毕业论文2

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）

天然气长输管道课程设计

一、设计任务

本设计所设计的中原油田至河北沧州输气管线：

（1）管线全长800千米，年输气量为7×108a（此流量为常温常压下的流量

）；

（2）以全线埋深1.45m处年平均地温14.7℃作为输气管道计算温度，最低气温：

-5℃。

平均温度=273+14.7=287.7K；

（3）各站自用系数（1-M）=0.6%；

（4）沿线无分输气体；

（5）管道全线设计压力6.0Mpa，气源进站压力5.0Mpa，进配气站压力1.8Mpa（最高可到4.0Mpa），站压比宜为1.2~1.5，站间距不宜小于100km；

（6）城市用气月、日、时不均衡系数均为1.09；

（7）年输送天数350天；

（8）管道平均总传热系数：

取1.75Wm2.℃；

（9）管内壁粗糙度：

取30μm；

（10）地震基本烈度：

6—7度；

（11）天然气容积成分（%）：

CH4C2H6C3H8C4H10CO2N2

89.65.03.51.20.50.20

二、设计任务要求

完成本工程的基本设计文件，包括：

说明书，计算书，线路走向图，站场平面布置图及工艺流程图；论文撰写要符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和创造性等特点。

应语言流畅、准确，层次清晰、文字详略得当、论点清楚、论据准确、中心突出、材料翔实、论证完整、严密，并有独立的观点和见解。

要求：

1、达到一定的设计深度要求；

2、初步掌握主要设备的选型；

3、熟悉并熟练应用常用工程制图软件；

4、熟悉储运项目设计程序步骤；

5、掌握储运项目常用标准规范；

6、熟悉并掌握天然气长输管路工艺的计算方法；

7、掌握长输管道站场的工艺流程图和平面布置图；

8、初步掌握站场管线安装设计；

9、通过与实际工程项目的结合，加深对所学知识的理解和认识。

10、书写设计说明书。

设计流程：

1、根据天然气的组成计算物理性质、热力性质和燃烧性质；

2、根据经济流速法或压差法确定管道直径，本设计全程采用统一管径，并选取几组相应的壁厚参数；

3、用不固定站址法布站：

首先确定根据储气量要求确定末段管道长度，根据升压比、流量进行压缩机选型，并用最小二乘法计算压缩机特性系数，确定平均站间距，得到压缩机站数，并取整；

4、计算管道壁厚；

5、对几种运输方案进行经济性比较；

6、对管道进行强度、稳定性等校核。

三、主要参考文献与相关标准

[1]姚光镇主编．输气管道设计与管理．东营：

石油大学出版社．1991.6

[2]《天然气长输管道工程设计》，石油大学出版社（以下简称《手册》）

[3]冯叔初等．油气集输．东营：

石油大学出版社．2002.7

[4]王志昌主编．输气管道工程．北京：

石油工业出版社．1997．4

[5]李长俊主编．天然气管道输送．北京：

石油工业出版社．2000．11

[6]王树立等，输气管道设计与管理，北京：

化学工业出版社.2006.1

设计标准

《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程》SYT0015.1-98

《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：

A级钢管》GBT9711.1-1997

《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：

B级钢管》GBT9711.2-1999

《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分：

C级钢管》GBT9711.3-2005

《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）

《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）

《中华人民共和国水土保持法》主席令第49号（1991）

《石油天然气管道保护条例》国务院（2001）

《碳钢药皮电弧焊焊条》AWS.A5.1

《低合金钢药皮电弧焊焊条》AWS.A5.5

《碳钢药芯电弧焊焊丝》AWS.A5.20

《低合金钢药芯电弧焊焊丝》AWS.A5.29

施工及验收标准

四、工艺计算

4.1天然气物性参数

各组分物性参数具体数据可参考《输气管道设计与管理》表2-3或设计手册表2-2-3及表2-2-4。

（此处按照设计手册计算）

4.1.1天然气平均分子量

1、平均分子量

=

=16.043×89.6%+30.07×5.0%+44.097×3.5%+58.124×1.2%+44.01×0.5%+28.0134×0.2%=18.395

其中——平均分子量；

——第i组分的分子量；

——第i组分的摩尔组成；

或参阅《输气管道设计与管理》公式2-7

4.1.2天然气临界温度压力、对比温度压力

1、视临界压力视临界温度

=4.544*89.6%+4.816*5%+4.194*3.5%+3.747*1.2%+7.29*0.5%+3.349*0.2%=4.547

MPa

=190.55*89.6%+305.43*5%+369.82*3.5%+425.16*1.2%+304.19*0.5%+126.1*0.2%=205.849K

其中、——分别为第I组分的临界温度和临界压力；

——第I组的摩尔组成；

2、对比压力r对比温度

Pr=6÷4.607=1.319

=287.7÷205.823=1.398

其中P——平均压力；

T——平均温度；

4.1.3天然气粘度

参阅《输气管道设计与管理》公式2-70，可得常压下混合气体的动力粘度。

温度和压力对粘度的影响可以参，照公式2-69和图2-3计算得出；或者参照《设计手册》P107页内容。

此处按照《天然气长输管道工程设计》P107页计算。

（即《油气集输》P101页）

μ=∑（μiyiMi0.5）∑（yiMi0.5）=1.028E-05毫帕·秒

式中　μ——天然气粘度，毫帕·秒；

　　μi——i组分的动力粘度

Mi——i组分的相对分子量

yi——i组分的摩尔分数

4.1.4定压摩尔比热容Cp

参阅《油气集输》中有关定压摩尔比热容的计算公式如下

天然气的定压比热容与其组成、压力、温度有关，可按下式计算：

（此处按照《油气集输》P103页（2-23）式计算）

=2.1504千焦（摩尔·K）

Cp=13.19+0.092T-6.24*10∧-5T的二次方+（1.915*10∧11Mgp的1.124）T的5.08次方=43（此处为书上公式）

其中——天然气的定压摩尔比热，千焦（摩尔·K）；

——天然气的温度；

——压力，帕；

或参阅《输气管道设计与管理》公式2-97、2-98，表2-12.

4.1.5混合气体的密度

（1）混合密度

可参考《输气管道设计与管理》公式2-65

=（16.043*89.6%+30.07*5.0%+44.097*3.5%+58.124*1.2%+44.01*0.5%+28.0134*0.2%）（22.363*89.6%+22.182*5%+21.89*3.5%+21.421*1.2%+22.262*0.5%+22.403*0.2%）=0.823867Kg立方米

式中：

——i组分的百分含量；

——i组分的摩尔分数；

——i组分的摩尔体积。

（2）相对密度

可参考《输气管道设计与管理》公式2-66

=（16.043×89.6%+30.07×5.0%+44.097×3.5%+58.124×1.2%+44.01×0.5%+28.0134×0.2%）28.964=0.635

式中：

——i组分的摩尔质量；

——i组分的摩尔分数；

Ma——空气摩尔质量。

（3）压缩因子

计算方法1：

可参考《设计手册》2-2-9、2-2-10，可由表2-2-6查表得出或查图2-2-2求得压缩系数，或者查阅《输气管道设计与管理》图2-1：

对比压力

对比温度

式中：

——临界压力；

——临界温度；

——组分的摩尔分数；%

——组分的摩尔质量；

——组分的临界压力；

——组分的临界温度。

计算方法2：

压缩因子也可其他由经验公式求得，其他公式可参考《输气》（石油大学版）1-18~1-19或《设计手册》2-2-9~2-2-14（P59）查表、查图或通过经验公式计算得出

=0.8349

4.1.6天然气的热导率

参阅《输气管道设计与管理》公式2-116和表2-14、2-15等相关公式；参阅《设计手册》P113页

4.1.7天然气的热值、华白数、燃烧势、爆炸极限

参阅《输气管道设计与管理》第二章第六节，或者参阅《设计手册》P101页相关内容计算。

华白数Ws=Hs△0.5=37916.2020.6350.5=47581.482千焦立方米

此处按照《输气管道设计与管理》54页计算

H的0次方=∑yiHi的0次方

=32829*89.6%+69759*5%+99264*3.5%+128269*1.2%+0*0.5%+0*0.2%

=37916.202（大热值）

=35807*89.6%+63727*5%+91223*3.5%+118577*1.2%+0*0.5%+0*0.2%

=39885.151（小热值）

H=H的0次方Z

=37916.2020.837=45300

=39885.1510.837=47652.51

式中Hi的0次方-----i组分的理想状态下的热值，千焦立方米；

H的0次方-----理想状态下混合气体的热值。

千焦立方米；

4.2管径的确定

GB9711.3-2005，可参考《输油管道设计与管理》附录1，可选取两种尺寸相近的管道，并选取相应壁厚。

经济流速：

长输管道经济流速是3~7ms；场站内的架空管道流速范围为定》。

站内管道小于2公斤压力的10~15m，大于的，可以做到15~30m，但在设计过程中，一般天然气站场流速按8~12ms控制。

直径d=（4Qπv）0.5=（4*16.643.14*30）0.5=0.9058

4.3水力计算

1）根据4.2选取的管径分别计算混合气体雷诺数，可由《输气》公式4-17、《手册》公式（2-4-6）求得。

2）计算出雷诺数后，判断流体流动状态，然后再由水力摩阻系数相关公式（2-4-9）~（2-4-11）确定摩阻系数。

3）部分有关公式如下

1、雷诺数可按下式计算：

又有

所以

（此处改为1.536）

=1.534*19.326*0.6350.9364*1.02859*10-5=1.9545*106

其中——雷诺数；

——工程标况下的体积流量，；

——空气的密度，取；

——工程标况下的密度，；

——天然气对空气的相对密度；

——输气管的内径，

——天然气的粘度，

根据雷诺数可判断天然气的流态

（1）Re<2000层流；

（2）Re〉3000紊流；

工作区可按以下两个临界雷诺数公式来判断：

其中——馆内壁的当量粗糙度，mm

当Re<为水力光滑区；

当

当Re>为阻力平方区；

2、水力摩阻系数

（1）层流区摩阻系数按下式计算

λ=0.3164Re0.25=0.3164（1.9545*106）0.25

=8.46*10-3

（2）临界过渡区的摩阻系数按下式计算

（3）紊流区摩阻系数按下式计算

或其他经验公式

4.4布站计算

4.4.1站间管道特性公式

由《输气》公式6-9改写为：

式中PQ——最高操作压力，pa；

Pz——进口压