多气源输气管道设计.docx

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多气源输气管道设计

重庆科技学院

《管道输送工艺》

课程设计报告

学院:

石油与天然气工程学院专业班级:

学生姓名:

学号:

设计地点（单位）_________________

设计题目:

某输气管道工艺设计

完成日期：

2013年12月27日

指导教师评语:

_________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

成绩（五级记分制）:

________________

指导教师（签字）:

________________

目录

1总论1

1.1设计依据及原则1

1.1.1设计依据1

1.1.2设计原则1

1.2总体技术水平1

2设计参数2

3工艺计算3

3.1管道规格3

3.1.1天然气相对分子质量3

3.1.2天然气密度及相对密度3

3.1.3天然气运动粘度3

3.1.4任务输量3

3.1.5管道内径的计算4

3.1.6壁厚计算4

3.2末段长度和管径确定6

3.2.1假设末段长度6

3.2.2参量的计算6

3.2.3计算管道末段储气量7

4输气管道沿线布站相关工艺计算9

4.1压缩机相关概况9

4.2压缩机站数、布站位置的计算公式依据9

4.3压缩机站数、布站位置的计算10

4.4压缩比计算11

4.4压缩机的选择12

5布置压气站13

5.1确定平均站间距13

5.2确定压气站数13

6设计结果14

参考文献15

1总论

1.1设计依据及原则

本设计主要根据设计任务书给出的数据和要求，查询相关的国家标准和规范，布置合理的长距离输气干线。

1.1.1设计依据

（1）国家的相关标准、行业的相关标准、规范；

（2）相似管道的设计经验

（3）设计任务书

1.1.2设计原则

（1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。

（2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，保证工程项目的高水平、高效益，确保管道安全可靠，长期平稳运行。

（3）节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。

站场的布置要与油区内各区块发展紧密结合。

（4）在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。

提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。

（5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。

1.2总体技术水平

（1）采用高压长距离全密闭输送工艺；

（2）输气管线采用先进的SCADA系统，使各站场主生产系统达到有人监护、1自动控制的管理水平。

既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管道在异常工况时的超前保护，使故障损失降低到最小。

（3）采用电路传输容量大的光纤通信。

给全线实现SCADA数据传输带来可靠的传输通道，给以后实现视频传输、工业控制及多功能信息处理提供了可能。

（4）在线路截断阀室设置电动紧急切断球阀，在SCADA中心控制室根据检漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球阀。

（5）站场配套自成系统。

（6）采用固化时间短、防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层。

2工程概况

根据设计任务书获得的设计参数。

本设计的研究对象为对一条长距离输气干线，管道经过的地区有多个气源和多个用户，即管道沿线有若干进气、分气支线，并且管道沿线地形起伏不大。

要求对该管段进行工艺设计。

2.1设计内容：

（1）确定管道规格；

（2）确定压缩机站数及压缩比；

（3）压缩机站的位置。

2.2天然气的组分

所输天然气的组分见下表

表2.1天然气组分表

组成

Mol%

组成

Mol%

甲烷

94.31

己烷

0.05

乙烷

3.39

硫化氢

0.04

丙烷

0.67

二氧化碳

0.02

异丁烷

0.13

氮

0.00

正丁烷

0.11

氦

0.00

异戊烷

0.05

氢

1.19

正戊烷

0.04

氩

0.00

2.3已知设计参数

（1）天然气的温度为27℃，管道长度为1250km，任务输量（起点流量）为110亿方/年，气源起点压力为9.3MPa。

（2）管道终点要求的最低进站压力为3.0MPa。

（3）本工程的设计压力为10MPa。

（3）管道沿线各节点的进、分气量、气源压力、距离见表2.2。

表2.2进分气变化表

进分气支线

1

2

3

4

距离起点长度（km）

100

215

772

928

进分气量（万m³/d）

320

450

-479

-380

气源压力或支线起点压力（MPa）

7.2

5.8

5.7

6.5

3天然气物性和基本参数计算

3.1天然气相对分子质量

式中气体的平均相对分子质量，kg/kmol；

气体第i组分的摩尔分数；

气体第i组分的相对分子质量，kg/kmol。

根据任务书给的条件代入数据得到:

M=16.67。

3.2天然气工程标况下的密度

天然气的密度与压力和温度相关，在低温高压下还与天然气的压缩因子有关。

因此，说明密度时必须指明它的压力和温度。

工程标准状态下，天然气的密度为:

（3.1）

式中─混合气体的密度，kg/m³；

─组分的摩尔分数；

─组分的分子量，kg/mol。

根据天然气组分表2.1，带入个组分的分子量，具体计算如下：

=0.693kg/m³

3.3天然气相对密度

在标准状态下，天然气的密度与干空气的密度之比称为相对密度。

计算公式如下：

式中─气体的相对密度

─空气密度，kg/m³，在工程标况下，为1.206kg/m³。

根据上式算得的天然气密度得到：

3.4平均压力

本工程的设计压力为10MPa，选用的是离心式压缩机，通过查找教材和相关书籍知道，离心式压缩机的压缩比为1.2~1.5，本设计拟采用1.3。

有公式：

式中

其中，起点压力P1=10MPa，所以求得：

输气管道停止输气时，管内压力并不像输油管那样立即消失，而是高压端的气体逐渐流向低压端，使起点压力逐渐下降，终点压力逐渐上升，最后达到平均压力。

输气管道的平均压力公式为：

代入数据得到：

3.5压缩因子

本工程综合考虑了温度、流量、相对密度、压强等因素，拟采用前苏联气体研究所公式，如下：

其中，Ppj=8.92MPa，代入数据得到：

3.6流量

（1）计划输量

任务书上给的流量是110亿方/年，这是标准状况下的流量。

单位换算如下：

标况下的流量与实际流量的换算公式如下：

式中

其中，Z=0.82，T’=300K，P=101325Pa，Q=348.81m3/s，P’=10MPa，T=293K，代入上式得到：

（2）支线2处流量

该工程中，在距离起点100km和215km处都有进气，考虑到两支支线距离很近，进气量不大。

所以起点到支线3管径的选择就以支线2进气后的流量为依据，所以需要计算支线2处的流量Q1。

其中，q1=320万方/m3，q2=450万方/m3，代入数据得到：

代入公式（?

），得到：

（3）支线3处的流量

该工程中，在距离起点772km和928km处都有分气，考虑到经济、效益进气量等因素，以支线3分气后的流量为依据，选择支线3到管段末段管径。

所以需要计算支线3的处的流量Q2。

其中，q3=479万方/m3，代入数据得到：

代入公式（?

），得到：

（4）支线4之后的流量

支线4距离终点还有222km，根据经验，包括该工程的管段末段，计算这个流量主要是为了确定官道末段的管径。

同理，可得管到末段的流量为：

其中，q4为支线4的分气量，万m3/s，代入数据：

3.7天然气实际状态下的密度

天然气实际状态的密度为：

式中天然气实际状态下的压力，Pa；

M天然气的相对分子质量；

压缩因子；

天然气的实际温度。

天然气实际状态下的密度。

其中，MPa，，Z=0.82，R=8314，M=16.67，，代入数据得到：

3.8天然气运动粘度

粘度是流体抵抗剪切作用能力的一种量度。

气体的粘度与液体的粘度不同之处在于前者随温度的升高而升高，随相对分子质量的增加而减小，但实验证明，只要压力不是特别高（1×10^5N/m2以下），粘度与压力无关，一般只考虑温度对粘度的影响。

（1）由各组分粘度计算天然气粘度

公式如下:

式中─天然气温度，K；

─天然气标准状态下的相对密度；

─天然气密度kg/m3。

其中，T=300K,，,代入上式有：

4工艺计算

4.1管径估算（末段除外）

长输管道的管径一般可以根据经济流速确定，通过询问老师、查找相关资料得到，输气管线的经济流速一般为10-15m3/s，本设计试取经济流速v=13m3/s进行试计算。

有如下公式：

式中

由表2.2初步估算得到，本工程需要进行三段管径计算，第一段为起点到分气点3，第二段为分气点3到分气点4，第三段为末端管段。

这里的管径估算不包括末段管段，后面会单独计算末段管道。

（1）起点到支线3的管径

起点到支线3的管径为D1，该管道的计算流量Q1=3.73m3/s，v=13m3/s，代入数据得到：

（2）支线3到管道末段的管径

支线3到管道末段的管径，该管道的计算流量Q2=3.17m3/s，v=13m3/s，入数据得到：

4.2壁厚计算（末段除外）

输气管线的管径确定后，要根据其输送压力、管线材质等来设计壁厚。

油田油气集输和外输油、气管线可按下式计算：

式中——管线设计的工作压力，Mpa；

——管线内径，mm；

——刚性屈服极限，Mpa（查表3.1）；

F——设计系数（查表3.2）。

表3.1刚性屈服极限

钢管材质

优质碳素钢

碳素钢

A3F

低合金钢

16Mn

APIS-SL

10

20

X52

X60

X65

X70

/Mpa

205

245

235

353

358

413

448

482

表3.2设计系数

工作环境

管线

野外地区

居住区，油气田站内部、穿跨越铁路公路小河渠（常年枯水面宽≤20m）

输油管线

0.72

0.60

输气管线

0.60

0.50

根据设计要求，长输输气管道一般采用APIS-SLX70，因为它具有较高的耐压强度，较高的低温韧性和优良的焊接性能。

选用APIS-SLX70，，本工程是输气管线，工作环境为野外地区，所以查表F=0.60，为外径。

（1）起点到支线3的管径壁厚计算

其中，，，，F=0.60，代入公式，求得：

（2）支线3到末段的管径壁厚计算

其中，，，，F=0.60，代入公式，求得：

根据国标无缝钢管规格表选管径规格:

表管径规格