油气管道输送.docx
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油气管道输送
⏹1设计总则
⏹1.1设计依据
本次设计根据课程设计任务书提供的参数，参照《油气管道输送技术》教材，《油气管道工程设计规范》GB50251-94以及《石油地面工程设计手册》进行设计计算。
为在输气管道工程设计中贯彻国家的有关法规和方针政策，统一技术要求，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制订本规范。
⏹1.2设计原则
输气管道工程设计应遵照下列原则：
保护环境、节约能源、节约土地，处理好与铁路、公路、河流等的相互关系；
采用先进技术，努力吸收国内外新的科技成果；
优化设计方案，确定经济合理的输气工艺及最佳的工艺参数。
⏹2工程概况
拟建一条输气管全线1500公里，全线起伏不大，年输气量为15.5亿标方。
对管线进行工艺设计，布置全线压气站，及各站的工艺参数，并决定末段最大储气能力。
设计要求如下：
管长/km
0
200
350
500
800
1200
1500
高程/m
0
450
200
150
360
100
50
压缩机采用燃轮机离心式子压缩机组，特性系数A=4.53，B=9.479×109，采用末段储气，末段管道压力为终点配气站的最低压力P2min=1MPa。
管材的最高工作压力7.6MPa，其他参数如下：
首站进站压力为5.2MPa；
天然气相对密度Δ=0.58；
平均压缩系数Z=0.905；
平均温度t=42℃；
管道的水力摩阻系数λ=0.0115。
⏹3输气管道工艺计算
⏹3.1平均直径D的计算
输气管道平均直径由输气管道平均内径和管壁厚度组成。
⏹3.1.1输气管道平均内径
当输气管沿管线地形起伏的高差Δh>200m时的管线输气量按下列基本公式计算：
（3-1）
式中
——体积流量，m3/s（按工程标准状况P0=0.0101325MPa,T=293K）；
——取0.03848；
PQ——输气管道计算段的起点压力（绝）（MPa）；
PZ——输气管道计算段的终点压力（绝）（Mpa）；
D——输气管道内径,mm；
λ——水力摩阻系数；
Z——气体的压缩因子；
Δ*——气体的相对密度；
T——气体的平均温度,K；
hZ——末段高程，m；
hi——各段高程，m；
Li——输气管道计算段的长度，km。
（计算长度应为输气管实长和局部摩阻损失当量长度之和。
在无实测资料时，平原丘陵地区取管道长度的1.03~1.05；山区管道取1.06~1.08作为计算长度。
）
由公式3-1可导出管径的计算公式：
（3-2）
带入数据后：
⏹3.1.2管道壁厚的计算
进气管道壁厚公式：
（3-3）
式中
——管线壁厚，mm
——焊缝系数，无缝钢管：
=1；直缝钢管和螺旋焊缝钢管：
=1;
螺旋埋弧焊钢管：
=0.9；（此处选
=1）
σs——钢材屈服极限，MPa；查表2.1
P——管线的设计工作压力，MPa
D——管线外径，mm
F——设计系数；（此处为输气管道野外地区，取0.6）
表2.1常见钢管材质屈服极限
钢管材质
优质碳素钢
碳素钢A3F
低合金钢16Mn
APIS-5L
10
20
X52
X60
X65
X70
，MPa
205
245
235
353
358
413
448
482
根据公式3-3，选择X70号钢，可计算出壁厚：
综上：
选择管径φ853×12mm的管道。
⏹3.2检验假设末端的直径d和长度L
按公式3-4计算所需管径：
（3-4）
式中Vsmax——取最大储气量为日输量的40%，m3/d；
qv——气体的流量，m3/s；
P1,P2——分别为最高压力和最低压力,Pa；
P0——工程标标状况下的压力,P0=101325Pa；
——取0.03848
λ——水力摩阻系数；
Z——气体的压缩因子；
Δ——气体的相对密度；
T——气体的平均温度，K；
T0——工程标标状况下的温度，T0=293K。
代入数值后可以得出：
根据公式3-3可以计算出末段管道壁厚：
所需末段长度按公式3-5计算：
（3-5）
式中d——管线内径，mm
——取0.03848
λ——水力摩阻系数；
Z——气体的压缩因子；
Δ——气体的相对密度；
T——气体的平均温度，K；
P1,P2——分别为最高压力和最低压力,Pa；
——气体的流量，m3/s；
——末段储气管道长度，km。
故由公式可得：
根据以上计算结果取末段长度为360km并设末段管径为φ660×9mm
⏹3.3末段最大储气能力
随着长输管线的发展，各国的燃气公司均利用高压输气系统不断地提高管道的配气能力和储气能力，其优点是可代替昂贵的高压储气容器和额外的脱水工作量。
储气能力的设计计算应采用复杂的不稳定流计算方法，完全不同于常规的计算方法。
输气管道末段，即最后一个压缩机站与门站之间的管段。
末段与其他各站站间管段在工况上有较大区别。
对于各中间站站间管段来说，其起点与终点的刘翔是相同的，即属于稳定流动的工况。
但对于输气管道末段来说，其起点流量也和其他管段一样保持不变，而其终点流量却是变化的，并等于城市的用气量。
城市的用气量是随时间而变化的，而气源供气一般变化不大，这样就必须解决用气与供气不平衡的问题。
末段储气可以作为解决日不平衡的措施之一。
储气开始时，终点的最低压力不低于配气站要求的最低压力：
（3-6）
储气结束时，起点的最高压力不超过管材的最高压力：
（3-7）
平均压力按公式3-6计算：
（3-8）
代入数值后：
末段输气管的储气能力按公式3-9：
（3-9）
式中
——储气开始时末段管道中的存气量，m3；
——储气结束时末段管道中的存气量，m3；
V——末段管道的几何体积，m3；
Z——气体的压缩因子；
代入数据后：
假定的末段储气能力为日输量的40%，由于：
故末段管道的最大储气能力，能够满足要求，末段管径取φ530×7mm，长度取290km合理。
⏹4压气站的布置
⏹4.1压缩机站数的确定
输气管道末段终点配气站的进站压力比前面各站间管段终点的低，同时，要求管道末段又具有一定的储气能力。
因此，在输气管道沿线布置压缩机时，工艺计算必须从末端开始，先决定其长度和管径，然后再进行其他各中间管段的计算。
平均站间距：
（4-1）
压缩机站数：
（4-2）
式中n——压缩机站数，计算结果向上取整；
L——输气管道长度，km
——末段储气管道长度，km：
l——平均站间距，km
PQ,PZ——分别为管道起点压力和终点压力,Pa
代入数值后：
平均站间距取549km>290km，符合输气管道工程设计规范中对站间距的要求，压气站站数取3。
⏹4.2计算各站起终点压力
确定每个压气站在其设计流量下的压比，根据经验，压气站的设计压比不宜太高，否则会导致管道全线得压缩机功率增大，同时管道的输气能耗及输气成本增大。
根据设计规范规定当采用离心式压缩机增压输送时，站压比宜为1.2～1.5。
此外，在没有特殊要求得情况下，管线全线所有压气站的设计压比通常取同一个值。
假定压比为ε=1.4
故压比设计不合理
假定压比为ε=1.2
经校核计算表明，进出站压力均不高于管材的最高工作压力7.6MPa，末段管道压力高于终点配气站的最低压力2.5MPa，故压比设定合理。
⏹4.3各压气站的工艺参数
输气站是输气管道系统的两个组成部分之一，主要功能包括调压、净化、计量、清管、增压和冷却等。
其中调压的目的是保证输入、输出的气体具有所需的压力和流量。
根据输气站所处位置不同，各自的作用也有所差异。
首站一般在气田附近，如果地层气压较高时，首站可暂不建压缩机。
依靠地层压力输到第二站甚至第三站，待气田后期压力降低后再适时投建压缩机站。
中间站主要进行气体增压、冷却以及手法清管器。
但如果中间站为分输站时，也要考虑分输气的调压、除尘、计量等。
末站时输气站终点，气体通过末站，攻击给用户。
因此，末站具有调压、除尘、计量、清管器接收等功能。
从管道的起点开始，根据设定的压气站出气压力、压比及管段水力计算的结果确定压气站数目，沿管道线路布置压气站:
首站：
进站压力5.2MPa，出站压力6.24MPa，压比1.2；
二站：
进站压力5.89MPa，出站压力7.07MPa，压比1.2；
三站：
进站压力6.17MPa，出站压力7.404MPa，压比1.2。
⏹5结论
通过对长输管线任务书的分析，选择出满足年输量为15.5亿标方的输气管道平均直径为φ853×12mm。
假定末段储气能力为日输量的40%，可求得末段管道管径530×7mm，长度为290Km。
再根据末段管径分别计算储气开始和储气结束时的平均压力，计算出末段最大储气能力为1.79×106m3，并比较其与假定储气能力的大小来验算所选末段管径和长度是否合理。
计算所得数据如下：
表5.1压气站工艺参数
进站压力/MPa
出站压力/MPa
压缩比
管径选择/mm
站间距/km
首站
5.2
6.24
1.2
853×12
549
二站
5.89
7.07
1.2
三站
6.17
7.404
1.2
城市配气站
6.19
-
-
530×7
290
末端最大储气能力/m3
1.79×106
⏹参考文献
[1]张其敏，孟江．油气管道输送技术[M].北京：
中国石化出版社,2008.
[2]张劲军．油气储运概论：
[M].北京：
石油大学出版社，2005
[3]杨筱蘅．输油管道设计与管理：
[M].北京：
石油大学出版社,1988.
[4]油气地面工程设计手册第四册：
[M].北京：
石油工业出版社,1997.
[5]输气管道工程设计规范GB50251-2003
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