多气源输气管道设计.docx

1、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 11.1 设计依据及原则 11.1.1 设计依据 11.1.2 设计原则 11.2 总体技术水平 12 设计参数 23 工艺计算 33.1 管道规格 33.1.1天然气相对分子质量 33.1.2 天然气密度及相对密度 33.1.3 天然气运动粘度 33.1.4任

2、务输量 33.1.5 管道内径的计算 43.1.6壁厚计算 43.2 末段长度和管径确定 63.2.1假设末段长度 63.2.2参量的计算 63.2.3 计算管道末段储气量 74 输气管道沿线布站相关工艺计算 94.1压缩机相关概况 94.2压缩机站数、布站位置的计算公式依据 94.3压缩机站数、布站位置的计算 104.4压缩比计算 114.4压缩机的选择 125 布置压气站 135.1确定平均站间距 135.2确定压气站数 136 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.

3、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

4、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。 （

5、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

6、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1234距离起点长度（km）100215772928进分气量（万m/d）320450-479-380气源压力或支线起点压力（MPa）7.25.85.76.5 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

7、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/m； 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 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/m，在工程标

8、况下，为1.206kg/m。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1.21.5，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.

9、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

10、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

11、，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（1105N/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

12、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

13、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16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70/Mpa205245235353358413448482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0.720.60输气管线0.600.50根据设计要求，长输输气管道一般采用APIS-SL X70，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-SL X70，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