某输气管道工艺设计.doc
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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）重庆科技学院
设计题目:
某输气管道工艺设计
完成日期：
年1月3日
指导教师评语:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:
指导教师（签字）:
目录
1设计总论 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
重庆科技学院课程设计设计总论
1设计总论
1.1设计依据及原则
本设计主要根据设计任务书，查询相关的国家标准和规范，以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。
14
重庆科技学院课程设计设计参数
2设计参数
（1）所输天然气的组分见下表
表2.1
组成
Mol%
组成
Mol%
甲烷
97.31
己烷
0.05
乙烷
1.69
硫化氢
0.05
丙烷
0.77
二氧化碳
0.03
异丁烷
0.05
氮
0.00
正丁烷
0.02
氦
0.00
异戊烷
0.01
氢
1.01
正戊烷
0.01
氩
0.00
（2）天然气的温度为42℃，管道长度为1675km，任务输量（起点流量）为：
18.9亿方/年，气源起点压力为:
6MPa。
（3）压气站最大工作压力为5.5MPa，进站压力为5.2MPa，各站自用气系数为0.5%，末端最低压力1.25MPa。
（4）入站口到压缩机入口压损为0.11MPa，压缩机出口到压缩站压损0.2MPa。
重庆科技学院课程设计工艺计算
3工艺计算
3.1管道规格
3.1.1天然气相对分子质量
有气体的相对分子质量公式：
M=（3.1）
M=16×97.31%+30×1.69%+44×0.77%+58×0.05%+58×0.02+28×0.00%+72×0.01%+72×0.01%+86×0.05%+34×0.05%+44×0.03%+28×0.00%+4×0.00%+1×1.01%+40×0.00%=16.555
3.1.2天然气密度及相对密度
由公式的：
16.555/24.055=0.688（3.2）
相对密度=0.688/1.206=0.57
3.1.3天然气运动粘度
（1）由各组分粘度计算天然气粘度
（3.3）
按公式带入数据得动力粘度：
=9.54
（2）计算天然气运动粘度
（3.4）
3.1.4任务输量
任务年输量为18.9亿方/年。
3.1.5管道内径的计算
根据公式：
（3.5）
式中—为天然气标准密度，；
—为天然气运动粘度，；
—为天然气在该管段内的流量，：
—管道在100米的压力降，当P3.5，取45，当1.4，取35。
所以,从起点到进气点的管道管径：
546mm
3.1.6壁厚计算
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：
（3.6）
式中——管线设计的工作压力，Mpa；
——管线管径，=+,为管道内径，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，选用APIS-SLX70=482；因为是输气管线F=0.6。
分别带入管径，求得：
==5.87mm
=+2=546+5.872=557.74mm
根据国标无缝钢管规格表选管径规格:
表3.3国标无缝钢管规格表
直径
厚度
管重/米
直径
厚度
管重/米
159
4
15.29
820
10
199.75
5
18.99
12
239.1
6
22.64
14
278.26
219
4
21.21
920
8
179.92
5
26.39
9
202.19
6
31.52
10
224.41
7
36.6
12
268.7
8
41.63
14
312.79
273
5
33.04
1020
8
199.65
6
39.51
9
224.38
7
45.92
10
249.07
8
52.28
12
298.29
325
5
39.46
14
347.31
6
47.2
16
396.14
7
54.89
18
444.77
8
62.54
1220
10
298.39
9
70.13
12
357.47
10
77.68
14
416.36
377
6
54.89
16
475.05
7
63.87
1420
12
416.66
8
72.8
14
485.41
9
81.67
16
553.96
10
90.5
1620
12
475.84
426
6
62.14
14
554.46
7
72.33
16
632.87
8
82.46
18
711.1
9
92.55
1820
12
535.02
10
102.59
14
623.5
480
6
70.13
16
711.79
7
81.65
18
799.87
8
93.12
20
887.76
9
104.53
2020
14
692.55
10
115.9
16
790.7
529
7
90.11
18
888.65
8
102.78
20
986.4
9
115.41
22
1083.95
10
127.99
2220
16
869.61
630
8
122.71
18
977.42
9
137.82
22
1192.46
10
152.89
24
1299.68
720
8
140.46
2420
16
948.52
9
157.8
18
1066.2
10
175.09
20
1183.68
820
8
160.19
22
1300.96
9
179.99
24
1418.05
3.2末段长度和管径确定
当设计一条新的干线输气管道时，工艺计算应该从末段开始，先确定末段的长度和管径，然后再进行其他各中间管段的计算。
输气管道末段的计算与其他各段的区别是：
应该考虑末段既能输气，又能储气的特点，也就是说，在末段的计算中除了要考虑与整条输气管道一致的输气能力，还必须考虑储气能力，最理想的是使末段能代替为消除昼夜用气不均衡所需的全部容积的储气罐。
计算输气管道末段长度和直径时，应考虑以下三个条件:
（1）当用气处于低峰时（夜间），输气管道末段应能积存全部多余的气体，如条件不允许，可考虑部分满足；当用气处于高峰时（白天），应能放出全部积存的气体。
（2）输气管道末段的起点压力，即最后一个压缩机站的出口压力不应高于压缩机站最大工作压力，并且应在钢管强度的允许范围之内。
（3）末段的终点压力不应低于城市配气管网的最小允许压力。
3.2.1假设末段长度LZ=16KM,内径d=580mm
根据有关资料查的经验值，末段储气能力为输气量的25%-30%，已知末段储气能力为V=75万m3/d
通过假设数据求出末段输气管道的储气能力Vs，当Vs接近要求的末段储气能力的时候，假设成立。
若不符合要求则重新假设。
3.2.2参量的计算
1.天然气压缩因子的计算有很多方法这里选择比较精确的一个压缩因子公式：
（3.7）
其中p为管道设计压力，6MPa。
带入数据求得Z=0.89
2.水力摩阻系数的计算：
前苏联天然气研究所近期公式
其中D取管道末段管径580mm，e取0.03带入公式得=0.0107
3.参数C：
（3.8）
其中C0=0.03848带入数据的C=17593
3.2.3计算管道末段储气量
储气开始时,终点的最低压力P2min应不低于配气站要求的最低压力，故P2min为1.3Mpa，计算末段起点最低压力P1min。
（3.9）
其中P2min=1.3MPa，C=17593，LZ=16km， Q=m3/d带入公式得P1min=1.64MPa
储气结束时，起点最高压力应不超过最后一个压气站或管路的强度，故为已知，则：
=
其中=5MPa，带入公式得P2max=4.9MPa
储气开始时的平均压力：
（3.10）
带入以上数据的=1.48MPa
储气结束是的平均压力：
带入上述数据得=4.95MPa。
根据输气管道末段储气开始和结束时的平均压力和可求得末段输气管的储气能力为：
（3.11）
式中---工程标准状况下的压力，=101325Pa
---工程标准状况下的温度，=293K
带入相关数据得78.62万m3/d。
通过假设的管道长度和管径计算出的储气量接近要求的储气量，所以假设成立。
所以，末段长度为16km，管道规格为580*12.
重庆科技学院课程设计输气管道沿线布站相关工艺计算
4输气管道沿线布站相关工艺计算
4.1压缩机相关概况
沿线有气体分出或引入的干线输气管的特点是管路中的流量逐段变化：
在分气的情况下，流量逐段减小；在进气的情况下，流量逐段增大。
如果计算段起点流量保持不变，在相同管径、压力等条件下，有分气点时，计算段的长度必定大于无分气点的输气管计算段的长度，而且分气量越大（或分气点越多），计算段越长；在进气点时，计算段的长度必定小于无分气点的输气管计算段的长度，而且进气量越大（或进气点越多），计算段越短；在既有分气点又有进气点的情况下，计算段的长度取决于分气和进气的共同影响，分气的影响使管段变长，进气的影响使管段变短，因此，如分气的影响超过进气的影响，则计算段变长，反之，则计算段变短。
沿线有进气点的水平输气管，设输气管计算段的起点流量为，内径为，起点和终点压力为,沿线有若干进气点，各进气点的进气量为，,.......，，各进气点之间的管段长度为，,.......，这种有进气点的输气管的特点是流量逐段增加，在计算段的长度l必定小于无进气点的输气管计算段的长度。
4.2压缩机站数、布站位置的计算公式依据
输气管计算段的长度可按下面的水平输气管基本公式的变换形式进行计算：
（4.1）
式中
也可按整理变形后的下列公式计算：
（4.2）
式中—输气管计算段起点和终点压力，Mpa
—各进气点的进气量，
—计算段的长度，km
—天然气相对密度
—水力摩阻系数
如不考虑进气分气影响，计算段长度为：
（4.3）
4.3压缩机站数、布站位置的计算
除去末段储气段16Km,给剩下的1659Km的管道长度进行压缩机布置。
天然气气源压力为6Mpa,不需加压，故设计时在起点不设压缩机。
由已知数据，Z=0.89，首先假设压缩比
设计压力=6.5，求出进站压力==4.64
（1）第1站压缩机布置情况
第1站距离起点的长度计算：
第1站压缩机布置在距离起点201.8km的位置
（2）第2站压缩机布置情况
第2站到首站的长度计算：
不考虑进气影响，计算段长度为：
第2站压缩机布置在距离起点315.1km的位置
（3）第3站压缩机布置情况
第3站到首站的长度计算：
不考虑进气影响，计算段长度为：
第3站压缩机布置在距离第二站840.4km的位置
（4）第4站压缩机布置情况
第4站距离首站的长度计算：
不考虑进气影响，计算段长度为：
第4站压缩机布置在距离首站1617.9km的位置
因为除去已经计算的201.8km，和末端16km的储气长度，管段上还有1457.2km需要布站。
但是1617.9km>1457.2km，所以可以不需增加布置站。
综上，此输气干线共需布置4个压缩机站。
4.4压缩比计算
由布站位置分布可知，第2站与末站的距离为792.7km，根据管段长度公式（4.2），已知、、、、、、、，求，进而可知压缩比。
校核压缩比：
压缩比为：
根据经验，压气站的设计压比不宜太高，否则将导致管道全线的压缩机功率增大，同时管道的输气能耗及输气成本增大，我国的《输气管道工程设计规范》（GB50251--94）建议：
当采用离心式压缩机时，压气站的压比取1.2-1.5为宜。
此外，在没有特殊要求的情况下，管道全线所有压气站的设计压比通常取同一个值。
在本设计中，取压缩比为1.4，最后通过校核压缩比为1.38，符合规范，故设计合理。
4.5压缩机的选择
压缩机的选型
压缩机选型应注意以下几点：
（1）压缩机组的选型和台数，应根据压气站的总流量，总压比，出战压力，气质等参数进行技术经济比较后确定。
（2）压气站选用离心式压缩机，单机级压缩的压比可在1.2-1.5。
（3）统一压气站内的压缩机组，宜采用一机型，并有一台备用。
（4）压缩机的原动机选型，应结合当地能源供给情况，进行技术经济比较后确定。
（5）在本设计中由于输送的是天然气，所以选择燃气轮机，取采方便稳定较少其他设备投资。
根据管道的输量和各站的压力比及组合方式由经验选择压缩机的型号。
压缩机的有关参数:
型号RFB-36型离心压缩机；
功率25094Kw；压比1.4；
排量8.3m3/s；压力3.88Mpa；
进口温度T1<40℃；出口温度T2<140℃；
外型尺寸（mm）2700×1700×2800
四台并联使用。
重庆科技学院课程设计布置压气站
5布置压气站
在输气管道的设计中，很重要的一个工作就是如何把压气站沿线布置好，尽量少的站数，布置合理，还能完成数量的任务。
利用管道末段储气是在夜间用气低峰时，燃气储存在管道中，这时管内压力增高，白天用气高峰时，再将管内储存的燃气送出。
这是平衡小时不均匀用气的有效办法。
末段储气能力暂采用稳定流动法做近似计算分析
5.1确定平均站间距
确定平均站间距A=5.49B=4.23
（5.1）
=
式中：
Q——首站出站流量Q，在设计计算时取Q=1.1Q0=601.1=66m3/s，（Q0为任务输量）
其中公式中
5.2确定压气站数
，结果向上取整6.
重庆科技学院课程设计设计结果
6设计结果
综上结果,压缩机布站位置及压缩比见下表
表6.1
压缩机站编号
首站
2站
3站
4站
压缩机所在管段号
1
2
3
4
压缩机间距
201.8
315.1
525.3
777.5
压缩比
1.4
1.4
1.4
1.4
选管径规格
通过计算得78.62万m3/d。
末段长度为16km，管道规格通过表（3.3）选取为：
580*12.
在本设计中，取压缩比为1.4，最后通过校核压缩比为1.38，符合规范，故设计合理。
压气站布置
通过计算平均站间距为338Km，压气站数为6.
重庆科技学院课程设计参考文献
参考文献
[1]张其敏，孟江.《油气管道输送技术》[M].中国石化出版社.2010年7月.第一版
[2]《干线输气管道实用工艺计算方法》苗承武，蔡春知，陈祖泽，石油工业出版社,2003
[3]姚光镇.输气管道设计与管理.石油工业出版社，1989
[4]GB-T9711.1-1997石油天然气工业输送用钢管交货技术条件A级钢管
[5]《油气地面工程设计手册》第四册，石油工业出版社
[6]《泵与压缩机》，钱锡俊主编，石油大学出版社，2000
[7]《输气管道工程设计规范》（GB50251--94），石油工业出版社，2002
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