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1、1前言12设计概述22.1 设计依据2设计原那么2管道设计标准和要求22.2 长输管道设计原始资料2天然气管道设计输量2天然气的组成2管线设计参数2管线设计要求及内容32.3 工程概况33输气管道的工艺计算说明43.1 天然气的热物性计算4天然气的平均分子量、密度和相对密度4天然气压缩系数的计算4天然气的粘度5定压摩尔比热53.2 管道水力计算64站场工艺84.1 输气管道工程站场种类及名称8概述8输气站种类及功能84.2 输气站的主要功能9别离9清管9调压计量94.3 站址选择104.4 站场工艺设备选型11简述11别离器的设计11除液器设备设计及选择125线路工程135.1 线路所处位置及
2、沿线自然条件状况13线路选择的根本要求13沿线自然条件状况13沿线地区等级划分135.2 管道材质及壁厚选择13材质选择13钢管壁厚确实定14管道的轴向应力及稳定性验算145.3 管道敷设15管道的敷设方式15管道转角15线路辅助设施15线路走向16勘察要求16站址选择步骤16线路设计中采取的抗震措施165.4 焊接与检验、清管与试压17焊接与检验17清管和试压175.5 阀门与法兰的选用18阀门的种类及选用18法兰的选用186输气管道工艺计算书196.1 原始资料及根本物性计算19天然气输送流向和气量分配19天然气物性参数计算196.2 输气管热力计算20管线工艺计算根本参数20定压摩尔比热
3、的计算206.3 末段管道的最优管径及最优长度的计算21最优管径的计算21末段管道内径的校核226.4 计算除末段外的其余管段24管径的计算24压气站个数、站间距确实定24压缩系数的计算256.5 管线应力的校核256.6 1期方案确实定256.7 旋风别离器的设计计算26工作条件下的气体流量的计算26旋风别离器直径的计算26旋风别离器的验算27旋风别离器的工作范围的计算27旋风别离器的进口管径和出口管径的计算286.8 平安阀的选择29操作条件29平安阀通道截面面积的计算296.9 管道计算总思路图317自动控制和通讯327.1 概述32说明32仪表及系统设备选型原那么327.2 SCADA
4、系统327.3 仪表检测、控制系统327.4 流量计量系统338结论34参考文献35致谢351前言本工程的主要内容是天然气输气管道工程的初步设计。课题的提出是针对目前各种用户对清洁能源的需求量的急剧升高的现状以及天然气工业的蓬勃开展的形式。现在天然气的供给量需求与日俱增，而我国又存在着气源分布不均的情形，作为天然气输送调节气源不均情况的主要手段，长输管线的设计就尤为重要。通过长输管线的优化设计来提高管输天然气量以及提高其的经济性为解决现今的供气缺乏和供气费用昂贵的情况提供了好的方案。根据国家能源会议精神，天然气的开发和利用是今后几十年内我国能源开发的主要方向，纳入在我国“十一五规划和2023年
5、远景目标中的能源开展战略，是国民经济和社会开展方案中的重要组成局部。加快开发和利用天然气的步伐，提高天然气在能源消费结构中的比重是坚持可持续开展战略、调整能源结构、保护生态环境的重要举措，是利国利民的大政方针。本设计以石油工业出版社出版的天然气管道输送和中国石油大学出版社出版的输气管道设计与管理为主要设计依据，课题研究的目的在于通过对输气管道的初步设计，得到最优的管输设计方案。初步设计是在工程工程确定后，根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的具体实施方案。它是安排建设工程和组织施工的主要依据。设计深度应满足投资包干、招标承包、材料与设备订货、土地征购和施工准备等要求，并能据以编制施工图和总概
6、算。2设计概述2.1设计依据设计原那么(1)严格执行行业的有关标准和标准，并参照国际上有关的先进的标准和标准。(2)采用先进的技术，努力吸收国内外的新的科技成果。(3)比拟优化设计方案，确定经济合理的输气工艺级最正确的工艺参数。(4)管道设计要确保能长期平安、均衡、平稳的进行天然气的输送。(5)适应线路的自然环境气候，确保生产运行平安可靠，能保护环境、防止污染、节约能源、节约土地，处理好管线与铁路、公路、河流等的相互关系。管道设计标准和要求输气管道设计与管理(姚光镇主编，石油大学出版社)油气集输1冯叔初主编，石油大学出版社)天然气长输管道工程设计(中国石油天然气总公司主编，石油大学出版社)输气
7、管道工程设计标准(50251-94)油田油气集输设计技术手册(上下册)2.2 长输管道设计原始资料天然气管道设计输量管道首站起始于宁波市，末站位于温州市，管线全长30Okm,送至温州市的输气量一期为3.0109m3,二期为4.5X109m3ao天然气的组成表2-1天然气的组成组分GC2C36nC4体积分数()91.464.742.590.570.540.010.09管线设计参数设计年输送天数：350天；首站来气压力：6.3IO6Pa;管线最高工作压力：6.3IO6Pa;进配气站最低压力：2.5XlO6Pa;年平均温度：13C；压气站特性系数：A=6.1012,B=7.727109o管线设计要求
8、及内容(1)设计要求：a输气管具有日输量20%的调峰能力；b全线设计系数相同，采用等强度设计。(2)设计内容：a天然气的热物性计算，包括密度、粘度、压缩因子、比热等；b天然气管道的热力、水力计算；C压气站的布置，包括末段管道的最优管径、最优长度、站间距、压气站的个数以及各压气站的进出站压力及温度；d管道壁厚、管材确实定；e线路工程设计；f站场工程设计，包括主要设备的选型计算。2.3 工程概况甬温输气管道起始于宁波市，末站位于温州市，管线全长300千米，为水平管线。全线拟建设四座压气站场：输气首站、两个中间清管站及输气末站。全线设置四座干线截断阀室，使管线在事故情况下能紧急自动关闭，易减少天然气
9、损失和事故危害，并供管道维修时放空使用。输气管道干线末段管段选用的管径为。762，壁厚为10.3，其余管段管径为(H62mm,采用等壁厚设计，壁厚为9m?,管材材质为X65,并采用符合GB9711-88标准的双面螺旋埋弧焊钢管。输气干线采用煤焦油磁漆涂层防腐，同时采用强制电流保护为主，牺牲阳极为辅的阴极保护法对干线进行防腐蚀控制。管线运行管理采用SCADA控制系统，管线通讯系统主信道为光缆，并与输气管线同沟敷设，管线辅助系统和公用设施尽力依托现有设施，管线设置维修队、抢修队各一个。3输气管道的工艺计算说明3.1天然气的热物性计算天然气的平均分子量、密度和相对密度(1)平均分子量而而=ZMZ(3
10、-1)式中M平均分子量，kg(kmol);M第i组分的分子量，kg(kmol);Yi第i组分的摩尔组成。(2)平均密度及相对密度a平均密度2_2=4m(3-2)式中Z平均密度；di第i组分的密度；yi第i组分的摩尔质量。b相对密度4de=j-(3-3)式中de相对密度；Z平均密度；du空气密度。天然气压缩系数的计算(1)视临界压力P,.和视临界温度TcPc=EPcf(3-4)喋二Sy(3-5)式中Pci、Tci分别为第i组分的临界压力和临界温度；y第i组分的摩尔质量。(2)比照压力P，和比照温度7；Pr=-J-(3-6)PcTr=-(3-7)Tc式中P平均压力;T平均温度。(3)平均压力P根据
11、式：Pq=AP-BQ2式中 Pz终点压力；PQ起点压力；代入数据可以得到：P2 =5.86106P 2( p2 y 根据式：P = V+，一 3(。% + 得至 Ij： P =6.08 106 Pa(4)压缩系数Z利用高帕尔的相关方程式的通式：Z = Pr(A7 + B)-cTr + D(3-9)(3-8)(3-10)由于Pr和Tr的数值不同，系数A、B、C、D取值也不相同,根据式(3/0)得出Z见表31)。表3-1压缩因子相关方程式Pr范围7范围相关方程式0.2-1.21.051.2Pr(l.6643Tr-2.2114)-0.3647Tr+1.4351.201.4Pr(0.5222Tr-0.
12、8511)-0.0364Tr+1.0401.42.0Pr(O.1931T-0.2988)+0.0007Tr+0.9992.0-3.0Pr(0.0295Tr-0.0825)+0.0009Tr+0.9971.22.81.05-1.2Pr(-1.3570Tr+1.4942)+4.6315Tr-4.091.2-1.4Pr(0.1717Tr-0.3232)+0.5869Tr+0.1291.42.0Pr(0.0984Tr-0.2353)+0.062ITr+0.8582.03.0Pr(0.021ITr-0.0527)+0.0127Tr+0.959天然气的粘度根据粘度的计算公式：/=Cexpx(pl()()(
13、)v(3-11)式中X=2.57+0.2781HT天然气的粘度，加Pas；T天然气的温度，K0天然气所处的压力、温度条件下的密度和标准状态下的相对密度，可求出所处条件下天然气的粘度。定压摩尔比热根据油气集输中的定压摩尔比热的计算公式：Cp=13.19+0.092T-0.624104T2+。频皿誓&_j2)P(T5.08、zlio;式中的天然气的定压摩尔比热，KJ(molK);T天然气的温度，K；P压力，Pa；M天然气的平均分子量,Zg/(切如)O3.2管道水力计算输气管道的水力摩阻系数的计算首先需要计算雷诺数来确定管道流态根据流态选择不同的计算公式。(1)雷诺数可按以下公式计算vDQD4QD4
14、Q4Qpa4MKe=7=(3-13)ADTtDvDD式中Re雷诺数；V气体的流速，ms,气体的运动粘度，tn；天然气对空气的相对密度，无因次；D输气管道的内径，如天然气的动力粘度，PJ$;p气体的密度，kgmiPa空气的密度，kg/(在标准状况下Pa=I.206kg/).Q输气管道体积流量，m3/s；M输气管道质量流量，kg/So如流量Q的单位取m3/s,管内径D取动力粘度取PES,将P4=1.206依/63代入式(3/3)得(3-14)(3-15)Re=I.536丝D根据雷诺数可以判断天然气的流态：aRe3000紊流；工作区可用以下两个临界雷诺数公式来判断:D_59.7奇D式中k管内壁的当量粗糙度；绝对粗糙度的平均值)，mm。c流型判断：iReRe流态为水力光滑区；iiRe1ReRe2流态为
