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1、重慶科技學(xué)院管道輸送技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院: 石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí): 油氣儲(chǔ)運(yùn) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）： k棟801 設(shè)計(jì)題目: 某輸氣管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期：2015 年 1月10日指導(dǎo)教師評(píng)語: 成績（五級(jí)記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字）: 目 錄1 設(shè)計(jì)總則11.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)12設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)22.1設(shè)計(jì)工程概況23 確定管道評(píng)估性通氣能力34 輸氣管道規(guī)格44.1天然氣的密度及相對(duì)密度44.2天然氣運(yùn)動(dòng)黏度44.3末端儲(chǔ)氣量計(jì)算54.4 末端最大儲(chǔ)氣量計(jì)算74.5管段平均直徑D計(jì)算84.6管段壁厚確定95 壓縮機(jī)選擇與布置125.1壓縮機(jī)站的確定125.2計(jì)算各站間

2、進(jìn)出站壓力135.3 壓縮機(jī)功率計(jì)算145.4壓縮機(jī)選型146 結(jié)論156.1管道評(píng)估性通氣能力166.2 輸氣管道規(guī)格166.3壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比166.4壓縮機(jī)選型16參考文獻(xiàn)171 設(shè)計(jì)總則1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)主要依據(jù)的是課程設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的設(shè)計(jì)參數(shù)以及輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251-94進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1.2設(shè)計(jì)原則輸氣管道工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵照下列原則：（1）輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251-2003（2）保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、節(jié)約土地，處理好與鐵路、公路、河流等的相互關(guān)系；（3）采用先進(jìn)技術(shù)，努力吸收國內(nèi)外新的科技成果；（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確定經(jīng)濟(jì)合理的輸氣工藝及最佳的工藝參數(shù)。 （6）

3、在保證管線通信可靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程投資。提高自控水平，實(shí)現(xiàn)主要安全性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作。（7）以經(jīng)濟(jì)效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險(xiǎn)投資，力爭節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。2設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)2.1設(shè)計(jì)工程概況某長距離輸氣干線，沿線地形起伏不大，海拔高度1200m。要求對(duì)該管道進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求如下：（1） 確定管道評(píng)估性通氣能力（2） 輸氣管道規(guī)格（3） 壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比（4） 確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號(hào)（5） 布置壓氣站2.2其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 所輸天然氣組分見下表2-1：表2-1 天然氣相關(guān)組分組成Mol%組成Mol%甲烷95己烷0.06乙烷1.2硫化氫0.2丙

4、烷1.47二氧化碳0.37丁烷0.32氮1.3正戊烷0.02氦0.00（2）天然氣的溫度為27，管道全長1080km，任務(wù)輸量為：26億方/年，起點(diǎn)氣源壓力為:6.2MPa；（3）壓氣站最大工作壓力為7.5MPa，進(jìn)站壓力為5.4MPa，各站自用氣系數(shù)為0.5%，末端最低壓力2.0MPa；（4）入站口到壓縮機(jī)入口壓損為0.1MPa；壓縮機(jī)出口到壓縮站壓損0.2MPa2.3設(shè)計(jì)要求（1）確定管道評(píng)估性通氣能力；（2）輸氣管道規(guī)格；（3）壓縮機(jī)站數(shù)及壓縮比；（4）確定壓縮機(jī)機(jī)組的功率與型號(hào)；（5）布置壓氣站。 3 確定管道評(píng)估性通氣能力任務(wù)年輸量為26億方/年。根據(jù)GB50251-2003輸氣管道

5、工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：輸氣管道的設(shè)計(jì)輸送能力應(yīng)按設(shè)計(jì)委托書或合同規(guī)定的年或日最大輸氣量計(jì)算，設(shè)計(jì)年工作天數(shù)應(yīng)按350d計(jì)算（350d是為冬夏平衡，同時(shí)最大輸氣量應(yīng)以標(biāo)態(tài)計(jì)算。）。由上計(jì)算可得該管道通氣能力為85.98立方米每秒。4 輸氣管道規(guī)格4.1天然氣的密度及相對(duì)密度 由氣體的相對(duì)分子質(zhì)量公式： (4-1)得出:由公式得：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，天然氣的密度與干空氣的密度之比稱為相對(duì)密度。天然氣相對(duì)密度用符號(hào)用表示，則有： (4-2)式中 氣體的相對(duì)密度 氣體的密度 空氣的密度，在工程標(biāo)準(zhǔn)下，為1.206 相對(duì)密度： =0.729/1.206=0.6044.2天然氣運(yùn)動(dòng)黏度 （1）由各組分黏度計(jì)算天然氣

6、黏度： (4-3) 代入數(shù)據(jù)得： 所以按公式計(jì)算得動(dòng)力黏度:=44.30/4.19=10.57MPas （2）計(jì)算天然氣運(yùn)動(dòng)黏度:4.3末段儲(chǔ)量計(jì)算假設(shè)末段管徑770mm，壓縮比1.3，式中 氣體流量， 氣體響度密度 d輸氣管徑，cm u氣體的動(dòng)力粘度， 式中 氣體平均壓力式中 平均壓力 起點(diǎn)壓力 終點(diǎn)壓力（1）計(jì)算管徑為滿足儲(chǔ)氣要求，設(shè)計(jì)最大儲(chǔ)氣量為日輸氣量的40%，即式中 d管道內(nèi)徑，mm; 末段起點(diǎn)最大壓力，Pa; 末段終點(diǎn)最小壓力，Pa; 標(biāo)況下的溫度（）； 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（）；轉(zhuǎn)換系數(shù)值，取值0.03848。相對(duì)誤差：上式中參數(shù)的計(jì)算公式如下：式中 水利摩阻系數(shù)； 氣體壓縮因子； 氣體的

7、相對(duì)密度； 輸氣管道內(nèi)氣體的平均溫度，K；管道內(nèi)徑，mm；轉(zhuǎn)換系數(shù)值，取值0.03848。根據(jù)最優(yōu)末段長度計(jì)算公式：式中 最優(yōu)末段長度，m； 末段起點(diǎn)最大壓力，Pa； 末段終點(diǎn)最小壓力，Pa；由任務(wù)書知：4.4末段最大儲(chǔ)氣量的確定儲(chǔ)氣開始時(shí)，終點(diǎn)的最低壓力應(yīng)該不低于配氣站要求的最低供氣壓力，故為已知，此時(shí)有： （3-3）式中 開始儲(chǔ)氣時(shí)末段起點(diǎn)的最低壓力； 開始儲(chǔ)氣時(shí)末段終點(diǎn)的最低壓力。儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)，起點(diǎn)最高壓力應(yīng)該不超過最后一個(gè)壓氣站的最大出口壓力或管路的強(qiáng)度，故為已知，則有： （3-4）式中 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)末段終點(diǎn)的最高壓力； 儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)末段起點(diǎn)的最高壓力。根據(jù)輸氣管道末段儲(chǔ)氣開始和結(jié)束時(shí)的平均

8、壓力和可以算出末段輸氣管道的儲(chǔ)氣能力，計(jì)算公式如下： （3-5）式中 標(biāo)況下的溫度（）； 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（）；將數(shù)據(jù)代入（3-5）計(jì)算可得：4.5管段的平均直徑D的確定由于全線起伏不大()，所以管段平均直徑的計(jì)算我采用的是潘漢德爾公式：式中 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（=0.101325MPa，T=293K）氣體流量，； 輸氣管內(nèi)直徑，cm； 輸氣管計(jì)算段起點(diǎn)壓力（絕），MPa； 輸氣管計(jì)算段終點(diǎn)壓力（絕），MPa； 氣體的壓縮系數(shù)； 氣體的平均絕對(duì)溫度，K； 氣體的相對(duì)密度； 輸氣管計(jì)算段的長度，km，（計(jì)算段長度為輸氣管實(shí)長和局部摩阻損失當(dāng)量長度之和。在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，平原、丘陵地區(qū)取管道長度的1.031.0

9、5，山區(qū)管道取1.061.08作為計(jì)算長度。）d=701mm取值d=720mm4.6 確定管壁厚度輸氣管線的管徑確定后，要根據(jù)其輸送壓力、管線材質(zhì)等來設(shè)計(jì)壁厚。油田油氣集輸和外輸油、氣管線可按下式計(jì)算： ( 式中 p管線設(shè)計(jì)的工作壓力，10MPa； d管線內(nèi)徑，mm；焊縫系數(shù)：無縫鋼管=1，縫管和螺旋焊縫鋼管=1， 旋埋弧焊鋼管=0.9； 剛性屈服極限，MPa(查表4.1材料剛性屈服極限)； F設(shè)計(jì)系數(shù)（查表4.2 管線設(shè)計(jì)系數(shù)）。鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482表4.1 材料剛

10、性屈服極限表4.2 管線設(shè)計(jì)系數(shù)工作環(huán)境管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線0.720.60輸氣管線0.600.50 這里選用直焊縫鋼管=1；選用APIS-SL X70 =482MPa；因?yàn)榇颂帪檩敋夤艿酪巴獾貐^(qū)，取0.6。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算管道壁厚：則管道外徑為D1=750+9.7*2=769.4mm 管道外徑為D2=750+9.9*2=769.8mm根據(jù)國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格表選管徑規(guī)格（表4-3國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格）。綜上選擇外管徑75010mm的管道，末端管徑76210mm表4-3 國標(biāo)無縫鋼管規(guī)格直徑厚度/mm管重/m直徑/mm厚度/mm管重/m15

11、9415.2982010199.75518.9912239.1622.6414278.26219421.219208179.92526.399202.19631.5210224.41736.612268.7841.6314312.79273533.0410208199.65639.519224.38745.9210249.07852.2812298.29325539.4614347.31647.216396.14754.8918444.77862.54122010298.39970.1312357.471077.6814416.36377654.8916475.05763.8714201241

12、6.66872.814485.41981.6716553.961090.5162012475.84426662.1414554.46772.3316632.87882.4618711.1992.55182012535.0210102.5914623.5480670.1316711.79781.6518799.87893.1220887.769104.53202014692.5510115.916790.7529790.1118888.658102.7820986.49115.41221083.9510127.99222016869.616308122.7118977.429137.822211

13、92.4610152.89241299.687208140.46242016948.529157.8181066.210175.09201183.688208160.19221300.969179.99241418.05 5 壓氣站的布置與壓縮機(jī)選型5.1壓縮機(jī)站的確定沿線有氣體分出或引入的干線輸氣管的特點(diǎn)是管路中的流量逐段變化：在分氣的情況下，流量逐段減??；在進(jìn)氣的情況下，流量逐段增大。如果計(jì)算段起點(diǎn)流量保持不變，在相同管徑、壓力等條件下，有分氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長度必定大于無分氣點(diǎn)的輸氣管計(jì)算段的長度，而且分氣量越大（或分氣點(diǎn)越多），計(jì)算段越長；在進(jìn)氣點(diǎn)時(shí)，計(jì)算段的長度必定小于無分氣點(diǎn)的輸氣管

14、計(jì)算段的長度，而且進(jìn)氣量越大（或進(jìn)氣點(diǎn)越多），計(jì)算段越短；在既有分氣點(diǎn)又有進(jìn)氣點(diǎn)的情況下，計(jì)算段的長度取決于分氣和進(jìn)氣的共同影響，分氣的影響使管段變長，進(jìn)氣的影響使管段變短，因此，如分氣的影響超過進(jìn)氣的影響，則計(jì)算段變長，反之，則計(jì)算段變短輸氣管道末段終點(diǎn)配氣站的進(jìn)站壓力比前面各站間管段終點(diǎn)低，同時(shí)，要求管道末段又具有一定的儲(chǔ)氣能力，這樣，管道末段長度要比其他各站間管段長很多。同時(shí)，在輸氣管道沿線布置壓縮機(jī)站時(shí)，工藝必須從末段開始，先決定其長度和管徑，然后再進(jìn)行其他各中間管段的計(jì)算。在進(jìn)行壓氣站的布置時(shí)需要考慮的問題：1.為充分利用地層能量可以省去首站；2.注意末段儲(chǔ)氣的要求；3.使運(yùn)行壓力接

15、近管線承壓；4.對(duì)于初期流量較小的管線，應(yīng)分期建造壓氣站。干線輸氣管上布置壓氣站既要詳盡地考慮工藝問題、地理地質(zhì)問題，也要考慮經(jīng)濟(jì)問題，甚至與其它部門相聯(lián)系的社會(huì)問題，力求做到方便于壓氣站的建設(shè)與管理，讓整條管線發(fā)揮出最大的效益。站址不預(yù)先固定的壓氣站布置意味著僅僅根據(jù)水力條件來計(jì)算，其結(jié)果必然是理想化的，但其優(yōu)點(diǎn)是便于我們了解布置壓氣站的基本方法和一般規(guī)律。輸氣管道沿線地形較為平坦，高差不超過200m，沿線又無進(jìn)氣或分氣支線時(shí)，則根據(jù)下面公式計(jì)算站間距：壓縮機(jī)站數(shù)：式中 輸氣管全長，m； 壓縮機(jī)站數(shù)，計(jì)算結(jié)果向上取整； 末段管路長度，m； 平均站間距，m； 分別為管道起點(diǎn)壓力和終點(diǎn)壓力,Pa

16、。計(jì)算求得的壓氣站數(shù)，一般應(yīng)向較大的方向化整。因此n=25.2計(jì)算各站間進(jìn)出站壓力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，壓氣站的設(shè)計(jì)壓比不宜太高，否則將導(dǎo)致管道全線的壓縮機(jī)功率增大，同時(shí)管道的輸氣能耗及輸氣成本增大，我國的輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251-2003）建議：當(dāng)采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，壓氣站的壓比取1.21.5為宜。此外，在沒有特殊要求的情況下，管道全線所有壓氣站的設(shè)計(jì)壓比通常取同一個(gè)值。取壓縮比1.3PZ1=4.781.2=5.73MP7.5MPPZ2=5.731.3=7.45MP7.5MP5.3壓縮機(jī)功率計(jì)算 式中：N-壓縮機(jī)軸功率，kw -天然氣質(zhì)量流量，kg/s K-氣體比熱比 R-氣體常數(shù) Z-氣

17、體壓縮因子 E-壓縮比 Y-壓縮機(jī)效率5.4壓縮機(jī)的選型一般選型原則，壓縮機(jī)選型中要考慮的一般性問題是：介質(zhì)；流量；排氣壓力；（1）考慮介質(zhì)1)昂貴介質(zhì)宜選用膜壓縮機(jī)，如：氬氣，氦氣壓縮機(jī)。2)冰箱、空調(diào)用制冷劑壓縮機(jī)宜選用無泄漏全封閉特種壓縮機(jī)，為了避免壓縮過程中冷劑泄漏和噪音。 3)易燃易爆壓縮機(jī)，如：氫氣，乙炔壓縮機(jī)，要考慮排氣溫度，考慮活塞桿和氣閥的密封要求，考慮是否加注惰性氣體作密封氣。 4)對(duì)材料有腐蝕的氣體，如氨壓縮機(jī)，不得使用銅材。 5)有毒或劇毒氣體(2) 考慮流量1)流量 60 m3/min (吸入態(tài))宜選用活塞式或螺桿式壓縮機(jī)。作為動(dòng)力用的空氣壓縮機(jī)，儀表風(fēng)、吹掃空氣等的

18、壓縮機(jī)在公用工程中被大量使用。 2)流量 50m3/min (吸入態(tài))可選用離心式壓縮機(jī)。 3)流量 150m3/min (吸入態(tài)) 宜選用離心式壓縮機(jī)。(3) 考慮流量時(shí)應(yīng)兼顧排氣壓力 1)流量 50 m3/min，壓比大于9， 離心式壓縮機(jī)效率急劇下降，這時(shí)： 二級(jí)葉輪變得很小，小于 100 mm; 轉(zhuǎn)速變得很高， 大于30，000 rpm； 葉輪和軸承的制造難度均加大。表5.1 壓縮機(jī)型號(hào)表壓縮機(jī)型號(hào)介質(zhì)進(jìn)氣壓力(表壓)MPa排氣壓力(表壓)MPa排氣量m3/s驅(qū)動(dòng)功率kW外型尺寸長寬高（mm）D-2.4/(16-20)-250天然氣252.4355600047602500DWWJD-3/(00.2)-7天然氣0-0.020.73305000230024