天然氣輸氣管道畢業(yè)設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計 （論文）</p><p>　　題目：新粵天然氣管道工程工藝設計</p><p><b>　　學生姓名：姜泉濤</b></p><p>　　學 號：08125211</p><p>　　專業(yè)班級：建筑環(huán)境與設備工程08-2班</p><p>　　指

2、導教師：王武昌（副教授）</p><p>　　2012年6月13日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本輸氣管道設計項目是新粵天然氣管道工程，管道全長5550km，設計輸量每年350億立方米。</p><p>　　通過計算機編程確定最優(yōu)方案，并以最優(yōu)方案為例進行設計計算。最優(yōu)方案為：末段管

3、長574km，管徑1422mm，壁厚22.2mm，有內涂層，共有13座壓氣站，29座清管站和185座截斷閥室，總投資817.41億元。全線采用等強度設計原則，管道鋼材材質為X80鋼。</p><p>　　本文闡述了干線輸氣管道設計的基本原理和一般方法，本文主要介紹了天然氣的物性計算；輸氣管道的水力計算；儲氣能力計算；技術經濟分析；管路布站方案計算；站場工藝設計計算；啟動、一期、二期工況下的開機方案和相應的壓降曲線

4、；清管站的操作流程。</p><p>　　關鍵詞：長輸管道；物性計算；水力計算；管道設計；布站方案</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The gas pipeline project is the xinjiang-Guangdong Natural Gas Pipeline Project, the p

5、ipe length of 5550km, the design transmission capacity of 35 billion cubic meters per year.</p><p>　　Determine the optimal solution and the optimal solution for example, be designed and calculated by compute

6、r programming. The optimal solution is: the last paragraph of tube length 574km, diameter 1422mm, wall thickness of 22.2mm, with the inner coating, with 13 compressor stations, 29 pigging stations and 185 block valve cha

7、mber. Across the board with the principles of strength design, pipeline steel material for X80 steel. </p><p>　　This article focuses on the natural gas properties calculation; Hydraulic calculation of the ga

8、s pipeline; Calculation of Storage Capacity; Technical and economic analysis; Station layout program calculations; Station process design calculations; Start, one, two conditions boot program and the corresponding pressu

9、re drop curve; Pigging station operating procedures.</p><p>　　Keywords: Long-distance pipeline; Properties calculation; Hydraulic calculation; Pipeline design; Station layout program</p><p><

10、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　第2章 設計概述3</p><p>　　2.1 設計依據(jù)3</p><p>　　2.1.1 設計原則3</p><p>　　2.1.2 管道設計依據(jù)和規(guī)范3</p

11、><p>　　2.2 長輸管道設計原始資料3</p><p>　　2.2.1 天然氣的組成3</p><p>　　2.2.2 管道設計參數(shù)4</p><p>　　2.2.3 管線設計要求及內容4</p><p>　　第3章 管道工程工藝設計說明5</p><p>　　3.1 管路工藝設計

12、結果5</p><p>　　3.2 站場工程工藝設計說明5</p><p>　　3.2.1 投產期計算5</p><p>　　3.2.2 一期計算6</p><p>　　3.2.3 二期計算8</p><p>　　第4章 管路布站方案計算書10</p><p>　　4.1 設計思路

13、10</p><p>　　4.2 基本物性計算10</p><p>　　4.3 水力及經濟計算11</p><p>　　4.3.1 水力計算11</p><p>　　4.3.2 經濟計算17</p><p>　　4.3.3 方案匯總18</p><p>　　4.4 管線應力校核18

14、</p><p>　　第5章 站場工藝設計20</p><p>　　5.1 輔助站場布置20</p><p>　　5.1.1 清管站建設20</p><p>　　5.1.2 清管站操作流程20</p><p>　　5.1.3 截斷閥室建設22</p><p>　　5.1.4 分離器設

15、計22</p><p>　　第6章 結論24</p><p><b>　　致 謝25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p>　　附錄一 水力計算程序27</p><p>　　附錄二 輸氣管道輸氣工藝方案計算成果表34&l

16、t;/p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　隨著西氣東輸管線一線、二線，陜京天然氣管線一線、二線，川氣東送天燃氣管道，榆濟天然氣管道，中亞天然氣管道等一大批長距離天然氣管道的建設預投產，國內各區(qū)域天燃氣管道也陸續(xù)開工建設，中國將迎來一次天然氣管道建設的高潮。而最近中石化正在謀建新粵浙煤制氣管道，這也將是天然氣管道建設行業(yè)新的里程碑。</

17、p><p>　　在管線建設上，中石油目前的規(guī)劃是：建設5條出疆管道、8座煤制天然氣集氣站、14條煤制天然氣接入支線。其中疆內天然氣管道總長度約6350公里，在疆管道建設投資超過1000億元人民幣。5條出疆管道包括西氣東輸三線、四線、五線、六線、七線，加上已建的西氣東輸一線、二線管道，預計中石油在新疆地區(qū)管道的外輸能力約每年2570億立方米，其中輸送煤制天然氣能力為每年1130億立方米。</p><

18、p>　　中石化的規(guī)劃包括兩條管道：新粵浙管道和新魯管道，設計輸氣規(guī)模均為每年300億立方米。若這兩條管道建成，新疆的煤制天然氣將可以不用通過西氣東輸管線而直接輸送到浙江市場。</p><p>　　近日，中石化分別與中國華能、中國華電、中國國電及中電投等4家央企、萬向及新疆廣匯、新疆勵晶煤業(yè)等公司落實了煤制氣外輸管道（管線）工程氣源協(xié)定。</p><p>　　中石化表現(xiàn)，“新疆煤制自然

19、氣（NG）外輸管道工程”包含了新粵浙管道和新魯管道，設計輸氣范圍均為300億立方米（m3）/年，這與中石油西氣東輸二線的范圍完整一致。</p><p>　　此中，總投資高達1200多億元的新粵浙管道估計總長度為7373公里，配建氣庫和LNG應急調峰站，目的市場為新疆、甘肅、浙江、兩廣等13個?。▍^(qū)、市）；新魯管道估計總長度為4463公里，配套扶植儲氣庫（與新粵浙管道共用），目的市場為河南、山東、河北、北京、天津、

20、安徽、江蘇共7省市。</p><p>　　2011年12月30日下午，中國石油化工集團公司與中國華能集團公司等九家企業(yè)，在北京簽署了新疆煤制天然氣購銷協(xié)議。中國石化總經理王天普，新疆維吾爾自治區(qū)黨委常委、自治區(qū)副主席庫熱西·買合蘇提出席簽字儀式并講話。</p><p>　　中國石化投資建設的新疆煤制天然氣外輸管道工程包括新粵浙管道和新魯管道。其中，新粵浙管道將建設一條干線、五條支

21、線，預計總長度為7373公里。新魯管道將建設一條干線、兩條支線，預計總長度為4463公里。</p><p>　　庫熱西·買合蘇提強調，協(xié)議的簽署，不僅對加快推進新疆煤制天然氣產業(yè)發(fā)展，促進新疆跨越式發(fā)展和長治久安具有十分重要的意義，而且有利于緩解中東部地區(qū)天然氣供需矛盾，優(yōu)化能源消費結構，保障國家能源安全。希望中國石化加快推進新疆煤制天然氣出疆管道工程前期建設；在疆煤制天然氣項目企業(yè)要加大投資，堅持“資

22、源開發(fā)可持續(xù)、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)”原則，高起點、高水平、高效益地加快項目建設，爭取項目早日建成投產，發(fā)揮效益。自治區(qū)黨委、自治區(qū)人民政府將大力支持煤制天然氣項目和中石化集團出疆煤制天然氣管道工程建設，主動協(xié)調解決項目建設中的困難和問題，共同推動新疆煤制天然氣產業(yè)發(fā)展。</p><p>　　根據(jù)協(xié)議，提供氣源的九家企業(yè)為中國華能集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司，以及河南煤業(yè)化工集團有限

23、責任公司、徐州礦務集團有限公司、中國萬向控股有限公司、新疆廣匯實業(yè)股份有限公司和新疆勵晶煤業(yè)有限公司。同時，中國石化正在繼續(xù)落實其它氣源。下一步，中石化可以采用收購新疆本地的多個煤制氣公司資本，而且選擇直接進入到各個省的省內支線扶植及參股，從而在煤層氣的氣源、管道輸送及下流輸送等環(huán)節(jié)實現(xiàn)全線獲利，這對于中石化的氣體板塊收入及利潤將帶來利好。公然消息稱，新疆現(xiàn)已做前期工作及開工的煤制氣項目多達20個以上。這些項目建成投產后,年產能將到達7

24、67億立方米。</p><p>　　西氣東輸一線到四線都是為輸送石油天然氣以及進口氣而建設的，新疆還沒有一條煤制天然氣的專屬管道，而且西氣東輸一線供氣價為每立方米0.5-0.6元，預計新疆煤制天然氣生產成本每立方米超過1元，煤制天然氣項目投產后并入西氣東輸管道輸送到內地的難度較大。興建新浙天然氣管道，不僅能填補新疆沒有一條煤制天然氣專屬管道的空白，而且將促進新疆煤制氣產業(yè)的發(fā)展。</p><p

25、><b>　　第2章 設計概述</b></p><p><b>　　2.1 設計依據(jù)</b></p><p>　　2.1.1 設計原則</p><p>　　（1）嚴格執(zhí)行國家、行業(yè)的有關規(guī)范和標準，并參照有關國際先進的標準和規(guī)范；</p><p>　?。?）工程盡量采用先進的技術，努力吸取國

26、內外的先進科技成果；</p><p>　?。?）工程設計本著一次規(guī)劃，分期實施的原則，做到工程建設近、遠期相結合，充分利用資金，節(jié)約投資；</p><p>　?。?）以氣源為基礎、市場為導向，處理好供給與利用之間的關系；</p><p>　?。?）優(yōu)選工藝方案，達到先進適用、經濟合理、適應性強；</p><p>　?。?）線路走向合理、貼近市

27、場，盡量減少干線長度；</p><p>　?。?）管道設計要確保能長期安全、平穩(wěn)的運行；</p><p>　?。?）適應線路的自然環(huán)境氣候，確保生產運行安全可靠，能保護環(huán)境、防止污染、節(jié)約能源、少占土地。</p><p>　　2.1.2 管道設計依據(jù)和規(guī)范</p><p>　　《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-2003，中國計劃出版社

28、）</p><p>　　《油氣集輸與礦場加工》（馮叔初 主編，中國石油大學出版社）</p><p>　　《輸氣管道工程》（王志昌 主編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　　《干線輸氣管道實用工藝計算方法》（苗承武 主編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　　《石油地面工程設計手冊》（第五冊（天然氣長輸管道工程設計）石油大學出版社）</

29、p><p>　　《天然氣管道輸送技術》（黃春芳 主編，中國石化出版社）</p><p>　　《天然氣工程手冊》（四川石油管理局 編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　　《輸氣管道設計與管理》（李玉星 姚光鎮(zhèn) 主編，中國石油大學出版社）</p><p>　　2.2 長輸管道設計原始資料</p><p>　　新粵管線，管道

30、全長5550km。全線共設兩個分輸站（分輸量各占輸量的10％，位于3500km和4200km處）、末站。</p><p>　　設計能力：一期設計輸量150×108Nm3/a，二期輸量350×108Nm3/a，投產啟輸量為60×108Nm3/a。</p><p>　　2.2.1 天然氣的組成</p><p>　　表2-1 天然氣成分<

31、;/p><p>　　2.2.2 管道設計參數(shù)</p><p>　　設計年輸送天數(shù)：350天</p><p>　　管道埋深處地溫：夏季29℃，冬季8℃，年平均地溫：12℃</p><p>　　首站進站壓力：4.0MPa（表壓）</p><p>　　末站出站壓力：2.0MPa（表壓）</p><p>　

32、　管線調峰能力為日輸量的20％</p><p>　　2.2.3 管線設計要求及內容</p><p>　　設計要求：全線采用等強度設計，優(yōu)選管徑、站數(shù)以及管道內涂層</p><p><b>　　主要設計任務：</b></p><p>　　1、完成輸氣管道的工藝計算，確定出站壓力，壓縮機站數(shù)目，管徑與壁后的選取，站場設備的計

33、算與選取，涂層優(yōu)化，管線調峰能力計算以及技術經濟分析；</p><p>　　2、完成各站場的工藝流程設計、設備選型與平面布置；</p><p>　　3、完成首站平面布置圖；</p><p>　　4、完成壓縮機站工藝流程圖；</p><p>　　5、完成首站分離器安裝圖。</p><p>　　第3章 管道工程工藝設計說

34、明</p><p>　　3.1 管路工藝設計結果</p><p>　?。?）本輸氣管道設計項目是新粵天然氣管道工程，管道全長5550km，設計輸量每年350億立方米。</p><p>　?。?）設計最優(yōu)方案為：設計壓力12MPa，壓比1.4，管徑1422mm，有內涂層，管線末段長度為574km，儲氣能力為56.7%，全線管材采用X80鋼。</p>&l

35、t;p>　?。?）全線共有站場227座，其中壓氣站13座，清管站29座，截斷閥室185座，并且有13座清管站與壓氣站合并，減少了單獨建站費用。</p><p>　?。?）每一站的分離器總數(shù)為4臺，直徑1200mm，其他參數(shù)參考規(guī)范進行選擇，流量控制可以通過開啟分離的個數(shù)來實現(xiàn)。</p><p>　?。?）全線的壓縮機采用燃氣輪機驅動，燃氣輪機型號有兩種，從No1站到No11站燃氣輪機

36、型號為LM6000PA，No12、No13站燃氣輪機型號為LM5-st80，并且每站燃氣輪機都采用“一臺工作一臺備用”。</p><p>　?。?）工況要求：當輸量為60億方每年時，只需開啟首站壓縮機就能滿足要求；當輸量為150億方每年時，需要開啟第1、6、11三站；當輸量為350億方每年時，需要開啟全部站，施工時可以根據(jù)各期的開機要求進行站場的建設，各期的壓降曲線可以作為判斷事故工況的依據(jù)，通過與事故工況下壓降

37、曲線的對比，準確找出事故發(fā)生點，從而可以采取有效措施進行應對。</p><p>　　3.2 站場工程工藝設計說明</p><p>　　采用最優(yōu)方案，在投產輸量60×108Nm3/a和管線一期設計輸量150×108Nm3/a時，因輸量相對小，氣體輸送所需壓力較低，可以采用開啟部分壓縮機來實現(xiàn)。長輸管線從首站到末站壓氣站編號為從No1到No13。</p>&l

38、t;p>　　3.2.1 投產期計算</p><p>　　當輸量為60×108Nm3/a時，由公式，可算出，只啟用No1壓氣站；由于線路按照等強度原則設計，為了確保在事故工況時管路的安全，壓縮機出口壓力控制在11MPa，此時壓氣站壓比為，符合要求。</p><p><b>　　布站方案：</b></p><p>　　投產期相關計算

39、表如下：</p><p>　　表3-1 投產期相關計算</p><p>　　投產期壓降曲線圖如下：</p><p>　　圖3-1 投產期壓降曲線圖</p><p>　　3.2.2 一期計算</p><p>　　當輸量為80×108Nm3/a時，由公式可算出，需啟用No1、No6、No11壓氣站，由于線路按照等

40、強度原則設計，為了確保在事故工況時管路的安全，壓縮機出口壓力控制在11.5MPa,此時首站壓比為，No6站壓比為，No11站壓比為，符合要求。</p><p><b>　　布站方案：</b></p><p>　　一期相關計算表格如下：</p><p>　　表3-2 一期相關計算</p><p>　　一期壓降曲線圖如下：&

41、lt;/p><p>　　圖3-2 一期壓降曲線圖</p><p>　　3.2.3 二期計算</p><p>　　當輸量為350×108Nm3/a時，需要啟用所有壓縮機站。</p><p><b>　　布站方案：</b></p><p><b>　　二期相關計算表：</b>

42、;</p><p>　　表3-3 二期相關計算</p><p><b>　　二期壓降曲線圖：</b></p><p>　　圖3-3 二期壓降曲線圖</p><p>　　第4章 管路布站方案計算書</p><p><b>　　4.1 設計思路</b></p>&

43、lt;p>　　4.2 基本物性計算</p><p>　　1、天然氣組成原始數(shù)據(jù)見表4-1</p><p>　　表4-1 天然氣組成</p><p>　　2、天然氣物性參數(shù)計算</p><p>　　根據(jù)天然氣組成及物性計算公式，可以計算出天然氣物性參數(shù)，計算結果見表4-2：</p><p>　　表4-2 物性計算結

44、果表</p><p><b>　　由上表可得：</b></p><p>　　空氣的相對分子質量為一常數(shù)=28.966g/mol；天然氣的平均分子量=17.23477g/mol；天然氣相對密度=0.595；燃氣低熱值kJ/Nm3。</p><p>　　4.3 水力及經濟計算</p><p>　　4.3.1 水力計算<

45、/p><p>　　本設計初選三個設計壓力PH：8.5MPa、10MPa、12MPa；三個壓比ε：1.3、1.4、1.5；三個管徑DH：1118mm、1219mm、1422mm；有無內防腐層Κ：0.005mm、0.05mm；設定管材的鋼種等級為X80，最小屈服強度σs=552MPa；總共組成54種輸氣工藝方案，滿足10%儲氣能力要求的有30種方案。</p><p>　　本例僅以最優(yōu)方案（設計壓力

46、12MPa，壓比1.4，管徑1422mm，有內涂層0.005mm）為例。</p><p><b>　　計算過程如下：</b></p><p>　　計算輸氣管評估性通過能力、、：</p><p>　　第一段：=100， 106m3/d</p><p>　　第二段：=90， 106m3/d</p><p&

47、gt;　　第三段：=80， 106m3/d</p><p>　　計算鋼管的壁厚δ（初定地區(qū)等級為Ι類，設計系數(shù)F=0.72）：</p><p>　　確定輸氣管內徑DB：</p><p>　　根據(jù)設計壓力PH=12MPa（即壓縮機出口壓力）和壓比1.4，計算壓縮機入口壓力PB：</p><p>　　計算輸氣管計算段的平均壓力：</p>

48、;<p>　　輸氣管末段終點壓力=2.1MPa，計算末段平均壓力：</p><p>　　7）計算水力摩阻系數(shù)λ：</p><p><b>　　計算壓縮性系數(shù)：</b></p><p><b>　?、倌┒螇嚎s性系數(shù)：</b></p><p>　?、谟嬎愣螇嚎s性系數(shù)：</p>

49、<p>　　計算最優(yōu)末段長度Lkcp和末段平均溫度Tkcp：</p><p>　　a.已知PH=12MPa，=2.1MPa，=8.21MPa；</p><p>　　b.初步設定Tkcp=290K；</p><p><b>　　c.取總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　d.=285K，=299K；</

50、p><p>　　利用以下計算公式編寫程序計算：</p><p><b>　　定壓比熱容：</b></p><p>　　其中=1.695，=1.838×10-3，=1.96×106（-0.1）</p><p><b>　　節(jié)流系數(shù)：</b></p><p>　　

51、其中=0.98×106，=1.5</p><p><b>　　平均溫度：</b></p><p>　　最優(yōu)末端長度：Lkcp=</p><p>　　求出末段平均溫度Tkcp=282.2K；最優(yōu)末段長度Lkcp=574km；</p><p><b>　　計算末段儲氣Vs：</b></p

52、><p><b>　　儲氣能力為：</b></p><p>　　同末段求法，可求出其他各段的平均溫度和平均站間距：</p><p>　　第一段：平均溫度=289.3，站間距L1=379；</p><p>　　第二段：平均溫度=288.4，站間距L2=470；</p><p>　　第三段：平均溫度=28

53、7.5，站間距L3=597；</p><p>　　12）確定第三段壓氣站數(shù)，并化整：</p><p>　　13）計算第三段中離第二個分氣點最近站的距離為：</p><p>　　=1350-Lkcp-L3=1350-574-597=179km</p><p>　　14）計算第二段中離第二個分氣點最近站的距離：</p><p&

54、gt;　　15）確定第二段壓氣站數(shù)，并化整：</p><p>　　16）計算第二段中離第一個分氣點最近站的距離為：</p><p>　　=700-=700-330=370km</p><p>　　17）計算第一段中離第一個分氣點最近站的距離：</p><p>　　18）考慮經濟性要求，將該站并站，即=0，并計算第一個分氣點后第一站壓比：<

55、;/p><p>　　19）確定第一段壓氣站數(shù)，并化整：</p><p>　　20）計算首站離起點的距離：</p><p>　　21）將首站移至起點處，并計算壓比：</p><p>　　22）計算總的壓氣站數(shù)n：</p><p>　　n=++=10+1+2=13</p><p>　　23）計算一個壓氣

56、站所需要的總功率（單站計算功率）：</p><p>　?、侔刺烊粴饨M分計算天然氣的平均分子量μ</p><p><b>　　②計算氣體常數(shù)R</b></p><p>　?、郯讶镜耐ㄟ^能力換算成質量流量G</p><p>　?、苡嬎銐嚎s機入口條件下天然氣壓縮性系數(shù)（）：</p><p>　　⑤計算

57、多變能頭H（取k=1.5）：</p><p>　?、抻嬎愀鞫我粋€壓氣站所需的總功率（單站計算功率）（取多變效率η=0.8）：</p><p>　　24）選擇燃氣輪機，確定各段一個壓氣站所需的燃-壓機組數(shù)：</p><p>　?、俑鶕?jù)壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為LM5-ST80，該機在ISO條件下的額定功率為；</p><p>　　根

58、據(jù)壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為LM6000PA，該機在ISO條件下的額定功率為；</p><p>　　根據(jù)壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為LM6000PA，該機在ISO條件下的額定功率為；</p><p>　?、谟嬎阍诂F(xiàn)場實際工作條件下該型號燃氣輪機的可用功率：</p><p><b>　　其中：</b></p>

59、<p>　　Ft——現(xiàn)場實際環(huán)境溫度修正系數(shù)，取1.04；</p><p>　　Fa——現(xiàn)場實際大氣壓力或實際海拔高度修正系數(shù)，取0.952；</p><p>　　Fin——現(xiàn)場實際進氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，取0.985；</p><p>　　Fex——現(xiàn)場實際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，取0.995。</p><p>　?、鄞_定各段

60、一個壓氣站所需的燃-壓機組數(shù)及壓縮機排量g：</p><p>　　④確定每臺離心式壓縮機實際的實際功率：</p><p>　?、菀慌_壓縮機的功率利用系數(shù)：</p><p>　　25）計算燃料氣耗量：</p><p>　　①把燃氣輪機在ISO條件下的額定熱耗率換算成現(xiàn)實實際工作條件下的熱耗率：</p><p><b

61、>　　其中：</b></p><p>　　——現(xiàn)場實際環(huán)境溫度修正系數(shù)，取0.995；</p><p>　　——現(xiàn)場實際進氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，取1.0098；</p><p>　　——現(xiàn)場實際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，取1.018。</p><p>　?、谟嬎銌挝还β剩瑔挝粫r間的燃料氣耗量（所輸天然氣的低發(fā)熱值）：<

62、;/p><p>　?、塾嬎愀鞫我粋€壓氣站燃料氣的年耗量：</p><p>　　④計算輸氣管全線的燃料氣的年總耗量：</p><p>　　全線燃料氣年耗量占年輸氣量的比例：</p><p>　　此方案布站結果列表如下：</p><p>　　表4-1 所選方案布站結果</p><p>　　4.3.2 經

63、濟計算</p><p>　　1）計算輸氣管線路部分的耗鋼量：</p><p>　　耗鋼量包括兩部分：按等強度設計耗鋼量和設計壓力下的耗鋼量。</p><p>　?、俚葟姸仍O計壁厚值和耗鋼量：</p><p><b>　　②計算總的耗鋼量：</b></p><p><b>　　=+=<

64、;/b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　W——X70鋼的鋼材密度，取7t/m3；</p><p>　　D——鋼管外徑，mm；</p><p>　　——鋼管壁厚，mm；</p><p>　　L——-管線總長，km；</p><p>　　

65、2）內防腐層面積計算：</p><p><b>　　3）計算總費用F：</b></p><p>　　總費用包括：基礎建設投資和運行管理維護費用。其中基礎建設投資包括：管材費用、站場投資、內防腐層費用以及施工費用。運行管理費用包括：運行管理費用和燃氣輪機能耗費用。</p><p>　　管材價格：9000元/噸；站場投資：與功率有關7200元/KW

66、，與功率無關20百萬/座；內涂層價格：0.00005百萬元/；施工費用：12179.4元/(cm·km)；運行管理費用：管道和壓氣站總投資的0.05倍；燃氣輪機能耗費用：天然氣價格為1.4元/m3；</p><p>　　管道設計使用壽命：30年，基準折現(xiàn)率：12%；</p><p><b>　　=</b></p><p><b&

67、gt;　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　此方案經濟計算列表

68、如下：</p><p>　　表4-2 所選方案的經濟計算</p><p>　　4.3.3 方案匯總</p><p>　　其余各方案的計算結果列入“計算成果表”（見附表二）。</p><p>　　4.4 管線應力校核</p><p>　　管線壁厚設計的計算公式只考慮了管線在內壓作用下產生的環(huán)向應力，對于較大直徑的管線或者

69、是某些特殊的安全需要，還應該核算軸向應力。</p><p>　　軸向應力的相關公式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——管線的軸向應力，Mpa；</p><p>　　——鋼材彈性模量。取Mpa；</p><p>　　——鋼材的線性膨脹系數(shù)，?。?lt;/p>

70、<p>　　——管線安裝溫度，℃； </p><p>　　——管線工作溫度，℃；</p><p>　　——泊松比，取0.3；</p><p>　　——管線的環(huán)向應力，Mpa；</p><p>　　——鋼材內徑，cm；</p><p>　　——鋼材的公稱壁厚，cm；</p><p>

71、　　埋地管線的當量應力可按最大剪應力破壞理論來計算和校核并滿足以下條件：</p><p>　　對于同一種規(guī)格的鋼管，只需要對最小的壁厚進行穩(wěn)定性校核即可，并且整條管線有兩種壁厚，校核結果如下：</p><p>　　表4-3 應力數(shù)據(jù)結果</p><p>　　第5章 站場工藝設計</p><p>　　5.1 輔助站場布置</p>

72、<p>　　5.1.1 清管站建設</p><p>　　輸氣管線在施工過程中積存下來的污物和管道投產運行時所積存下來的腐蝕產物，都是影響氣質、降低輸氣能力、堵塞儀表、影響計量精度和加劇管線內部腐蝕的主要因素。為此，應于管線投產前和運行過程中加以清除。</p><p>　　新粵天然氣管線總長5550km，清管站建設大約150~250km。取間距在該范圍內即可，可以根據(jù)布站情況，考

73、慮經濟情況，計算出整個干線需要29座清管站。</p><p>　　其中，第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、24、27座清管站與壓氣站合并；第23站，與第二個分氣站合并；剩下的15個清管站位于各管段之間。具體布站情況見下表：</p><p>　　表5-1 全線布站表</p><p>　　5.1.2 清管站操作流程</p><

74、p><b>　　1）發(fā)球筒：</b></p><p>　　圖5-1 發(fā)球筒流程</p><p><b>　　操作流程如下：</b></p><p>　　發(fā)送清管器前，將管道輸氣壓力調整到方案要求壓力；</p><p>　　打開球筒放空閥5#，確認球筒無壓，打開球筒快開盲板，把清管器送入球筒底部

75、大小頭處，將清管器在大小頭處塞緊；</p><p>　　關閉快開盲板，裝好保安裝置；</p><p>　　關閉球筒放空閥5#；</p><p>　　打開球筒發(fā)球進氣閥4#，平衡筒壓；</p><p><b>　　全開3#閥；</b></p><p>　　關閉輸氣管線進氣閥1#，發(fā)送清管器；<

76、/p><p>　　確認清管器發(fā)出后，打開輸氣管線進氣閥1#，關閉3#關閉球筒發(fā)球進氣閥4#；</p><p>　　打開放空閥5#泄壓至零，檢查閥3#確實已關閉且不漏氣，打開快開盲板，檢查清管器是否發(fā)走。</p><p><b>　　2）收球筒：</b></p><p>　　圖5-2 收球筒流程</p><

77、p><b>　　操作流程如下：</b></p><p>　　關閉接收球筒放空閥5#及排污閥6#、7#，打開接收球筒旁通閥4#，全開3#閥，關閉1#閥，接收筒處于接收狀態(tài)；</p><p>　　一般情況下，在清管器指示器發(fā)出球過信號后，關閉閥4#，打開排污閥6#、7#；如果遇到污水、污物較多時，應當在污水、污物到達接收站時，關閉4#閥，打開6#、7#閥；</

78、p><p>　　確認清管器進入接收球筒后，關閉6#、7#閥，關閉3#閥；</p><p>　　打開閥1#，恢復正常輸氣；</p><p>　　打開6#、7#排污閥，打開5#接收球筒放空閥，當接收球筒壓力降為零，打開快開盲板，取出清管器；如果接收筒內硫化鐵較多，打開快開盲板前，應先向接收球筒內注水，或打開快開盲板后立即向筒內注水，避免硫化鐵粉末在空氣中自然；</p&

79、gt;<p>　　清除接收筒內的污物，清洗后關閉快開盲板；</p><p>　　關閉5#接收球筒放空閥，關閉6#、7#排污閥。</p><p>　　5.1.3 截斷閥室建設</p><p>　　根據(jù)《輸氣管道工程設計規(guī)范》的規(guī)定，截斷閥位置應該選擇在交通方便、地形開闊、地勢較高的地方。不同等級地區(qū)截斷閥的設置間距不同，截斷閥最大間距應符合下列規(guī)定：&l

80、t;/p><p>　　一級地區(qū)為主的管段不宜大于32km；</p><p>　　二級地區(qū)為主的管段不大于24km；</p><p>　　三級地區(qū)為主的管段不大于16km；</p><p>　　四級地區(qū)為主的管段不大于8km。</p><p>　　上述規(guī)定的閥門間距可以稍作調整，使閥門安裝在更容易接近的地方。</p&g

81、t;<p>　　新粵天燃氣管道全部位于一級地區(qū)。則需要建設的截斷閥室為座；</p><p>　　5.1.4 分離器設計</p><p>　　旋風分離器是利用旋轉的含塵氣體所產生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣—固分離裝置，對于捕集5~10微米以上的粉塵效率較高。</p><p>　　（1）旋風分離器進口</p><p&g

82、t;　　a、旋風分離器進口形式和出口形式：進口形式主要有切向和軸向兩種。進口管有矩形和圓形兩種。由于圓形進口管與旋風分離器只有一點相切，而矩形進口管在整個高度上均與筒壁相切，故一般采用矩形進口管。</p><p>　　b、分離器進口管氣流速度：在一定范圍內，進口氣速越高，除塵效率越高。但氣速太高會使粗顆粒粉碎變成細粉塵的量增加，并增加旋風分離器的壓力損失和加速分離器本體的磨損，降低其使用壽命。因此，在設計旋風分離

83、器的進口截面時，必須使進口氣速為一適宜的值，一般取10~25m/s。</p><p>　?。?）旋風分離器的直徑等圓筒結構尺寸</p><p><b>　　a、直徑D</b></p><p>　　一般旋風分離器的圓筒直徑很小，旋轉半徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風分離器除塵的效率就會越高。由于旋風分離器壁與排氣管距離太近，過小的筒體直徑，會造

84、成直徑較大的顆粒反彈至中心氣流而被帶走，從而使除塵效率降低。另外，筒體太小容易引起堵塞。工程上常用的旋風分離器筒體直徑都在200mm以上。</p><p>　　旋風分離器的筒體直徑可以參考《天然氣工程手冊》中的公式來求取，公式如下：</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p><b>　　式中：</b>

85、</p><p>　　D——旋風分離器的筒體直徑，m；</p><p>　　Q——工作條件下的氣體流量，m3/s；</p><p>　　——阻力系數(shù)，由試驗確定，一般?。?lt;/p><p>　　——工作條件下的氣體密度，kg/m3；</p><p>　　——水力損失（即旋風分離器的壓降），kg/m2。</p>

86、<p>　　實驗證明值在55~180米范圍之內，旋風分離器的凈化程度不低于95%，若小于55米，氣體凈化程度降低，當大于180米時凈化程度趨于穩(wěn)定，但分離氣的壓力降增大。</p><p><b>　　b、筒體高度h</b></p><p>　　通常，除塵效率較高的旋風分離器都有較大的長度比例，這不但使進入筒體的顆粒停留時間增長，有利于分離，且能使尚未達到

87、排氣管的顆粒有更多的機會從旋風分離器中分離出來，減少二次夾帶，以提高除塵效率。</p><p><b>　　設計計算結果：</b></p><p>　　表5-2 分離器計算表</p><p>　　筒體的高度及其他尺寸可以參考《天然氣工程手冊》（上）中的規(guī)格標準來選取。</p><p><b>　　第6章 結論

88、</b></p><p>　　（1）本輸氣管線全長5550km，設計輸量為。</p><p>　?。?）最優(yōu)方案為：末段管長574km，管徑1422mm，壁厚22.2mm，有內涂層，共有13座壓氣站，29座清管站和185座截斷閥室。全線采用等強度設計原則，管道鋼材材質為X80鋼。</p><p>　?。?）本文完成了天然氣的物性計算；輸氣管道的水力計算；

89、儲氣能力計算；技術經濟分析；管路布站方案計算；站場工藝設計計算；啟動、一期、二期工況下的開機方案和相應的壓降曲線；清管站的操作流程等內容。</p><p>　?。?）考慮經濟原因，輸氣干線采用內涂防腐層，采用了強制電流保護為主，犧牲陽極保護為輔的陰極保護方式對干線進行防腐蝕控制。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　

90、　本設計的題目是基于新粵浙天然氣管道產生的，是王武昌老師精心為我設計的，做好本次設計為以后工作打下了堅實的基礎。在此感謝王老師在整個設計過程中的悉心指導和諄諄教誨。</p><p>　　在去參觀膠南分輸站時，針對我提問的問題，李玉星老師給了很好地解答，并在參觀過程中給予了詳細的講解，非常感謝李老師。</p><p>　　最后，非常感謝小組其他成員在設計過程中給我的幫助。</p>

91、<p>　　本次設計涉及的知識點全面，需要查閱文獻，規(guī)范才能完成，鍛煉了多方面的能力，對輸氣管道設計有了系統(tǒng)的了解，為以后工作打下了堅實的基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 苗承武主編.《干線輸氣管道實用工藝計算方法》.北京：石油工業(yè)出版社.2001.9</p><p>　　[2] 李

92、玉星，姚光鎮(zhèn)主編.《輸氣管道設計與管理》-2版.東營：中國石油大學出版社.2009.8</p><p>　　[3] 馮叔初主編.《油氣集輸與礦場加工》.東營：中國石油大學出版社</p><p>　　[4] 《輸氣管道工程設計規(guī)范（GB50251-2003）》.北京：中國計劃出版社</p><p>　　[5] 四川石油管理局編.《天然氣工程手冊》.北京：石油工業(yè)出版社

93、</p><p>　　[6] 中國石油天然氣總公司編.《石油地面工程設計手冊》.第五冊：天然氣長輸管道工程設計.石油大學出版社</p><p>　　[7] 黃春芳主編.《天然氣管道輸送技術》.北京：中石化出版社.2009</p><p>　　[8] 魏東平主編.《C程序設計語言》.北京：電子工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[9]

94、J.A.Schouten, R.Janssen-van Rosmalen, J.P.J. Michels.Condensation in gas transmission pipelines.Phase behavior of mixture of hydrogen with natural gas.International Journal of Hydrongen Enegry 30, 2005:661-668.</p>

95、<p>　　[10] A.Cosham, P.Hopkins, K.A.Macdonald.Best pratice for the assenment of defects in pipelines-Corrision, February 2007:1245-1265.</p><p>　　附錄一 水力計算程序</p><p>　　#include <stdio.h

96、></p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　void main()</p><p>　　{FILE*fp;</p><p>　　int n,i,j,d,y,nt[4];</p><p>　　char PGT[4][30];</p><p

97、>　　float p1,p2,p3,pQ,pk,pkcp,YB,YB1,q,z,zkcp,DB,DH,x,o,K,L,Lkcp,Tcp,Tkcp,Tcp1,Tkcp1,T0,TQ;</p><p>　　float Q,Kcp,Cp,Cpkcp,Cp1,Cp2,aL,aL1,aL2,aLkcp,Di,Dik,Di1,Di2,Vs,mm,C,a,b,c,p1min,p2max,pjmax,pjmin;</

98、p><p>　　float Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,L1,L2,q1,q2,q3,q4,q6,q7,N,l,l1,l2,Tcp2,Tcp3,Tcp4,Tcp5,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9;</p><p>　　float R,k,A[4],G[4],zB,H,N0[4],Niso[4],Nsite[4],g[4],Ncomp[4],HRiso[4],HRsite

99、[4],qF[4],Hl,QF[4],Qsumf,nn;</p><p>　　printf("輸入設計壓力P1(Mp)\n"); /*輸入一系列參數(shù)值*/</p><p>　　scanf("%f",&p1);</p>&

100、lt;p>　　printf("輸入壓比YB\n");</p><p>　　scanf("%f",&YB); </p><p>　　printf("輸入管外徑DH(mm)\n");</p><p>　　scanf("%f",&DH);</p><p

101、>　　a=p1*DH/2/552/0.72; /*計算壁厚*/</p><p>　　printf("輸出壁厚為%.1f(mm)\n",a);</p><p>　　printf("輸入化整后的壁厚\n");&l

102、t;/p><p>　　scanf("%f",&b);</p><p><b>　　K=0.005;</b></p><p>　　DB=DH-2*b; /*計算內徑*/

103、</p><p><b>　　p2=p1/YB;</b></p><p>　　p3=0.666667*(p1+p2*p2/(p1+p2)); /*計算平均壓力*/</p><p>　　c=p3*DH/2/552/0.72;

104、 /*計算等強度壁厚*/</p><p>　　printf("等強度設計壁厚為%.1f(mm)\n",c);</p><p>　　pk=2.1;

105、 /*出站最小壓力*/</p><p>　　pkcp=0.666667*(p1+pk*pk/(p1+pk)); </p><p>　　/*末段平均壓力*/</p><p>　　z=100.0/(100.0+0.113*pow(10.0*p3,1.15));</p><p>　　zkcp

106、=100.0/(100.0+0.113*pow(10.0*pkcp,1.15)); /*壓縮因子*/ </p><p>　　x=1.05*0.077*pow(K,0.2)/(0.9025*pow(DB,0.2)); /*水力摩阻系數(shù)*/</

107、p><p>　　printf("水力摩阻系數(shù)x=%.3f\n",x);</p><p>　　o=0.595; /*相對密度*/</p><p><b>　　Tcp=293;</

108、b></p><p><b>　　Tkcp=290;</b></p><p>　　Q=280; /*末段輸氣量*/</p><p>　　q=Q/350*100;</p&g

109、t;<p>　　L=(105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q)*(105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q)*((p1*p1-p2*p2)/(o*x*z*Tcp));</p><p>　　Lkcp=(105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q)*(105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q)*((p1*p1-pk*pk)/(o*x*zkcp*Tk

110、cp))/2;</p><p>　　/*0.計算末端平均溫度和站間距*/</p><p><b>　　Kcp=1.75;</b></p><p><b>　　T0=285;</b></p><p><b>　　TQ=299;</b></p><p>　　

111、Cp=1.695+0.001838*Tcp+1960000*(p3-0.1)/pow(Tcp,3);</p><p>　　Cpkcp=1.695+0.001838*Tkcp+1960000*(pkcp-0.1)/pow(Tkcp,3);</p><p>　　aL=0.225*Kcp*DH*0.001*L/(q*o*Cp);</p><p>　　aLkcp=0.225

112、*Kcp*DH*0.001*Lkcp/(q*o*Cpkcp);</p><p>　　Tcp1=T0+(TQ-T0)*(1-exp(-aL))/aL-Di*(p1*p1-p2*p2)*(1-(1-exp(-aL))/aL)/2/aL/p3;</p><p>　　Tkcp1=T0+(TQ-T0)*(1-exp(-aLkcp))/aLkcp-Dik*(p1*p1-pk*pk)*(1-(1-exp

113、(-aLkcp))/aLkcp)/2/aLkcp/pkcp;</p><p>　　Di=1/Cp*(980000/Tcp1/Tcp1-1.5);</p><p>　　Dik=1/Cpkcp*(980000/Tkcp1/Tkcp1-1.5);</p><p>　　while(fabs(Tcp1-Tcp)>0.001&&fabs(Tkcp1-Tkc

114、p)>0.001)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Tcp=Tcp1;</b></p><p>　　Tkcp=Tkcp1;</p><p>　　L=pow((105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q),2)*(p1*p1-p2*p2)/(o*x

115、*z*Tcp);</p><p>　　Lkcp=pow((105.113*pow(DB*0.001,2.5)/q),2)*(p1*p1-pk*pk)/(o*x*zkcp*Tkcp)/2;</p><p>　　Cp=1.695+0.001838*Tcp+1960000*(p3-0.1)/pow(Tcp,3);</p><p>　　Cpkcp=1.695+0.00183

116、8*Tkcp+1960000*(pkcp-0.1)/pow(Tkcp,3);</p><p>　　aL=0.225*Kcp*DH*0.001*L/(q*o*Cp);</p><p>　　aLkcp=0.225*Kcp*DH*0.001*Lkcp/(q*o*Cpkcp);</p><p>　　Tcp1=T0+(TQ-T0)*(1-exp(-aL))/aL-Di*(p1

117、*p1-p2*p2)*(1-(1-exp(-aL))/aL)/2/aL/p3; Tkcp1=T0+(TQ-T0)*(1-exp(-aLkcp))/aLkcp-Dik*(p1*p1-pk*pk)*(1-(1-exp(-aLkcp))/aLkcp)/2/aLkcp/pkcp;</p><p>　　Di=1/Cp*(980000/Tcp1/Tcp1-1.5);</p><p>　　Dik=1/C

118、pkcp*(980000/Tkcp/Tkcp-1.5);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Tcp=Tcp1;</b></p><p>　　Tkcp=Tkcp1;</p><p>　　printf("z=%.3f\n",z);</p>

119、<p>　　printf("zkcp=%.3f\n",zkcp);</p><p>　　printf("末段平均溫度為%.1f(K)\n",Tkcp);</p><p>　　printf("計算段平均溫度為%.1f(K)\n",Tcp);

120、 </p><p>　　printf("末段平均壓力為Pkcp=%.2fMP\n",pkcp);</p><p>　　printf("計算段平均壓力為Pcp=%.2fMP\n",p3);</p><p>　　printf("末段長度Lkcp=%.0fkm\n"

121、;,Lkcp);</p><p>　　printf("末端站間距L=%.0fkm\n",L);</p><p>　　C=3.1415926/4*pow(DB/1000,2)*293*Lkcp/0.101325/Tkcp/zkcp*pow(10,3);</p><p>　　p2max=sqrt(p1*p1-o*Lkcp*x*zkcp*Tkcp*q*