中衡输气管道【设计明细】与管理总结(不全还有错误).pdf

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1、输气管道设计与管理总结绪论绪论1.天然气定义：系指从地层开发出来的、可燃的烃和非烃混合气体。这种气体有的基本是以气态形式从气井中开采出来的，成为气田气气田气；有的是随液体石油一起从油井中开采出来的，称为油田伴生气油田伴生气。气田气约占世界天然气总量的 60%，油田伴生气约占 40%。2.天然气主要用途：热值高（平均达 33MJ/m），是理想的工业和民用燃料，用于发电、炼铁等工业生产和百姓生活；作为化工原料用于化工生产，设计工农业、国防等各个领域。3.输气系统的组成：主要有矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配气网和与这些管网相匹配的站、场装置组成。4.输气系统的特点：从生产到使用各环节紧密相

2、连；气体可压缩性对输气和储气有影响；可充分利用地层压力输气。5.天然气生产到使用的五个环节：采气采气-净气净气-输气输气-储气储气-供配气供配气，这五个环节由三套管网相连，即矿场矿场集气网、输气干线和城市配气网集气网、输气干线和城市配气网。三套管网组成一个统一、连续、密闭统一、连续、密闭的输气系统。第一章第一章 天然气的物理化学性质天然气的物理化学性质1天然气的组成：烃类：甲烷（主要）乙烷、丙烷、丁烷、戊烷；非烃类气体：硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氮气、氢气和水蒸气、氦气、氩气；水或盐水、固体颗粒；注醇等化学药剂携带进入产气。2.甲烷：无色，稍有蒜味。比空气轻。物理标况下相对密度为0.5524

3、。3.分类：按天然气的烃类组成的多少来分，可分为干气、湿气或贫气、富气。（1）C5界定法：干气：指在 1Nm井口流出物中，C5以上烃液含量低于 13.5cm的天然气；湿气：指在 1Nm井口流出物中，C5以上烃液含量高于 13.5cm的天然气。（2）C3界定法：贫气：指在 1Nm井口流出物中，C3以上烃液含量低于 100cm的天然气；富气：指在 1Nm井口流出物中，C3以上烃液含量高于 100cm的天然气。按酸气含量分为酸性天然气和洁气。按矿藏特点分为气田气、凝析气、油田伴生气。4.天然气组成的三种表示方式体积分数：=摩尔分数：=质量分数：=6.理想气体状态方程：=（即=）=为气体的比体积；VM

4、为 1kmol 的气体体积，理想气体的VM为 22.4m/kmol；为每千克气体的气体常数，不同气体又不同的值，单位为kJ/(kgK)；RM为摩尔气体常数又叫通用气体常数，物理标准状态下为 8.314kJ/(kmolK)，7.真实气体状态方程：=。M 为 1koml 气体的质量，其值等于相对分子质量。=，压缩因子 Z 即真实气体比体积与理想气体比体积之比，=。8.对比参数：=,分别叫对比压力，对比温度和对比体积。9.将具有相同对比压力和对比温度的不同物质的状态成为对应状态。对应态定律：处于对应状态的各种流体具有相同的对比体积。10.求气体混合物的压缩因子，常用凯（Kay）法则：=1=1=1由对

5、比参数求压缩因子 Z 等其他参数。11.物理标准状态:273.15K,101325Pa。工程状态标准：293.15K，101325Pa。如不指明压力温度状态，通常就是指工程标准状况下的参数。12.计算压缩因子方法：基于对应态原理的压缩因子计算经验公式法基于状态方程的压缩因子计算AGA8-92DC 计算模型。13.混合气体的密度可写为=。14.相对密度：同一温度压力下，气体的密度与干空气的密度之比：=。物理标况下：干空气=1.2931kg/m，甲烷=0.5524。15.气体粘度的特点：比液体粘度小；温度一定时，粘度随压力的升高而升高；低压时，气体的粘度随温度升高而增大；高压时，气体粘度随温度升高

6、而降低，表现出类似液体的性质。CH4粘度C2H6粘度，在相同条件下，分子量小的 CH4分子更容易相互扩散和碰撞。16.低压下，天然气粘度与温度关系：=0()。017.绝对湿度 Wa：kg/m3，每立方米湿天然气中所含的水蒸气量，即饱和时的绝对湿度为：3=2.165 10=0p0为水的饱和蒸气压 Pa。30=2.165 10=0=18.相对湿度：湿天然气的绝对湿度与同温度下饱和天然气的绝对湿度之比。0，气体饱和时=1。19.露点：当湿天然气降低到某一温度时，达到饱和状态。若继续降温，将析出水滴。该温度称水露点。20.输气温度低于露点时，管道中有水析出。天然气进入干线输气管前要深度脱水，降低露点，

7、使露点温度低于最低管输温度 5C。开始有液态烃凝析时的温度称烃露点，干线输气管烃露点应低于最低环境温度。21.湿天然气中水析出时，对储运和利用过程带来危害：（1）形成固态水合物，堵塞管道；（2）液态水加剧管内壁的腐蚀；（3）水太多，管道中可能会出现气液段塞流，在干 线输气管道上禁止出现；（4）降低热值。22.单位体积干天然气中所含的水蒸气量称为天然气的含水 W，kg/m3。求解方法有图表、经验公式、实际气体状态方程。00=80300为干天然气的密度。若不考虑实际气体与理想气体的差别，则任何气体的饱和含水量只是总压力与温度的函数。23.比热容：单位质量气体升温1C 所需的热量（J/kgC）。定容

8、过程：在加热过程中，气体不向外作功，吸收的热量全部用于增加气体内能，也就是升高温度。定压过程：加给气体的热量除增加气体内能外，气体还要膨胀，对外作功。理想气体：cp-cv=R24.热值HV：标准状态下：每单位体积或单位质量的天然气完全燃烧发出的热量称为天然气的燃烧热值。=高热值：燃烧生成的水全部冷凝为液体，此时测定的热值为高热值。低热值：燃烧生成的水保持气相，这时测定的热值为低热 值或净热值。可用热值测定仪天然气热值，低高热值间约差710。25.若天然气热值比合同规定高太多，应控制天然气热值适应燃具的设计值:从高热值天然气中回收 C2组分;与低热值气体掺混后供应用户。26.天然气的爆炸极限（又

9、叫着火极限）：着火下限：可燃气体在空气中浓度低于某一极限。着火上限：可燃气体浓度超过某一极限。天然气爆炸极限为浓度51527.节流：气体在流道中经过突然缩小的断面，由于局部的阻力，压力降低的现象。节流后气体膨胀流速增大，但动能增大与 h1、h2 相比极小，因此可近似认为节流前后焓不变。28.理想气体的焓是温度的单值函数h=f(T)，真实气体的焓还与压力有关。对于真实气体，节流以后气体压力下降，通常也造成温度下降，称为节流的正效应。温度升高为节流的负效应。节流效应又叫焦耳-汤姆逊效应。29.温度下降的数值与压力下降的数值的比值叫节流效应系数，即：=()节流后温度不变的温度称转变温度转变温度。不同

10、压力下的转变温度得到连续曲线，称转变曲线转变曲线。当压力 p=0 时有两个转变温度，即最大和最小转变温度。在转变曲线与 T 轴包围区域，Di0，称冷效应区；其余称热效应区。当压力不是很高时，天然气在绝热膨胀中，压力降低，比容增大，分子间位能增大，导致天然气温度降低。但对于高压或超高压条件，同样存在节流后温度升高可能。第二章第二章天然气净化天然气净化1.天然气所含杂质：砂、铁锈、水、水蒸气、硫化物、二氧化碳等杂质。2.杂志的危害：砂铁锈等会对管道、压气机、仪表设备等产生磨损；水会减少输气截面，增加输气阻力；酸性气体（H2S,CO2）形成酸性水溶液，对管内壁产生腐蚀；在一定压力、温度条件下，水还能

11、和天然气中的轻组分生成固体冰雪状水合物，堵塞管道。水蒸气会降低天然气热值。3.气质标准：进入输气管道的气体必须清除机械杂质，水露点应比输送条件下最低环境温度低5；烃露点应低于最低环境温度，气体中的H2S 含量不应对于 20mg/m3。4.净化方法分类：分离和过滤；冷凝分离；吸附法；吸收法；直接转化法；综合法。5.常用分离、除尘的措施：(1)脱除天然气中的水蒸气、氧、硫化物、二氧化碳等组分，减少管内腐蚀；(2)采用管内壁防腐涂层，保护管材；(3)定期清管和扫线；(4)在允许的情况下，采用所能达到的最低流速输气，减少气流冲击腐蚀和携尘能力；(5)在集气站、压气站、配气站、调压计量站等处设分离 器、

12、除尘器和过滤器，脱除各类固(液)体杂质。6.常用的分离器、除尘器和过滤器:重力式分离器重力式分离器:重力式分离器有立式和卧式两类。重力式分离器由分离、沉降、除雾和储存四个部分组成。旋风分离器旋风分离器多管旋风分离器多管旋风分离器过滤分离器过滤分离器7.天然气脱水目的脱水目的：使天然气中水的露点足够低，从而防止低温下水冷凝、冻结及生成水合物。脱水常用方法脱水常用方法：低温分离低温分离固体干燥剂吸附法固体干燥剂吸附法：固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉 临近的气液分子，这种现象称吸附。吸附有化学吸附和物理吸附两种，常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、铝矾土、分子筛。液体吸收

13、剂吸收法液体吸收剂吸收法:，目前常采用三甘醇（TEG）脱水，其露点降可达 3347。8.固体吸附剂应具备下列条件：吸水量大；选择吸附好；具有再生能力；机械强度高，使用寿命长；无毒，无腐蚀性；价格便宜。9.液体吸收剂应具有下列条件：吸湿性能好；烃类流体在吸附剂中溶解度小；容易再生，重复使用；蒸汽压低，粘度小；不易和天然气组分产生化学反应；无腐蚀性；廉价。10.影响甘醇脱水效果的因素：贫液浓度；甘醇循环量。11.脱除酸性气体应用较多的方法：化学溶剂法，物理溶剂法，直接转化法，干式床层法，膜分离法，变压吸附法，化学吸收法。第三章第三章气体管流的基本方程气体管流的基本方程1.描述气体沿管流动的参数：p

14、,T,，w2.描述气体沿管流动的基本方程有连续性方程，运动方程，能量方程，气体状态方程。d(wF)0wF const，当 F 不变时：wconstdx3.连续性方程：或pFw2(Fw)(w2F)gF sinFxxD 2运动方程：能量方程:Q(wF)xw2w2(F)u gs(wF)H gs22x第四章第四章输气管的水力计算输气管的水力计算1.稳定流动管流基本方程的假设：气体在管内作稳定流动气体在管道中的流动过程为等温过程水力摩阻系数沿管长不变。dPdwdsw2g0dxdx2D2.稳定流动管流基本方程：dx23.气管压降由三部分组成：摩阻损失、克服高差的压降损失、由于流速变化产生的压降损失。4.水

15、平输气管的流量基本公式：M 422(pQ pZ)D4p LZRT2lnQpZD22(pQ pZ)D5对于长距离水平管，可简化为：M 化为工程标况下的体积流量为：4ZRTL22()5Q=0对短距离大压降放空管：22()4Q=0（+2)若式中参数均采用我国法定单位，则C0=0.038485.高程差大于 200 米，要考虑高程对输气量的影响。6.地形起伏地区输气管流量基本公式:Q C022pQ pZ(1asZ)D5aZZTl1(si si1)li2li1其中 sZ是起终点高程差（因为假设起点高程为0），asZ反映了输气管终点与起点高差的影响，aZ(si si1)li2Li1反应了线路纵断面特征对输气

16、能力的影响。线路起伏对输气管参数有影响，是由于气体的可压缩性造成的。7.管壁当量粗糙度我国通常取Ke=0.05 mm8.常用的输气管流量公式:威莫斯公式：22 pQ pZQ CwDZ TL830.510.5潘汉德尔 B 式：22 pQ pZ2.53Q CpEDZ0.961TLE 9.E 输气管效率系数：QSLQLSDN300-800 E 取 0.8-0.9；DN800 E 取 0.91-0.9483Q1 D1Q2D210.管道直径对流量的影响：说明加大直径是增加输气管流量的主要措施。Q1 T2Q2T111.输气温度对流量的影响：说明低温输送有利。输气管设计时水力计算温度如何选取？取最高0.5月

17、平均地温Q1 L2Q2L112.站间距对流量的影响：,站间距减小一般，流量提高41.1%，即倍增压气站。输气管管道的站0.5间距一般在 110Km 到 150Km。13.起、终点压力对流量的综合影响：提高起点压力输送比降低终点压力更能提高输气量。14.终点压力对输气量的影响：如下图所示，Pz 在高压范围内的变化对Q 影响很大。Pz 在低压范围内变化对输气量影响不大。压气站进口压力一般保持在 左右，不像输油管等压力耗完再增压。21QQmax321115.综上：增大管径是提高输量的主要方法；减小站间距、减小压比对提高输量作用很大，但是要经济比较考虑；低温输送有利于增加输量，但是输气管是否采用低温输

18、送要进行经济分析；高压输送是提高输量的另一个主要途径、末端压力波动对输量影响不大，进站压力一般保持在2。16.沿线压力分布：1px平均压力：222pQ(pQ pZ)xL（很容易推）2pZ2ppj pQ3pQ pZ17.当量管法：当量管径法P1D1,L,Q1P 2QD2,L,Q2De2,L,Q2P 1DeLeP 2QPDe2.67 D12.67 D22.67 当量管长法p 1Db,LbLep 3Da,Lap 3Da,Lap 2Qp 2Qp1 DaleDb5.34lb（会推出）18.流量系数法：管径 D0 为某一标准值(一般取 D0=1 m)的管子代替复杂管中的任一根管子，1m 的管子称标准管，并

19、假设：标准管和所代替的管子长度相同；PQ、PZ、K、T、Z 相同。DQKLQ0D019.简单管流量系数：平行管:83 D2.67KLKLii1n变径管：KLLnLi2i1KLin20.沿线分气或集气的水平输气管：Lip p CQi2KL1i12Q2Z2环状管网:.第五章第五章输气管的热力计算输气管的热力计算1.输气管温度分布公式：最后一项是考虑了节流效应引起的温降。如果不考虑，就是著名的苏霍夫公式。输气管的a 大，温降曲线比输油管陡2.输气管平均温度：3.输气管设计温度的取值：输气管 TQ、T0 的取值：在同等压降条件下气体的输送温度越低，它的输量就会越高，或者说在同等输量条件下，温降会越低，

20、因此，规定TQ一般不高于 50，这可作为压气站气体冷却获热 能利用装置的设计依据。输气管进行水力计算时T0取最高月平均温度，也即取夏季的T0作为水力计算的依据。4.总传热系数：管道总传热系数 K指介质与周围介质温度差为1时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量。W/m2K=0+(0)1对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，则5.天然气水合物(NGH)的三种结构：型结构：为体心立方体晶体结构；型结构：是类似于金刚石的晶体结构；H 型结构：为一般六面体结构。6.天然气水合物的危害：水合物的生成减少了流通面积，能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。7.

21、形成水合物的条件形成水合物的条件:足够的水分适当的温度和压力足够的水分适当的温度和压力（低温、高压条件）气体处于脉动、紊流扰动气体处于脉动、紊流扰动中，幵有结晶中心存在。中，幵有结晶中心存在。（是外因）8.防止水合物形成方法防止水合物形成方法：加热降压添加抑制剂干燥脱水（最彻底的最有效）9.水合物的可能生成区的判断第七章第七章 输气站输气站1.压缩机选型应满足的工艺要求：压缩介质对压缩机提出的要求。（能否允许介质有少量的泄漏，能否允许被润滑剂污染，排气温度的限制）压缩机的排气量。（采用一台大的总比采用两台小的经济，备用台数也不宜多，大多数是工作34 台，备用一台）压缩机的入口压力2.压缩机站场

22、内区域布置（GB50183）：站场宜布置在城镇和居住区的全年最小频率风向的上风侧；在山区、丘陵地段，站场宜避开窝风地段；放空火炬和立管宜布置在站场生产区全年最小频率风向的上风侧，且易布置在站场外地势较高处。3.输气站的工艺流程有哪些：首站工艺流程，末站工艺流程，分输站工艺流程，清管站工艺流程，中间压气站工艺流程。4.离心压缩机的三条特性曲线是：（1）压力比（或出口压力 p2）与进口条件下的体积流量Q1 的关系曲线，即=f1（Q1）或 p2=f2（Q1）曲线。（2）效率与进口条件下的体积流量 Q1 的关系曲线，即=(1)曲线。（3）功率N 与进口条件下的体积流量Q1 的关系曲线，即曲线N=f（Q

23、1）曲线。见左下图。5.压缩机发生喘振的条件：管道系统的特性曲线与压缩机特性曲线的交点进入喘振区，才会产生喘振。见右上图。6.离心压缩机定转速下的特性方程：7.离心压缩机可采用的调节方法：改发压缩机的转速；压缩机出口的节流调节；压缩机的进口节流调节；进口气流旋绕调节；旁路回流调节；8.压缩机的驱动机有电动机、蒸汽轮机、燃气轮机、柴油机和天然气发动机等，可分为三类：燃气轮机输气机组，电动机输气机组和燃气发动机输气机组。燃气轮机机组优点是：；单位重量上的单位功率高，可通过改变燃气轮机动力涡轮转速来调节流量，可利用天然气做燃料，水和润滑油耗量较少，可直接传动，无须单独架设电路。缺点是效率较低，燃气消

24、耗量较大，噪声大。电动机组的优点是：保持生态环境干净，操作简单，维护工作量小。缺点是需单独假设输电线路，不能改变转速来调节流量。活塞式燃气发动机组优点是：允许的压力比变化范围较大，效率较高。缺点是：结构复杂，金属消耗量大，润滑油和冷却水消耗量大，必须有很厚的基础。9.压气站常用空冷器冷却天然气。天然气计量方法有体积计量，质量计量和热值计量。第八章第八章 压缩机站与管路联合工作压缩机站与管路联合工作1.单个压气站与管路联合工作点：2只要联立管路特性方程2.222=+2与压气站特性方程2=1 2即可求出工作点。多个压气站与干线输气管的联合工作点：假设:水平管；输量不随时间而变，稳定流；各站站特性不

25、同；站间管路的 D、L不同；各站燃气轮机用气量为来气量的某一固定百分比，即：M=Q出/Q进一定。则干线输气量为：如果压缩机站是同一类型的，站间管路的长度和管径也相同（末段例外），不考虑各站的自用气量，M=1，则：相关结论：综上，干线输气管系统的输气量 Q 首先取决于输气首站的压力pZ1或pQ1；由于A1，首站进、出口压力pZ1戒pQ1稍有下降，对整条管道系统的输气量都会有较明显的影响，输气管的终点压力pZ，即使在较大范围内变化，对整个系统输气量的影响也不大，站数愈多，pZ1、pQ1的影响愈大，pZ的影响愈小；即使站间管路一样，各压气站类型相同，各站的吸入压力pZX和排出压力pQX也不相同（原因

26、：除存在自用气外，关键在于末段管路和末段的终点压力与其它站间也不同）；4.首站进站压力对沿线压力的影响：当1增大，供气量增长时，压力和都将提高，输气管的通过能力增大，压力降落线将抬高。当1减小，供气量下降时则相反。5.末段管路的终点压力对沿线压力的影响：近似认为变化不会引起干线输气量 Q 的变化。(1)的变化大于的变化，而的变化又大于的变化，即 (2)的变化对、的影响，实际上只在干线输气管的最后一、二个压气站存在。6.压气站或部分压缩机组停运对工况的影响:停运站越靠前，输气量下降越多最后一站停运对输气量影响不大；停运站以前的各站进出站压力均上升，越靠近停运站上升越大；停运站以后沿线压力下降，越

27、接近停运站下降越多。7.定期分气对沿线压力的影响：分气点之前流量将比分气前增大，分气点之后流量将要减小；定期分气将造成全线压力下降，越接近分气点的地方，压力下降得越多，距分气点越进下降越少。8.定期集气对沿线压力的影响：集气点以前，流量将比集气之前的流量减小，定期集气点之后流量将要增加；定期集气之后，全线压力将要上升，越接近集气点，压力上升得越多，距集气点越进上升越少。9.输气管道泄漏检测的方法有两类：一类是基于磁通、涡流、摄像等通球技术的管内智能检测法。第二类是基于管线压力、温度、流量、声音以及震动等物理参数发生变化的外部检测法。10.泄漏检测方法的 7 个主要评价指标：泄漏检测的灵敏度，泄

28、漏点定位精度，泄漏检测的实时性，可靠性，误报率和漏报率，适用性，性价比。第九章第九章 输气系统的调峰与末端储气输气系统的调峰与末端储气1.解决供气不用气之间不平衡问题的途径：(1)随着用气量的变化及时调节气源的供气能力或设置机动气源。(2)利用一些大型工业企业作为城市用气的缓冲用户。(3)实行峰谷气价。鼓励双燃料发电行业夏季多用气（不同季节价栺不同）(4)设置各种储气设施。2.天然气调峰方式:调峰方式主要包括地下储气库调峰、LNG 调峰、液化石油气调峰、上游调峰、管道调峰、管束调峰和储气罐调峰等。3.储气体积的计算：VS=Va-Vb4.低压储气罐几何容积确定：Vc=V/V-储气罐的几何容积，m

29、3；V-所需储气容积，m3；-储气罐的活动率，取 0.750.85。5.高压储气罐几何容积确定：Vc=V/（P1-P2）P1-储气罐最高工作压力(105Pa)；P2-储气罐最低工作压力(105 Pa)。6.天然气储存方法：气罐储气地下储气天然气的液化储存液化石油气（LPG）调峰长输管道末段储气天然气的溶解储存天然气水合物（NGH）的固态储存天然气吸附储存。7.低压气罐分为湿式和干式两种，低压气罐的特点是储气容积能在一定范围内变化。高压气罐常见的有球形罐和圆筒形卧式罐。8.地下储气库的类:利用已开采过的油气田储气(最为理想和经济)利用含水多孔地层储气；利用盐岩层建造储气库储气；利用岩穴储气。9.

30、地下储气库地面系统主要由注采气管网、注采气站、压气站及输气管线组成。10.地下储气库的采气流程有两种基本形式：完全依靠地层的压力将采出的天然气输至输气干线。靠地层压力和外输气压缩机增压将采出气输至输气干线。两种流程的差别在于是否设外输气压缩机。11.压气站主要设备：压缩机、净化设备和冷却塔。12.LNG 工业链包括天然气预处理、液化、储存、运输、接收、应用等环节13.输气管道末端储气计算步骤（考试必考）：已知2和12利用12 2=2计算p1min和2；利用平均压力公式计算和。,。则末端储气能力为 Vs=Vmax-Vmin=011022式中 T1、T2分别为初期开始和结束时的平均温度，可近似认为

31、T1=T2=T。14.末段的最有长度为最大长度的1/2.则可求=0000第十章第十章 干线输气管压气站的布置与参数优化设计干线输气管压气站的布置与参数优化设计1.预先不固定站址的压气站布置：仅仅按照水力条件设计，按最大出站压力Pmax 设计，此时输气管有最大输气能力 Qmax。若不考虑各站的自用气，M=1，且 Ci=C，各站间距相等站间距：lL lZli lZn1li1n122A1PmaxBQmax2ACiQmax输气管全长：由于平均站间距不易求得，用该式求压气站数并不方便，用l 代替，则可近似用下式来求压气站数：n LlZ1l。我们常常用已知的末段流量Qzmax 代替首站出站的最大流量 Qmax。2.增加输气管输气能力的措施：当一条输气管的最高工作压力已达到管路强度允许的最大值时，提高输气能力实际上只有两个办法：在站间铺设副管；增建新的压气站。比较：一定直径的输气管有一定的合理输量范围，输气量超过某一极限时，铺设两条管线比一条更有利，可以大大地减少压气站数，从而节约气站的建造费用和经营费用。用倍增压气站的方法提高输气能力，只有某一范围内比较经济合理，超过这范围铺设副管比较合理