管道输送工艺.pdf

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1、 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:油气储运 学生姓名:学 号:设计地点（单位）K715 设计题目:某输气管道工艺设计 完成日期：年 月 日 指导教师评语:_ 成绩（五级记分制）:指导教师（签字）:重庆科技学院课程设计 目录 目录 1 天然气基础数据计算.1 1.1 所输天然气各组分性质.1 1.2 天然气的密度.1 1.3 天然气相对密度.1 1.4 天然气的动力粘度.2 1.5 天然气的运动粘度.2 2.管道不同压力下的规格确定.2 2.1 管道内径的计算.3 2.2 确定管壁厚度.3 3 期末管段长度几直径确定.5 3.1 输气管道末端的工

2、况特点.5 3.2 末段长度和管径的确定.5 3.2.1 末段长度和管径的计算方法.5 3.2.2 末端长度和直径的计算.6 4 压缩机站数、压缩比、选型的确定以及位置的布置.8 4.1 压缩机站数的确定.8 4.2 压缩机的布置与压缩比的确定.8 4.2.1 压缩机的布置.8 4.2.2 压缩机比的确定.8 4.3 压缩机的选型.9 4.3.1 压缩机的选型原则.9 4.3.2 本设计中对于压缩机的选型.10 5 总结.11 5.1 管道规格.11 5.2 期末端长度及直径.11 5.3 压缩机站数.11 5.4 压缩机选型与压缩比.11 参考文献.12 重庆科技学院课程设计 天然气基础数据

3、计算 1 1 天然气基础数据计算 1.1 所输天然气各组分性质 表 1-1 天然气组分物理性质 组成 密度(kg/m)相对分子质量 动力粘度 组成 密度(kg/m)相对分子质量 动力粘度 甲烷 0.7174 16.043 10.60 己烷 3.7854 86.060 9.80 乙烷 1.3553 30.070 8.77 硫化氢 1.5392 34.076 11.90 丙烷 2.0102 44.097 7.65 二氧化碳 1.9768 44.010 14.30 异丁烷 2.6912 58.124 6.68 氮 正丁烷 2.7030 58.124 6.68 氦 异戊烷 3.426 72.151 6

4、.64 氢 0.0898 2.016 8.52 正戊烷 3.4537 72.151 6.48 氩 1.2 天然气的密度 天然气密度计算公式如下：iiy0 （1-1）式中 0天然气的在标况下的密度，3mkg；iy组分 i 的体积百分数（摩尔分数）；i组分 i 的密度，3mkg。查表可知各种单一气体的密度，计算天然气密度，得：0=(94.260.71742.741.35532.102.01020.372.69120.522.70300.013.4260.090.0898)%=0.78013mkg 1.3 天然气相对密度 在标准状态下，天然气的密度与干空气的密度之比称为相对密度。天然气相对密度用符号

5、用表示，则有：a （1-2）式中 气体的相对密度；气体的密度；a空气的密度，在工程标准下，为 1.2063mkg。647.0206.17801.0 重庆科技学院课程设计 天然气基础数据计算 2 1.4 天然气的动力粘度 由动力粘度公式:iiiiiMyMy （1-3）式中 天然气动力粘度；ii 组分的动力粘度；iyi 组分的摩尔分数；iMi 组分的相对分子质量。sMPa410.1012944.081350864242.4879717 1.5 天然气的运动粘度 根据动力粘度和天然气的密度可得该天然气的运动粘度为：（1-4）smm234.137801.0410.10 重庆科技学院课程设计 管道不同压

6、力下的规格确定 3 2.管道不同压力下的规格确定 2.1 管道内径的计算 管道内径公式为：207.010038.0033.0207.04.11Pqdv (2-1)式中 为天然气标准密度，3mkg；为天然气运动粘度，smm2；vq为天然气在该管段内的流量，hm3；100P管道在 100 米的压力降，当 P3.0MPa，100P取 45KPa，当1.4P3.0MPa，100P取 35KPa3。由于站内运行压力为 5.5MPa，从起点到进气点的管道管径为：mmd17.8064553571434.137801.04.11207.038.0033.0207.01 当 1.43.0MPa，mm66.714

7、8260.0217.8065.51 当 1.4P3.0MPa，mm07.8148260.0214.8495.51 重庆科技学院课程设计 期末管段长度及直径的确定 5 3 期末管段长度及直径确定 3.1 输气管道末端的工况特点 输气管道末段，即最后一个压缩机站与城市门站之间的管段。末段与其他各站站间管段在工况上有较大的区别。对于中间站站间管段来说，其起点与终点的流量是相同的，即属于稳定流动的工况，因此可按推导公式计算。但对于输气管道末段来说，其起点流量也是和其他各管段一样保持不变，而其终点流量却是变化的，并等于城市的用气量。城市用气量小于末段的恒定起点流量，如城市无储气库，多余的气体就积存在末段

8、管内。当城市用气量大于管线输气量时，不足的气量就由积存在末段管中剩余气体补充。随着流量的变化，末段的起、终点压力也随着变化。末段终点流量增大时，末段起、终点压力都要减小；相反，终点流量减小时，末段起、终点压力都要增大。末段起点的最高压力等于最后一个压气站出口的最高工作压力，末段终点的最低压力应不低于配气站所要求的供气压力，末段起、终点压力的变化就决定了末段输气管中的储气能力。3.2 末段长度和管径的确定 3.2.1 末段长度和管径的计算方法 计算输气管道末段长度和直径时，应考虑以下三个条件: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

9、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。（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。具体计算步骤如下：A.假设输气管道末段长度和

10、管径；B.根据条件二确定储气终了时末段起点压力；根据条件三确定储气开始时末段重点压力；重庆科技学院课程设计 期末管段长度及直径的确定 6 C.计算储气终了时末段终点压力，计算储气终了时末段平均压力；D.计算储气开始时末段起点压力，计算储气开始时末段平均压力；E.计算末段储气能力，与要求的末段储气能力比较，若互相接近，则所假设的末段长度和管径满足工艺要求；否则重新假设末段长度或管径，返回步骤 B重新计算，直到末段长度和管径满足工艺要求，计算结束。3.2.2 末端长度和直径的计算 因此根据以上所说：假设末段长度kmlz30,内径 d=825mm 根据资料查得经验值，末段储气能力为输气量的 25%3

11、0%，故可计算得末段储气能力为/dm8.385%3012863万V。通过假设的数据求出末段输气管的储气能力sV，当sV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。所以计算各个参量 压缩因子公式：15.110113.0100100pZ (3-1)式中 P=5.5MPa 求得：Z=0.90 前苏联天然气研究所近期公式：2.0)2(067.0de 将 d=825，e=0.03代入得=0.0174 可求参数 C：520DCTZC 式中 水利摩阻系数；Z压缩因子；天然气相对密度；T天然气输送温度，K；0C610332.0；D管道内径，mm。代入数据计算得出：C=0.032 计算储气量

12、 储气开始时，终点的最低压力 2MPa 应不低于配气站要求的最低供气压力：22min2min1QClPPz 重庆科技学院课程设计 期末管段长度及直径的确定 7 其中min2P1.0MPa，C=0.032，kmlz30,Q=dm/1086.1236,代入公式得:min1P=1.32MPa 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：22max1max2QClPPz 其中max1P=5.5MPa，代入公式得:max2P=5.35MPa 储气开始时的平均压力：)(32min2min12min2min1minPPPPPpj 其中min1P=1.6MPa，min2P1.0MPa，代入公式

13、得：minpjP1.32MPa.储气结束时的平均压力：)(32max2max12max2max1maxPPPPPpj 其中max1P=5.5MPa，max2P=5.35MPa，代入公式得：maxpjP5.43MPa.末段输气管的储气能力为：minmaxVVVs zpjpjlTZTPPPD00minmax24 式中 minV一储气开始时末段管道中的存气量，M3；maxV储气结束时末段管道中的存气量，M3；0T工程标准状况下的温度，0T=293K；0p工程标准状况下的压力，0p=101325Pa；Z压缩因子；代入数据得：dVs/m20.3433万 通过假设的管道长度和管径计算得到的储气量接近于要求

14、的储气量，故假设成立。综上，末段长度为 30Km，管径选取用 8257.5mm 的管径。重庆科技学院课程设计 压缩机站数、压缩比、选型的确定 8 4 压缩机站数、压缩比、选型的确定以及位置的布置 4.1 压缩机站数的确定 对于平均站间距的计算：222CQpplZQ (4-1)计算式中内径取管线平均内径 825mm，流量Q也取管线平均流量 1286万m3/d。C=0.0105 计算得：l=168km 压缩机站数：1llLnz (4-2)式中 L输气管全长；lz末段管路长度；l平均站间距。代入数据计算得：n=3 4.2 压缩机的布置与压缩比的确定 4.2.1 压缩机的布置 设压缩机的压比为 1.3

15、，对首站位置进行计算：22122CQppl (4-3)计算结果得出首站的位置 l=86.67km=71km 同理计算其余压气站的位置为：kmlkmlkml141,115,71321 因此首站距离为 71km，2 站距离为 115km，3 站距离为 141km。4.2.2 压缩机比的确定 对于末站压缩机压缩比的确定，根据公式：222CLQPPZQ (4-4)计算得到出站站压力为 3.9MPa，故压缩比：12pp 式中 p1进站压力，MPa；p2出站压力，MPa。重庆科技学院课程设计 压缩机站数、压缩比、选型的确定 9 计算得压缩比为：1.41，实际所选压缩机的压缩比为1.3。根据经验，压气站的设

16、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（GB 50251-94）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。因此在本设计中，取压缩比 为 1.3，最后通过校核压缩比 为 1.41，符合规范，故设计合理。4.3 压缩机的选型 4.3.1 压缩机的选型原则 一般选型原则，压缩机选型中要考虑的一般性问题是：介质；流量；排气压力；（1）考虑介质 昂贵介质宜选用膜压缩机，如：氩气，氦气压缩机。冰箱、空调用制冷剂压缩机宜选用无泄漏全封闭特

17、种压缩机，为了避免 压缩过程中冷剂泄漏和噪音。易燃易爆压缩机，如：氢气，乙炔压缩机，要考虑排气温度，考虑活塞杆 和气阀的密封要求，考虑是否加注惰性气体作密封气。对材料有腐蚀的气体，如氨压缩机，不得使用铜材。有毒或剧毒气体 (2)考虑流量 流量 60 m3/min(吸入态)宜选用活塞式或螺杆式压缩机。作为动力用的空气压缩机，仪表风、吹扫空气等的压缩机在公用工程 中被大量使用。流量 50m3/min(吸入态)可选用离心式压缩机。流量 150m3/min(吸入态)宜选用离心式压缩机。(3)考虑流量时应兼顾排气压力 流量 50 m3/min，压比大于 9，离心式压缩机效率急剧下降，这时：二级叶轮变得很

18、小，小于 100 mm;转速变得很高，大于 30，000 rpm；叶轮和轴承的制造难度均加大。因此，小气量，高压力，对选用离心式压缩机是困难的。所以流量小于重庆科技学院课程设计 压缩机站数、压缩比、选型的确定 1 0 50m3/min,，排气压力为中、高压（1-15 MPaG）一般均采用活塞压缩机。4.3.2 本设计中对于压缩机的选型 考虑到本设计中的流量较大，管道沿线地形起伏不大，所以本设计管路中宜选择离心压缩机。重庆科技学院课程设计 总结 1 1 5 总结 5.1 管道规格 管道选定规格见表（5-1）表(5-1)管道规格选取 管段号 管段长度 km 内径 mm 壁厚 mm 外径 mm 规格

19、选取 mm 1 71 806.17 7.66 813.83 8007.5 2 115 806.17 7.66 813.83 8007.5 3 141 849.14 8.07 857.21 8508.0 5.2 期末端长度及直径 经计算得到期末端长度为 30km，直径为 825mm。5.3 压缩机站数 压缩机的总站数为 3 站 第 1 站压缩机布置在距起点 71km 的位置；第 2 站布置在距离起点 186km 的位置；第 3 站应布置在距离起点 327km 的位置。5.4 压缩机选型与压缩比 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，输气管

20、道工程设计规范（GB 50251-94）7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 1.3，最后通过校核压缩比为 1.41，符合规范，设计合理。重庆科技学院课程设计 参考文献 1 2 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-T 9711.1-1997 石油天然气工业输送用钢管交货技术条件 A 级钢管 5 油气管道设计规范.,2005 6李长俊，天然气管道输送，石油工业出版社，2000 7输气管道工程设计规范（GB 50251-94），石油工业出版社，2002