油气储运专业-天然气管道工艺设计.docx

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1、O中胡油大学展才）xlxCHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM,BEIJING本科生毕业设计（诒文）题目天然气管道工艺设计学院名称网络与继续教育学院专业名称油气储运学生姓名指导教师提交时间：2024年4月5日摘要天然气作为当前来说是一种重要的清洁能源，最常用的一种运输方式就是管道输送，我们不能忽视在天然气管道设计上存在的问题。本文就从天然气管道设计参数、设备的选择入手，通过计算得出最经济合理的方案，再从天然气管道运行及管理方面，以及日常天然气管道存在的问题展开讨论，来保障天然气管道的安全可靠运行，避免发生生产安全事故。关键词：天然气管道；方案；管理摘要I前言-1-第1章总论-2-

2、1.1 设计原则-2-1.2 设计的目的和意义-2-1.3 设计标准、规范-2-1.4 设计原始数据-2-1.5 主要设计内容-4-1.6 需得到的设计成果-4-第2章天然气管道工艺设计-5-2.1 设计参数的选择-5-2.1.1 设计压力、管径、压缩比的设定-5-2.1.2 管径钢种等级的选择-5-2.1.3 流量的计算-5-2.1.4 管道壁厚的计算-6-2.1.5 管道内径的计算-7-2.1.6 天然气密度的计算-7-2.1.7 天然气相对密度的计算-7-2.1.8 压缩机入口压力的计算-7-2.1.9 计算段起点压力计算-8-2.1.10 计算段终点压力计算-8-2.1.11 计算段平

3、均压力计算-8-2.1.12 计算段平均温度计算-8-2.1.13 计算天然气管道计算段中天然气的平均压缩系数-8-2.2 管道末段储气能力的计算-13-2.2.1 要求末段储气容积的计算-14-2.2.2 按照假设的末段长度、管径计算末段储气能力-15-2.2.3 末段长度、储气能力的确定-17-2.3 压缩机站的布置-17-2.4 主要设备选择-18-2.4.1 压缩机及驱动设备-18-2.4.2 清管设备-19-2.4.3 其它设备-19-2.5 管道敷设方式-20-2.6 管道沿线压力、温度、流速的计算-20-2.6.1 管道沿线压力的计算-20-2.6.2 管道沿线温度的计算-20-

4、2.6.3 管道沿线流速的计算-21-2.7 技术一经济计算-21-2.7.1 管道建设折合费用的计算-22-2.7.2 压缩机站建设折合费用的计算-22-2.7.3 运行费折合费用的计算-23-2.7.4 管道总折合费用的计算-23-2.8 计算实例-23-第3章辅助生产设施-26-3.1 供配电-26-3.2 给排水-26-第4章天然气管道运行及管理-28-4.1 安全管理-28-4.2 自动控制-28-4.2.1 自动控制方案-28-4.2.2 安全联锁及紧急停车方案-29-4.2.3 火灾及可燃气体检测报警系统-29-4.2.4 仪表及控制系统选型-29-第5章天然气管道存在的问题及改

5、进建议-31-5.1 腐蚀及控制-31-5.2 管道失效原因及对策-32-5.2.1 管道失效原因-32-5.2.2 管道失效对策-32-第6章结论和建议-34-6.1 设计成果-34-6.2 不足和改进措施-34-参考文献-36-致谢-37-,1/,刖5当今世纪，经济全球化的进程加快，中国经济逐步加入世界经济的大潮之中。在世界经济迅猛发展的同时，全球面临着日益严重的环境及气候问题，建立人和自然的和谐，实现可持续发展己成为一顼十分重要的任务。我国是世界上天然气开采和采用最早的国家之一，管道作为天然气开发和利用的纽带起着重要的作用。近年来，我国已建成西气东输一、二、三线系统，陕京一、二、三、四线

6、系统，新气管道，中俄东线，中缅天然气管道，川气东送一、二线，永唐秦、秦沈、沈哈天然气管道，中贵联络线，靖边联络线，淮武线，忠武线，冀宁联络线，蒙西管道，鄂安沧、榆济线，神安线等天然气管道，天然气管道事业有了很大发展。为了适应当前发展形式，并结合自身岗位，通过本次设计以此来锻炼本人的设计及管理思维能力，为今后的工作打下更加坚实的基础。本设计大体上主要包括：总论、天然气管道工艺设计、辅助生产设施、天然气管道运行及管理、天然气管道存在的问题及改进建议。随着天然气资源的开发利用，管输产业也得到了突飞猛进的发展。天然气管道的投资越来越大，输送距离越来越长，管道设计与管理理论在天然气工业中至关重要。由于本

7、人水平有限，设计中难免存在一些缺点乃至错误，恳望老师批评指正。第1章总论1.1 设计原则(1)严格执行国家、行业的有关标准、规范(见下面1.3节)；(2)根据已知条件、要求进行工艺设计计算，确保供气的安全、平稳、可靠；(3)采用国内外先进、成熟、安全的材料、设备、技术，使设计的管道安全、可靠。优先考虑满足条件的国产材料、设备，充分体现国产化的要求；(4)进行技术一经济计算，尽可能的降低投资，确保经济效益、社会效益达到最大化。1.2 设计的目的和意义随着天然气管道建设的大型化，建设管道需要耗费巨大的投资，使得人们要寻求一种最有利组合方案，以求费用最小。通过对各个可行方案的技术经济分析,来确定技术

8、先进、经济合理的最优经济方案。对天然气管线而言，就是通过对各个可行方案的技术分析和经济比较，寻求管径D、壁厚6、压缩机站进、出站压力Pb、PH等主要技术经济参数最佳组合(在满足一定约束条件的情况下)，使得系统的年折合费用最低。通过管道系统的优化研究，可以得到经济合理的设计方案和运行参数，使得系统工作在最佳状态下，达到节约能源、少投入、多产出以达到节省投资和提高经济效益的目的。可见，对管道进行合理的设计是具有重大的意义。1.3 设计标准、规范(1)输气管道工程设计规范，GB50251-2015；(2)长距离输油输气管道测量规范，SY/T0055-2003；(3)石油天然气工程设计防火规范，GB5

9、0183-2004；(4)天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法，GB/T11062-2020；(5)石油天然气工业管线输送系统用钢管，GB/T9711-2017；(6)石油地面工程设计文件编制规程，SY/T0009-2012o1.4 设计原始数据天然气成分见表1.1所示。表1.1天然气组成成分CH4C2H6C3H8H2SCO2N2z、97.67150.12600.00690.00021.54800.6310(%)压缩机站最大工作压力：6.5MPa,6.0MPa；平均输气温度：20;终点配气压力：2.0MPa；线路概况：全长20km；任务输气量：10亿方/年；工作天数：350天/年；

10、供气系数见表1.2所示。表1.2供气系数时间上午下午1：000.351.652：000.401.503：000.500.754：000.511.055：000.701.206：000.801.907：001.202.308：001.351.809：001.151.0510：001.200.8011：001.550.5012：001.700.401.5 主要设计内容主要设计的内容有：(1)输气管道内径、壁厚等参数的确定；(2)末段储气能力的计算；(3)压缩机站的布置；(4)计算沿线压力、温度、流速分布；(5)计算最优化方案(技术一经济计算)。1.6 需得到的设计成果(1)通过水力计算确定输气管道

11、的内径和壁厚;(2)通过计算确定输气管道末段的储气能力；(3)得出压缩机站的布置方案；(4)通过技术一经济计算得出得出最优方案。第2章天然气管道工艺设计2.1 设计参数的选择2.1.1 设计压力、管径、压缩比的设定计算时首先设定设计压力Ph、管径Dh压缩比（可以先试算，然后选值）。通过查阅相关规范，可知压缩比在1.2-1.5范围内选值Ul管径的选择需要先通过试算，然后参照相关规范中给出的标准钢管规格，选取与试算的管径相近的管径。假设管道设计压力为6.5MPa,即Ph=6.5MPa,管径Dh为508mm,取1.2。2.1.2 管径钢种等级的选择管材钢种等级的选择是天然气管道设计中一项非常重要的工

12、作。特别在长距离输气管道建设中，线路部分的钢材消耗量要占到工程总消耗量的90%左右，而线路部分的投资要占到整个管道工程总投资的70%以上。选择合适的管材，可以减少整个工程的投资，也关系到整个管道运营的安全、可靠。当前管材的研究以发展优质高强度钢为主要方向，机械性能和化学成分是管材的两项基本指标。机械性能包括抗拉强度、屈服强度等主要指标；化学成分则是形成材料机械性能和其它性能的物质基础。在以前我国由于技术的限制，大量采用进口管材，经过近些年来的自主创新研发，我国在管道用钢方面成功研制开发了X52-X120级的高等级管材，并逐步得到了广泛的运用，以西气东输管道工程为例，二线使用X80钢管节约了钢材

13、约42万吨，节约投资约42亿元；另外，国产X80钢板和钢管比进口价格低30%,节约投资约84亿元。同时，与一线工程的年设计输气量120亿方相比，二线输气量大幅攀升至每年300亿方。本设计也选用X80级管材，其最小屈服极限。S为552MPa,再根据选择的管径和压力来确定壁厚。2.1.3 流量的计算输气管道通过能力有评估性通过能力和设计通过能力之分。评估性通过能力是指在管道规划研究阶段和开始设计阶段，对通过能力的初步估算值，以便随后对各种可能的输气工艺方案进行计算。设计性通过能力是指相应于最优工艺方案的通过能力。所以在做规划设计时,是按照评估性通过能力来计算各种可能的输气工艺方案，而外部介质(大气

14、和土壤)的温度取年平均值。根据用户年用气不均衡性(考虑年平均输气不均衡系数)，确定输气管道每年输气工作天数，其中工作天数为350天/年。管道计算流量计算公式为风q=%KX24x3600(2,1)其中q为输气管道计算流量，m3/s；Q为年任务输气量，为109r113a;n为年工作天数，为350天；KS为年平均输气不均匀系数，这里取0.95,因此：I=%/X24x3600-IO9/3500.95243600=34.8092/$2.1.4 管道壁厚的计算(2.2)其中6为输气管道壁厚，Ph为输气管道设计压力，Dh为输气管道管径，OS为所选管材的最小屈服强度，这里取552MPa,F为设计系数，设定地区等级为一级二类，因此设计系数取0.72。计算得出的向上圆整(mm),为管道壁厚。设计系数F取值，见表2.1所示。表2.1设计系数F地区等级设计系数一级一类0.8一级二类0.72二级0.6三级0.5四级0.4SJx%bsxF=65x50%552x0.72=415三6向上圆整，管道壁厚这里取5mm。2.1.5 管道内径的计算设定管道的管径Dh为外径，内径DB即为外径减去两倍壁厚。DB=Dh-25(2.3)其中DB为管道内径，Dh为管道管径，6为输气管道壁厚。所以：=D-2=508-2x5=498mm2.1.6 天然气密度的计算夕=%