天然气输气管道毕业设计.doc
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1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 (论文)(论文)题目:新粤天然气管道工程工艺设计 学生姓名:姜泉涛 学 号:08125211 专业班级:建筑环境与设备工程 08-2 班 指导教师:王武昌(副专家)2023 年 6 月 13 日 摘 要 本输气管道设计项目是新粤天然气管道工程,管道全长 5550km,设计输量每年 350亿立方米。通过计算机编程拟定最优方案,并以最优方案为例进行设计计算。最优方案为:末段管长 574km,管径 1422mm,壁厚 22.2mm,有内涂层,共有 13 座压气站,29 座清管站和 185 座截断阀室,总投资 817.41 亿元。全线采用等强度设计原则,管道钢材材
2、质为X80 钢。本文阐述了干线输气管道设计的基本原理和一般方法,本文重要介绍了天然气的物性计算;输气管道的水力计算;储气能力计算;技术经济分析;管路布站方案计算;站场工艺设计计算;启动、一期、二期工况下的开机方案和相应的压降曲线;清管站的操作流程。关键词关键词:长输管道;物性计算;水力计算;管道设计;布站方案 ABSTRACT The gas pipeline project is the xinjiang-Guangdong Natural Gas Pipeline Project,the pipe length of 5550km,the design transmission capac
3、ity of 35 billion cubic meters per year.Determine the optimal solution and the optimal solution for example,be designed and calculated by computer 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 compr
4、essor stations,29 pigging stations and 185 block valve chamber.Across the board with the principles of strength design,pipeline steel material for X80 steel.This article focuses on the natural gas properties calculation;Hydraulic calculation of the gas pipeline;Calculation of Storage Capacity;Techni
5、cal and economic analysis;Station layout program calculations;Station process design calculations;Start,one,two conditions boot program and the corresponding pressure drop curve;Pigging station operating procedures.Keywords:Long-distance pipeline;Properties calculation;Hydraulic calculation;Pipeline
6、 design;Station layout program 目 录 第 1 章 前言.错误错误!未定义书签。未定义书签。第 2 章 设计概述.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.1 设计依据.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.1.1 设计原则.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.1.2 管道设计依据和规范.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2 长输管道设计原始资料.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2.1 天然气的组成.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2.2 管道设计参数.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.2.3 管线设计规定及内容.错误错误!未定义书签。未定义书签
7、。第 3 章 管道工程工艺设计说明.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1 管路工艺设计结果.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2 站场工程工艺设计说明.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.1 投产期计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.2 一期计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.3 二期计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。第 4 章 管路布站方案计算书.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.1 设计思绪.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2 基本物性计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.3 水力及经济计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.
8、3.1 水力计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.3.2 经济计算.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.3.3 方案汇总.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.4 管线应力校核.错误错误!未定义书签。未定义书签。第 5 章 站场工艺设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1 辅助站场布置.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.1 清管站建设.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.2 清管站操作流程.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.3 截断阀室建设.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1.4 分离器设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。第 6 章 结论.错误错误
9、!未定义书签。未定义书签。致 谢.错误错误!未定义书签。未定义书签。参考文献.错误错误!未定义书签。未定义书签。附录一 水力计算程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。附录二 输气管道输气工艺方案计算成果表.错误错误!未定义书签。未定义书签。第 1 章 前言 随着西气东输管线一线、二线,陕京天然气管线一线、二线,川气东送天燃气管道,榆济天然气管道,中亚天然气管道等一大批长距离天然气管道的建设预投产,国内各区域天燃气管道也陆续开工建设,中国将迎来一次天然气管道建设的高潮。而最近中石化正在谋建新粤浙煤制气管道,这也将是天然气管道建设行业新的里程碑。在管线建设上,中石油目前的规划是:建设5条出疆管道
10、、8座煤制天然气集气站、14条煤制天然气接入支线。其中疆内天然气管道总长度约6350公里,在疆管道建设投资超过1000亿元人民币。5条出疆管道涉及西气东输三线、四线、五线、六线、七线,加上已建的西气东输一线、二线管道,预计中石油在新疆地区管道的外输能力约每年2570亿立方米,其中输送煤制天然气能力为每年1130亿立方米。中石化的规划涉及两条管道:新粤浙管道和新鲁管道,设计输气规模均为每年300亿立方米。若这两条管道建成,新疆的煤制天然气将可以不用通过西气东输管线而直接输送到浙江市场。近日,中石化分别与中国华能、中国华电、中国国电及中电投等4家央企、万向及新疆广汇、新疆励晶煤业等公司贯彻了煤制气
11、外输管道(管线)工程气源协定。中石化表现,“新疆煤制自然气(NG)外输管道工程”包含了新粤浙管道和新鲁管道,设计输气范围均为300亿立方米(m3)/年,这与中石油西气东输二线的范围完整一致。此中,总投资高达1200多亿元的新粤浙管道估计总长度为7373公里,配建气库和LNG应急调峰站,目的市场为新疆、甘肃、浙江、两广等13个省(区、市);新鲁管道估计总长度为4463公里,配套扶植储气库(与新粤浙管道共用),目的市场为河南、山东、河北、北京、天津、安徽、江苏共7省市。2023年12月30日下午,中国石油化工集团公司与中国华能集团公司等九家公司,在北京签署了新疆煤制天然气购销协议。中国石化总经理王
12、天普,新疆维吾尔自治区党委常委、自治区副主席库热西 买合苏提出席签字典礼并发言。中国石化投资建设的新疆煤制天然气外输管道工程涉及新粤浙管道和新鲁管道。其中,新粤浙管道将建设一条干线、五条支线,预计总长度为7373公里。新鲁管道将建设一条干线、两条支线,预计总长度为4463公里。库热西 买合苏提强调,协议的签署,不仅对加快推动新疆煤制天然气产业发展,促进新疆跨越式发展和长治久安具有十分重要的意义,并且有助于缓解中东部地区天然气供需矛盾,优化能源消费结构,保障国家能源安全。希望中国石化加快推动新疆煤制天然气出疆管道工程前期建设;在疆煤制天然气项目公司要加大投资,坚持“资源开发可连续、生态环境可连续
13、”原则,高起点、高水平、高效益地加快项目建设,争取项目早日建成投产,发挥效益。自治区党委、自治区人民政府将大力支持煤制天然气项目和中石化集团出疆煤制天然气管道工程建设,积极协调解决项目建设中的困难和问题,共同推动新疆煤制天然气产业发展。根据协议,提供气源的九家公司为中国华能集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司,以及河南煤业化工集团有限责任公司、徐州矿务集团有限公司、中国万向控股有限公司、新疆广汇实业股份有限公司和新疆励晶煤业有限公司。同时,中国石化正在继续贯彻其它气源。下一步,中石化可以采用收购新疆本地的多个煤制气公司资本,并且选择直接进入到各个省的省内支线扶植及
14、参股,从而在煤层气的气源、管道输送及下流输送等环节实现全线获利,这对于中石化的气体板块收入及利润将带来利好。公然消息称,新疆现已做前期工作及开工的煤制气项目多达20个以上。这些项目建成投产后,年产能将到达767亿立方米。西气东输一线到四线都是为输送石油天然气以及进口气而建设的,新疆还没有一条煤制天然气的专属管道,并且西气东输一线供气价为每立方米0.5-0.6元,预计新疆煤制天然气生产成本每立方米超过1元,煤制天然气项目投产后并入西气东输管道输送到内地的难度较大。兴建新浙天然气管道,不仅能填补新疆没有一条煤制天然气专属管道的空白,并且将促进新疆煤制气产业的发展。第 2 章 设计概述 2.1 设计
15、依据 2.1.1 设计原则(1)严格执行国家、行业的有关规范和标准,并参照有关国际先进的标准和规范;(2)工程尽量采用先进的技术,努力吸取国内外的先进科技成果;(3)工程设计本着一次规划,分期实行的原则,做到工程建设近、远期相结合,充足运用资金,节约投资;(4)以气源为基础、市场为导向,解决好供应与运用之间的关系;(5)优选工艺方案,达成先进合用、经济合理、适应性强;(6)线路走向合理、贴近市场,尽量减少干线长度;(7)管道设计要保证能长期安全、平稳的运营;(8)适应线路的自然环境气候,保证生产运营安全可靠,能保护环境、防止污染、节约能源、少占土地。2.1.2 管道设计依据和规范 输气管道工程
16、设计规范(GB50251-2023,中国计划出版社)油气集输与矿场加工(冯叔初 主编,中国石油大学出版社)输气管道工程(王志昌 主编,石油工业出版社)干线输气管道实用工艺计算方法(苗承武 主编,石油工业出版社)石油地面工程设计手册(第五册(天然气长输管道工程设计)石油大学出版社)天然气管道输送技术(黄春芳 主编,中国石化出版社)天然气工程手册(四川石油管理局 编,石油工业出版社)输气管道设计与管理(李玉星 姚光镇 主编,中国石油大学出版社)2.2 长输管道设计原始资料 新粤管线,管道全长5550km。全线共设两个分输站(分输量各占输量的10,位于3500km和4200km处)、末站。设计能力:
17、一期设计输量150 108Nm3/a,二期输量350 108Nm3/a,投产启输量为60 108Nm3/a。2.2.1 天然气的组成 表 2-1 天然气成分 组分 N2 CO2 CH4 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 C6 Mol%0.3 0.9 96 1 0.5 0.4 0.5 0.1 0.1 0.2 2.2.2 管道设计参数 设计年输送天数:350天 管道埋深处地温:夏季29,冬季8,年平均地温:12 首站进站压力:4.0MPa(表压)末站出站压力:2.0MPa(表压)管线调峰能力为日输量的20 2.2.3 管线设计规定及内容 设计规定:全线采用等强度设计,优选管径、站
18、数以及管道内涂层 重要设计任务:1、完毕输气管道的工艺计算,拟定出站压力,压缩机站数目,管径与壁后的选取,站场设备的计算与选取,涂层优化,管线调峰能力计算以及技术经济分析;2、完毕各站场的工艺流程设计、设备选型与平面布置;3、完毕首站平面布置图;4、完毕压缩机站工艺流程图;5、完毕首站分离器安装图。第 3 章 管道工程工艺设计说明 3.1 管路工艺设计结果(1)本输气管道设计项目是新粤天然气管道工程,管道全长5550km,设计输量每年350亿立方米。(2)设计最优方案为:设计压力12MPa,压比1.4,管径1422mm,有内涂层,管线末段长度为574km,储气能力为56.7%,全线管材采用X8
19、0钢。(3)全线共有站场227座,其中压气站13座,清管站29座,截断阀室185座,并且有13座清管站与压气站合并,减少了单独建站费用。(4)每一站的分离器总数为4台,直径1200mm,其他参数参考规范进行选择,流量控制可以通过启动分离的个数来实现。(5)全线的压缩机采用燃气轮机驱动,燃气轮机型号有两种,从No1站到No11站燃气轮机型号为LM6000PA,No12、No13站燃气轮机型号为LM5-st80,并且每站燃气轮机都采用“一台工作一台备用”。(6)工况规定:当输量为60亿方每年时,只需启动首站压缩机就能满足规定;当输量为150亿方每年时,需要启动第1、6、11三站;当输量为350亿方
20、每年时,需要启动所有站,施工时可以根据各期的开机规定进行站场的建设,各期的压降曲线可以作为判断事故工况的依据,通过与事故工况下压降曲线的对比,准确找出事故发生点,从而可以采用有效措施进行应对。3.2 站场工程工艺设计说明 采用最优方案,在投产输量60 108Nm3/a和管线一期设计输量150 108Nm3/a时,因输量相对小,气体输送所需压力较低,可以采用启动部分压缩机来实现。长输管线从首站到末站压气站编号为从No1到No13。3.2.1 投产期计算 当 输 量 为 60 108Nm3/a 时,由 公 式12225.2113.105TZPPqDlcpBHB,可 算 出kmkml55501294
21、9,只启用No1压气站;由于线路按照等强度原则设计,为了保证在事故工况时管路的安全,压缩机出口压力控制在11MPa,此时压气站压比为68.21.41121PP,符合规定。布站方案:投产期相关计算表如下:表3-1 投产期相关计算 管段 L/km 0-3500 3500-4200 4200-5550 起点压力 P/MP 11.000 10.076 9.916 终点压力 10.076 9.916 9.667 起点压力平方 121.000 101.526 98.327 终点压力平方 101.526 98.327 93.451 投产期压降曲线图如下:投产期压降曲线图9095100105110115120
22、1250100020003000400050006000距离L/km压力平方值P2/MP2 图3-1 投产期压降曲线图 3.2.2 一期计算 当输量为80 108Nm3/a时,由公式12225.2113.105TZPPqDlcpBHB可算出kml2072,需启用No1、No6、No11压气站,由于线路按照等强度原则设计,为了保证在事故工况时压比:2.68 燃气轮机型号:LM6000PA 每年 6 亿方 每年 6 亿方 1 管路的安全,压缩机出口压力控制在11.5MPa,此时首站压比为8.21.45.1121PP,No6站压比为083.1623.105.1121PP,No11站压比为075.16
23、97.105.1121PP,符合规定。布站方案:一期相关计算表格如下:表3-2 一期相关计算 管段 L/km 0-1984 1984-3500 3500-3870 3870-4200 4200-5550 起点压力 P/MP 11.5 11.5 10.835 11.5 11.386 终点压力 10.623 10.835 10.697 11.386 11.009 起点压力平方 132.250 132.250 117.397 132.250 129.641 终点压力平方 112.848 117.397 114.426 129.641 121.198 一期压降曲线图如下:序号:1 压比:2.8 燃气轮
24、机型号:序号:6 压比:1.083 燃气轮机型号:每年 亿方 每年 亿方 序号:11 压比:1.083 燃气轮机型号:LM6000PA 1 6 11 8 8 一期压降曲线图1101151201251301350100020003000400050006000距离L/km压降平方值P2/MP2 图3-2 一期压降曲线图 3.2.3 二期计算 当输量为350 108Nm3/a时,需要启用所有压缩机站。布站方案:二期相关计算表:表3-3 二期相关计算 管段 L/km 0-468 468-847 847-1226 1226-1605 1605-1984 起点压力 P/MP 12 12 12 12 12
25、 终点压力 P/MP 7.585 8.571 8.571 8.571 8.571 起点压力平方 144 144 144 144 144 终点压力平方 57.532 73.462 73.462 73.462 73.462 管段 L/km 1984-2363 2363-2742 2742-3121 3121-3500 3500-3870 起点压力 P/MP 12 12 12 12 12 终点压力 P/MP 8.571 8.571 8.571 8.571 9.404 起点压力平方 144 144 144 144 144 终点压力平方 73.462 73.462 73.462 73.462 88.43
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