輸氣管道工藝設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 費保持強勁增長態勢，2007年以前，%，2008年仍然保持較快增長。到下半年，由于國際金融危機，消費增速減緩。總得來說，受多種因素影響，國內石油市場變化較大，石油需求很不平衡。第四、石油進出口。原油進口和加工量增長較快，石油凈進口量從2006年到2008年，%，燃料油(3698,%)凈進口量呈波動下降趨勢，原油一直處于凈進口。與前幾年相比，2008年我國原油進口出現了一些新情況：一是石油進口量體現先增后降的態勢，上半年進口量大于下半年；二是原油進口繼續保持增長，但增勢有所放緩；三是汽柴油的進口有所下降；四是進口油品種比例發生變化；五是原油進口來源仍集中在中東、非洲和前蘇聯地區，但是進口國排名有較大變化。六是石油供應缺口進一步擴大。第五、天然氣消費。受我國以煤為主的能源政策以及天然氣產地等因素的影響，天然氣一直未得到大規模的開發應用。我國天然氣用戶主要是化工原料和燃氣發電，近年來隨著城市化進程的加快，天然氣作為一種清潔高效的能源，被大量利用于城市燃氣，和替代燃油等原料，我國天然氣正在向多元化方向發展。2008年，我國石油企業經受了全球金融危機擴散蔓延，國際原油價格大起大落，國內石油市場劇烈波動，以及特大自然災害的影響，油氣行業保持了平穩較快發展的勢頭，探明石油天然氣儲量繼續增長，原油的加工量和成品油的產出量均創歷史新高，為促進國民經濟持續健康發展做出了重大貢獻。 研究內容本課題研究的是運用平坦地區輸氣管道的基本公式進行輸氣管道的相關設計；運用所學知識，查閱相關文獻及規范，確定輸氣管線的水力計算、熱力計算及強度計算，從而選擇該管徑對應的壁厚、確定進出站的壓力、壓縮機站數目及布站、壓縮機站所選壓縮機的型號、功率及所需燃—壓機組數目、管線的調峰能力與其它設備的選型與布置，并繪制全線流程圖、首站流程圖、分輸站流程圖等。 本題目的設計步驟采用平坦地區輸氣管道的計算方法確定每一種方案的壓氣站間距，計算末段長度，確定壓氣站數，計算單站功率，選定壓縮機型號和臺數等。繪制全線流程圖、首站流程圖、分輸站流程圖、城市配氣門站流程圖。撰寫設計說明書，計算說明書。 本設計所采用的規范①《壓縮機與驅動機選用手冊》②《石油天然氣工程制圖標準》③《全蘇輸氣管道工藝設計標準》④《輸氣管道工程設計規范》2 天然氣管線 天然氣長輸管線的基本定義及輸氣站組成天然氣長輸管線就是連接脫硫凈化廠或LNG終端站與城市門站之間的管線，在我國壓力管道分類中屬國標A類，其設計應遵循規范《輸氣管道設計規范GB50251》。輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。按它們在輸氣管道中的位置分為：輸氣首站、輸氣末站和中間站（中間站又分為壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管站等）三大類型。按功能可分為：調壓計量站、清管分離站、配氣站和壓氣站等。 天然氣長輸管線的發展前景20世紀后期，世界科學技術突飛猛進，電子計算機的迅速發展和推廣使用，新材料、新設備、新工藝的開發與更新換代，把世界油氣管道工業推進到了人們喻之為“新的技術革命”的時代。由于天然氣產地越來越遠離主要消費中心，為了獲得最佳輸氣效益，天然氣長輸管道呈現出了以下幾種主要的發展趨勢：(1) 高壓輸送高壓輸送是當前國際天然氣管道輸送技術的發展趨勢。目前天然氣的高壓輸送的壓力已達10至15MPa。高壓輸送是天然氣的密度增加，流速減小，降低了管道的沿程摩阻，提高了輸送效率；此外，天然氣的密度增加，將提高氣體可壓縮性，降低壓能損耗，提高了壓縮效率；管道輸送能量消耗下降，可減少壓縮站裝機功率，加大站距，降低投資；高壓輸送要求使用強度更高韌性更好的管線鋼。高級鋼減少了鋼材消耗，降低了材料費用。 (2) 長運距天然氣產量和貿易量的不斷增加，采用超長管線輸送天然氣已被認為是最為經濟的方法。近20幾年來，歐美各國投入了大量資金建設一大批長距離、大口徑輸氣管線。美國為了開發利用阿拉斯加的天然氣資源，于1980~1986年建成了美國橫貫阿拉斯加輸氣管線系統，該系統貫穿阿拉斯加和加拿大境內，向美國本土48個州輸氣，總長達7763km。蘇聯至1987年，輸氣管道的平均長度已近2000km，天然氣的平均運距猛增：，20年前的3倍。(3) 大口徑高壓力建設大口徑管道的經濟性是十分明顯的，增加管道直徑可提高輸送壓力。第一，可以提高管道的輸送能力。在其他如輸送壓力（）、溫度（+40℃）相同條件下，管徑越大，輸氣能力越高；在其它如管徑（720mm）、溫度（+40℃）等相同條件下，輸送壓力越高，輸氣能力越大。第二，可以大量節約投資和鋼材消耗。一般來說，在輸氣量可以較準確預測的情況下，建一條高壓大口徑管線比平行建幾條低壓小管線更為經濟。有人計算，一條914mm管道的輸送量是304mm管道的17倍；、直徑為1000mm的管道，但前者可節省投資35%，節省鋼材19%。前蘇聯采用大口徑多層壁管線輸送秋明油田天然氣，鋼材耗量降低了23%~25%，凈投資節省了15%~16%，全部費用節省了14%~15%。前蘇聯是大口徑天然氣長輸管道最多的國家。俄羅斯天然氣股份公司擁有的直徑超過1m的長輸管道占輸氣管道總長度的60%以上[10]。管道采用的最高輸氣壓力，在一定程度上反應了一個國家輸氣管道的整體水平。目前世界陸上輸氣管道的最高設計壓力為：美國10MPa，美國7MPa，德國和意大利8MPa。海底輸氣管道的設計壓力一般較高，如阿—意輸氣管道橫穿西西里海峽段的設計壓力為15MPa。我國四川氣田萬—。(4) 高壓大口徑輸送管道采用內涂層減阻加拿大和德國所修建的大口徑輸氣管道均在管道內壁噴涂環氧基涂層，以降低氣體的輸送摩阻。由于該內涂層的作用主要不是為了防腐，因此涂層厚度僅為幾十微米。內涂層費用僅為FBE涂層的1/6~1/3。噴涂內涂層后可降低氣體輸送摩阻的7%~14%。(5) 高度的自動化遙控當代輸氣管道的自動化管理和遙控水平相當高，并不斷朝著更高的層次發展。自動化與通信系統發展速度之快，已使該系統設計水平的高低，常常被作為評價某一天然氣儲運工程現代化水平的依據。現代輸氣管道自動化管理多采用SCADA系統。在國內外輸氣管道設計中，SCADA系統已成為必不可少的選擇，已成為管道系統管理和控制的標準化設施，壓氣站、計量站、調壓站、清管站、陰極保護站等均由SCADA系統實行遙控。SCADA系統的主要發展趨勢有：①采用容量更大、存取速度更高的外存儲器，以激光技術為基礎的光盤將取代現有的磁盤和磁帶；②采用更逼真的三維彩色圖形顯示器，操作人員可以從顯示器上觀察到壓氣機組、控制網等工藝設備三維圖像；③開發功能更強大的SCADA系統軟件和應用軟件；④采用人工智能和專家系統技術使SCADA系統智能化。(6) 采用富氣輸送富氣輸送使壓縮站所需功率下降；富氣輸送還省去進入管道前分離乙烷、丙烷、丁烷的花費和輸送液化石油氣到最終用戶的費用。(7) 提高鋼級隨著冶金技術，特別是鐵水預處理、爐外精煉、控軋控冷等技術的發展，降低成本、高強度、高韌性管線鋼技術已經成熟。一般情況下，鋼管費用占整個管道投資的25%~30%。據歐洲鋼管公司介紹，同樣輸氣量下，材料由X70改為X80，可因壁厚減小降低材料成本7%左右。(8) 輸氣干線網絡化人們從長期的天然氣開發和利用的經驗教訓中認識到，單條輸氣管道具有很大的局限性，在條件允許的情況下，將若干單條輸氣管道相互連通，形成管線網，則具有許多優越性，主要表現為：多氣源供氣，可提高供氣的可靠性；有利于拓展天然氣市場；有利于充分利用輸氣管道的能力，不會因某一氣源的衰竭而出現無氣可輸的管道或管段；有利于提高輸氣調度的靈活性等。當今世界上已先后形成了一些洲際的、國際的、全國性的和地區性的大型輸氣管網。①前蘇聯統一供氣系統前蘇聯統一供氣系統是當今世界上規模最大的天然氣輸送管網。至1990年末，連接著500多個氣田，907座壓氣站（共3850臺壓氣機組、總安裝功率5000104kW）、46座地下儲氣庫（總儲氣能力為2832108m3）、4500座配氣站、6座天然氣加工處理廠和約15000個城市和居民區。系統總輸氣能力（包括支線）超過10000108m3/a；固定資產總值（不包括城市供氣管網）約650億盧布，占整個燃料部門固定資產總值的68%。②歐洲輸氣管網整個歐洲是當今世界上輸氣管道密度最大的地區。輸氣管道縱橫交錯，組成了一個從東（歐亞邊境）到西（大西洋）、從南（西西里島、直布羅陀海峽）到北（挪威北海）的輸氣管網群。如今，天然氣可從歐洲任何一個角落輸送到每一個消費區。③北美輸氣管網在北美洲，從加拿大到美國到墨西哥形成了龐大的輸氣管網系統。1993年，108m3，天然氣干線管道達到50多萬千米，這些管網將北美的主要產氣區（如加拿大西部、墨西哥灣的海上部分、陸地上的得克薩斯、路易斯安那及俄克拉何馬州）與美國、加拿大和墨西哥的約8500萬個天然氣用戶連接起來，并向這些用戶供氣。④北非—歐洲輸氣系統北非—歐洲輸氣系統包括阿爾及利亞至意大利和阿爾及利亞至西班牙兩大輸氣管道工程。阿—意輸氣管道從阿爾及利亞通過突尼斯、穿越地中海而進入意大利的西西里島，全長2500km，管徑1220mm，設8座壓氣站。阿—西輸氣管道從阿爾及利亞穿越直布羅陀海峽后進入西班牙的塞維利亞，全長1434km，管徑1220mm；該管道從塞維利亞一直延伸到葡萄牙、法國和德國[11]。 天然氣長輸管線的組成與功能長輸管線的任務就是根據用戶的需求把經凈化處理的符合管輸氣質標準的天然氣送到城市或大型工業用戶，它必須具備：(1) 計量功能。長輸管道在交接氣過程中必須設置專門的計量裝置如：孔板流量計、超聲波流量計或渦輪流量計進行計量。(2) 增壓功能。由于產地和用戶之間距離的長短不等、氣田原始壓力高低不同，長輸管道在輸送過程中往往需壓縮機進行增壓。(3) 接收和分輸功能。大口徑長距離輸氣管線往往經過沿線附近的多個氣田分別供給許多城市使用，因此它中途要接收氣田的來氣和分輸給各地的城市。(4) 截斷功能。為了使管線在某一地點發生損壞時不至于造成更大范圍的斷氣和放空損失，應分段設置截斷閥，它在發生意外爆破事故時能可靠關閉。(5) 調壓功能。與長輸管道連接的下游管線通常會以較低的壓力等級進行設計，比如城市管網，因此要把干管的壓力調到一個相對穩定的出口壓力。(6) 清管功能。管道內不可避免地遺留有施工過程的留下的污物和長期運行后產生的鐵銹、固體顆粒、積液等。壓縮機、流量計、調壓器這些設備是不允許氣體內有雜質的，所以一般長輸管道都要定期清管。(7) 儲氣調峰功能。天然氣的生產和運輸過程通常是每天24小時內均衡供給的，但城市用氣每小時都在變化，可以利用長輸管線末段壓力的變化，部分地緩沖這種均衡供氣和不均勻用氣之間的矛盾。長距離輸氣管道，尤其是大口徑高壓力的長輸管道往往跨省區甚至跨國界輸送巨量的天然氣，是能源運輸的大動脈。它的組成大致可分為：管道本身（包括干線和支線）、站場以及通信調度自控系統三部分。管道部分除管道本身以外還要通過特殊地段，如江河湖泊、鐵路、高速公路等穿（跨）越工程；管道截斷閥室；陰極保護站及線路護坡、堡坎等構筑物。站場部分有首站、清管站、氣體接收站、氣體分輸站、壓氣站、門站等。清管站通常與其它站合建為一個站場，往往同時完成多種功能。通信系統承擔全線的通信聯絡、行政、生產調度和提供自控監測系統的數據傳輸任務，目前重要的輸氣干線都有固定和移動兩套通信系統，電線路。語音通信及應急通信主要采用光纜、衛星和租用地方的郵電線路；移動通信主要使用手機[12]。 輸氣站種類及功能 輸氣站種類(1) 輸氣首站及功能輸氣首站是設在輸氣管道起點的站場。一般具有分離、調壓、計量、清管發送等功能。主要流程是：①接受氣體處理廠來氣，經檢測、分離、計量升壓后輸出；②發送清管器；③事故狀況及維修等放空和排污。(2) 輸氣末站及功能輸氣站終點又稱末站，其任務是接收來氣，通過計量、調壓后將天然氣分配給不同的用戶。(3) 輸氣中間站及功能它是設在輸氣管道首站和末站之間的站場。一般分為壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管分離站等幾種類型。①壓氣站它是設在輸氣管道沿線的站，用壓縮機對管輸氣體增壓。②氣體接收站它是在輸氣管道沿線，為接受輸氣支線來氣而設計的站場。一般具有分離、調壓、計量和清管器收發等的功能。③氣體分輸站它是在輸氣管道沿線，為分輸氣體至用戶而設置的站場。一般具有分離、調壓、計量、清管器收發、配氣等的功能。④清管分離站清管分離站應盡量與其它的輸送站場相結合，但當輸氣管道太長，又無合適的站場可結合時，可根據具體情況設中間清管分離站。一般清管分離站可按80～100km間隔考慮設置。主要流程是接收來氣經分離、調壓、計量后去化肥廠及居民區；接收清管器；事故狀況及維修等防空和排污[13]。 輸氣站的主要功能(1) 分離為了保證進入輸氣管道氣體的氣質要求，在一些站場設置分離裝置，分離其中攜帶的干粉塵，其除塵設備都采用旋風分離器、多管除塵器、過濾除塵器等。大流量站場的氣體除塵器，可以經過匯管采取并聯安裝來滿足處理要求。在設計分離器的通過量的臺數時，應按分離器的最小處理能力來計算設計安排，以保證當一臺分離器檢修時余下的分離器的最大處理能力仍可滿足站場的處理能力。(2) 清管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壁腐蝕的主要因素。為此，應于管線投產前和運行過程中加以清除。①清管氣體收發裝置清管氣體收發裝置包括收發筒、工藝管線、全通徑閥門以及裝卸工具、通過指示器等輔助設備。收發筒其筒徑直徑一般比主管大1~2倍，以便清管器的放入和取出。其發送筒的長度應能滿足最長清管器或監測器的需要，一般不應小于筒徑的3~4倍；其接受筒長度應更長一些，因為它需要容納不許進入排污管的大塊清除物和先后連續發入管道的兩個或更多的清管器，其長度一般不小于管徑的4~6倍。快速開關盲板快速開關盲板上應有防自松安全裝置。②污物排放清管作業清