輸氣管道工藝設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 ) 跨越位置選擇一般應遵循以下原則①跨越點應選在河流的直線部分。因為在河流的直線部分，水流對河床及河岸沖刷較少；水流流向比較穩定，跨越工程的墩臺基礎受漂流物的撞擊機會較少。②跨越點應在河流與其支流匯合處的上游，避免將跨越設置在支流出口和推移質泥沙沉積帶的不良地質區域。③跨越點應選在河道寬度較小，遠離上游壩閘及可能發生冰塞和筏運阻塞的地段。④跨越點必須在河流歷史上無變遷的地段。⑤跨越工程的墩臺基礎應在巖層穩定，無風化、錯動、破碎的地質良好地段。必須避開坡積層滑動或沉陷地區、洪積層分選不良及夾層地區、沖積層含有大量有機混合物的淤泥地區。⑥跨越點附近不應有稠密的居民點。⑦跨越點附近應有施工組裝場地或有效方便的交通運輸條件，以便施工和今后維修。(2) 跨越結構形式的選擇①管道需跨越的小型河流、渠道、溪溝等其寬度在管道允許跨度范圍之內時，應首先采用直管及支架結構。若寬度超出管道允許跨度范圍但相差不大時，可首先來用п型鋼架結構，充分利用管道自身承壓。②較小，河床較淺，河床工程地質狀況較為良好，常年水位與洪水位相差較大的河流可優先采用吊架式管橋。吊架式管橋主要特點是輸氣管道成一多跨越連續梁，管道應力較小，并且能利用吊索來調整各跨的受力狀況。③跨越較小且常年水位變化不大的中型河流一般可選用托架、桁架或支架等幾種跨越結構。托架結構有材料較省、構造簡單等優點。托架結構充分利用輸氣管道截面剛度大的特點，由管道組成受壓的托架上弦，用受拉性能良好的高強度鋼絲繩作為托架的下弦。由于托架橫斷面成三角形，構成空腹梁體系，因此側向變形較小。在下弦兩端與管道連接處設置調整設施，可使其達到所要求的預期拱高。托架兩端支架主要承受不大的垂直荷載，因此其基礎較淺，對地基要求不高，適用范圍較廣。桁架結構主要用兩片桁架斜交組成斷面為正三角形的空腹梁空間體系，并且利用輸氣管道作為桁架上弦，其它桿件多選用角鋼，下弦兩端來用滑動支座，因此結構的整體剛度大，穩定性好。根據當地交通情況并可增設橋面系統。桁架腹桿為簡單的鈍三角體系。由此可見，桁架結構的剛度要比托架大，并且可以設置橋面系統。由于桁架側向穩定性好，更適宜于山區常年風速較大的河流跨越。但桁架結構耗費材料較多，結構自重大，施工量大，一般不宜采用[17]。④跨度較大的中型河流及某些大型河流其兩岸基巖埋深較淺，河谷狹窄的可首先采用拱型跨越。管拱跨越結構有單管拱型及組合拱型兩大類。管拱充分利用管道本身強度，用鋼量一般較小。由于輸氣管道本身特點，管拱往往是無鉸拱，因此剛度比有鉸拱大。組合拱其主要特點是充分利用空間體系的組合截面的截面特性，同單管拱相比，用同樣的管材來達到更大的跨度和剛度要求。管拱是三次超靜定結構，且基礎又受較大的水平推力，因此對地基要求較高。管拱施工時，要求有一個較為平整的施工場地，安裝時多來用索道整體吊裝，因此施工、安裝技術要求高。⑤大型河流、深谷等不易砌筑墩臺基礎，以及臨時施工設施時可以選擇柔性懸索管橋、懸纜管橋、懸纜管橋和斜拉索管橋等跨越結構。柔性懸索管橋是采用拋物線形主纜索懸掛于塔架上，并繞過塔頂在兩岸錨固，輸氣管道用不等長的吊桿（吊索）掛于主纜索上，輸氣管道受力簡單，適合于大口徑管道的跨越。懸纜管橋的主要特點是輸氣管道與主纜索都呈拋物線形，采用等長的吊桿（吊索）。塔架下部為鉸支座，當管橋因溫差而引起膨脹收縮時。塔架能順管橋方向自由擺動調節纜索的內力平衡。由于選用小矢高而增大纜索的水平拉力，因此相應提高了懸纜管橋結構的自振頻率，在結構上可以取消復雜的抗風索而設置較為簡單的防振索等消振裝置。一般適合于中，小口徑管道的大型跨越工程。懸纜管橋最明顯特點是充分利用管道本身強度，使管道受拉壓力，彎曲等綜合應力。結構較前兩種懸吊管橋簡單，施工方便。在中小口徑管道的大跨度跨越中，若采用高強度合金鋼的管材時，可以應用。斜拉索管橋屬于斜纜式吊橋范疇。斜拉索管橋的牽索為彈性幾何體系，因而剛度大，自重小，結構輕巧，外觀簡潔大方，特別適宜于山區河流的跨越工程[18]。 管道材質及壁厚選擇 材質選擇優選管道用鋼是保證工程質量、減少工程投資的重要環節。根據輸氣管道的服役環境、輸送介質、管徑、輸氣管道工藝計算確定出管線的系統設計壓力和首站出站溫度等條件，從而確定工程中輸氣管道的鋼管等級的采用符合《石油天然氣輸送管道用螺旋埋弧焊鋼管》（GB971197）標準的X80等級螺旋雙面埋弧鋼管。 鋼管壁厚的確定鋼管壁厚按《輸氣管道工程設計規范》（GB5025192）中規定計算： （22） 式中—鋼管計算壁厚，mm；PH—設計壓力，MPa；DH—管道的外徑，mm；—鋼管的最小屈服強度，MPa；F—設計系數（由地區等級來確定，如表B1）。 管道防腐長輸管道采用防腐涂層和電化學保護相結合的方式進行聯合保護，可以減緩周圍介質對管道的防腐，延長管道的使用壽命，保證管道長期安全運行。 管道防腐材料選用原則(1) 防腐材料技術可行性與經濟合理性統一。(2) 立足國內技術和施工能力，注重施工的可能性。(3) 根據沿線自然條件不同，因地制宜，選取適宜涂層。 管道防腐涂層(1) 管道外壁防腐涂層埋地管道外壁涂層的種類很多，從50年代石油瀝青發展到60年代的塑料膠粘帶、熱塑絕緣層、粉末融合絕緣層等塑料防腐材料。至今逐步形成了石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚烯烴、環氧樹脂等高分子材料。(2) 管道內壁涂層輸氣管道施加內壁涂層有很多的優點：①延長管道的服役時間；②減小摩阻，提高輸氣量；③減小壓降，降低壓縮機能耗和運行費用；④減少壓縮機站的個數，節約投資；⑤減少清管次數，保證管道輸送氣體的質量等等。(3) 管道陰極保護該工程全線采用外加電流陰極保護。全線共設兩座陰極保護站，一座位于如東分輸清管站，另一座位于靖江分輸清管站。(4) 外加電流的陰極保護的構成及說明①陰極保護站設施：恒電位儀，電極，陽極地床，陽極電纜，陰極電纜和測試電纜。②絕緣法蘭設置：在輸氣首站、清管站、分輸站、輸氣末站管線進出口處加絕緣法蘭，清管站、分輸站做跨接電纜連接絕緣法蘭兩側，以確保電位連續。③數據采集：恒電位儀設有自控輸出信號，恒電位儀輸出參數可與集中控制中心集中控制。而且，職能恒電位儀能自動定期打印保護電流，通電點電位。為了監測全線保護效果全線每公里設有一點為測試樁，定期游巡線員進行現場測試并做好記錄。 輸氣管道工程SCADA系統隨著經濟的發展和對環境保護的重視，天然氣作為一種優質能源被廣泛地應用，也就促使天然氣工業的迅速發展，尤其是天然氣輸送管道的發展。發達國家天然氣管網已形成網絡。中國天然氣干線管輸網絡正在形成。天然氣長輸管道中輸配氣站場較多，且站場的地理位置較為分散，自然環境較差，交通不便。因此，為實現現代化科學管理，提高整個輸氣系統的可靠性，保證人身及設備的安全，平穩供氣及保護環境，宜采用以工業計算機為核心的監視控制與數據采集系統即SCADA系統，完成對整個管網的監控。利用SCADA系統實時可靠的數據采集和遠程控制能力，將生產過程的實時監控與信息系統緊密結合，實現自動快速的統計分析，優化運行，保證信息及時準確，為天然氣貿易交接計量、輸配控制、商業化的運營管理提供調度決策手段，實現管道低成本，高效益運行的目標。3 設計說明書 概述在進行輸氣管道規劃方案研究時，要從眾多可能的輸氣方案（由不同輸量、不同管徑、不同壓力等級、不同壓比組配而成的各種方案）中，通過工藝計算和技術經濟測算，選出幾個或幾組較經濟合理、工藝和技術上又較切實可行的較優方案，從而為以后的預可研、可研階段的深化研究打下基礎。一般說來，大型干線輸氣管道的工藝計算比較復雜：(1) 在計算中要考慮的因素很多，諸如終點與起點的高差、沿線的地形、分氣點和進氣點的分布及分氣量和進氣量的大小、輸氣管道末段的儲氣功能等。(2) 水力計算和熱力計算互相牽制，因為通過上述兩種計算所需求得的參數，正是在計算中應該是互為不可缺少的已知數，間距的求解必須要知道天然氣在輸氣管計算段l中的平均溫度tcp而為求得后者而進行熱力計算時又必須要知道壓氣站間距，即計算段長度l。(3) 輸氣管道的水力計算是按計算段進行的，在計算中必須考慮計算段終點與起點的高差及計算段沿線地形的影響，而未求出計算段長度（即壓氣站間距）l之前就無法知道計算段終點的位置，從而無法知道其與起點的高差，也無法知道計算段段內沿線完整的地形。以上僅列舉了輸氣管道工藝計算復雜性的部分事例。當然，利用國內外已開發的有關軟件，通過計算機可以迅速求得各種輸氣方案的參數。但在輸氣管規劃方案研究階段并不需要很精確的計算結果，而在實際上這也是不可能做到的，因為這需要有詳盡的原始資料和原始數據，而這在規劃研究階段是不具備的。為進行輸氣方案工藝計算，至少要具備下列基本參數：年輸量Q，108m3/a；天然氣組分、相對密度△；線路走向和大致的長度L，km；如果規劃中的輸氣管道沿途有較多的分氣點，則還必須知道大致的分氣點的距離和分氣量，以便在計算中把分氣的影響考慮進去。根據上述這些基本依據，就可著手進行各種輸氣方案的工藝計算。計算順序概括如下：(1) 對一種輸量，設定幾種管徑、幾個壓力等級（、10MPa）、幾個壓比（根據俄羅斯的經驗，在輸氣管道上一般采用的壓比范圍為：～），從而組成多種方案；(2) 計算每一個方案的壓氣站間距；(3) 計算末段長度；(4) 確定壓氣站數；(5) 計算單站功率；(6) 初選燃—壓機組型號，初定機組臺數；(7) 計算燃料氣耗量；(8) 計算耗鋼量。在上述工藝計算基礎上，經濟部門根據有關的主要參數指標進行技術經濟測算，算出每一種輸氣方案的基建投資、輸氣成本、管輸費用、終點門站的燃氣價格等經濟指標，通過比較，選出幾個或幾組較優的輸氣方案。本論文所采用的輸氣管道工藝計算方法是適用于輸氣管道規劃方案初步研究階段，在考慮高差、沿線地形、儲氣功能等諸因素的前提下，采用地形起伏輸氣管的基本公式，公式中某些參數根據國內外的實踐經驗和分析推測進行設定。利用這一工藝計算方法可求得幾十個、上百個、甚至幾百個輸氣方案的參數，從而進行經濟技術評估，通過比較，選出幾個或幾組較優方案，為以后（預可研或可研階段）的深化研究打下基礎。在具備了足夠的、所必需的原始資料和原始數據后，在上述工藝計算的基礎上，就可進行較詳細、深入、精確的計算。 平坦地區輸氣管的計算 基本計算公式平坦地區輸氣管道的基本計算公式，如采用國際單位制，由文獻[1]第一章式（11）有如下形式： （31） 公式中參數的確定及單位q—輸氣管道的通過能力，106m3/d；DB—輸氣管內徑，m；D一輸氣管外徑，m；δ—管子壁厚，m；P1—輸氣管道計算段的起點壓力，即壓氣站出站壓力（絕），MPa，按下式確定： （32）PH—壓縮機（或壓縮機車間）的出口壓力，MPa，按工作壓力（設計壓力）考慮；δP1—壓縮機（或壓縮機車間）與干線輸氣管之間連接管線中的壓力損失（不考 慮所輸天然氣在冷卻系統中的壓力損失），MPa，其值與輸氣工作壓力有關， ~10MPa時，δP1≈~；δP2—天然氣在冷卻系統中的壓力損失，MPa，如采用空冷器，按“標準”（《全蘇輸氣管道工藝設計標準》以下簡稱“標準”）應取δP2=；P2 —輸氣管計算段的終點壓力，即下一壓氣站的進站壓（絕），MPa，按下式計 算： （33）PB—壓縮機（壓縮機車間）的入口壓力（絕），MPa,按文獻[1]第一章下式確定： （34）ε—壓比；δP3—除塵裝置和連接管線中的進站損失，MPa，其值與輸氣壓力和采取的除塵 級數有關，；△—天然氣的相對密度；λ—水力摩阻系數；Zcp—輸氣管計算段中天然氣的平均壓縮性系數； （35）上式中的Pcp為平均壓力，MPa： （36）Tcp—輸氣管計算段中天然氣的平均溫度，K；l—輸氣管計算段長度(即壓氣站間距)，km； 水力摩阻系數從不同的書刊上可見到不同形式的輸氣管計算公式，常見的如原蘇聯早期和近期公式、威莫斯公式、潘漢德爾修正公式，柯列勃洛克（Colebrook）公式等，這眾多形式的公式，其實都來源于輸氣管的基本公式，只不過在基本公式中代入了不同的水力摩阻系數的計算公式。不同的流態有不同的水力摩阻系數計算公式。干線輸氣管中氣體的流態一般總是處于阻力平方區，照理應選用適用于該區的計算公式。但在工程實踐中（特別是由于電子計算機的應用），通常采用混合摩擦區的公式，即既考慮雷諾數Re的影響，又考慮管壁當量粗糙度K的影響。這類公式被認為是適用于紊流三個區的通用公式，如歐美一些國家采用柯列勃洛克（Colebrook）公式： （37）俄羅斯的設計標準規定采用如下公式： （38）式中Re—雷諾數；K—管壁的當量粗糙度；DB—內徑，mm上述兩式在阻力平方區時，由于 故 （39a） （39b）如按俄羅斯“標準”取K=，代入式(39b)式，得： （310）按俄羅斯標準，在實際計算水力摩阻系數時，還應考慮局部摩阻(閥件、