第六章 长距离输气管道及城市输配气工程课件

第六章第六章 长距离输气管道长距离输气管道及城市输配气工程及城市输配气工程2022/9/111概述：燃气发展和应用情况概述：燃气发展和应用情况2022/9/1122022/9/113一、天然气的组成与用途一、天然气的组成与用途n工业与民用燃气：工业与民用燃气：天然气天然气、人工煤气、液化、人工煤气、液化石油气和沼气石油气和沼气n用途：火力发电厂、民用、汽车、化工原料用途：火力发电厂、民用、汽车、化工原料n来源：气田气、石油伴生气、凝析气田气、来源：气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气。煤层气。n主要成分：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷主要成分：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷第一节第一节天然气的储运销一体化系统天然气的储运销一体化系统2022/9/114二、基本概念二、基本概念（一）标准状态与标准体积（一）标准状态与标准体积n天然气计量的标准状态：天然气计量的标准状态：20，1标准大气压（标准大气压（101325Pa)l城市燃气行业的标准状态：城市燃气行业的标准状态：0，1标准大气压（标准大气压（101325Pa)l美国天然气行业：美国天然气行业：60F（15.6)，1标准大气压（标准大气压（101325Pa)标准状态下的体积称标准体积标准状态下的体积称标准体积。2022/9/115（二）天然气组成的表示方法（二）天然气组成的表示方法n体积分数体积分数：各种组分的分体积在天然气的总体积：各种组分的分体积在天然气的总体积中所占的比例；是温度、压力的函数。中所占的比例；是温度、压力的函数。n摩摩尔尔分分数数：各各种种组组分分的的摩摩尔尔数数在在天天然然气气的的总总摩摩尔尔数中所占的比例。数中所占的比例。1摩摩尔尔纯纯物物质质的的质质量量在在数数量量上上等等于于该该物物质质的的分分子子量量，单位：克。单位：克。n质量分数质量分数：各种组分的质量在天然气的总质量中：各种组分的质量在天然气的总质量中所占的比例。所占的比例。2022/9/116（三）天然气的密度与相对密度（三）天然气的密度与相对密度n密度：密度：单位体积天然气的质量，温度、压力的函数。单位体积天然气的质量，温度、压力的函数。n相对密度：相对密度：相同温度、压力下天然气的密度与干空相同温度、压力下天然气的密度与干空气的密度之比。气的密度之比。因天然气不是理想气体，其相对密因天然气不是理想气体，其相对密度是温度压力的函数。通常指标准状态的相对密度。度是温度压力的函数。通常指标准状态的相对密度。n气田气：气田气：0.580.62，伴生气：，伴生气：0.70.852022/9/117（四）天然气的粘度（四）天然气的粘度n粘粘度度是是输输配配气气管管道道计计算算的的重重要要基基础础数数据据。气气体体粘粘性性产产生生机机理理：两两层层气气体体之之间间摩摩擦擦和和两两层层之之间间分分子子的的热热交交换换。由由于于气气体体粘粘性性的的产产生生机机理理与与液液体体不不完完全相同，因而具有与液体粘度不同的特点：全相同，因而具有与液体粘度不同的特点：液液体体的的粘粘度度随随温温度度升升高高而而降降低低，与与压压力力基基本本无无关关；对对于于气气体体来来说说，当当压压力力不不高高时时气气体体粘粘度度随随温温度度升升高高而而升升高高，当当压压力力升升高高到到某某一一限限度度时时，气气体体粘粘度度随随温温度度升升高高而而下下降降（对于甲烷，该临界压力约为（对于甲烷，该临界压力约为10MPa）。相同温度下，压力越高，天然气的粘度越大。相同温度下，压力越高，天然气的粘度越大。2022/9/118（五）天然气的节流效应（五）天然气的节流效应n正节流效应和负节流效应正节流效应和负节流效应n正节流效应：节流后压力下降、温度下降。正节流效应：节流后压力下降、温度下降。n负节流效应：节流后压力下降、温度升高。负节流效应：节流后压力下降、温度升高。注：理想气体不存在上述节流效应注：理想气体不存在上述节流效应.2022/9/119（六）天然气的含水量和露点（六）天然气的含水量和露点n含水量：标准单位体积干气所含的水蒸汽质量，含水量：标准单位体积干气所含的水蒸汽质量，单位单位kg/Nm3。n进入干线管道的含水量不应超过进入干线管道的含水量不应超过96128mg/Nm3n天然气水露点：天然气在一定压力下析出液态水天然气水露点：天然气在一定压力下析出液态水 时的最高温度；时的最高温度；n天然气烃露点：天然气在一定压力下析出液态烃天然气烃露点：天然气在一定压力下析出液态烃 时的最高温度。时的最高温度。2022/9/1110三、天然气供气系统的组成及特点三、天然气供气系统的组成及特点（一）天然气一体化供气系统（一）天然气一体化供气系统 从气田的井口装置开始，经从气田的井口装置开始，经矿场集气系统、气体矿场集气系统、气体净化系统、干线输气管道、再通过配气管网净化系统、干线输气管道、再通过配气管网到用户，到用户，天然气所通过的所有环节构成了一个统一的、一体天然气所通过的所有环节构成了一个统一的、一体化的储、运、销系统。它是一个密闭的、连续的水化的储、运、销系统。它是一个密闭的、连续的水力系统。力系统。天然气一体化体现在气源、管线建设和用户的统天然气一体化体现在气源、管线建设和用户的统一方面；也体现在其运行的安全性和可靠性方面。一方面；也体现在其运行的安全性和可靠性方面。2022/9/1111（二）天然气供气系统的组成（二）天然气供气系统的组成n气田矿场集输管网（见第二章）气田矿场集输管网（见第二章）n天然气净化处理厂天然气净化处理厂n长距离干线输气管道或管网长距离干线输气管道或管网n城市输配气管网城市输配气管网n储气库储气库2022/9/1112一、长距离输气管道的组成一、长距离输气管道的组成第二节第二节长距离输气管道的组成及勘察设计长距离输气管道的组成及勘察设计2022/9/11132022/9/11142022/9/11152022/9/11162022/9/11172022/9/1118二、输气管道工艺设计二、输气管道工艺设计n输气管道工艺设计输气管道工艺设计主要包括管段的主要包括管段的水力与热力计算水力与热力计算、管段设计压力管段设计压力与与压气站压比压气站压比的确定、的确定、压气站的布站压气站的布站、压缩机组的配置压缩机组的配置、各种工艺站场各种工艺站场的流程设计等方面的流程设计等方面的内容。的内容。n根据输气管道的根据输气管道的运行参数运行参数(流量、压力、温度等流量、压力、温度等)是是否随时间变化，可以将输气管道的工况分为否随时间变化，可以将输气管道的工况分为稳态工稳态工况况与与非稳态工况非稳态工况(也叫瞬态工况也叫瞬态工况)。严格地讲，输气。严格地讲，输气管道的工况在大多数情况下都是非稳态的，但在工管道的工况在大多数情况下都是非稳态的，但在工程设计中通常先按稳态工况对输气管道进行水力和程设计中通常先按稳态工况对输气管道进行水力和热力计算，然后再按非稳态工况进行校核。热力计算，然后再按非稳态工况进行校核。2022/9/1119n输气管道水力计算输气管道水力计算的基本任务是确定的基本任务是确定管道流量与沿管道流量与沿线压力分布的关系线压力分布的关系。具体来说，就是在已知管段两。具体来说，就是在已知管段两端压力的前提下计算其流量，或者在已知管段流量端压力的前提下计算其流量，或者在已知管段流量及管段某一端压力的前提下计算该管段的沿线压力及管段某一端压力的前提下计算该管段的沿线压力分布。此外，在管道的流量和沿线各点分布。此外，在管道的流量和沿线各点(起点和终起点和终点除外点除外)的压力均为未知、但管道沿线的压气站运的压力均为未知、但管道沿线的压气站运行方案已知的情况下，通过沿线各管段与全线各压行方案已知的情况下，通过沿线各管段与全线各压气站的匹配计算可以确定这些管段与压气站的流量气站的匹配计算可以确定这些管段与压气站的流量与压力。与压力。1、输气管道水力计算、输气管道水力计算2022/9/1120输气管道水力计算输气管道水力计算P1管道起点燃气的绝对压力，管道起点燃气的绝对压力，Pa；P2管道终点燃气的绝对压力，管道终点燃气的绝对压力，Pa;P0标准大气压，标准大气压，P0=101325Pa；燃气管道的水力摩阻系数；燃气管道的水力摩阻系数；Q0燃气管道的计算流量，燃气管道的计算流量，Nm3/s；d燃气管道的内径，燃气管道的内径，m；0标准状况下燃气管道的密度，标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3；T燃气的绝对温度，燃气的绝对温度，K；T0标准状态绝对温度，标准状态绝对温度，T0=273.15K；Z燃气的压缩因子；燃气的压缩因子；Z0标准状况下燃气的压缩因子；标准状况下燃气的压缩因子；Z0=1L燃气管道的计算长度，燃气管道的计算长度，m。输气管道应采用：高压、低温的输送方式。输气管道应采用：高压、低温的输送方式。2022/9/11212、输气管道热力计算、输气管道热力计算n输气管段的热力计算主要有两个目的：输气管段的热力计算主要有两个目的：为同一管段的水力计算服务为同一管段的水力计算服务;预测管段中出现凝析液和水合物情况。预测管段中出现凝析液和水合物情况。2022/9/1122n根据输气管段的流量公式：在其它条件一定的前根据输气管段的流量公式：在其它条件一定的前提下，输气管段的流量取决于整个管段中气体的提下，输气管段的流量取决于整个管段中气体的平均温度，而这一平均温度又取决于整个管段沿平均温度，而这一平均温度又取决于整个管段沿轴向的温度分布。另一方面，输气管段的稳态温轴向的温度分布。另一方面，输气管段的稳态温度分布又取决于该管段的流量。因此，输气管段度分布又取决于该管段的流量。因此，输气管段的水力计算与热力计算实际上是相互耦合的一对的水力计算与热力计算实际上是相互耦合的一对问题。为了求出一个输气管段的流量与沿线温度问题。为了求出一个输气管段的流量与沿线温度分布，需要联立求解输气管段的流量关系式和温分布，需要联立求解输气管段的流量关系式和温度分布关系式。由于这两个关系式中的气体物性度分布关系式。由于这两个关系式中的气体物性取决于气体温度和压力，故要进行精确的联立求取决于气体温度和压力，故要进行精确的联立求解是相当困难的。解是相当困难的。2022/9/1123n为为此此，在在工工程程上上通通常常采采用用近近似似解解法法，即即：先先假假定定输输气气管管段段的的平平均均温温度度，按按该该温温度度计计算算输输气气管管段段中中气气体体的的物物性性参参数数并并计计算算输输气气管管段段的的流流量量，然然后后根根据据该该流流量量求求出出输输气气管管段段沿沿线线的的温温度度分分布布及及平平均均温温度度，若若该该平平均均温温度度与与假假设设的的平平均均温温度度之之差差满满足足工工程程精精度度的的要要求求，则则计计算算结结束束；否否则则，以以计计算算出出的的平平均均温温度度作作为为新新的的假假设设平平均均温温度度，并并重重复复前前面面的的计计算算过过程程，直直到到输输气气管管段段平平均均温温度度的的假假设设值值与与新新的计算值之差满足工程上的精度要求为止。的计算值之差满足工程上的精度要求为止。2022/9/1124三、输气管中水合物的形成规律及预防措施三、输气管中水合物的形成规律及预防措施（一）水合物的基本概念（一）水合物的基本概念n天然气中某些组分与液态水在一定天然气中某些组分与液态水在一定温度、压力下所形成的外形像冰霜温度、压力下所形成的外形像冰霜的物质。的物质。n节流处最易形成。节流处最易形成。2022/9/1125（二）形成水合物的条件（二）形成水合物的条件n温度、压力、水分条件。温度、压力、水分条件。n临界温度：高于此温度不会形成水合物。临界温度：高于此温度不会形成水合物。2022/9/1126（三）形成水合物的必要条件（三）形成水合物的必要条件n必须有液态水与天然气接触（水分条件）；必须有液态水与天然气接触（水分条件）；n天天然然气气中中水水蒸蒸气气分分压压等等于于或或超超过过在在水水合合物物体体系系中中与与天然气的温度对应的水的饱和