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1、西吉清管站工艺设计目 录1 绪论51.1 背景及设计意义51.2 国外清管技术现状61.3 国内清管技术现状71.4 设计内容72 设计说明书82.1 设计依据82.1.1 设计资料82.1.2 设计规范82.2 工艺流程设计82.2.1 工艺流程概述82.2.2 工艺流程设计原则92.2.3 战场布置92.3 主要工艺设备选型92.3.1 管道内径计算92.3.2 管道壁厚计算102.3.3 分离设备112.3.4 阀门的选型172.3.5 汇管选型182.3.6 流量计选型192.3.7 温度测量仪表选型202.3.8 压力测量仪表选型202.4 自动控制系统202.4.1 设计原则202
2、.4.2 自动控制系统及方案212.5 站场防腐222.5.1 站场露空管道和设备的防腐222.5.2 站场内埋地管道的防腐222.6 站场防雷232.7 供水供电232.7.1 供水232.7.2 供电232.8 排污242.9 站内管道安装242.10 引进的设备243 计算说明书263.1 天然气分子质量M263.2 天然气的压缩系数Z263.3 天然气的相对密度263.4 天然气操作条件下的密度273.5 天然气在操作条件下的粘度273.6 分离器的设计计算283.7 管道选型及管径计算293.7.1 管道选型293.7.2 管径计算303.8 管道壁厚计算313.9 速度校核323.
3、10 收发球筒的设计333.10.1清管器接收筒结构设计343.10.2清管器发送筒结构设计343.11 汇管的选型343.11.1 汇管管径计算343.11.2 汇管壁厚的计算353.12 流量计的选型353.12.1 流量计的类型353.12.2 流量计选型结果373.13 阀门类型选择373.13.1 选择阀门的依据373.13.2 阀门的类型373.13.3 选阀结果404 结论41谢辞42参考文献43附录441 绪论 清管站作为输气管道中的重要组成部分，其设计对天然气长距离输送具有重要的意义。其主要作用包括: (1)清管以提高管道的输送效率(2)测量和检查管道是否周向变形,如凹凸变形
4、(3)从内部检查管道金属是否损伤,如腐蚀等,(4)对新建管道在其进行严密性试验后,清除积液以及杂质。清管的主要设备包括：(1)清管器收发筒和盲板；(2)清管器收发筒隔断阀；(3)清管器收发筒旁通平衡阀和平衡管线；(4)连接在装置上的导向弯头；(5)线路主阀；(6)锚固墩和支座。此外，还包括清管器通过指示器、放空阀、放空管和清管器接收筒排污阀、排污管道以及压力表等。本论文对中贵管线中西吉清管站的站址确定、确定工艺流程图和工艺管道平面布置图，进行站内设备的选型及计算、确定自动控制方案等进行说明和计算。1.1 背景及设计意义我国随着国民经济的快速发展对能源的需求量越来越大。就像其他发达国家一样，我国
5、必然会经历一场能源结构的改变，即以煤为主逐步转向以石油、天然气为主。2004年我国政府制定以“优化结构、提高效率、重视环保、保障供应、开发西部”为核心的新能源战略目标，要求增加天然气在能源构成中的比例。与此同时，我国也加快了天然气勘探开发力度，2008年完成的新一轮全国石油、天然气资源评估结果显示我国天然气远景资源量56万亿立方米，地质资源量35万亿立方米，可采资源量22万亿立方米，在世界上名列前茅。我国已经进入天然气快速发展的历史时期。除了本国天然气生产外，我国还将从国外引进大量的天然气。中卫-贵阳联络线工程的建设，主要承担把中亚天然气输往沿线市场和进一步输往广东市场，并把进口中亚气、塔里木
6、、长庆和川渝等四大气源以及西气东输系统、陕京线系统、川渝管网及中缅等干线系统相连，以增强管网调配的灵活性和供气的安全保障。对充分发挥西部进口天然气大通道的作用、进一步完善全国天然气骨干管网和满足西南地区大幅度增长的天然气需求，均具有重要意义。中卫-贵阳联络线干线起于中卫，终于贵阳末站，沿线途经甘肃、陕西、四川、重庆、贵州等省市。基于此，确定市场研究范围为管道沿线途径的甘肃天水、陇南，陕西汉中，四川、重庆和贵州。根据可研报告，2008年，沿线市场共消费天然气156.5108m3，占全国消费总量的20%左右。随着天然气工业的进一步发展，天然气需求仍将快速增长。预测2010年沿线市场的天然气需求量2
7、00.45108m3,2015年338.68108m3，2020年397.12108 m3。2010年2020年年均增长速度为7.0%。沿线市场的天然气需求主要集中四川、重庆两个省市。2015年，四川和重庆的天然气需求量分别超过200108 m3和100108 m3，分别达到209.56108 m3、109.03108 m3，分别占沿线市场需求总量的61.9%、32.2%。市场天然气需求结构以天然气化工为主，其次是城市燃气和工业燃料，天然气发电较少。2015年，天然气化工、城市燃气和工业燃料行业的天然气需求量分别为148.24108 m3、93.82108 m3 和89.15108 m3，占沿
8、线市场需求总量的比例分别为43.8%、27.7%和26.3%。根据市场需求预测和供应安排，在不考虑本工程补充供应时，预计2011年沿线市场供需缺口49.7108 m3；2015年供需缺口106.8108 m3；2020年供需缺口50.1108 m3。1.2 国外清管技术现状世界上用清管器进行水力清管源于1885年,第一次使一条小口径接近报废的原油管道恢复正常工作。软质清管器在60年代源于美国,之后被日本采用而发展，目前产品又返销美国。随着科学技术不断进步与发展,目前该项技术已远远超出“清除垢物”的概念。在管线建设中进行管内加工、清除焊瘤、打磨内壁、管内涂衬；投产前进行扫线、管径检查、试压, 输
9、送过程中进行清垢、隔离、及管内检测（包括变形、壁厚、漏点和清管器运行状态等）； 管道维修中进行清垢、涂衬和照相作业等,都属于清管技术之范畴。70年代末投产运行的阿拉斯加原油管道,从施工、投产到运行都广泛应用了清管技术。管线试压前用空气驱动软质清管器,推动甲醇来清除管内冰块, 应用LBCC-2型隔离清管器,排除管道内的空气,以保证水压试验的安全。该清管器带有音响, 并可带跟踪发射器以便于寻找。在该管道投产时,应用两个隔离清管器以隔离空气与氮气、氮气与原油,使油流避免与空气接触,控制油流速度,确保管道运行的安全。在管道正常运行时,投放大型的综合检测清管器。它分为3节,长2.5m,总重2.5t ,装
10、有发电、变送、记录和微型计算机等高端装置。它可测出管道的沉陷、管径的变形以及管内的压力、温度及弯曲度等参数, 并且有较高的解析能力,在一定范围内代表着国际清管的技术水平。在管内进行录相、软质清管器的发展,以及随之发展起来的管道塑料薄膜内涂衬等技术方面,当前日本处于世界领先地位。1987年美国AMF公司在我国任京输油管线上进行管道内腐蚀情况检测的表演。对60km以上的管道能很准确测出腐蚀等级及其部位,也属当前国际先进水平。1.3 国内清管技术现状60年代初的清管技术,就在我国的第一条原油长输管道上初步应用,但由于多种原因,之后发展的很慢。70年代末, 除了石油管道相关部门开展清管技术研究外,还有
11、油田、军内系统、一机部等部门也相继开展研究。清管技术已经在我国输油、输气、供排水管道,成品油以及液化气管道上应用。东北输油管理局1980年召开了软质清管器清管技术在原油长输管道中应用的技术鉴定会。1982北戴河对159供水管清管成功,是一条废弃的管线重新运行。管道科学研究院研制的清管器跟踪仪，曾获得河北省优秀科研产品奖，在生产实践中已然得到广泛应用。1984年后勤部营房设计院召开了成品油清管技术鉴定会。1985年石油部管道勘察设计院召开了机械清管器及封堵技术鉴定会。管道科学研究院开展了清管专用装备分流器（通称清管道岔）的研究,在完成小管径样机后,开始了较大管径的研制, 进而达到系列化。管道科学
12、研究院还把清管技术应用于北京石油液化气管道上,首次用清管器（不是橡皮球）对最小内径79mm管线长距离清扫并且取得成功,获得良好社会和经济效益。同时,向国家专利局申请了“软质可载清管器”专利。并与航天部合作开展了管内检测技术的研究。应用航天技术以及电子计算机技术,对管内压力、温度, 管内变形及清管器运行加速度等参数进行测量。此项即将进行工业性试验。1.4 设计内容西吉清管站工艺流程设计，主要设计内容：(1) 查阅资料，了解清管站设计的最新方法与技术。(2) 确定主要设备包括管线、汇管、控制阀、阀门、超压保护和计量仪表等的选型。(3) 确定清管站流程和设计参数；(4) 画出清管站站的工艺流程图、平
13、面布置图和平面安装图； (5) 写出设计说明书、计算书。2 设计说明书2.1 设计依据2.1.1 设计资料中贵管道供气能力为，西吉清管站进站压力为。设计温度： 气质：表2.1 所输天然气气质分析表组分甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷己烷氮气CO2体积%94.872.350.310.030.050.030.010.031.660.662.1.2 设计规范（1）输气管道工程设计规范（GB50251-2003）（2）气田集气工程设计规范（SY/T0010-1996）（3）输送流体用无缝钢管（GB/T8163-1999）（4）石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范（SY0420-2000）（5）
14、天然气长输管道工程设计（6）石油天然气工程设计防火规范（GB50183-2004）（7）石油天然气制图标准（SY/T0003-2003）（8）石油地面工程设计文件编制规程（SY/T0009-1993）（9）钢制对焊管件规范（SY-T0510-1998）（10）输油输气管道线路工程施工及验收规范（SY0401-1998）2.2 工艺流程设计2.2.1 工艺流程概述西吉清管站工艺流程：（1）管线清管时接收上游来气，经旋风分离器除尘后输送至下游；（2）无需清管时，来气经越站旁通直接进入下游；（3）清管器接收与发送；（4）事故状态及维修时的放空和排污；工艺管道仪表流程图见附录1：西吉清管站工艺流程图。2.2.2 工艺流程设计原则（1）严格执行国家及行业的有关标准、规范。工程设计及建设过程中应充分的考虑QHSE因素，优化设计和施工。（2）为提高工程质量以及输配水平，尽量采用成熟可靠、先进、实用的技术。（3）站址选择应在遵循城市规划要求的前提下，尽量节约工程投资。（4）方便管理，便于维修。（5）在满足安全和工艺技术要求的情况下，力争节约投资，提高经济效应。（6）工程设计中应尽量采用国产材料和设备，以节约工程费用。（7）根据用气规模，考虑今后的发展，本设计应留有适当的余地。2.2.3 战场布置1）地理位置 西吉清管站位于宁夏固原市西吉县玉桥镇团庄村，距
