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1、目 录1 绪论11.1 研究课题的目的和意义11.2 国内外研究现状31.3 研究内容71.4 本题目的设计步骤71.5 本设计所采用的规范72 天然气管线92.1 天然气长输管线的基本定义及输气站组成92.2 天然气长输管线的发展前景92.3 天然气长输管线的组成与功能122.4 输气站种类及功能122.4.1 输气站种类122.4.2 输气站的主要功能132.5 天然气长输管线的技术发展现状和趋势142.6 天然气长输管线的工艺设计内容要求162.7 站场工艺设计172.8 压缩机房设计说明182.8.1 压缩机台数的选择和安装182.8.2 压缩机厂房的型式192.9 线路走向选择原则1
2、92.9.1 线路选择的基本要求192.9.2 沿线自然条件状况192.9.3 沿线地区等级划分202.9.4 管道跨越工程202.10 管道材质及壁厚选择222.10.1 材质选择222.10.2 钢管壁厚的确定222.11 管道防腐222.11.1 管道防腐材料选用原则222.11.2 管道防腐涂层222.12 输气管道工程SCADA系统233 设计说明书243.1 概述243.2 水平地区输气管的计算253.2.1 基本计算公式253.2.2 公式中参数的确定及单位253.3 水力摩阻系数253.4 天然气在输气管计算段中的平均温度tcp283.5 输气管末段长度lk293.5.1 输气
3、管末段工况的特点293.5.2 满足昼夜“调峰要求”的末段长度303.6 压气站间距l 和压气站数333.6.1 压气站间距l333.6.2 压气站数344 计算说明书354.1 基本参数确定354.2 计算末段储气长度374.2.1 计算末段中天然气的平均压缩性系数Zkcp374.2.1.2 计算对比压力414.2.1.3 计算对比温度414.2.1.4 末段中天然气的平均压缩性系数414.2.2 校核储气阶段起始时的ZA424.2.3 确定输气管末段的几何容积VT、末段储气量Vap444.2.4 确定储气阶段终了时末段的平均压力PcpB454.2.5 校核储气阶段终了时的ZB464.2.6
4、 计算储气阶段终了时的BB464.2.7 计算函数值474.2.8 计算储气阶段终了时末段的终点压力P2B474.2.9 计算储气阶段终了时末段的起点压力P1B484.2.10 校核末段长度lk484.2.11 增设副管的计算494.3 计算压气站间距554.3.1 计算输气管计算段中天然气的平均温度tcp554.3.2 计算天然气压缩系数584.3.3 计算压气站间距l604.4 计算压气站数nc.s604.5 计算结果表614.6 选择压缩机型号654.7 压缩机站的布置704.8 输气管道系统中的流程图744.8.1 长输管道系统全线的总流程图745 结论76参考文献78致谢79附录A8
5、0附录B85附录C86附录D87III西安石油大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 研究课题的目的和意义天然气作为清洁的优质能源和化工原料，在支持国民经济可持续发展、改善人民生活和保护大气环境质量方面已开始发挥越来越重要的作用。随着陕京管线和西气东输等多条全国性天然气供气管道工程的相继建成投产，中国的天然气工业已步入快速发展的新阶段1。天然气输送与存储是天然气应用过程中的必不可少的重要环节，天然气输送与存储工程建设的技术水平、工程质量、建设投资、生产运行费用、生产中的安全和环境保护等，将直接关系到用气安全和用户的切身利益。由于天然气的不易存储特性，管道输送成为运输天然气的经济有效方法，它是天
6、然气走向市场的重要环节，是沟通气田与天然气用户的重要纽带，也是促进气田开发，加速天然气消费利用的重要手段。世界范围内天然气管道发展迅速，目前世界上已建成天然气管道约150万千米以上。天然气管道已连接成地区性，全国性甚至国际性管网，构成了规模庞大的供气系统2。与液体输送方式不同，天然气具有密度小，体积大的特点，因而管道输送几乎成了天然气远距离输送的唯一方式。国内外已研究出在低温高压下气态输送或液态输送天然气的新的输送工艺，其输送能力比在一般温度和压力下输送时提高几倍到十几倍。我国的天然气资源大多在西部地区，而天然气消费市场主要在东部地区。为了把西部资源与东部市场结合起来，国家实施了“西气东输”工
7、程。目前，国家投资负责的主干管网及门站全线顺利建成并成功运营，由地方投资负责的城市管网正在相继建设中。“西气东输”管道工程属于长距离输气管道工程。在建设前，有必要对这种长距离输气管道工程进行经济评价，为工程项目的可行性提供决策依据；在建成后，也有必要进行经济评价，为工程项目的验收提供科学依据。长距离输气管道的输量受输送压力、管径及壁厚、沿途所设压缩机站数等工艺参数的制约，当输送压力、管径确定后，可通过增设管道压缩机站的方法，提高管道输量，而要增加的管输量越多，管道中间增设的压缩机站越多，工程项目的投资和运营成本越高。当超过一定界限后，管输量的增量效益就会低于相应的投入增量，导致整个管道工程的经
8、济效益下降。因此，长距离输气管道存在一个使管道的经济效益最大的最优输量。长距离输气管道的经济效益，受工艺条件、经济参数等的约束。输气管道建设以天然气市场为导向，管道的实际输气量决定于供气市场发育程度。管道建设要重视天然气市场的开拓，以避免由于市场发育不足，使管道在长时间内以低负荷运行，影响管道效益。例如阿吉新民输气干线起始于辽宁铁岭阿吉分输站，末站位于辽宁沈阳新民东方红联络站，其中三道岗段设一分输站，三道岗分输站同时给沈燃气公司、沈东油公司供气，东方红联络站同时给秦沈支线、大沈支线供气，三道岗分输站同时为阿吉新民输气干线的阴极保护站。管线途经辽宁省铁岭、法库、新民等3个行政区境内，管道全长为7
9、6km，其中级地区长度为45.02km，级地区长度为14.22km，级地区长度为16.76km。管道埋深为1.51.7m。钢管材质拟定选用L485，管道均不采用减阻内涂层，管道内壁绝对当量粗糙度取40m。管道拟定外径分别为813mm、914mm、1016mm。输送温度为015。管线途径的这些地区都是经济比较发达的地区，且用气量需求比较大，因此采用高压力、大管径以满足这些地区的需求，避免出现供不应求。我们在规划、设计输气管道时一方面要根据市场发育规律，考虑一定的输送量增长期而进行管道经济性的评价；另一方面要积极开拓天然气市场，使投产时即达到一定的输量，并且尽量通过加快用户项目配套建设，缩短市场增
10、长期，以提高输气管道的经济效益。长距离输气管道，尤其是大口径高压力的长输管道往往跨省区甚至跨国界输送巨量的天然气，是能源运输的大动脉。它的组成大致可分为：管道本身（包括干线和支线）、站场以及通信调度自控系统三部分。管道部分除管道本身以外还有通过特殊地段如：江河湖泊、铁路、高速公路等穿（跨）越工程；管道截断阀室；阴极保护站及线路护坡、堡坎等构筑物。站场部分有首站、清管站、气体接收站、气体分输站、压气站、门站等。清管站通常与其它站合建，往往同时完成多种功能。中国天然气资源主要分布在塔里木、柴达木、鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、东海和南海等八个盆地，其中塔里木、柴达木、鄂尔多斯、四川等四个盆地位于我
11、国新疆、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、四川和重庆等西部地区，其天然气资源量占总资源量的55%；东海和南海盆地位于东部和南部沿海地带，而我国天然气市场主要分布在东部经济比较发达的长江三角洲、环渤海和珠江三角洲等地区。从地域分布上看，资源和市场分别处于西部和东部地区，中间距离相隔数千公里，因此，为了满足市场的需求，需要建设更多的长距离输气管道3。长久以来管道工程的水工保护方案基本上都是以工程措施为主，大量的建筑材料（如石料、砂、白灰等）的应用和获取，不但给环境本身造成了一定的破坏，而且还造成了不少永久性的占地，增加了管线建设成本。“创造能源与环境的和谐统一”是管道建设的目标之一，采用新技术、新材
12、料和新工艺，借鉴相关行业的成功经验，将种植草木的护坡成功地应用于本工程。管道内涂层是指将涂料喷涂在管道内表面，形成一层均匀薄层。天然气管道内涂层减阻技术的研究始于20世纪，大规模应用于长输天然气管道是在20世纪50年代。20世纪初期，人们已经认识到输水管道流动性能受管子内部表面状况的影响很大。为了改善流体的流动性能，在水管中应用了内涂层。在20世纪中期，内涂层开始应用在输油管道上，其目的是为了防止管壁结蜡而改善流动性能。此后，加拿大于1962年，意大利于1965年，英国于1966年，前苏联于1967年相继应用了大口径输气管道的内涂层技术。在过去的四十年中，内涂层已迅速的在世界范围内推广应用。目
13、前在国外，管径在508mm及以上的输气管道基本上都应用了内涂层技术。对于建设中的输气管道，压气站的投产总是落后于线路部分的投资。对于合理的在建输气管道设备投产计划的论证应该在这一客观限制条件的范围内进行。在逐步分析建设中输气管道压气站的负荷时，要注意这样一个事实：在输气管道最初的发展阶段，投产的压气站的设计功率不可能全部被利用，因为系统的输量偏低、压气机的压缩比不高。由此可见，每座压气站的设备应该分阶段投产，而且，在每一阶段应该投入的工作机组数要视输气管道再改发展阶段的需要而定，需要多少台，就投入多少台，换句话说，如果建设中的压气机车间的部分设备已足以满足输气的要求，那么就应该将其投入运行，而
14、不必等待该压气站所有的设备全部投产。分阶段投产增加了逐步建设中的输气管道的动力装备程度，并提高了其在起动运行阶段的输量4。输气管道系统是一个统一、密闭、连续的水力系统，其中一处工况的变化必然带来全线工况的变化。特别是随着天然气开发规模和使用规模的不断扩大，天然气管网系统也日趋庞大和复杂。一方面，使得人们更难于了解和掌握管道系统的运行规律，论证和提出合理的设计方案和运行方案的难度增大，难于分析和处理管道系统的事故工况；另一方面，由于管道系统的运行状况直接影响着天然气的产、供、销之间的关系。因此，必须对输气管道的运行进行优化管理，使输气管道将气体保质、保量、安全、经济的输送到终点，在满足气源和用户
15、要求的前提下，带来巨大的经济效益和社会效益。输气管道经历了由小口径到大口径，由低压到高压，由手工焊到自动焊等一系列的技术革新。现在国外又出现了很多新技术，例如：复合加强型管线用管，灵巧清管器，配备有超声波计量设备的输气监测计量技术等。且人们对天然气的需求量在不断增长，所以有必要对输气管道进行深入的研究，进一步提高输量并使管道更加安全和智能的运行。1.2 国内外研究现状目前，国外输气管道技术的发展主要有以下几个特点：(1) 长运距、大口径和高压力是世界天然气管道发展的主流。目前陆上输气压力达到12MPa，海底输气最高压力为25MPa，最大口径为1420mm。(2) 采用内涂层减阻技术，提高了输送能力，减少了设备的磨损和清管次数，延长了管道的使用寿命。美国Chevron石油技术公司（Chevron Petroleum Technology Co.）在墨西哥湾一条输气管道上进行了天然气减阻剂（DRA）的现场试验，结果表明，输量可提高1
