天然气管道优化

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1、摘要随着天然气逐渐应用与社会主义建设事业的各个领域，天然气的长距离输送越来越 不可或缺。由于长输管道的大规模敷设，加上长输管道工程存在着高技术、高投入、高 风险的特点，所以对长输管线的设计方案进行优化选择，对于天然气高质、高效的输送 具有非常重要的现实意义。一般来说，对于天然气长输管线的设计方案的选择需要根据 天然气工程设计原则，运用合适的评价方法，从所提供的预选设计方案中评选出最佳方 案。本文通过充分了解天然气系统对于长输管线设计方案的各种优选方法，最后总结出 可通过天然气长输管线设计方案的综合评价系统，并结合层次分析法等各种有效理论， 来进行对天然气长输管线设计方案的选择。关键字：天然气，

2、长输管道，设计，路由目录第 1 章 前言 11.1国内天然气长输管道建设现状及发展趋势 11.1.1国内天然气长输管道建设的现状 11.1.2我国输气管道技术发展水平 21.2天然气长输管道设计水平的现状及分析 21.3我国天然气长输管道设计水平的缺陷 2第 2 章 天然气长输管道设计基础42.1 天然气长输管道的输送介质 42.2天然气长输管道的组成与功能 42.3 天然气长输管道的特点5第 3 章 路由技术研究63.1 路由技术研究现状 63.2塔巴庙榆林天然气管道工程应用 6第 4 章 工艺参数优化技术研究84.1 主要工艺参数84.2 输气工艺优化 84.2工艺优化结论 9第 5 章

3、管道选材技术研究10第 6 章 总结 12参考文献13致 谢 14第 1 章 前言21 世纪是世界天然气能源发展的高速增长时期，也是我国天然气作为城市能源走 向成熟时期。天然气从气田运输到城市，目前世界上普遍采用管道方式运输天然气，做 好天然气长输管道输送技术设计，对天然气的输送工作具有特别重要的意义。国外尤其是西方发达国家天然气工业发展比较早，美国大规模管线建设开始于 20 世纪 20 年代，西欧天然气工业开始于 20 世纪 50 年代，到 20 世纪 70、80 年代长 输管道工程设计技术已趋于成熟。我国的天然气工业在 90 年代开始进入规模利用阶 段，所以长输天然气管道的输送技术起步较晚

4、，在工艺、技术、工程等方面主要借鉴国 外成熟技术，特别是在增大管径、制管技术和管道穿越方面与国外先进国家有较大差距， 但发展速度较快，到目前已经建成天然气长输管道总计约 3.3 万公里，2009 年又开始 建设了首条跨国输气管道中亚天然气管道管线，目前已经焊接 8000 公里，中亚天 然气管道与西气东输二线衔接后，总长度超过 1 万公里，是迄今为止世界上距离最长、 等级最高的天然气输送管道1。 根据中石油的天然气发展规划，未来几年，中国天然气 的长输管道建设和天然气利用事业将得到更大发展，天然气在所有能源中的比重进一步 提高，这必将对环境保护和提高人民生活质量将产生更加积极的影响。 1.1国内

5、天然气长输管道建设现状及发展趋势 1.1.1国内天然气长输管道建设的现状我国输气管道建设经过 40 余年的建设有了较大的发展，至2013 年底，全国天然气 输气管道总长度已达到2.2X 104km，其中陆上天然气管道2.0X 104km，海上天然气管 道0.2X 104km,输气能力达到160X108m3/a。随着西气东输工程进入到投运阶段，我 国的储气库工程建设也呈现较快的发展势头。目前，我国输气管道工业还处于发展阶段，还未形成覆盖全国的输气管网。由于陆 上天然气资源主要集中在四川、陕甘宁、柴达木和塔里木四大气区，资源量占总资源量 的 70%，因此，输气管道建设受到资源的限制，输气管道也主要

6、集中在这四个区域内。近期，我国已建设和正在建设的天然气管线主要包括西气东输管线、涩北西宁 兰州管线、四川忠县一武汉管线、冀宁联络线（主线长910km、支线长1200km ）和陕北 靖边一北京复线。其中西气东输管线西起新疆的轮南，经陕北靖边至上海，全长4176 km, 初期输气量为120X108m3/a，最终将达到200X108m3/a。管道直径为1016mm，设计压 力10MPa，管道钢级L485，全线共设工艺站场35座，线路阀室137座，压气站10座。建成后将是我国长度最长、管径最大、输气压力最高的一条输气管道。1.1.2我国输气管道技术发展水平我国天然气管输技术随着冶金、制管、通讯和自控仪

7、表等方面发展均有较大的技术 进步。目前，我国制定了从管材生产、设备制造到勘察设计、施工安装、生产采用先进 的系统配置，以 586 以上的微机或工作站作为主机，并配有高性能的打印机，以 Visual FoxPro 升级版为支持软件。系统的建立准备整体采用数据库技术及动态制表技术，系统 设计和编程上采用结构化技术、模块化技术及排错技术。系统应界面良好、性能稳定并 具有良好的可扩展性和可维护性。应达到技术指标：开发平台为FoxPro升级版，运 行环境为中文Windows98；编制软件全部执行中文操作；界面友好，功能全面，操 作方便；在线帮助，错误提示；系统行动可靠、稳定。 1.2天然气长输管道设计水

8、平的现状及分析国内天然气长输管道设计水平以西气东输工程为标志性工程而得以提升，目前，国 内拥有并掌握了大中型河流（如长江、黄河、钱塘江等）、山涧、黄土冲沟等复杂地形 的穿跨越设计技术；拥有大型结构分析计算软件如：SAP2000、ANSYS、Dr.Bridge-桥梁 博士系统、BriCAS桥梁设计综合计算程序、2D- a隧道设计计算软件及GIAS岩土工程计 算机集成分析系统等。可进行水平定向钻穿越、山体及过江（河）隧道（人工钻爆、顶 管、盾构）穿越工程、大型斜拉索管桥、悬索管桥、悬缆管桥、悬链管桥、拱式管桥及 梁式桁架管桥的设计与计算。1.3我国天然气长输管道设计水平的缺陷首先是缺乏大型跨越及特

9、大型穿越的设计能力。目前很多公司设计的跨越最大跨距 仅有160m，对于大型河流、山涧、海峡、冲沟等复杂地段的跨越设计、结构计算等尚缺 少设计经验，对盾构穿越、隧道穿越、漂管就位、沉管敷设等其它河流穿越方式的了解 明显不足。其次是缺乏埋地管道应力分析能力。长输管道一般采用埋地敷设，但在跨越处、进 出站场处必然有管道出土情况。如何对全线进行受力分析，对受力较大处采取必要的防 护措施，以保证管道的安全，是设计中应该考虑的问题，目前还没有在输管道工程设计 中对此类问题做过深入探讨。第三是缺乏复杂输气系统分析、计算的经验。我国公司近年来完成的输气管道均是 单气源、单用户的供气管线。虽然自购进TGNET软

10、件后，曾进行过人员培训，并针对已 完成的几个项目进行了模拟核算，但对复杂输气系统的分析、计算至今还未真正用于实 践之中。第四是缺乏水工保护设计经验。在以往工程中大多是参考相关的设计手册和外院的 习惯做法（通用图或典型图），而对于诸如“与河流穿越相关的稳管、护岸；河漫滩管 道段的稳管；与管沟回填密切相关的管沟基础处理、斜坡地段的管沟挡土墙”等水工保 护措施，只是掌握了它们的典型、通用做法，在实际应用中，还缺少根据不同地区、不 同地质条件下工程设计的应对方案。第五是缺乏系统的技术积累与开发。通过西气东输管道工程的设计工作，使相关公 司相关技术人员开阔了视野，在接触许多新知识、新领域、新问题当中，逐

11、步提高了工 程技术人员学习、创新、开拓的意识，但这些工作目前还只停留在较低的学习层面上， 并未形成一个可供后序工程借鉴的专业设计体系，未在更深层面做深入研究及探讨，未 形成可连续使用的定型图和标准设计。第 2 章 天然气长输管道设计基础2.1 天然气长输管道的输送介质 天然气长输管道输送的介质是经过净化处理后的天然气，主要是以甲烷（占 90%-95% 以上）为主要成分的混合物。其中有害和无用成分如硫化氢、水和二氧化碳在进入长输 管道前已经经过净化处理，达到了国家规定的技术标准：即高热值31.47MJ/m3,二氧 化碳 W3.0%，总硫 W200mg/m3，硫化氢 W20mg/m3。天然气的优点

12、是：热值高（3235MJ/ m3,是人工煤气的2.6倍），燃烧充分，有害 气体排放量极少，因而属于清洁燃料；安全性好，天然气中不含有毒成分；天然气的爆 炸极限范围（体积百分比515%）比人工煤气的爆炸极限（体积百分比447%）窄， 密度为0.774Kg/m3, 旦泄露到空气中，易于在空气中稀释消散；运输与储存成本低, 作为一次能源，具有较好的经济效益。2.2天然气长输管道的组成与功能天然气长输管道就是连接输气首站和城市门站（末站）之间的管道，有时还有中间站，根据需要可实现增压、分输接收和清管功能。长输管道的任务就是根据用户的需求 把经净化处理的符合标准的天然气送到城市。（ 1 ）计量功能 由于

13、气体的特殊性，长输管道在交接气过程中必须设置专门的计量装置，如孔板流 量计、超声波流量计或涡轮流量计进行计量。（ 2）增压功能 由于产地和用户之间距离的长短不等、气田原始压力高低不同，长输管道在输送过 程中有时需要增压。（ 3）接收和分输功能 大口径、长距离的输气管道往往经过沿线附近的多个气田分别供给许多城市使用， 因此它中途要接收气田的来气和分输给各地的城市。（ 4）截断功能 为了当管道在某一地点发生爆破或检修时不至于造成更大范围的断气和放空损失， 应分段设置截断阀，并在发生意外爆破事故时能自动关闭阀门。（ 5）调压功能 与长输管道连接的下游管道，如城市管网，通常会以较低的压力等级进行设计，

14、因 此要把出口压力调节到一个相对稳定的合适范围。（6）清管功能由于管道内不可避免地遗留有施工过程的杂质和长期运行后产生的铁锈等，而压缩机、流量计、调压器等设备是不允许气体内有杂质的，所以一般长输管道都要定期清管。（7）储气调峰功能天然气的生产和运输过程通常是每天 24h 内均衡供给的，但城市用气每小时都在 变化，可以利用长输管道末端压力的变化部分地缓冲这种均衡供气和不均匀用气之间的 矛盾。2.3 天然气长输管道的特点天然气管道可分为矿场集输管道、长输管道和城市输配管网。长输管道的特点可以 从与矿场集输管道和城市输配管道两种管道的比较中表现出来，具体表现有：大口径、 长距离、高压力、巨输量。以已

15、建成的西气东输工程为例：从新疆库尔勒至上海市全长约 4000 多公里，管径 （p 1016mm，最高输送压力lOMPa，年设计输量120亿立方米/年，投产五年来，累计 向东部地区输送优质天然气 420 亿立方米，管网覆盖 70 多个城市、3000 多家大中型 企业收到了巨大的经济效益和社会效益， 2008 年 2 月已经开始建设西气东输二线工 程，工程设计输气能力 300 亿立方米/年，总投资 1422 亿元，土库曼斯坦将成为西气 东输二线的主供气源地，每年将向中国出口 400 亿立方米天然气。第3 章 路由技术研究3.1 路由技术研究现状3.2 塔巴庙榆林天然气管道工程应用根据地区的气象、水

16、文、地质、地貌资料和风沙环境状况条件，通过现场线路踏勘 检测，综合考虑管道长度、建设总投资的各项费用，开展典型地区天然气长输管道走向、 布局优化技术研究，确定管道路由。塔巴庙榆林天然气管道工程线路走向应根据气田和陕 -京二线首站的位置确定。 根据气田主力区块位置确定该工程首站；根据陕-京二线首站位置确定末站。线路宏观走向方案：大牛地 2集气站经塔巴庙榆林管道首站到达马家峁乡末站；由马家峁末 站进陕-京二线首站。根据线路所经毛乌素地貌特征和宏观线路走向方案，结合气田区 域展布以及交通运输状况，经在1 ： 100000地形图图面作业及现场踏勘，确定了两个 线路具体走向方案。分别为直接穿越方案和沿公路（210 国道）敷设方案（见表 1）。表3.1