输气管道毕业论文--输气管道工程初步设计 58页

本科毕业设计（论文）题目：新京输气管道工程初步设计2013年6月13日\n新京输气管道工程初步设计摘要本输气管道设计项目是新京输气管道工程，管道全长3441km，设计输量每年200亿立方米。通过程序RealPiep模拟仿真，确定最优方案，并以最优方案为例进行设计计算。最优方案为：末段管长377，管径1219mm，壁厚16mm，有内涂层，共有14座压气站，15座清管站和114座截断阀室，总投资487.43亿元。全线采用等强度设计原则，管道钢材材质为X80钢。目前天然气管网系统不断建设和相互连接成网，输气管道的设计计算、工况变化日益繁琐，个别异常工况的出现必将影响输气管网的安全运行。本文阐述了干线输气管道设计的基本原理和一般方法，本文主要介绍了天然气的物性计算；输气管道的水力计算；技术经济分析；管路布站方案计算；有无内涂层的压降和储气情况。关键词：长输管道；RealPipe软件；布站方案；站场工艺计算\nThepreliminarydesignontheXinjingNaturalGasPipelineProjectAbstractThegaspipelineprojectisthexinjiang-bejingNaturalGasPipelineProject,thepipelengthof3441km,thedesigntransmissioncapacityof20billioncubicmetersperyear.ThroughasimulationprogramRealPip,determinetheoptimalplananddesignthebestprogramasanexample.Theoptimalsolutionis:thelastparagraphoftubelength377km,diameter1220mm,wallthicknessof16mm,withtheinnercoating,with14compressorstations,15piggingstationsand114blockvalvechamberandtotalinvestmentisRMB487.43billion.Acrosstheboardwiththeprinciplesofstrengthdesign,pipelinesteelmaterialforX80steel.Currentlybuildingthenaturalgaspipelinesystemandconnectedintoanetwork,designandcalculationofgaspipeline,operatingconditionsareincreasinglyburdensomeandindividualappearanceofabnormalworkingconditionswillaffectthesafeoperationofgastransmissionnetwork.Trunkgaspipelinedesignwaselaboratedthebasicprinciplesandgeneralmethods,thisarticlefocusesonthecalculationofphysicalpropertiesofnaturalgas;Hydrauliccalculationofgaspipeline;Calculationofgasstoragecapacity;Technicalandeconomicanalysis;GuanLubucalculation;Starting,phaseI,phaseIIundertheconditionofpowerontheprogrammeandthecorrespondingpressuredropcurve;ThereisnoUndercoatofpressuredropandaircondition.Keywords:Long-distancepipeline;RealPipesoftware;Stationlayoutprogram;Technologydesignofthestation\n目录第1章前言1第2章设计概述52.1设计依据52.1.1设计原则52.1.2管道设计依据和规范52.2输气管道设计原始资料52.2.1天然气的组成52.2.2管道的设计参数62.2.3管线设计要求及内容62.3相关软件介绍72.3.1选线软件—谷歌地球（GoogleEarth，GE）72.3.2设计和仿真软件—RealPipe72.4不同方案的设计思路72.4.1线路选择思路72.4.2设计方案确定思路92.4.3站场设计原则92.5工艺计算说明102.5.1输气管道末段102.5.2输气管线相邻压气站站间距的确定102.5.3站场布置及调整122.6输气方案的确定122.6.1管道及各站场投资122.6.2燃料气费用122.6.3其他费用122.6.4方案经济比较分析13第3章管路布站方案计算153.1管路工艺设计结果153.2设计思路16\n3.3基本物性计算163.4线路的选取173.4.1线路的选择要求173.4.2沿线自然条件183.4.3沿线地理等级划分183.4.4利用GoogleEarth选取线路183.5RealPipe的学习203.5.1RealPipe软件简介203.5.2RealPipe软件产品结构213.5.3RealPipe业务流程223.5.4管道仿真业务流程223.5.5管网运行优化233.5.6RealPipe主要功能233.6站场位置确定243.6.1基本数据确定253.6.2运用软件进行模拟27第4章输气管道工艺计算314.1水力计算314.2经济计算344.3管线应力校核37第5章站场工艺设计395.1清管站建设395.1.1清管站操作流程395.2截断阀室建设415.3分离器设计415.3.1旋风分离器的筒体直径以及其他圆筒结构尺寸计算415.3.2旋风分离器压降以及进出口管径的计算445.3.3筒体高度h475.4压缩机的选型475.5压缩机的出入口管线管径的计算48\n5.6过滤器的选型495.6.1空气过滤器的主要性能指标495.6.2西气东输二线空气过滤器的选型49第6章结论50致谢51参考文献52\n第1章前言天然气是一种优质、高效、清洁的能源和化工原料。进入20世纪70年代以来，世界天然气发展速度加快，大大超过了石油工业的发展速度。天然气在能源结构中的比例也迅速提高。目前，一般发达国家天然气在能源生产结构中的比例大约在24%以上，而天然气在我国能团结构中的比例很小，近几年一直保持在3%左右。因此，为了改善我国能源结构，保持生态环境，应提高天然气在我国能源消费中的比例，加快我国天然气工业的发展，发挥天然气资源的优势，实现资源的合理利用。管道是天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。世界各国天然气工业发展的经验表明，天然气工业要发展，管道必须先行。北美，英国，西欧稠密的天然气管输网络为天然气提供了安全、便捷的运输通道，极大地促进了各国天然气的大力开发利用。我国天然气管道建设进入了一个快速发展阶段，但同时也要注意全国输气管道的合理规划，形成一个反应快速、运作优化、协调统一的全国天然气管道网络，满足市场需求，是当前发展我国天然气管道的主要问题。自20世纪60年代我国建设了第一条输气管道以来，经过40余年的建设，输气管道事业有了很大的发展。从70年代起，在东北、华北和西北建设了较大规模的输气管道，从陕北至北京的陕京线，还有忠武线，川气东送线，西气东输一线、二线，以及正在规划修建中的各条西气东输线，这些管线的简称使用极大地推动了我国天然气管网的发展。我国能源资源丰富，但分布不尽合理。我国天然气管道输送战略布局要根据我国能源资源的分布和工业生产布局选择我国天然气管道的走向。既要考虑国内天然气管道联网，又要考虑与东北亚天然气管网相联，以便实现国内、国际天然气的调配。同时，在管道建设项目的选择中，以经济效益最优为标准，采用世界先进技术，提高我国天然气管网的总体工艺水平和自控水平。自二十世纪七十年代以来，伴着天然气的用户以及用量的不断增大，世界范围内已经形成了很多个多气源、多用户的大型输气管网系统。这些输气管网系统规模大、范围广以及受外部条件影响大等特点，其运行管理也变得相当复杂。目的是为了保证输气管网系统的安全、稳定、经济、高效的运行，以便在很大程度上满足各类用户的需求、降低输气管网系统的暑期能耗和运行管理费用、提高输气管网系统经营的经济效益，世界\n范围内的那些输气管道相对发达的国家已经在输气管网系统的运行优化方面做了大量研究工作，并获得了一些有实用价值的成果。而是世界六十年代，美国早就开始进行干线输气管道的优化运行研究，当时主要研究的是稳态优化运行的问题。在经过几十年的发展后，天然气工业发达的美国、英国、俄罗斯等已经形成了一套相对完整的输气管道系统的运行优化的理论及其方法，并且将其已经应用到输气管线的运营生产实践中。干线输气管道优化运行的最优标准就是运行能耗或者能耗的费用最低，采用这类最优准则的优化运行问题被称作能耗的最优化问题。国外经验表明：能耗最优化研究可以使输气管道的运行能耗在一定程度上降低。目前，国外涉足油气管道行业的专业软件开发公司已经拥有了干线输气管道或官网优化运行的商品软件，这些优化软件已经在国外一些干线输气管道或者管网上得到了应用。近些年来，国外的输气管道优化运行方面的发展趋势是干线输气管道上推广应用这项技术，并将进一步研究管网优化运行技术和非稳态优化运行技术。美国的Stoner公司研究开发了主要用于气体稳态官网设计的软件SWS和模拟长输管道动态工况运行的仿真软件SPS。SPS设置了理想化的调压器模型，可以方便的模拟管道系统的控制。二十世纪八十年代以来，我国已经引进了多个商业化的输气管道放着软件，如TGNET、SPS等。目前，国际上的主流输气管道仿真软件几乎在我国获得了不同程度的应用。管道设计单位在国内率先使用输气管道仿真软件，目前这类软件已经成为我国输气管道设计的必备工具。随着我国经济事业的快速发展，天然气的开发与建设事业也得到了快速的发展。国内最长的输气管道——西气东输管道投产运行，接着川气东送管道建设投产，致使我国的天然气管网输送系统日趋庞大、复杂。管网系统的复杂性主要体现在：气源压力大、输送流量大，输送距离长，支路、环路以及压气站增多等方面，这些必然给管道的安全经济管理带来挑战，管理者要随时了解、掌握和调整管道的运行状态，以达到安全、经济运行的目的，而要对这样的一个复杂系统做出精确的运行管理是一件非常困难的工作，因此必须对输气管道系统进行模拟和研究。为此，本文在管道初步设计计算的基础上，建立了新京天然气管道系统物理模型，对新京管道系统的运行工况展开了模拟分析，了解和掌握了新京管道系统的运行规律，提供合理经济的运行方案。应用仿真模拟软件进行模拟是必要的。这是上中下游平稳运行的需要，也是提高经济效益的需要，更是提高调度管理水平的需要。当然，在突发情况发生时，如果有了预\n先的模拟，处理事件的能力、效率和预防工作都可以很迅速的完成。RealPipe是一款由中石油管道科技研究中心自主研发的管道模拟仿真软件。RealPipe管道仿真软件提供了一个图形化的集成环境用来完成气体和液体管网的建模，并对模型进行水力、热力瞬态分析。RealPipe通过图形建模工具构建包含边界、罐、泵、压缩机、阀门、管段的油气输送管网的物理模型，通过后台的预处理过程将建好的图形化模型和管道的流动控制方程、设备的特性方程、分支点的控制方程、外部边界（气源、罐、分输站等）以及流体的状态方程建立映射，形成一个复杂的数值系统，然后通过仿真计算引擎进行动态求解。在仿真运行时，RealPipe会随着时间的变化计算管网内在数值空间上的压力、流量、温度、密度、流速和其它变量，并通过设备图形、动态曲线、动态报表等方式来展示这些物理量的分布和变化细节。在模型建立后，用户需要对模型的全局参数和元件参数进行配置，模型通过验证后才可进行仿真运行。在仿真运行过程中，用户可以随时通过设备图形、交互命令等方式对管网系统进行动态设置，对设备进行操作、对输出结果的形式进行配置。根据国情，近几年我国管道发展的目标是：改造旧管道与新建管道统筹兼顾，增加天然气管道建设投资，合理布局，配套成网，管道建设可适度超前。今后我国天然气管道输送战略是：以国内各大气田、各主要消费地连接的天然气管网为主，积极开发利用本国天然气资源，参与世界天然气资源的再分配，加速我国天然气工业的发展，形成由不同等级、不同规模组成的生产与消费相接的天然气管输网络。我国天然气管网的形成，需要经过几十年的努力才能实现。第一步是我国东部、西部、中部天然气管道的建设，三大气区基本形成连接各气区干线及支线，便于区域间天然气输量的调节。环形管线与支线将成为整个管输网络的重要组成部分。第二步，用主干线将分散的西部、中部、东部区域性管网连接起来，形成我国天然气管网。第三步，将主要消费地与主干管网连接，实现天然气资源的多元化，打到国内天然气产需平衡、协调供应。积极开发利用沿海气田天然气资源，并将我国海上天然气管道与陆上输气管道联通。从而将国内各气田用管道有机地联系在一起，形成国内四通八达、从横交错的天然气灌输系统。综上所述，经过20—30年的努力，我国天然气管网将基本完善，国内将形成几纵\n横的主干管道及其连通管道，并与西伯利亚及中亚的国际天然气管道连接。\n第2章设计概述2.1设计依据2.1.1设计原则（1）严格执行国家、行业的有关规范和标准，并参照有关国际先进的标准和规范；（2）工程尽量采用先进的技术，努力吸取国内外的先进科技成果；（3）工程设计本着一次规划，分期实施的原则，做到工程建设近、远期相结合，充分利用资金，节约投资；（4）以气源为基础、市场为导向，处理好供给与利用之间的关系；（5）优选工艺方案，达到先进适用、经济合理、适应性强；（6）线路走向合理、贴近市场，尽量减少干线长度；（7）管道设计要确保能长期安全、平稳的运行；（8）适应线路的自然环境气候，确保生产运行安全可靠，能保护环境、防止污染、节约能源、少占土地。2.1.2管道设计依据和规范（1）《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003，中国计划出版社）（2）《油气集输与矿场加工》（冯叔初主编，中国石油大学出版社）（3）《输气管道工程》（王志昌主编，石油工业出版社）（4）《干线输气管道实用工艺计算方法》（苗承武主编，石油工业出版社）（5）《石油地面工程设计手册》（第五册（天然气长输管道工程设计）石油大学出版社）（6）《天然气管道输送技术》（黄春芳主编，中国石化出版社）（7）《天然气工程手册》（四川石油管理局编，石油工业出版社）（8）《输气管道设计与管理》（李玉星姚光镇主编，中国石油大学出版社）2.2输气管道设计原始资料新京管线：在宁夏中卫设置分输站，分输气量为50亿立方米/年，在陕西榆林设置进气站，用于代输陕甘宁的天然气，代输量80亿立方米/年。\n2.2.1天然气的组成组分CH4C2H6CO2N2Mol%97.61.40.50.52.2.2管道的设计参数（1）首站进站压力：4.0Mpa(表压)（2）末站进站压力：2.0Mpa(表压)（3）设计年输送天数：350天（4）管道埋深处地温：夏季30℃，冬季8℃，年平均地温：15℃。（5）管线调峰能力为日输量的42%。2.2.3管线设计要求及内容设计内容：新京管道工程西起新疆霍尔果斯口岸，东至北京市末站。沿线经过新疆、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、河北等省市自治区，设计输量200亿立方米/年。主供气源为进口中天然气燃气，气体组成：甲烷97.6%、乙烷1.4%、二氧化碳0.5%，氮气0.5%。在宁夏中卫设置分输，分输气量为50亿立方米/年，在陕西榆林设置进气站，用于代输陕甘宁的天然气，代输量80亿立方米/年。设计要求：针对该工程开展可行性研究以及初步设计研究，针对工程概况完成线路的选择、管径的优选、压力等级的确定、战场布置等内容，并针对工程情况开展输气管道工艺计算分析，具体要求如下：（1）针对起终点要求，根据工程量、穿跨越的情况、在电子地图上完成线路的优选，确定路由和高程。（2）针对确定的线路，利用软件进行工艺计算，完成不同压力等级、不同管径的模拟计算，并进行经济比较分析，确定最佳的输气方案。（3）针对输气方案，分别完成下面的内容:1）进行站的工艺计算，完成工艺设计，完成各站战场设备的选型计算，确定设备的型号和个数，并绘制首末站和中卫分输站工艺流程图。完成设计任务。2）为保证管道设计输气要求以及准确性和安全性，必须对工艺系统进行详细分析。工艺系统分析的内容有：内涂层设置分析；压气站布置分析；管道输送能力适应性分析；管道末端储气能力分析、代输能力分析等计算，完成计算分析报告。\n2.3相关软件介绍2.3.1选线软件—谷歌地球（GoogleEarth，GE）谷歌地球（GoogleEarth，GE）是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。利用其先进的卫星图像可以进行线路选择、确定高程和测距。本设计使用软件版本：GoogleEarth7.0.3.8542。2.3.2设计和仿真软件—RealPipeRealPipe是一款由中国石油管道科技研究中心自主研发的石油天然气管道仿真软件，可以对天然气、成品油、原油三种介质管道进行仿真计算。本设计使用软件版本：RealPipe3.0（Build2907）。2.4不同方案的设计思路2.4.1线路选择思路（1）输气管道线路选择原则1）线路走向应根据地形、工程地质、沿线主要进气、供气点的地理位置以及交通运输、动力等条件，经多方案对比后确定。2）管线敷设地区的选择应符合我国现行的有关规定，线路走向应尽量避开城市规划区、文物古迹、风景名胜、自然保护区等。3）线路宜避开多年经济作物区域和重要的农田基本设施。4）管道不应从飞机场、铁路车站、海港码头、铁路通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采用相应的安全保护措施。5）管道不应从飞机场、铁路车站、海港码头、铁路通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采用相应的安全保护措施。6）线路应尽可能的利用现有的公路，方便施工和管理。同时应尽可能利用现有的国家电网供电，以降低工程费用。7）线路应尽可能的取直，缩短线路长度，同时线路也要尽可能靠近城镇和工矿企业用户。（2）地区等级划分管道安全保证两种指导思想：（1）控制管道自身的安全性。它的原则是严格控制管道及其构件的强度和严密性，并贯穿到从设计、设备材料选用、施工、生产、维护到更\n新改造的全过程。用控制管道的强度来确保管线系统的安全，从而对周围建构筑物提供安全保证。（2）控制安全距离，如前苏联“大型管线”设计标准。它虽对管道系统强度有一定的要求，但主要是控制管道与周围建筑物的距离，以此对周围建构筑物提供安全保证。地区等级划分：我国幅员辽阔，东西南北的地区特征差别甚大。根据我们多年来的工作实践，按居民（建筑物）密度指数划分四个地区等级，进行相应的管道设计是适宜的。《输气管道工程设计规范》采用沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分长度为2km的若干管段区域，按划定区域内供人居住的独立建筑物（户）数目（以数目多者为准）确定居民（建筑物）密度指数。综上所述，用提高输气管道自身的安全度来保证管道周围建构筑物的安全是积极的。本设计中，全线地区等级设定为二级地区，对应设计系数为0.6。地区等级划分标准见表2-1表2-1规范采取的地区等级划分标准居民（建筑物）密度指数地区等级设计系数≤15一0.72＜100二0.6≥100三0.5四层及以上楼房普遍集中、交通频繁、地下设施较多的地区四0.4（3）管道敷设1）考虑管道的安全，便于维护，不影响交通和耕作等，输气管道应为埋地敷设。埋地敷设困难的特殊地段，经设计论证后，亦可采用地上或土堤敷设等形式。2）为保证管道完好，免受外力损伤，不妨碍农业耕作等要求，规范规定的最小覆土层厚度是根据我国输气管道的建设经验并参照国外等有关规范而提出。（4）干线截断阀室建设根据《输气管道工程设计规范》的规定，截断阀位置应该选择在交通方便、地形开阔、地势较高的地方。不同等级地区截断阀的设置间距不同，截断阀最大间距应符合下列规定：\n一级地区为主的管段不宜大于32km；二级地区为主的管段不大于24km；三级地区为主的管段不大于16km；四级地区为主的管段不大于8km。上述规定的阀门间距可以稍作调整，使阀门安装在更容易接近的地方。西气东输联络线管道所处地区等级为二级地区。（5）线路构筑物管道在通过土（石）坎、陡坡、冲沟、河沟等特殊地段时应结合环境保护的要求因地制宜设置保护管道的设施。常用方法有：石砌护坡、浆砌块石挡土墙、毛石混凝土挡土墙、加筋土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、灰土挡土坎、石砌挡土坎、混凝土挡土坎、条石（灰土、草袋）护壁、截（排）水沟、阻水墙、淤土坝、抗冲层、锚固墩等。2.4.2设计方案确定思路（1）近些年来国内外长距离天然气管道的发展趋势：1）大管径、高压力、不断采用新材料、新技术；2）采用高强度、高韧性、直缝钢管，以节省材料。本设计中，紧密结合当前我国天然气管道技术水平和管道参数，方案组合中，设计压力选取8Mpa、10Mpa、12Mpa，管径选取超过1000mm的1016mm和1219mm，管道材料选择强度较高的X80钢。（2）不同方案，根据不同的设计压力和城市配气站进站所需最小压力及设计输气量确定末段长度，然后根据末段长度计算调峰能力，当调峰能力达不到预期时，通过提高末段起点压力P1max来达到储气要求；（3）利用软件进行工艺计算，具体方法是采用试算法。根据设计压力、设计压气站压比和输气量，考虑高差的影响，利用软件生成的压降曲线确定相邻两个压气站的站间距，并由前往后初步布站；（4）考虑进、分气的影响对站址进行调整，确定各布站方案；（5）利用方案比较法对设计方案进行经济比较分析，确定最佳输气方案。投资费用最小的即为最优方案。依此思路进行工艺设计计算，得出各方案布站情况及相关数据。2.4.3站场设计原则根据《输气管道工程设计规范》的规定：输气站设置，第一是满足输气工艺的要求；第二是符合线路走向的要求。\n根据《输气管道工程设计规范》清管设计规定：为节约投资，便于管理，本规范规定清管站设在输气站内。根据输气要求进行压气站布置，兼顾均匀布站的方针，进行布站。2.5工艺计算说明设计输量下，输气管外径越大，所需压气站数量越少，站场投资相应减小，但同时线路投资及管材费用会增加；大压比下相邻站之间站间距增长，这样会减少压气站站数，但大压比下压缩机组投资和燃气轮机所产生的燃料气费用会相应增大，并且会导致各年经营成本增加；综上所述，不同工艺参数下的输气方案需要综合全面考虑。首先对各方案进行初步水力计算及布站；然后根据设计压力、设计压比及压降对压气站间距进行调整，得出调整后的布站方案；最后对各种方案，利用方案比较法进行经济比较分析，确定最佳输气方案，年当量费用最小方案即为最佳输气方案。2.5.1输气管道末段天然气调峰：城市的用气量随时间而变化，而气源供气量一般变化不大，尤其是长距离输气管，为求得最高的效率和最好的经济效益，总希望在某一最佳输量下工作。这样，供气和用气经常发生不平衡，时而供大于需，时而又转为需大于供。为了保证按用户要求供气，必须解决供气与用气的不平衡问题。输气系统必须具备一定的调峰能力。长距离输气管线中，末段可用作调峰储气。为满足调峰储气要求，对末端作特殊处理，可采用方法为增大管径或提高末段起点压力。2.5.2输气管线相邻压气站站间距的确定方案工艺参数确定后，对各中间压气站（除首站和末站），保持离心压缩机出口压力为设计压力，通过设计的压气站压比确定压气站离心压缩机的进口压力。利用软件计算出的物性参数，计算某一管段的相关参数，，和q，然后利用地形起伏地区输气管压气站布站方法求出相邻压气站的站间距。地形起伏地区输气管压气站布站方法：1）在计算压气站站间距时，原则上应先求出输气管末段的长度lk（即最后一个压气站至终点的距离）。输气管末段通常兼作调节昼夜用气不均衡性的储气容器，而末段终点压力又比其前\n面各站间管段的终点压力低得多，因此末段的长度比其它各站间管段要长得多。末段的计算与其前面各段的区别是：在计算中既要考虑输气能力，又要考虑储气能力。在初步计算中，可暂不考虑储气，末段长度按水平输气管的基本计算公式进行计算，但公式中的计算段终点压力应以城市配气管网的最低允许压力代之。2）从输气管起点开始，按地形起伏地区输气管流量基本公式进行计算，确定相邻两个压气站之间的站间距。《输气管道工程设计规范》中地形起伏地区输气管的流量基本公式：（2-1）式中：及——计算段起点和终点压力（Mpa）；d——管道内径；λ——水力摩阻系数；Z——气体压缩因子；Δ——气体相对密度；T——气体温度（K）；Δh——计算段起点和终点间高差（m）；——系数（），；——空气的气体常数，在标准状态下=287.1m²/（s²·K）；n——输气管道计算管段内按沿线高差变化所划分的计算段数；——各划分管段终点和起点的标高（m）；——各划分段长度（km）；C——计算常数，。式中，分子中一项表示输气管终点与起点的高差对流量的影响；分母内\n一项，表示输气管沿线地形（沿线中间点的高程）对流量的影响。因尚未确定2#压气站的位置，故不知道第一站间距终点与起点的高差，可用试算法进行求解：先按水平输气管算出l水平作参考，然后通过软件配置高程参数后进行模拟，找到设计压气站进口压力一点所处的位置，就可以确定一个站间距，以此类推，确定以后各站的站间距。2.5.3站场布置及调整确定末段长度后，由管道起点由前往后依次布置压气站，考虑压气站与分气点是否能够合并来调整站址，并核算压气站压缩机组的压比是否在合理的范围内，即保持中间压气站出口压力为设计压力，核算调整站间距后各站压比，压比在1.1～1.6范围内认为合理，调整后的布站方案初步可行。2.6输气方案的确定以方案的建设投资费用和以后维护管理费用的大小确定最佳输气方案。2.6.1管道及各站场投资管道投资主要是管道钢材费用。本设计中管道钢材类型为X80钢，通过计算管道钢材耗量，然后乘以管道钢材价格（X80钢：9000元/吨）就可以得到管道投资费用。站场投资费用主要是站内设备投资费用。本设计中站场投资主要是计算压缩机组的投资费用。通过压缩机组选型，然后查压缩机组价格，就可以确定站场投资费用。2.6.2燃料气费用本设计中压气站使用的离心压缩机全部由燃气轮机驱动。对于燃料气费用的计算，首先应根据输气能力和压比等参数进行燃气轮机的选型，在确定压缩机组型号后计算出各压气站的燃料气年耗量。本设计中，分别计算不同方案首站、中间压气站和最后一个压气站的燃料气耗量，然后再乘以天然气价格（1.5元/m3），得到燃料气费用。2.6.3其他费用(1)各站场人员编制首站：30人；中间压气站：25人；末站（城市配气站）：30人；分输站：10人。本设计中，分别计算不同方案各站场人员编制，然后再乘以人员工资，得到人工费用。\n(2)施工费用施工费用主要是管道敷设费用。(3)内涂层费用如果管道设置内涂层，那内涂层费用就是不可或缺的一部分。内涂层费用主要是计算内涂层面积，然后再乘以所用内涂层价格，就可得到内涂层费用。(4)经营费用输气管道建设工程年经营费用是输气管道工程建成投产后维持其正常生产所必须花费的费用。年经营费用主要包括：年燃料气费用、管道年维护和管理费用、站场年操作维护费用和人工费用。2.6.4方案经济比较分析输气管道设计方案经济分析方法有很多种，包括方案比较法、数学分析法、动态规划法、灰色关联法以及最小金属耗量法等。方案比较法是工程设计以至决策系统中选择优秀方案的设计方法，也是最基本和最常用的方法。虽然方案比较法是传统的方法。但其灵活性和适应性极强,故应用非常广泛。本设计采用方案比较法对各种输气方案进行经济比较分析，确定最佳输气方案。输气管道年当量费用：从技术经济观点来看,任何建设输气管道的工程方案,均可用基建投资费用和运行费用来评价.输气管道工程的经济性目标是指其由基建投资费用及运行管理费用构成的综合经济指标,常采用年当量费用来表示:式中，S为年当量费用（万元/年）；E为额定的投资回收系数或投资效率系数（a-1）；J为工程基建投资（万元）；C为年经营费用（万元/年）。额定的投资回收系数：由国家根据行业特点制定,其意义为国家认为投资该行业应该有的收益，一般由行业平均利润决定。\n式中，i为基本投资收益率，i＜1；t为投资回收期（年）。工程基建投资：工程基建投资=管道钢材费用+站场投资费用+施工费用+内涂层费用年经营费用：年经营费用=年燃料气费用+管道年维护和管理费用+站场年操作维护费用+人工费用通过年当量费用的比较，就可以确定最佳输气方案。\n第3章管路布站方案计算书3.1管路工艺设计结果(1)本输气管道设计项目是新京天然气管道工程，管道全长3441km，设计输量每年200亿立方米。(2)设计方案为：设计压力10MPa，压比1.3，管径1219mm，有内涂层，管线末段长度为377km，全线管材采用X80钢。（3）全线共有站场143座，其中压气站14座，清管站15座，截断阀室114座，并且有14座清管站与压气站合并，减少了单独建站费用。（4）第一段每一站的分离器总数为8台，第二段每一站的分离器总数为6台，第三段每一站的分离器总数为9台，其他参数参考规范进行选择，流量控制可以通过开启分离的个数来实现。（5）全线的压缩机采用燃气轮机驱动，燃气轮机型号有三种，第一段即从No1站到No11站燃气轮机型号为NK-36PT，第二段即No12站燃气轮机型号为DR61P，第三度即从No13站到No14站燃气轮机型号为LM2500+，并且每站燃气轮机都采用“一台工作一台备用”。\n3.2设计思路利用GoogleEart进行线路的选取学习RealPipe软件，根据压力等级、管径、压比、内涂等原始参数进行模拟管线工况。确定各段各个压气站直接的距离及压气站数计算单站压气站功率进行压缩机选型，进行燃气耗量计算费用计算管线应力校核3.3基本物性计算(1)天然气组成原始数据如表表3-1天然气组成组分CH4C2H6CO2N2Mol%97.61.40.50.5(2)天然气物性参数计算根据天然气组成及物性计算公式，可以计算出天然气物性参数，计算结果见表3-2.\n表3-2天然气物性参数组成摩尔百分数（%）摩尔质量（g/mol）燃气低热值（MJ/Nm3）CH497.616.04335.9C2H61.430.0764.4N20.528.01\CO20.544.00\由上表计算可得：空气的相对分子质量=28.966g/mol；天然气的平均分子量=16.439g/mol；天然气相对密度=0.567；燃气低热值kJ/Nm3。3.4线路的选取本次设计线路为新疆霍尔果斯到北京，新京管道工程西起新疆霍尔果斯口岸，东至北京市末站。沿线经过新疆、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、河北等省市自治区。3.4.1线路的选择要求（1）线路走向应根据地形、工程地质、沿线主要进气、供气点的地理位置以及交通运输、动力等条件，经多方案对比后确定。（2）管线敷设地区的选择应符合我国现行的有关规定，线路走向应尽量避开城市规划区、文物古迹、风景名胜、自然保护区等。（3）线路宜避开多年经济作物区域和重要的农田基本设施。（4）管道不应从飞机场、铁路车站、海港码头、铁路通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采用相应的安全保护措施。（5）大中型河流穿（跨）越工程和压气站位置的选择，应符合线路走向。局部走向应根据大、中型穿（跨）越工程和压气站的位置进行调整。（6）线路应尽可能的利用现有的公路，方便施工和管理。同时应尽可能利用现有的国家电网供电，以降低工程费用。（7）线路应尽可能的取直，缩短线路长度，同时线路也要尽可能靠近城镇和工矿\n企业用户。3.4.2沿线自然条件管道沿线存在大型穿越江河工程，其中西江隧道穿越总长度为2446.7m，以及铁路、高速公路穿越工程，除穿越点大都为平原地貌，高差小于200m。3.4.3沿线地理等级划分按照《输气管道工程设计规范》GB50251[4]的规定，沿管道中心两侧各200m范围内，任意划分成长度为2km并能包括最大聚居户数的若干地段，按规定地段内的户数划分为四个等级。在农村人口聚集的村庄、大院、住宅楼，应以每一独立户作为一个供人居住的建筑物计算。1）一级地区：户数在15户或以下的区段；2）二级地区：户数在15户以上、100户以下的区段；3）三级地区：户数在100户或以上的区段，包括市郊居住区、商业区、工业区、发展区以及不够四级地区条件的人口稠密度；4）四级地区：系指四层及四层以上楼房（不计地下室层数）普遍集中、交通频繁、地下设施多的区段。表3-3强度设计系数地区等级强度设计系数F一级地区0.72二级地区0.6三级地区0.5四级地区0.43.4.4利用GoogleEarth选取线路(1)根据以上的线路选取要求利用GoogleEarth选取线路如下图。图3-1输气管线线路图\n(1)沿线的高程图如下：图3-2沿线高程图(3)沿线高程与距离对应如下表：图3-3软件模拟取点图表3-3高程与距离对应表距离（KM）082161202224248278390442高程(M)7992125319293391213319288431距离(KM)50559265871278690399010401097高程(M)4415451131113950734936796581距离(KM)113211791244130713751471150615551629高程(M)6879761300155210521217134115101351距离(KM)165916811754177618231861195620002054高程(M)126914671358136714461461157914671387距离(KM)214522072270233624042475250225432600高程(M)144514461519127411611532155613191351\n续表3-3距离(KM)266827502791283829093048308331353241高程（M）11551092107812061375125294634135距离(KM)33643441高程(M)8313.5RealPipe的学习3.5.1RealPipe软件简介RealPipe管道仿真软件提供了一个图形化的集成环境用来完成气体和液体管网的建模，并对模型进行水力、热力瞬态分析。RealPipe通过图形建模工具构建包含边界、罐、泵、压缩机、阀门、管段的油气输送管网的物理模型，通过后台的预处理过程将建好的图形化模型和管道的流动控制方程、设备的特性方程、分支点的控制方程、外部边界（气源、罐、分输站等）以及流体的状态方程建立映射，形成一个复杂的数值系统，然后通过仿真计算引擎进行动态求解。在仿真运行时，RealPipe会随着时间的变化计算管网内在数值空间上的压力、流图3-4RealPipe软件产品结构\n量、温度、密度、流速和其它变量，并通过设备图形、动态曲线、动态报表等方式来展示这些物理量的分布和变化细节。在模型建立后，用户需要对模型的全局参数和元件参数进行配置，模型通过验证后才可进行仿真运行。在仿真运行过程中，用户可以随时通过设备图形、交互命令等方式对管网系统进行动态设置，对设备进行操作、对输出结果的形式进行配置。RealPipe可以为气体和液体管网进行动态仿真，但并不支持两相流动。仿真可以运行在批次跟踪模式和交互模式。仿真的初始状态可以是零流量条件也可以是上一个仿真运行时保存的工况。3.5.2RealPipe软件产品结构RealPipe管道仿真平台基于油气管道运行仿真业务的共性需求，能够适应于天燃气管道、成品油管道、原油管道仿真与运行优化的基础平台，主要有管道建模、设备仿真、操作培训、运行控制脚本、仿真结果监视等功能。RealPipe应用工程在“RealPipe仿真平台”的基础上，通过分析不同应用工程的特性，集成、定制完成油气仿真与优化系列软件产品，也可以根据用户的需求，实现快速定制软件产品，为管道运行提供最快捷的技术服务。RealPipe-Gas天然气管道仿真软件RealPipe-GasOptimizer天然气管道运行优化软件RealPipe-Product成品油管道仿真软件RealPipe-Crude原油管道仿真软件\n3.5.3RealPipe业务流程图3-5管道仿真业务流程图3.5.4管道仿真业务流程（1）系统建模系统建模是仿真业务流程的基础。系统建模主要以图形化的方式完成管道系统输送工艺系统的物理建模，并完成元件参数的配置。（2）模型验证仿真工程师对管道模型进行验证分析。检查模型文件文本是否有语法错误、元件是否重名、同一元件所处的高程是否一致。（3）仿真运行控制设置仿真控制脚本用于对将要运行的仿真过程进行操作控制的预设，以批处理的方式对仿真过程进行控制。仿真运行在仿真运行中主要进行以下几方面工作：1)对管道系统进行水力分析，包括：管道启输/停输过程分析、管道运行分析（开关阀门，启停泵或压缩机组，改变压力、流量、温度或转速等设定值对仿真运行的影响范围与幅度）、压缩机运行分析、气体管道存活时间分析、管道事故分析等。2)分析外界环境变化对管道运行的影响、分析流体流过动力设备的温度变化、分析管输过程中流体温度的变化等。3)在仿真运行过程中，对仿真运行的状态、管道输送工艺过程进行控制。\n（4）仿真结果分析仿真工程师对仿真运行过程中的仿真计算结果进行管理，包括：运行记录，模型数据更新，绘制参数曲线和生成系统参数报表。3.5.5管网运行优化图3-6管网优化业务流程图3.5.6RealPipe主要功能RealPipe-Gas（1）分析管道启停过程（2）分析管道运行稳定性（3）管网瞬态仿真（4）压缩机运行仿真（5）天然气管道设计与校核计算（6）天然气管道投产计算（7）天然气管道系统最大储气量与存活时间（8）天然气管道清管仿真RealPipe-GasOptimizer（1）稳态输气量最大运行优化（2）稳态运行能耗最低优化（3）稳态运行收益最大优化（4）稳态多目标决策优化\n（5）压缩机组优化3.6站场位置确定取设计压力：8Mpa，10MPa，12Mpa；取管径（外径）：D=1016mm，D=1219mm，D=1420mm；取压比：ɛ=1.3，ɛ=1.4，ɛ=1.5；管道材料为X80钢，共组合成18种方案，从中选取9种方案进行工艺计算。九种设计方案见表3-1。表3-1九种设计方案方案设计压力/Mpa设计压比管径/mm管道材料1101.41219X802121.41219X8038.51.41219X804101.31219X805101.31420X806101.41016X807121.31219X808121.31420X809121.41016X80利用RealPipe软件，根据压力等级、管径、压比、内涂等原始参数模拟管线工况，确定各个站场的位置设计初选三个设计压力PH：10.0MPa、12.0MPa、8.5MPa；三个压比ε：1.3、1.4、1.5；三个管径DH：1016mm、1220mm、1420mm；有无内防腐层Κ：0.005mm、0.05mm；设定管材的钢种等级为X80，最小屈服强度σs=552MPa；利用RealPipe软件进行模拟布置出9种方案。并以其中最优方案进行计算如下：设计压力10MPa，压比1.3，管径1220mm，有内涂层k=0.005mm计算如下：3.6.1基本数据确定（1）计算输气管评估性通过能力、、：第一段：=57.14，106m3/d\n第二段：=42.85，106m3/d第三段：=65.71，106m3/d（2）计算钢管的壁厚δ：预设管径1219mm,设计压力12Mpa,压比1.2，压缩机入口压力10Mpa,钢材等级X70，最小屈服强度s=482Mpa。由《输气管道工程设计规范》中，直管段壁厚设计式：式中：——钢管计算壁厚,mm；P——设计压力,Mpa；D——管道外径,m；——钢管的最小屈服强度,Mpa；F——设计系数；——焊缝系数，取1.0；t——管道的温度折减系数，取1.0。（3）确定输气管内径DB：（4）根据设计压力PH=10MPa（即压缩机出口压力）和压比1.3，计算压缩机入口压力PB：（5）计算水力摩阻系数λ：由潘汉德尔公式（B式）：\n知需要先计算出雷诺数，才能算出水力摩阻系数。长输气管道的雷诺数是输油管道的10-100倍，一般在水力平方区，不满负荷时在混合摩擦区。此时按在水力摩擦区计算。由于，故：其中：——天然气对空气的相对密度；——为空气的密度，kg/m3，标况下取1.206kg/m3；Q——为工程标准状况下的输气管流量，m3/s；D——输气管道的内径，m；——为气体的动力粘度，N•s/m23.6.2运用软件进行模拟由以上数据进行模拟，下面列举一段工况：（1）天然气原始数据设置\n图3-7天然气原始数据设置图(2)天然气物性参数计算图3-8天然气物性参数计算图\n（3）模拟参数设置图3-9模拟参数设置图(4)运行模拟，查看压力流量曲线图。图3-10压降曲线图由图4-5可以看到，当前工况下在距离首站100km时，压力降至8.09MPa，所以可\n往后推点。调整之后得到下图：图3-11调整之后的压降图可以看到此时压力将为7.71Mpa，为设计的压缩机进口压力，则首站与第一个压气站的距离则为224km。其余的以此类推。图3-10高程分布图计压力PH=10Pa（即压缩机出口压力）和压比1.3计算压缩机入口压力PB：\n有压缩机的入口压力以及压力—高程分布图可求得压气站的位置，求出各个压气站位置如下表：表3-3压气站分布图站号12345678距起点距离（KM）0224422641914113213071555高程(M)799391431117535868715521510站号91011中卫12榆林1314距起点距离（KM）18092033225423362600276730643441高程(M)132414251491127413511222110231全线共14个压气站，其中第一段11个压气站，第二段1个压气站，第三段2个压气站。\n第4章输气管道工艺计算书4.1水力计算(1)计算一个压气站所需要的总功率（单站计算功率）：1)天然气组分计算天然气的平均分子量μ2)计算气体常数R3)把全站的通过能力换算成质量流量G4)计算压缩机入口条件下天然气压缩性系数（）：5)计算多变能头H（取k=1.5）：6)计算各段一个压气站所需的总功率（单站计算功率）（取多变效率η=0.8）：\nR——气体常数，kJ/(kg·s)；H——多变能量头（即压缩每千克气体所消耗的功），kg·m/kg；Z——压缩因子；k——比热比，取1.5；——压比；G——质量流量，kg/s；——多变效率,取0.8。(1)选择燃气轮机，确定各段一个压气站所需的燃-压机组数：1)根据压气站单站计算功率，初选燃气轮机型号为NK-36PT，该机在ISO条件下的额定功率为；根据压气站单站计算功率，初选燃气轮机型号为DR61P，该机在ISO条件下的额定功率为；根据压气站单站计算功率，初选燃气轮机型号为LM2500+，该机在ISO条件下的额定功率为；2)计算在现场实际工作条件下该型号燃气轮机的可用功率：其中：Ft——现场实际环境温度修正系数，取1.04；Fa——现场实际大气压力或实际海拔高度修正系数，取0.952；Fin——现场实际进气系统压力损失修正系数，取0.985；Fex——现场实际排气系统压力损失修正系数，取0.995。3)确定各段一个压气站所需的燃-压机组数及压缩机排量g：\n1)确定每台离心式压缩机实际的实际功率：2)一台压缩机的功率利用系数：(1)计算燃料气耗量：1)把燃气轮机在ISO条件下的额定热耗率换算成现实实际工作条件下的热耗率：其中：——现场实际环境温度修正系数，取0.995；\n——现场实际进气系统压力损失修正系数，取1.0098；——现场实际排气系统压力损失修正系数，取1.018。1)计算单位功率，单位时间的燃料气耗量（所输天然气的低发热值）：2)计算各段一个压气站燃料气的年耗量：3)计算输气管全线的燃料气的年总耗量：全线燃料气年耗量占年输气量的比例：4.2经济计算布站方案结果如下表：\n表4-1所选方案布站结果压力Mpa压比外径mm壁厚mm内径mm第一段第二段第三段末段总站数全长km站数全长km站数全长km站数长度101.312191611822336114311673237714(1)计算输气管线路部分的耗钢量：耗钢量包括两部分：按等强度设计耗钢量和设计压力下的耗钢量。1)前半段：根据设计压力10Mpa设计管线壁厚：=15.37mm®16mm；2)后半段：计算压缩机入口压力PB：3)计算输气管计算段的平均压力Pcp：同理可以得出后半段管径：(2)计算总的耗钢量：=+=其中：W——X8的钢材密度，取7t/m3；D——钢管外径，mm；——钢管壁厚，mm；L——-管线总长，km；\n(3)内防腐层面积计算：(4)计算总费用F：总费用包括：基础建设投资和运行管理维护费用。其中基础建设投资包括：管材费用、站场投资、内防腐层费用以及施工费用。运行管理费用包括：运行管理费用和燃气轮机能耗费用。管材价格：12000元/吨；站场投资：与功率有关9000元/KW，与功率无关30百万/座；内涂层价格：0.0001百万元/；施工费用：14000元/(cm·km)；运行管理费用：管道和压气站总投资的0.05倍；燃气轮机能耗费用：天然气价格为1.6元/m3；管道设计使用寿命：30年，基准折现率：12%；======表4-2所选方案的经济计算压力Mpa压比外径mm壁厚mm初始投资内防腐层维护管理及压气站能能耗总费用C1亿元C2亿元C3亿元C4亿元C5亿元C6亿元F亿元\n101.312201618631.9112.8558.7595.46102.3487.434.3管线应力校核管线壁厚设计的计算公式只考虑了管线在内压作用下产生的环向应力，对于较大直径的管线或者是某些特殊的安全需要，还应该核算轴向应力。轴向应力的相关公式：式中：——管线的轴向应力，Mpa；——钢材弹性模量。取Mpa；——钢材的线性膨胀系数，取；——管线安装温度，℃；——管线工作温度，℃；——泊松比，取0.3；——管线的环向应力，Mpa；——钢材内径，cm；——钢材的公称壁厚，cm；埋地管线的当量应力可按最大剪应力破坏理论来计算和校核并满足以下条件：对于同一种规格的钢管，只需要对最小的壁厚进行稳定性校核即可，并且整条管线有两种壁厚，校核结果如下：表4-3应力数据结果壁厚/mm校核结果16.0372.32136.42496.8235.91合格\n14.2414.6149.1496.8265.5合格\n第5章站场工艺设计5.1清管站建设输气管线在施工过程中积存下来的污物和管道投产运行时所积存下来的腐蚀产物，都是影响气质、降低输气能力、堵塞仪表、影响计量精度和加剧管线内部腐蚀的主要因素。为此，应于管线投产前和运行过程中加以清除。新京天然气管线总长3440km，清管站建设大约150~250km。取间距在该范围内即可，可以根据布站情况，考虑经济情况，计算出整个干线需要15座清管站。具体布站情况见下表：站号12345678距起点距离（km）0224442641914113213071555站号9101112131415距起点距离（km）18092033225426002878306434405.1.1清管站操作流程(1)发球筒：图5-1发球筒流程操作流程如下：1)发送清管器前，将管道输气压力调整到方案要求压力；2)打开球筒放空阀5#，确认球筒无压，打开球筒快开盲板，把清管器送入球筒底\n部大小头处，将清管器在大小头处塞紧；1)关闭快开盲板，装好保安装置；2)关闭球筒放空阀5#；3)打开球筒发球进气阀4#，平衡筒压；4)全开3#阀；5)关闭输气管线进气阀1#，发送清管器；6)确认清管器发出后，打开输气管线进气阀1#，关闭3#关闭球筒发球进气阀4#；7)打开放空阀5#泄压至零，检查阀3#确实已关闭且不漏气，打开快开盲板，检查清管器是否发走。(1)收球筒：图5-2收球筒流程操作流程如下：关闭接收球筒放空阀5#及排污阀6#、7#，打开接收球筒旁通阀4#，全开3#阀，关闭1#阀，接收筒处于接收状态；1)一般情况下，在清管器指示器发出球过信号后，关闭阀4#，打开排污阀6#、7#；如果遇到污水、污物较多时，应当在污水、污物到达接收站时，关闭4#阀，打开6#、7#阀；2)确认清管器进入接收球筒后，关闭6#、7#阀，关闭3#阀；3)打开阀1#，恢复正常输气；4)打开6#、7#排污阀，打开5#接收球筒放空阀，当接收球筒压力降为零，打开快开盲板，取出清管器；如果接收筒内硫化铁较多，打开快开盲板前，应先向接收球筒内\n注水，或打开快开盲板后立即向筒内注水，避免硫化铁粉末在空气中自然；1)清除接收筒内的污物，清洗后关闭快开盲板；2)关闭5#接收球筒放空阀，关闭6#、7#排污阀。5.2截断阀室建设根据《输气管道工程设计规范》的规定，截断阀位置应该选择在交通方便、地形开阔、地势较高的地方。不同等级地区截断阀的设置间距不同，截断阀最大间距应符合下列规定：一级地区为主的管段不宜大于32km；二级地区为主的管段不大于24km；三级地区为主的管段不大于16km；四级地区为主的管段不大于8km。上述规定的阀门间距可以稍作调整，使阀门安装在更容易接近的地方。新京天燃气管道全部位于一级地区。则需要建设的截断阀室为座；5.3分离器设计旋风分离器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气—固分离装置，对于捕集5~10微米以上的粉尘效率较高。旋风分离器进口（1）旋风分离器进口形式和出口形式：进口形式主要有切向和轴向两种。进口管有矩形和圆形两种。由于圆形进口管与旋风分离器只有一点相切，而矩形进口管在整个高度上均与筒壁相切，故一般采用矩形进口管。（2）分离器进口管气流速度：在一定范围内，进口气速越高，除尘效率越高。但气速太高会使粗颗粒粉碎变成细粉尘的量增加，并增加旋风分离器的压力损失和加速分离器本体的磨损，降低其使用寿命。因此，在设计旋风分离器的进口截面时，必须使进口气速为一适宜的值，一般取10~25m/s。5.3.1旋风分离器的筒体直径以及其他圆筒结构尺寸计算一般旋风分离器的圆筒直径很小，旋转半径越小，粉尘所受的离心力越大，旋风分离器除尘的效率就会越高。由于旋风分离器壁与排气管距离太近，过小的筒体直径，会造成直径较大的颗粒反弹至中心气流而被带走，从而使除尘效率降低。另外，筒体太小容易引起堵塞。工程上常用的旋风分离器筒体直径都在200mm以上。\n旋风分离器的筒体直径可以参考《天然气工程手册》中的公式来求取，公式如下：式中：D——旋风分离器的筒体直径，m；Q——工作条件下的气体流量，m3/s；——阻力系数，由试验确定，一般取；——工作条件下的气体密度，kg/m3；——水力损失（即旋风分离器的压降），kg/m2。实验证明值在55~180米范围之内，旋风分离器的净化程度不低于95%，若小于55米，气体净化程度降低，当大于180米时净化程度趋于稳定，但分离气的压力降增大。(1)霍尔果斯——中卫段选用八台旋风分离器，则每台旋风分离器工作条件下的气体流量Nm3/s换算成工作条件下的气体流量，则工作条件下气体流量m3/s则，m取整为0.8m确定旋风分离器的其他各部尺寸：分离器排灰口直径为：分离器筒体高为：分离器总高为：分离器入口高度为：\n分离器入口宽度为：（2）中卫——榆林段选用六台旋风分离器，则每台旋风分离器工作条件下的气体流量Nm3/s换算成工作条件下的气体流量：则，工作条件下气体流量m3/s则，m取整为0.8m确定旋风分离器的其他各部尺寸：分离器排灰口直径为：分离器筒体高为：分离器总高为：分离器入口高度为：分离器入口宽度为：（3）榆林——北京段选用四台旋风分离器，则每台旋风分离器工作条件下的气体流量Nm3/s换算成工作条件下的气体流量：\n则，工作条件下气体流量m3/s则，m取整为0.8m确定旋风分离器的其他各部尺寸：分离器排灰口直径为：分离器筒体高为：分离器总高为：分离器入口高度为：分离器入口宽度为：5.3.2旋风分离器压降以及进出口管径的计算(1)霍尔果斯——中卫1)计算气体流速m/s式中V—气体在分离器内的流速，m/s；其余符号同前。2)计算旋风分离器的压力降：3)计算分离器进出口管径式中d—分离器进口或出口管径，m；\n—工作条件下的气体流量，m/s—气体在进口管或出口管中的流速，m/s；一般进口流速取15m/s，出口流速取10m/s；进口管径：m出口管径：m(1)中卫——榆林段1)计算气体流速m/s式中V—气体在分离器内的流速，m/s；其余符号同前。2)计算旋风分离器的压力降：3)计算分离器进出口管径式中d—分离器进口或出口管径，m；—工作条件下的气体流量，m/s—气体在进口管或出口管中的流速，m/s；一般进口流速取15m/s，出口流速取10m/s；进口管径：m出口管径：m(2)榆林——北京段1)计算气体流速\nm/s式中V—气体在分离器内的流速，m/s；其余符号同前。1)计算旋风分离器的压力降：2)计算分离器进出口管径式中d—分离器进口或出口管径，m；—工作条件下的气体流量，m/s—气体在进口管或出口管中的流速，m/s；一般进口流速取15m/s，出口流速取10m/s；进口管径：m出口管径：m\n表5-2旋风分离器旋风分离器第一段第二段第三段每台旋风分离器七天流量Q82.671957782.671957784.50911229每台工作条件下气体流量Q1（m3/s）1.181027971.181027971.207273033阻力系数ξ180180180△P/γG707070筒体内径D（m）0.737629870.737629870.745780727D取整（m）0.70.60.7气体流速V（m/s）3.070396384.179150633.138627408压力降△P(N/m3)620.227331149.0477648.0992738取进口流速V1（m/s）151515取出口流速V2（m/s）101010进口管径d1(m)0.316701140.316701140.320200711出口管径d2(m)0.38787810.38787810.392164179台数8695.3.3筒体高度h通常，除尘效率较高的旋风分离器都有较大的长度比例，这不但使进入筒体的颗粒停留时间增长，有利于分离，且能使尚未达到排气管的颗粒有更多的机会从旋风分离器中分离出来，减少二次夹带，以提高除尘效率。5.4压缩机的选型霍尔果斯-中卫输气段各站所需功率为23327kW，同样选用NK-36PT型燃气轮机驱动，只需要一组燃压机组；中卫-榆林输气段各站所需功率为17495kW，也是选用DR61P型燃气轮机驱动，只需要一组燃压机组；\n榆林-北京输气段各站所需功率为26826kW，选用LM2500+型燃气轮机驱动，额定功率为28490kW，只需要一组燃压机组。5.5压缩机的出入口管线管径的计算压缩机出口管线管径可以取为输气干线管径，外径取1219mm，壁厚16mm,这样，内径为1203.0mm。压缩机进口管线管径的计算，压缩机进口压力为10MPa，流速取为20m/s。(1)霍尔果斯—中卫段进口压力下的流量m3/s进口管线截面积为m3进口管线管径m这样进口管线管径取为648mm（2）中卫-榆林段进口压力下的流量m3/s进口管线截面积为m3进口管线管径m这样进口管线管径取为552mm（3）榆林-北京段进口压力下的流量m3/s进口管线截面积为m3进口管线管径m这样进口管线管径取为695mm\n5.6过滤器的选型5.6.1空气过滤器的主要性能指标(1)过滤精度．指允许通过的杂质颗粒的最大直径．影响过滤精度的关键是滤芯，可根据后面元器件的需要选择不同的滤芯，使其达到相应的过滤精度．(2)流量特性．指在一定的进口压力下，通过过滤器的空气流量与过滤器两端压力降之间的关系曲线．实际使用时，最好在压力损失小于0．03MPa的范围内选用．在空气过滤器中，影响流量特性的主要是本体和滤芯。(3)分水效率．指分离出来的水分与进气口空气中所含水分之比．一般要求空气过滤器的分水效率不小于80％．影响分水效率的主要是导流板。5.6.2西气东输二线空气过滤器的选型参考西气东输管道工程，本站采用自清式空气过滤器。具体要求如下：（1）空气过滤器的长度应不大于8米。（2）过滤器的处理风量应大于65000/h，出风口的底标高的结构标高应大于5.0米。（3）过滤器应包括：可更换滤芯、自动控制、结构支撑、工作平台和扶梯等配套设施。（4）空气过滤器过滤10mm及以上颗粒的精度达到99％以上。（5）应提供差压变送器并连接到控制盘，监测过滤器的气流差压，应有就地和远程控制的接口。当通过过滤器的气流压降达到设定值时（0.60kPa）开始清洗。清洁的过滤部件气流压降不应超过0.40kPa。\n第6章结论根据设计内容的要求，结合输气管道设计规范和相关规定，完成了新鲁管道工程初步设计的可行性研究，完成了管道工程的步站方案设计及适应性分析，结论如下：（1）本输气管线全长3441km，设计输量为200亿立方米每年。（2）最优方案为：末段管长377km，管径1219mm，壁厚16mm，有内涂层，共有14座压气站，15座清管站和114座截断阀室。全线管道钢材材质为X80钢。（3）本次设计绘制了压气站的工艺流程图，中卫分输站流程图，并且进行了天然气的物性计算；输气管道的水力计算；储气能力计算；技术经济分析；管路布站方案计算；站场工艺设计计算等。（4）输气干线采用内涂防腐层，采用了强制电流保护为主，牺牲阳极保护为辅的阴极保护方式对干线进行防腐蚀控制。\n致谢本次毕业设计选择了输气管道的课题，为了完成新京线管道工程初步设计的题目，查找了很多的资料，并且从中收获很多。在整个毕业设计过程中，得到了王武昌老师的亲切指导，老师指出了我们毕业设计过程中的很多不足，并且提出了宝贵意见，在此向指导老师表示感谢。另外，在毕业设计过程中，老师组织了一次针对毕业设计所用的Realpipe仿真软件的学习讲座，从中收获了很多；在毕业设计后期，做站内设计阶段，老师组织了去胶南分输站进行参观学习，从中收获很多，对后期的绘制站内流程图帮助很大，再次向老师表示感谢。在毕业设计进程中，遇到很多不懂的地方，小组内同学互相帮助，共同解决困难，从中收获了很多，感谢毕业设计过程中一块互帮互助的小组同学，一块学习一块进步。这次毕业设计对自己的帮助很大，从中收获很多，再次感谢老师!\n参考文献[1]苗承武主编.《干线输气管道实用工艺计算方法》.北京：石油工业出版社.2001.9[2]李玉星，姚光镇主编.《输气管道设计与管理》-2版.东营：中国石油大学出版社.2009.8[3]冯叔初主编.《油气集输与矿场加工》.东营：中国石油大学出版社[4]《输气管道工程设计规范（GB50251-2003）》.北京：中国计划出版社[5]四川石油管理局编.《天然气工程手册》.北京：石油工业出版社[6]中国石油天然气总公司编.《石油地面工程设计手册》.第五册：天然气长输管道工程设计.石油大学出版社[7]黄春芳主编.《天然气管道输送技术》.北京：中石化出版社.2009[8]J.A.Schouten,R.Janssen-vanRosmalen,J.P.J.Michels.Condensationingastransmissionpipelines.Phasebehaviorofmixtureofhydrogenwithnaturalgas.InternationalJournalofHydrongenEnegry30,2005:661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