毕业设计开题报告某长距离输气管道的工艺设计

题目：某输气管道工艺设计学生姓名XXXX学号0631254教学院系石油工程学院专业年级油气储运工程2006级指导教师Xxxx职称教授单位油气储运研究所天然气管道投产方案研究（开题报告）一、设计（论文）的选题意义及国内外研究现状1、设计目的及实质内容1.1设计目的：通过天然气管道投产方案的研究，掌握天然气长输管道预投产的基本方法和步骤，掌握其有关的信息检索的方法，以及很好的结合各门所学的知识的，全面、连贯地把所学的知识运用到实际设计中。据题目给出的已知条件及设计要求，先掌握天然气管道投产的步骤以及各步骤的基本方法和适用范围。再结合西气东输西段管道投产的实际情况，编制一套可行的投产方案，确保管道安全，平稳，连续，可靠，经济的供气。1.2实质内容：论文先对管道预投产中涉及到的试压，清管，干燥，置换进行理论研究，掌握各个环节的可以采用的方法以及适用范围。并且为干燥和置换过程需要计算的一些参数提供可行的计算公式和方案。再通过西气东输的具体情况，确定可行的试压，清管，干燥，置换的方案，计算出相关的工艺参数。最后编制出一套完整的投产方案。2、国内外研究现状:2.1国外研究状况国外长输天然气管道发展比较早，从20世纪50年代前苏联就开始长输天然气管道建设。到80年代，他们已建成6条超大型中央输气管道系统，全长近2万公里，管径1220毫米～1420毫米，是当时世界上最宏大的管道工程。经过半个多世纪的发展，国外长输天然气管道主要有以下六个特点：一是增大管径。国外干线天然气管道直径一般都在1000毫米以上，这些大口径管道的施工技术都比较成熟。二是提高输气压力。目前，西欧和北美地区的天然气管道压力普遍都在10兆帕以上，如阿意输气管道最高出站穿越点压力高达21兆帕；三是广泛采用内涂层减阻技术，提高输送能力。国外输气管道采用内涂层后，一般可提高输气量6%～10%，还可有效减少设备磨损和清管次数，延长管道使用寿命。四是提高管材韧性，增大壁厚，制管技术发展较快。国外输气管道普遍采用x70级管材，近年x80级管材已用于管道建设。据有关文献介绍，用x80级管材可比x65级管材节省建设费用7%。目前，加拿大、法国等国家的输气管道已采用x80级管材。日本和欧洲的一些钢管制造商已经开始研制x100级管材。五是完善的调峰技术。为保证可靠、安全、连续向用户供气，发达国家都采用金属储气罐和地下储气库进行调峰供气。目前，这些国家季节性调峰主要采用孔隙型和盐穴型地下储气库。而日调峰和周调峰等短期调峰，则多利用管道末端储气及地下管束储气来实现。天然气储罐以高压球罐为主，国外球罐最大几何容积已达5.55万立方米。六是提高压缩机组功率，广泛采用回热循环燃气轮机，用燃气轮机提供动力或发电。国外干线输气管道压缩机组普遍采用大功率机组。如俄罗斯天然气公司压缩机站单套压缩机平均功率都在10千瓦以上，欧美国家也是如此。此外，国外还广泛采用压缩机机械干密封、磁性轴承和故障诊断等新技术，不仅可以延长轴承使用寿命，取消润滑油系统，降低压缩机的运行成本，而且可以从根本上提高机组运行的可靠性和完整性。2.2国内研究状况近年来，由于国民经济的快速发展，对能源的需求，尤其是对天然气的需求日益增加；全面落实科学发展观，积极推进资源节约型和环境友好型社会建设，尤其是强调经济与环境的协调发展，宏观上对清洁能源的需求会越来越迫切；能源安全成为国家战略核心内容，也要求对天然气的发展实施更宏观、长期、协调的管理；天然气价格机制正在逐步向市场化方向趋近；天然气行业投资政策也正在进一步放开。国际油价长期居高不下，进一步造成全球对清洁能源天然气的需求增长强劲，但中国在天然气利用方面远低于世界平均水平。全球天然气占能源消费总量的24%，这一比重在我国只有3%，未来几年，我国天然气需求增长将快于煤炭和石油，天然气市场在全国范围内将得到发育。预计到2010年，天然气在能源总需求构成中的比重约达6%。为促进我国天然气工业的良性、快速发展，2005年12月23日，国家发改委下发了《关于改革天然气出厂价格形成机制及近期适当提高天然气出厂价格的通知》。这次天然气价格调整，一是体现价值规律的要求，促进天然气资源开发利用。二是促进天然气资源节约和合理使用，以及天然气工业可持续发展。三是逐步引入市场竞争机制，创造公平竞争的市场环境。四是兼顾投资者、经营者和消费者之间的利益，区别情况，稳步推进。尽管国内天然气价格机制仍需完善，但总体上讲，目前国内以市场为导向的价格机制初步确立，允许企业自主调节的幅度加大。在天然气市场整体环境趋于利好的形势下，输气管道的发展对天然气市场起着巨大的推动作用，天然气管道投产后市场消费量将以相当高的速度增长。我国天然气资源主要集中在中西部地区，市场则相对集中在东部地区，因此必须建设长距离输气管道。我国天然气管道经过40多年的发展，尤其是进入本世纪后，步入高速发展阶段。涩宁兰、西气东输、忠武、陕京、冀宁等主干管道相继建成投产后，全国性天然气管网的主体框架已经形成。我国天然气管网初具规模，西气东输和陕京一线、陕京二线组成横贯东西的全国性天然气骨干管道，区域性管网也基本形成。华北地区依托陕京一线、二线构建管网和配套储气库，形成多气源供给，能够满足冬季高峰和应急需求；华东地区依托西气东输管道构建区域性管网；西南地区经过多年发展，已形成完善的环形管网，调配能力不断增强；中西部地区依靠长庆气区资源，形成以地方投资为主的管网。伴随区域性管网的形成，跨地区的天然气销售变成现实，到去年年底，跨区域销售比例占总销售量的34%。以及正在建设中的川气东输长输管线,将会对中国的管网进一步完善与优化,工程除供应川渝用气外，主要供应苏浙沪，兼顾鄂、皖、赣民用。将使沿线地区每年减少二氧化碳排放上千万吨。管道建成投产，实现了资源与市场的连接，促进了下游市场的开发，将天然气资源转化为经济效益。反过来，天然气市场的潜力又激励上游资源的勘探开发，带动了整个天然气产业链的发展。在这种形式条件下，加快我国天然气管道建设，已成为拉动石油天然气行业发展，带动我国经济快速发展的重要方式。二、主要技术路线及方案1、主要设计资料及内容1.1主要设计资料概况介绍：1.1.1设计规模设计输气规模：47×108m3/a；1.1.2气源压力及温度首站天然气进站压力为8.0MPa（绝压）；进站温度为45℃。1.1.3计算工作天数年工作天数取350d。1.1.4设计地温根据气象资料及工艺最不利情况，取全线-1.6m埋深处的平均地温20.5℃为设计地温。1.1.5总传热系数管道平均总传热系数取1.793W/m2·℃。1.1.6管内壁粗糙度管道内壁粗糙度取65μm，设内涂层时粗糙度取8μm。1.1.7门站压力要求末站压力不低于5MPa；分输站压力不低于5.5MPa；其它各站进站压力不低于4MPa。1.1.8各分输清管站（含末站）分气量此天然气管道工程设3个分输清管站，各分输站分气量见表1.2-1。表1.2-1序号里程(km)分气量(108m3)1120.0122633.31531143.4201.1.9气源组分及物性参数本工程气源来自某气体净化厂出来的净化天然气，天然气组分和物性参数见表1.2-3和1.2-4表1.2-3Componentmol%H20.025N20.697CO22.987H200.006C196.114C20.148C30.009表1.2-4气源物性参数总硫量（mg/m3）200温度(℃)45压力MPa（a）8.0水露点(℃)-151.1.10计算管道长度此次设计天然气管道工程干线总长度约1143.4km，各管段长度见表1.2-4表1.2-4各管段线路长度表序号线路划分长度（km）1首站到1号站段120.021号到2号站段513.332号到3号站段510.11.1.11沿途高程里程沿途高程及里程见表1.2-5表1.2-5干线站场高程及里程数据表工艺站场高程（m）里程（km）首站4020.02号站4541203号站100633.36号站771143.41.2设计的长输管道具有的功能：1）接收高压管线发来的清管球；2）接收低压管线发来的清管球；3）向下游管线发送的清管球；4）对管道中的天然气进行增压；5）对去用户的天然气进行调压计量；6）利用高压管道末端进行储气来保证用气高峰时的供应量；7)考虑由于市场的发展,系统扩容的能力。1.3管径的计算选取以及壁厚计算1.3.1管径计算由《天然气长输管道工程设计》第五册式4-3-10可得：10011785.086400785.0PuTTZqPuqdv式中：d1——管子内径，m；u1——管内气体流速,m/s；q——操作条件下的气体流量，m3/d；qv——标准状况下（P0=0.101325MPa，T0=293K）的气体流量，m3/d；P——操作条件下气体的绝对压力，MPa；T——操作条件下气体的绝对温度，K；T0——标准状况下气体的绝对温度，K；Z——气体压缩系数，对于干燥天然气：15.1734.1100100mPZ式中：Pm——输气管内气体平均压力，MPa（绝）。1.3.2壁厚计算由《输气管道工程设计规范》可得：FtPDS2式中：δ——管子计算壁厚，cm；P——设计内压力，MPa；D——管子外径，cm；σs——管子的规定屈服强度最小值，MPa；F——设计系数；t——钢管的温度折减系数；ψ——焊缝系数，按下列标准制造的钢管，ψ值取1.0。1.4压缩的站的确定以及压缩机的选用1.4.1在确定输气管道沿线所需的压缩机站站数时,要注意以下一些问题:1）在输气管道的计算流量中要考虑年平均输气不均衡系数skQ=skQ3650式中Q——计算流量，dm/3Q——年任务输量，am/3年平均输气不均衡系数sk的大小取决于用户用气不均衡性的大小，有否地下储气为和季节性缓冲用气单位等因素；2）气田的地层压力一般都比较高，为了充分利用地层的自然能量，通常可暂不建压缩机首站，依靠地层压力直接把天然气输送到下一个压缩机站；3）如果输气管道沿线地形较为平坦，高差不超过200m，而输气管道沿线又无进气或分气支线时，则可按下列公式求出站间距LL=222KQPPZQ当输气管道沿线有分气或进气支线时，则应按下列公式布站Q=11222KPPNMLLMZQ4）如果输气管道线路地形起伏，高差超过200m,则布站时必须考虑地形和高差的影响；5）输气管道末段通常兼作调节昼夜用气不均衡性的储气容器，而且末段终点压力又比其前面各部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。布站时，应求出末段长度，然后再求其它名站间长度。此只是压缩机布站计算方法仅是从输气管道单方面来考虑的，但实际上输气管道与压缩机站是一个统一的水力系统，因此压缩机站的布置必须既要考虑到输气管道的特性，又要考虑到压缩机站的特性。1.4.2压缩机的选取,不仅要考虑各种机型的特点,还要注意以下问题:1)由于压缩机组与管道联合工作,二者相互影响和制约，因此，应考虑管道与压缩的工艺要求、经济条件等，确定压缩机组类型、型号和规格。其工艺要求包括排量变化范围、进出口压力、排气温度等。经济条件包括压缩机与管道匹配时的管材、管壁厚、压缩机站数、动力费用等；2）由于压缩机组的负荷随投产年限、季节等的变化而变化。因此要求压缩机组操作灵活，可调节范围宽；3）应根据生产特点和现场条件等具体要求，考虑压缩机的使用性能和结构参数。其中使用性能包括压缩机组的燃料或动力消耗、工作效率、运转率和检修周期以及操作维修难易程度等；而结构参数包括压缩机组的重量和空间尺寸，它将影响厂房结构规模，配管方案的投资费用等；4）有利于实现自动控制，提高管道的动行管理水平；5）还应考虑机组的使用寿命，制造水平以及供货情况。1.5设备选择计算1.5.1除尘分离设备的选择天然气中的固体杂质不仅会增加管输阻力，影响设备、阀门和仪表的正常运转，使其磨损加速、使用寿命缩短，而且污染环境、有害于人体。因此，在供给用户前，应除去悬浮于天然气中的固体杂质。为此，在天然气输气中间加压站应设置除尘设