西吉清管站工藝設計畢業(yè)論文

西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁目 錄1 緒論 .51.1 背景及設計意義 .51.2 國外清管技術現狀 .61.3 國內清管技術現狀 .71.4 設計內容 .72 設計說明書 .82.1 設計依據 .82.1.1 設計資料 .82.1.2 設計規(guī)范 .82.2 工藝流程設計 .82.2.1 工藝流程概述 .82.2.2 工藝流程設計原則 .92.2.3 戰(zhàn)場布置 .92.3 主要工藝設備選型 .92.3.1 管道內徑計算 .92.3.2 管道壁厚計算 .102.3.3 分離設備 .112.3.4 閥門的選型 .172.3.5 匯管選型 .182.3.6 流量計選型 .192.3.7 溫度測量儀表選型 .202.3.8 壓力測量儀表選型 .202.4 自動控制系統(tǒng) .202.4.1 設計原則 .202.4.2 自動控制系統(tǒng)及方案 .212.5 站場防腐 .222.5.1 站場露空管道和設備的防腐 .222.5.2 站場內埋地管道的防腐 .222.6 站場防雷 .232.7 供水供電 .232.7.1 供水 .232.7.2 供電 .232.8 排污 .242.9 站內管道安裝 .242.10 引進的設備 .243 計算說明書 .263.1 天然氣分子質量 M .263.2 天然氣的壓縮系數 Z .263.3 天然氣的相對密度 .263.4 天然氣操作條件下的密度 .273.5 天然氣在操作條件下的粘度 .273.6 分離器的設計計算 .283.7 管道選型及管徑計算 .293.7.1 管道選型 .293.7.2 管徑計算 .303.8 管道壁厚計算 .313.9 速度校核 .323.10 收發(fā)球筒的設計 .333.10.1 清管器接收筒結構設計 .343.10.2 清管器發(fā)送筒結構設計 .343.11 匯管的選型 .343.11.1 匯管管徑計算 .343.11.2 匯管壁厚的計算 .353.12 流量計的選型 .353.12.1 流量計的類型 .353.12.2 流量計選型結果 .373.13 閥門類型選擇 .373.13.1 選擇閥門的依據 .373.13.2 閥門的類型 .373.13.3 選閥結果 .404 結論 .41謝辭 .42參考文獻 .43附錄 .44西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁1 緒論清管站作為輸氣管道中的重要組成部分，其設計對天然氣長距離輸送具有重要的意義。其主要作用包括: (1)清管以提高管道的輸送效率(2)測量和檢查管道是否周向變形,如凹凸變形(3)從內部檢查管道金屬是否損傷,如腐蝕等,(4)對新建管道在其進行嚴密性試驗后,清除積液以及雜質。清管的主要設備包括：(1)清管器收發(fā)筒和盲板；(2)清管器收發(fā)筒隔斷閥；(3)清管器收發(fā)筒旁通平衡閥和平衡管線；(4)連接在裝置上的導向彎頭；(5)線路主閥；(6)錨固墩和支座。此外，還包括清管器通過指示器、放空閥、放空管和清管器接收筒排污閥、排污管道以及壓力表等。本論文對中貴管線中西吉清管站的站址確定、確定工藝流程圖和工藝管道平面布置圖，進行站內設備的選型及計算、確定自動控制方案等進行說明和計算。1.1 背景及設計意義我國隨著國民經濟的快速發(fā)展對能源的需求量越來越大。就像其他發(fā)達國家一樣，我國必然會經歷一場能源結構的改變，即以煤為主逐步轉向以石油、天然氣為主。2004年我國政府制定以“優(yōu)化結構、提高效率、重視環(huán)保、保障供應、開發(fā)西部”為核心的新能源戰(zhàn)略目標，要求增加天然氣在能源構成中的比例。與此同時，我國也加快了天然氣勘探開發(fā)力度，2008年完成的新一輪全國石油、天然氣資源評估結果顯示我國天然氣遠景資源量56萬億立方米，地質資源量35萬億立方米，可采資源量22萬億立方米，在世界上名列前茅。我國已經進入天然氣快速發(fā)展的歷史時期。除了本國天然氣生產外，我國還將從國外引進大量的天然氣。中衛(wèi)-貴陽聯絡線工程的建設，主要承擔把中亞天然氣輸往沿線市場和進一步輸往廣東市場，并把進口中亞氣、塔里木、長慶和川渝等四大氣源以及西氣東輸系統(tǒng)、陜京線系統(tǒng)、川渝管網及中緬等干線系統(tǒng)相連，以增強管網調配的靈活性和供氣的安全保障。對充分發(fā)揮西部進口天然氣大通道的作用、進一步完善全國天然氣骨干管網和滿足西南地區(qū)大幅度增長的天然氣需求，均具有重要意義。中衛(wèi)-貴陽聯絡線干線起于中衛(wèi)，終于貴陽末站，沿線途經甘肅、陜西、四川、重慶、貴州等省市?；诖?，確定市場研究范圍為管道沿線途徑的甘肅天水、隴南，陜西漢中，四川、重慶和貴州。根據可研報告，2008年，沿線市場共消費天然氣156.510 8m3，占全國消費總量的20%左右。隨著天然氣工業(yè)的進一步發(fā)展，天然氣需求仍將快速增長。預測2010年沿線市場的天然氣需求量200.4510 8m3,2015年338.6810 8m3，2020年397.1210 8 m3。2010年2020年年均增長速度為7.0%。沿線市場的天然氣需求主要集中四川、重慶兩個省市。2015年，四川和重慶的天然氣需求量分別超過20010 8 m3和10010 8 m3，分別達到209.5610 8 m3、109.0310 8 m3，分別占沿線市場需求總量的 61.9%、32.2%。市場天然氣需求結構以天然氣化工為主，其次是城市燃氣和工業(yè)燃料，天然氣發(fā)電較少。2015年，天然氣化工、城市燃氣和工業(yè)燃料行業(yè)的天然氣需求量分別為148.24108 m3、93.8210 8 m3 和89.1510 8 m3，占沿線市場需求總量的比例分別為43.8%、 27.7%和26.3%。根據市場需求預測和供應安排，在不考慮本工程補充供應時，預計2011年沿線市場供需缺口49.710 8 m3；2015年供需缺口106.810 8 m3；2020年供需缺口50.110 8 m3。1.2 國外清管技術現狀世界上用清管器進行水力清管源于 1885 年,第一次使一條小口徑接近報廢的原油管道恢復正常工作。軟質清管器在 60 年代源于美國,之后被日本采用而發(fā)展，目前產品又返銷美國。隨著科學技術不斷進步與發(fā)展,目前該項技術已遠遠超出“清除垢物”的概念。在管線建設中進行管內加工、清除焊瘤、打磨內壁、管內涂襯；投產前進行掃線、管徑檢查、試壓, 輸送過程中進行清垢、隔離、及管內檢測（包括變形、壁厚、漏點和清管器運行狀態(tài)等） ； 管道維修中進行清垢、涂襯和照相作業(yè)等,都屬于清管技術之范疇。70 年代末投產運行的阿拉斯加原油管道,從施工、投產到運行都廣泛應用了清管技術。管線試壓前用空氣驅動軟質清管器,推動甲醇來清除管內冰塊, 應用 LBCC-2 型隔離清管器,排除管道內的空氣,以保證水壓試驗的安全。該清管器帶有音響, 并可帶跟蹤發(fā)射器以便于尋找。在該管道投產時,應用兩個隔離清管器以隔離空氣與氮氣、氮氣與原油,使油流避免與空氣接觸,控制油流速度,確保管道運行的安全。在管道正常運行時,投放大型的綜合檢測清管器。它分為 3 節(jié),長 2.5m,總重 2.5t ,裝有發(fā)電、變送、記錄和微型計算機等高端裝置。它可測出管道的沉陷、管徑的變形以及管內的壓力、溫度及彎曲度等參數, 并且有較高的解析能力,在一定范圍內代表著國際清管的技術水平。在管內進行錄相、軟質清管器的發(fā)展,以及隨之發(fā)展起來的管道塑料薄膜內涂襯等技術方面,當前日本處于世界領先地位。1987 年美國 AMF 公司在我國任京輸油管線上進行管道內腐蝕情況檢測的表演。對 60km 以上的管道能很準確測出腐蝕等級及其部位,也屬當前國際先進水平。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁1.3 國內清管技術現狀60 年代初的清管技術,就在我國的第一條原油長輸管道上初步應用,但由于多種原因,之后發(fā)展的很慢。70 年代末, 除了石油管道相關部門開展清管技術研究外,還有油田、軍內系統(tǒng)、一機部等部門也相繼開展研究。清管技術已經在我國輸油、輸氣、供排水管道,成品油以及液化氣管道上應用。東北輸油管理局 1980 年召開了軟質清管器清管技術在原油長輸管道中應用的技術鑒定會。1982 北戴河對 159 供水管清管成功,是一條廢棄的管線重新運行。管道科學研究院研制的清管器跟蹤儀，曾獲得河北省優(yōu)秀科研產品獎，在生產實踐中已然得到廣泛應用。1984 年后勤部營房設計院召開了成品油清管技術鑒定會。1985 年石油部管道勘察設計院召開了機械清管器及封堵技術鑒定會。管道科學研究院開展了清管專用裝備分流器（通稱清管道岔）的研究,在完成小管徑樣機后,開始了較大管徑的研制, 進而達到系列化。管道科學研究院還把清管技術應用于北京石油液化氣管道上,首次用清管器（不是橡皮球）對最小內徑 79mm 管線長距離清掃并且取得成功,獲得良好社會和經濟效益。同時,向國家專利局申請了“軟質可載清管器”專利。并與航天部合作開展了管內檢測技術的研究。應用航天技術以及電子計算機技術,對管內壓力、溫度, 管內變形及清管器運行加速度等參數進行測量。此項即將進行工業(yè)性試驗。1.4 設計內容西吉清管站工藝流程設計，主要設計內容：(1) 查閱資料，了解清管站設計的最新方法與技術。(2) 確定主要設備包括管線、匯管、控制閥、閥門、超壓保護和計量儀表等的選型。(3) 確定清管站流程和設計參數；(4) 畫出清管站站的工藝流程圖、平面布置圖和平面安裝圖； (5) 寫出設計說明書、計算書。2 設計說明書2.1 設計依據2.1.1 設計資料中貴管道供氣能力為 ，西吉清管站進站壓力為 。a/10538m MPa51.8設計溫度： 293KT=氣質：表 2.1 所輸天然氣氣質分析表組分 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 異丁烷 正戊烷 異戊烷 己烷 氮氣 CO2體積% 94.87 2.35 0.31 0.03 0.05 0.03 0.01 0.03 1.66 0.662.1.2 設計規(guī)范（1） 輸氣管道工程設計規(guī)范 （GB50251-2003）（2） 氣田集氣工程設計規(guī)范 （SY/T0010-1996）（3） 輸送流體用無縫鋼管 （GB/T8163-1999）（4） 石油天然氣站內工藝管道工程施工及驗收規(guī)范 （SY0420-2000）（5） 天然氣長輸管道工程設計（6） 石油天然氣工程設計防火規(guī)范 （GB50183-2004）（7） 石油天然氣制圖標準 （SY/T0003-2003）（8） 石油地面工程設計文件編制規(guī)程 （SY/T0009-1993）（9） 鋼制對焊管件規(guī)范 （SY-T0510-1998）（10） 輸油輸氣管道線路工程施工及驗收規(guī)范 （SY0401-1998）2.2 工藝流程設計2.2.1 工藝流程概述西吉清管站工藝流程：（1）管線清管時接收上游來氣，經旋風分離器除塵后輸送至下游；（2）無需清管時，來氣經越站旁通直接進入下游；西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁（3）清管器接收與發(fā)送；（4）事故狀態(tài)及維修時的放空和排污；工藝管道儀表流程圖見附錄 1：西吉清管站工藝流程圖。2.2.2 工藝流程設計原則（1）嚴格執(zhí)行國家及行業(yè)的有關標準、規(guī)范。工程設計及建設過程中應充分的考慮QHSE 因素，優(yōu)化設計和施工。（2）為提高工程質量以及輸配水平，盡量采用成熟可靠、先進、實用的技術。（3）站址選擇應在遵循城市規(guī)劃要求的前提下，盡量節(jié)約工程投資。（4）方便管理，便于維修。（5）在滿足安全和工藝技術要求的情況下，力爭節(jié)約投資，提高經濟效應。（6）工程設計中應盡量采用國產材料和設備，以節(jié)約工程費用。（7）根據用氣規(guī)模，考慮今后的發(fā)展，本設計應留有適當的余地。2.2.3 戰(zhàn)場布置1）地理位置西吉清管站位于寧夏固原市西吉縣玉橋鎮(zhèn)團莊村，距西吉縣約 53km，距甘肅省靜寧縣約 12km。2）總平面布置西吉清管站站內設置工藝設備區(qū)、清管區(qū)和設備間等。清管區(qū)布置于工藝設備區(qū)西側，便于進線。在西吉清管站北側新建圍墻設置 1 處 1.5m 寬小門，便于緊急情況下人員盡快疏散。本清管站平面布置圖見附錄 2：西吉清管站平面布置圖。3) 西吉清管站豎向布置所在地地勢平坦，豎向布置采用連續(xù)平坡方式，場地坡度為 0.5%，地面雨水通過排水明溝集中收集后排放。2.3 主要工藝設備選型2.3.1 管道內徑計算1）站內管徑的選擇，先采用以下公式進行計算：(2.1)PuTZquQd v00785.864785.0式中： 管子內徑， m ；1d管內氣體流速， m/s；1u操作條件下的氣體流量， ；qdm/3標準狀況下的氣體流量， ；v /3操作條件下氣體的絕對壓力， ；PMPa操作條件下氣體的絕對溫度， ；TK標準狀況下氣體的絕對溫度， ；0氣體壓縮系數；Z(2.2)15.6910mPZ式中： 輸氣管內氣體平均壓力， （絕）。mPMa當管道沿線的相對高差在 h或=200m 時，管線流量計算根據氣田集氣工程設計規(guī)范SY/T0010-96，可得：(2.3)LTZPdqV 21381.50式中： q v管線計算流量，m 3/d；d管線內徑，cm；P1管線起點壓力（絕對壓力） ，MPa；P2管線終點壓力（絕對壓力） ，MPa；氣體的相對密度（對空氣） ；Z氣體在計算管段平均壓力下的壓縮因子；T氣體的平均熱力學溫度，K；L管線計算長度，km。站內氣體流速：1020m/s。2.3.2 管道壁厚計算根據輸氣管道工程設計規(guī)范GB50251-2003 的有關規(guī)定，鋼管的壁厚與其設計壓力、鋼管的外徑、鋼管的強度等級、強度設計的系數及溫度的折減系數有關，鋼管壁厚按下式計算：西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁(2.4)t2FPDs式中： 焊縫系數，取1.0； 鋼管的計算壁厚，mm；P 設計壓力，MPa；s 鋼管最小屈服強度，MPa；D 鋼管外徑，mm；F 強度設計系數，站場管道設計系數均取0.4；t 溫度的折減系數，當溫度小于120，溫度折減系數取1.0。2.3.3 分離設備（一） 分離器的類型為了保證輸氣管道的首站、中間站、調壓計量站、配氣站、清管站等場所輸出的氣體含塵不超過規(guī)定的要求，應該在這些場所安裝分離除塵器。分離器的種類很多，最常見的分離器有旋風分離器、循環(huán)分離器、重力分離器和分離過濾器等。選擇分離器裝置時，必需考慮天然氣所攜帶的雜質的成分，輸送壓力以及流量的穩(wěn)定性，氣體波動幅度等因素，在輸出的氣質滿足要求的條件下，應該