輸氣管道畢業(yè)論文-輸氣管道工程初步設計

本科畢業(yè)設計（論文）題目：新京輸氣管道工程初步設計2013年6月13日新京輸氣管道工程初步設計摘要本輸氣管道設計項目是新京輸氣管道工程，管道全長3441km，設計輸量每年200億立方米。通過程序RealPiep模擬仿真，確定最優(yōu)方案，并以最優(yōu)方案為例進行設計計算。最優(yōu)方案為：末段管長377，管徑1219mm，壁厚16mm，有內涂層，共有14座壓氣站，15座清管站和114座截斷閥室，總投資億元。全線采用等強度設計原則，管道鋼材材質為X80鋼。目前天然氣管網系統(tǒng)不斷建設和相互連接成網，輸氣管道的設計計算、工況變化日益繁瑣，個別異常工況的出現必將影響輸氣管網的安全運行。本文闡述了干線輸氣管道設計的基本原理和一般方法，本文主要介紹了天然氣的物性計算；輸氣管道的水力計算；技術經濟分析；管路布站方案計算；有無內涂層的壓降和儲氣情況。關鍵詞：長輸管道；RealPipe軟件；布站方案；站場工藝計算ThepreliminarydesignontheXinjingNaturalGasPipelineProjectAbstractThegaspipelineprojectisthexinjiang-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目錄第1章前言 1第2章設計概述 52.1設計依據 52.1.1設計原則 52.1.2管道設計依據和規(guī)范 52.2輸氣管道設計原始資料 52.2.1天然氣的組成 52.2.2管道的設計參數 62.2.3管線設計要求及內容 62.3相關軟件介紹 72.3.1選線軟件—谷歌地球（GoogleEarth，GE） 72.3.2設計和仿真軟件—RealPipe 72.4不同方案的設計思路 72.4.1線路選擇思路 72.4.2設計方案確定思路 92.4.3站場設計原則 92.5工藝計算說明 102.5.1輸氣管道末段 102.5.2輸氣管線相鄰壓氣站站間距的確定 102.5.3站場布置及調整 122.6輸氣方案的確定 122.6.1管道及各站場投資 122.6.2燃料氣費用 122.6.3其他費用 122.6.4方案經濟比較分析 13第3章管路布站方案計算 153.1管路工藝設計結果 153.2設計思路 163.3基本物性計算 163.4線路的選取 173.4.1線路的選擇要求 173.4.2沿線自然條件 183.4.3沿線地理等級劃分 183.4.4利用GoogleEarth選取線路 183.5RealPipe的學習 203.5.1RealPipe軟件簡介 203.5.2RealPipe軟件產品結構 213.5.3RealPipe業(yè)務流程 223.5.4管道仿真業(yè)務流程 223.5.5管網運行優(yōu)化 233.5.6RealPipe主要功能 233.6站場位置確定 243.6.1基本數據確定 253.6.2運用軟件進行模擬 27第4章輸氣管道工藝計算 314.1水力計算 314.2經濟計算 344.3管線應力校核 37第5章站場工藝設計 39清管站建設 395.1.1清管站操作流程 395.2截斷閥室建設 415.3分離器設計 415.3.1旋風分離器的筒體直徑以及其他圓筒結構尺寸計算 415.3.2旋風分離器壓降以及進出口管徑的計算 445.3.3筒體高度h 475.4壓縮機的選型 475.5壓縮機的出入口管線管徑的計算 485.6過濾器的選型 495.6.1空氣過濾器的主要性能指標 495.6.2西氣東輸二線空氣過濾器的選型 49第6章結論 50致謝 51參考文獻 52第1章TOC\h\z\t"zhaofeng標題1,1,zhaofeng標題2,2,zhaofeng標題3,3"前言天然氣是一種優(yōu)質、高效、清潔的能源和化工原料。進入20世紀70年代以來，世界天然氣發(fā)展速度加快，大大超過了石油工業(yè)的發(fā)展速度。天然氣在能源結構中的比例也迅速提高。目前，一般發(fā)達國家天然氣在能源生產結構中的比例大約在24%以上，而天然氣在我國能團結構中的比例很小，近幾年一直保持在3%左右。因此，為了改善我國能源結構，保持生態(tài)環(huán)境，應提高天然氣在我國能源消費中的比例，加快我國天然氣工業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮天然氣資源的優(yōu)勢，實現資源的合理利用。管道是天然氣走向市場的重要環(huán)節(jié)，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐帶，也是促進氣田開發(fā)，加速天然氣消費利用的重要手段。世界各國天然氣工業(yè)發(fā)展的經驗表明，天然氣工業(yè)要發(fā)展，管道必須先行。北美，英國，西歐稠密的天然氣管輸網絡為天然氣提供了安全、便捷的運輸通道，極大地促進了各國天然氣的大力開發(fā)利用。我國天然氣管道建設進入了一個快速發(fā)展階段，但同時也要注意全國輸氣管道的合理規(guī)劃，形成一個反應快速、運作優(yōu)化、協(xié)調統(tǒng)一的全國天然氣管道網絡，滿足市場需求，是當前發(fā)展我國天然氣管道的主要問題。自20世紀60年代我國建設了第一條輸氣管道以來，經過40余年的建設，輸氣管道事業(yè)有了很大的發(fā)展。從70年代起，在東北、華北和西北建設了較大規(guī)模的輸氣管道，從陜北至北京的陜京線，還有忠武線，川氣東送線，西氣東輸一線、二線，以及正在規(guī)劃修建中的各條西氣東輸線，這些管線的簡稱使用極大地推動了我國天然氣管網的發(fā)展。我國能源資源豐富，但分布不盡合理。我國天然氣管道輸送戰(zhàn)略布局要根據我國能源資源的分布和工業(yè)生產布局選擇我國天然氣管道的走向。既要考慮國內天然氣管道聯(lián)網，又要考慮與東北亞天然氣管網相聯(lián)，以便實現國內、國際天然氣的調配。同時，在管道建設項目的選擇中，以經濟效益最優(yōu)為標準，采用世界先進技術，提高我國天然氣管網的總體工藝水平和自控水平。自二十世紀七十年代以來，伴著天然氣的用戶以及用量的不斷增大，世界范圍內已經形成了很多個多氣源、多用戶的大型輸氣管網系統(tǒng)。這些輸氣管網系統(tǒng)規(guī)模大、范圍廣以及受外部條件影響大等特點，其運行管理也變得相當復雜。目的是為了保證輸氣管網系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經濟、高效的運行，以便在很大程度上滿足各類用戶的需求、降低輸氣管網系統(tǒng)的暑期能耗和運行管理費用、提高輸氣管網系統(tǒng)經營的經濟效益，世界范圍內的那些輸氣管道相對發(fā)達的國家已經在輸氣管網系統(tǒng)的運行優(yōu)化方面做了大量研究工作，并獲得了一些有實用價值的成果。而是世界六十年代，美國早就開始進行干線輸氣管道的優(yōu)化運行研究，當時主要研究的是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運行的問題。在經過幾十年的發(fā)展后，天然氣工業(yè)發(fā)達的美國、英國、俄羅斯等已經形成了一套相對完整的輸氣管道系統(tǒng)的運行優(yōu)化的理論及其方法，并且將其已經應用到輸氣管線的運營生產實踐中。干線輸氣管道優(yōu)化運行的最優(yōu)標準就是運行能耗或者能耗的費用最低，采用這類最優(yōu)準則的優(yōu)化運行問題被稱作能耗的最優(yōu)化問題。國外經驗表明：能耗最優(yōu)化研究可以使輸氣管道的運行能耗在一定程度上降低。目前，國外涉足油氣管道行業(yè)的專業(yè)軟件開發(fā)公司已經擁有了干線輸氣管道或官網優(yōu)化運行的商品軟件，這些優(yōu)化軟件已經在國外一些干線輸氣管道或者管網上得到了應用。近些年來，國外的輸氣管道優(yōu)化運行方面的發(fā)展趨勢是干線輸氣管道上推廣應用這項技術，并將進一步研究管網優(yōu)化運行技術和非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運行技術。美國的Stoner公司研究開發(fā)了主要用于氣體穩(wěn)態(tài)官網設計的軟件SWS和模擬長輸管道動態(tài)工況運行的仿真軟件SPS。SPS設置了理想化的調壓器模型，可以方便的模擬管道系統(tǒng)的控制。二十世紀八十年代以來，我國已經引進了多個商業(yè)化的輸氣管道放著軟件，如TGNET、SPS等。目前，國際上的主流輸氣管道仿真軟件幾乎在我國獲得了不同程度的應用。管道設計單位在國內率先使用輸氣管道仿真軟件，目前這類軟件已經成為我國輸氣管道設計的必備工具。隨著我國經濟事業(yè)的快速發(fā)展，天然氣的開發(fā)與建設事業(yè)也得到了快速的發(fā)展。國內最長的輸氣管道——西氣東輸管道投產運行，接著川氣東送管道建設投產，致使我國的天然氣管網輸送系統(tǒng)日趨龐大、復雜。管網系統(tǒng)的復雜性主要體現在：氣源壓力大、輸送流量大，輸送距離長，支路、環(huán)路以及壓氣站增多等方面，這些必然給管道的安全經濟管理帶來挑戰(zhàn)，管理者要隨時了解、掌握和調整管道的運行狀態(tài)，以達到安全、經濟運行的目的，而要對這樣的一個復雜系統(tǒng)做出精確的運行管理是一件非常困難的工作，因此必須對輸氣管道系統(tǒng)進行模擬和研究。為此，本文在管道初步設計計算的基礎上，建立了新京天然氣管道系統(tǒng)物理模型，對新京管道系統(tǒng)的運行工況展開了模擬分析，了解和掌握了新京管道系統(tǒng)的運行規(guī)律，提供合理經濟的運行方案。應用仿真模擬軟件進行模擬是必要的。這是上中下游平穩(wěn)運行的需要，也是提高經濟效益的需要，更是提高調度管理水平的需要。當然，在突發(fā)情況發(fā)生時，如果有了預先的模擬，處理事件的能力、效率和預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發(fā)的管道模擬仿真軟件。RealPipe管道仿真軟件提供了一個圖形化的集成環(huán)境用來完成氣體和液體管網的建模，并對模型進行水力、熱力瞬態(tài)分析。RealPipe通過圖形建模工具構建包含邊界、罐、泵、壓縮機、閥門、管段的油氣輸送管網的物理模型，通過后臺的預處理過程將建好的圖形化模型和管道的流動控制方程、設備的特性方程、分支點的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個復雜的數值系統(tǒng)，然后通過仿真計算引擎進行動態(tài)求解。在仿真運行時，RealPipe會隨著時間的變化計算管網內在數值空間上的壓力、流量、溫度、密度、流速和其它變量，并通過設備圖形、動態(tài)曲線、動態(tài)報表等方式來展示這些物理量的分布和變化細節(jié)。在模型建立后，用戶需要對模型的全局參數和元件參數進行配置，模型通過驗證后才可進行仿真運行。在仿真運行過程中，用戶可以隨時通過設備圖形、交互命令等方式對管網系統(tǒng)進行動態(tài)設置，對設備進行操作、對輸出結果的形式進行配置。根據國情，近幾年我國管道發(fā)展的目標是：改造舊管道與新建管道統(tǒng)籌兼顧，增加天然氣管道建設投資，合理布局，配套成網，管道建設可適度超前。今后我國天然氣管道輸送戰(zhàn)略是：以國內各大氣田、各主要消費地連接的天然氣管網為主，積極開發(fā)利用本國天然氣資源，參與世界天然氣資源的再分配，加速我國天然氣工業(yè)的發(fā)展，形成由不同等級、不同規(guī)模組成的生產與消費相接的天然氣管輸網絡。我國天然氣管網的形成，需要經過幾十年的努力才能實現。第一步是我國東部、西部、中部天然氣管道的建設，三大氣區(qū)基本形成連接各氣區(qū)干線及支線，便于區(qū)域間天然氣輸量的調節(jié)。環(huán)形管線與支線將成為整個管輸網絡的重要組成部分。第二步，用主干線將分散的西部、中部、東部區(qū)域性管網連接起來，形成我國天然氣管網。第三步，將主要消費地與主干管網連接，實現天然氣資源的多元化，打到國內天然氣產需平衡、協(xié)調供應。積極開發(fā)利用沿海氣田天然氣資源，并將我國海上天然氣管道與陸上輸氣管道聯(lián)通。從而將國內各氣田用管道有機地聯(lián)系在一起，形成國內四通八達、從橫交錯的天然氣灌輸系統(tǒng)。綜上所述，經過20—30年的努力，我國天然氣管網將基本完善，國內將形成幾縱橫的主干管道及其連通管道，并與西伯利亞及中亞的國際天然氣管道連接。第2章設計概述設計依據設計原則（1）嚴格執(zhí)行國家、行業(yè)的有關規(guī)范和標準，并參照有關國際先進的標準和規(guī)范；（2）工程盡量采用先進的技術，努力吸取國內外的先進科技成果；（3）工程設計本著一次規(guī)劃，分期實施的原則，做到工程建設近、遠期相結合，充分利用資金，節(jié)約投資；（4）以氣源為基礎、市場為導向，處理好供給與利用之間的關系；（5）優(yōu)選工藝方案，達到先進適用、經濟合理、適應性強；（6）線路走向合理、貼近市場，盡量減少干線長度；（7）管道設計要確保能長期安全、平穩(wěn)的運行；（8）適應線路的自然環(huán)境氣候，確保生產運行安全可靠，能保護環(huán)境、防止污染、節(jié)約能源、少占土地。管道設計依據和規(guī)范（1）《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-2003，中國計劃出版社）（2）《油氣集輸與礦場加工》（馮叔初主編，中國石油大學出版社）（3）《輸氣管道工程》（王志昌主編，石油工業(yè)出版社）（4）《干線輸氣管道實用工藝計算方法》（苗承武主編，石油工業(yè)出版社）（5）《石油地面工程設計手冊》（第五冊（天然氣長輸管道工程設計）石油大學出版社）（6）《天然氣管道輸送技術》（黃春芳主編，中國石化出版社）（7）《天然氣工程手冊》（四川石油管理局編，石油工業(yè)出版社）（8）《輸氣管道設計與管理》（李玉星姚光鎮(zhèn)主編，中國石油大學出版社）2.2輸氣管道設計原始資料新京管線：在寧夏中衛(wèi)設置分輸站，分輸氣量為50億立方米/年，在陜西榆林設置進氣站，用于代輸陜甘寧的天然氣，代輸量80億立方米/年。

天然氣的組成組分CH4C2H6CO2N2Mol%管道的設計參數（1）首站進站壓力：4.0Mpa(表壓)（2）末站進站壓力：2.0Mpa(表壓)（3）設計年輸送天數：350天（4）管道埋深處地溫：夏季30℃，冬季8℃，年平均地溫：15℃。（5）管線調峰能力為日輸量的42%。管線設計要求及內容設計內容：新京管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至北京市末站。沿線經過新疆、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、河北等省市自治區(qū)，設計輸量200億立方米/年。主供氣源為進口中天然氣燃氣，氣體組成：甲烷97.6%、乙烷1.4%、二氧化碳0.5%，氮氣0.5%。在寧夏中衛(wèi)設置分輸，分輸氣量為50億立方米/年，在陜西榆林設置進氣站，用于代輸陜甘寧的天然氣，代輸量80億立方米/年。設計要求：針對該工程開展可行性研究以及初步設計研究，針對工程概況完成線路的選擇、管徑的優(yōu)選、壓力等級的確定、戰(zhàn)場布置等內容，并針對工程情況開展輸氣管道工藝計算分析，具體要求如下：（1）針對起終點要求，根據工程量、穿跨越的情況、在電子地圖上完成線路的優(yōu)選，確定路由和高程。（2）針對確定的線路，利用軟件進行工藝計算，完成不同壓力等級、不同管徑的模擬計算，并進行經濟比較分析，確定最佳的輸氣方案。（3）針對輸氣方案，分別完成下面的內容:1）進行站的工藝計算，完成工藝設計，完成各站戰(zhàn)場設備的選型計算，確定設備的型號和個數，并繪制首末站和中衛(wèi)分輸站工藝流程圖。完成設計任務。2）為保證管道設計輸氣要求以及準確性和安全性，必須對工藝系統(tǒng)進行詳細分析。工藝系統(tǒng)分析的內容有：內涂層設置分析；壓氣站布置分析；管道輸送能力適應性分析；管道末端儲氣能力分析、代輸能力分析等計算，完成計算分析報告。2.3相關軟件介紹選線軟件—谷歌地球（GoogleEarth，GE）谷歌地球（GoogleEarth，GE）是一款Google公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上。利用其先進的衛(wèi)星圖像可以進行線路選擇、確定高程和測距。本設計使用軟件版本：。2.3.2設計和仿真軟件—RealPipeRealPipe是一款由中國石油管道科技研究中心自主研發(fā)的石油天然氣管道仿真軟件，可以對天然氣、成品油、原油三種介質管道進行仿真計算。本設計使用軟件版本：（Build2907）。2.4不同方案的設計思路2.4.1線路選擇思路（1）輸氣管道線路選擇原則1）線路走向應根據地形、工程地質、沿線主要進氣、供氣點的地理位置以及交通運輸、動力等條件，經多方案對比后確定。2）管線敷設地區(qū)的選擇應符合我國現行的有關規(guī)定，線路走向應盡量避開城市規(guī)劃區(qū)、文物古跡、風景名勝、自然保護區(qū)等。3）線路宜避開多年經濟作物區(qū)域和重要的農田基本設施。4）管道不應從飛機場、鐵路車站、海港碼頭、鐵路通過，若必須通過，除征得有關部門同意外，還需要采用相應的安全保護措施。5）管道不應從飛機場、鐵路車站、海港碼頭、鐵路通過，若必須通過，除征得有關部門同意外，還需要采用相應的安全保護措施。6）線路應盡可能的利用現有的公路，方便施工和管理。同時應盡可能利用現有的國家電網供電，以降低工程費用。7）線路應盡可能的取直，縮短線路長度，同時線路也要盡可能靠近城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)用戶。（2）地區(qū)等級劃分管道安全保證兩種指導思想：（1）控制管道自身的安全性。它的原則是嚴格控制管道及其構件的強度和嚴密性，并貫穿到從設計、設備材料選用、施工、生產、維護到更新改造的全過程。用控制管道的強度來確保管線系統(tǒng)的安全，從而對周圍建構筑物提供安全保證。（2）控制安全距離，如前蘇聯(lián)“大型管線”設計標準。它雖對管道系統(tǒng)強度有一定的要求，但主要是控制管道與周圍建筑物的距離，以此對周圍建構筑物提供安全保證。地區(qū)等級劃分：我國幅員遼闊，東西南北的地區(qū)特征差別甚大。根據我們多年來的工作實踐，按居民（建筑物）密度指數劃分四個地區(qū)等級，進行相應的管道設計是適宜的?！遁敋夤艿拦こ淘O計規(guī)范》采用沿管道中心線兩側各200m范圍內，任意劃分長度為2km的若干管段區(qū)域，按劃定區(qū)域內供人居住的獨立建筑物（戶）數目（以數目多者為準）確定居民（建筑物）密度指數。綜上所述，用提高輸氣管道自身的安全度來保證管道周圍建構筑物的安全是積極的。本設計中，全線地區(qū)等級設定為二級地區(qū)，對應設計系數為。地區(qū)等級劃分標準見表2-1表2-1規(guī)范采取的地區(qū)等級劃分標準居民（建筑物）密度指數地區(qū)等級設計系數≤15一＜100二≥100三四層及以上樓房普遍集中、交通頻繁、地下設施較多的地區(qū)四（3）管道敷設1）考慮管道的安全，便于維護，不影響交通和耕作等，輸氣管道應為埋地敷設。埋地敷設困難的特殊地段，經設計論證后，亦可采用地上或土堤敷設等形式。2）為保證管道完好，免受外力損傷，不妨礙農業(yè)耕作等要求，規(guī)范規(guī)定的最小覆土層厚度是根據我國輸氣管道的建設經驗并參照國外等有關規(guī)范而提出。（4）干線截斷閥室建設根據《輸氣管道工程設計規(guī)范》的規(guī)定，截斷閥位置應該選擇在交通方便、地形開闊、地勢較高的地方。不同等級地區(qū)截斷閥的設置間距不同，截斷閥最大間距應符合下列規(guī)定：一級地區(qū)為主的管段不宜大于32km；二級地區(qū)為主的管段不大于24km；三級地區(qū)為主的管段不大于16km；四級地區(qū)為主的管段不大于8km。上述規(guī)定的閥門間距可以稍作調整，使閥門安裝在更容易接近的地方。西氣東輸聯(lián)絡線管道所處地區(qū)等級為二級地區(qū)。（5）線路構筑物管道在通過土（石）坎、陡坡、沖溝、河溝等特殊地段時應結合環(huán)境保護的要求因地制宜設置保護管道的設施。常用方法有：石砌護坡、漿砌塊石擋土墻、毛石混凝土擋土墻、加筋土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻、灰土擋土坎、石砌擋土坎、混凝土擋土坎、條石（灰土、草袋）護壁、截（排）水溝、阻水墻、淤土壩、抗沖層、錨固墩等。2.4.2設計方案確定思路（1）近些年來國內外長距離天然氣管道的發(fā)展趨勢：1）大管徑、高壓力、不斷采用新材料、新技術；2）采用高強度、高韌性、直縫鋼管，以節(jié)省材料。本設計中，緊密結合當前我國天然氣管道技術水平和管道參數，方案組合中，設計壓力選取8Mpa、10Mpa、12Mpa，管徑選取超過1000mm的1016mm和1219mm，管道材料選擇強度較高的X80鋼。（2）不同方案，根據不同的設計壓力和城市配氣站進站所需最小壓力及設計輸氣量確定末段長度，然后根據末段長度計算調峰能力，當調峰能力達不到預期時，通過提高末段起點壓力P1max來達到儲氣要求；（3）利用軟件進行工藝計算，具體方法是采用試算法。根據設計壓力、設計壓氣站壓比和輸氣量，考慮高差的影響，利用軟件生成的壓降曲線確定相鄰兩個壓氣站的站間距，并由前往后初步布站；（4）考慮進、分氣的影響對站址進行調整，確定各布站方案；（5）利用方案比較法對設計方案進行經濟比較分析，確定最佳輸氣方案。投資費用最小的即為最優(yōu)方案。依此思路進行工藝設計計算，得出各方案布站情況及相關數據。站場設計原則根據《輸氣管道工程設計規(guī)范》的規(guī)定：輸氣站設置，第一是滿足輸氣工藝的要求；第二是符合線路走向的要求。根據《輸氣管道工程設計規(guī)范》清管設計規(guī)定：為節(jié)約投資，便于管理，本規(guī)范規(guī)定清管站設在輸氣站內。根據輸氣要求進行壓氣站布置，兼顧均勻布站的方針，進行布站。2.5工藝計算說明設計輸量下，輸氣管外徑越大，所需壓氣站數量越少，站場投資相應減小，但同時線路投資及管材費用會增加；大壓比下相鄰站之間站間距增長，這樣會減少壓氣站站數，但大壓比下壓縮機組投資和燃氣輪機所產生的燃料氣費用會相應增大，并且會導致各年經營成本增加；綜上所述，不同工藝參數下的輸氣方案需要綜合全面考慮。首先對各方案進行初步水力計算及布站；然后根據設計壓力、設計壓比及壓降對壓氣站間距進行調整，得出調整后的布站方案；最后對各種方案，利用方案比較法進行經濟比較分析，確定最佳輸氣方案，年當量費用最小方案即為最佳輸氣方案。輸氣管道末段天然氣調峰：城市的用氣量隨時間而變化，而氣源供氣量一般變化不大，尤其是長距離輸氣管，為求得最高的效率和最好的經濟效益，總希望在某一最佳輸量下工作。這樣，供氣和用氣經常發(fā)生不平衡，時而供大于需，時而又轉為需大于供。為了保證按用戶要求供氣，必須解決供氣與用氣的不平衡問題。輸氣系統(tǒng)必須具備一定的調峰能力。長距離輸氣管線中，末段可用作調峰儲氣。為滿足調峰儲氣要求，對末端作特殊處理，可采用方法為增大管徑或提高末段起點壓力。2.5.2輸氣管線相鄰壓氣站站間距的確定方案工藝參數確定后，對各中間壓氣站（除首站和末站），保持離心壓縮機出口壓力為設計壓力，通過設計的壓氣站壓比確定壓氣站離心壓縮機的進口壓力。利用軟件計算出的物性參數，計算某一管段的相關參數，，和q，然后利用地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站方法求出相鄰壓氣站的站間距。地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站方法：1）在計算壓氣站站間距時，原則上應先求出輸氣管末段的長度lk（即最后一個壓氣站至終點的距離）。輸氣管末段通常兼作調節(jié)晝夜用氣不均衡性的儲氣容器，而末段終點壓力又比其前面各站間管段的終點壓力低得多，因此末段的長度比其它各站間管段要長得多。末段的計算與其前面各段的區(qū)別是：在計算中既要考慮輸氣能力，又要考慮儲氣能力。在初步計算中，可暫不考慮儲氣，末段長度按水平輸氣管的基本計算公式進行計算，但公式中的計算段終點壓力應以城市配氣管網的最低允許壓力代之。2）從輸氣管起點開始，按地形起伏地區(qū)輸氣管流量基本公式進行計算，確定相鄰兩個壓氣站之間的站間距?！遁敋夤艿拦こ淘O計規(guī)范》中地形起伏地區(qū)輸氣管的流量基本公式：（2-1）式中：及——計算段起點和終點壓力（Mpa）；d——管道內徑；λ——水力摩阻系數；Z——氣體壓縮因子；Δ——氣體相對密度；T——氣體溫度（K）；Δh——計算段起點和終點間高差（m）；——系數（），；——空氣的氣體常數，在標準狀態(tài)下=287.1m2/（s2·K）；n——輸氣管道計算管段內按沿線高差變化所劃分的計算段數；——各劃分管段終點和起點的標高（m）；——各劃分段長度（km）；C——計算常數，。式中，分子中一項表示輸氣管終點與起點的高差對流量的影響；分母內一項，表示輸氣管沿線地形（沿線中間點的高程）對流量的影響。因尚未確定2#壓氣站的位置，故不知道第一站間距終點與起點的高差，可用試算法進行求解：先按水平輸氣管算出l水平作參考，然后通過軟件配置高程參數后進行模擬，找到設計壓氣站進口壓力一點所處的位置，就可以確定一個站間距，以此類推，確定以后各站的站間距。站場布置及調整確定末段長度后，由管道起點由前往后依次布置壓氣站，考慮壓氣站與分氣點是否能夠合并來調整站址，并核算壓氣站壓縮機組的壓比是否在合理的范圍內，即保持中間壓氣站出口壓力為設計壓力，核算調整站間距后各站壓比，壓比在～范圍內認為合理，調整后的布站方案初步可行。2.6輸氣方案的確定以方案的建設投資費用和以后維護管理費用的大小確定最佳輸氣方案。管道及各站場投資管道投資主要是管道鋼材費用。本設計中管道鋼材類型為X80鋼，通過計算管道鋼材耗量，然后乘以管道鋼材價格（X80鋼：9000元/噸）就可以得到管道投資費用。站場投資費用主要是站內設備投資費用。本設計中站場投資主要是計算壓縮機組的投資費用。通過壓縮機組選型，然后查壓縮機組價格，就可以確定站場投資費用。2.6.2燃料氣費用本設計中壓氣站使用的離心壓縮機全部由燃氣輪機驅動。對于燃料氣費用的計算，首先應根據輸氣能力和壓比等參數進行燃氣輪機的選型，在確定壓縮機組型號后計算出各壓氣站的燃料氣年耗量。本設計中，分別計算不同方案首站、中間壓氣站和最后一個壓氣站的燃料氣耗量，然后再乘以天然氣價格（元/m3），得到燃料氣費用。2.6.3其他費用(1)各站場人員編制首站：30人；中間壓氣站：25人；末站（城市配氣站）：30人；分輸站：10人。本設計中，分別計算不同方案各站場人員編制，然后再乘以人員工資，得到人工費用。(2)施工費用施工費用主要是管道敷設費用。(3)內涂層費用如果管道設置內涂層，那內涂層費用就是不可或缺的一部分。內涂層費用主要是計算內涂層面積，然后再乘以所用內涂層價格，就可得到內涂層費用。(4)經營費用輸氣管道建設工程年經營費用是輸氣管道工程建成投產后維持其正常生產所必須花費的費用。年經營費用主要包括：年燃料氣費用、管道年維護和管理費用、站場年操作維護費用和人工費用。2.6.4方案經濟比較分析輸氣管道設計方案經濟分析方法有很多種，包括方案比較法、數學分析法、動態(tài)規(guī)劃法、灰色關聯(lián)法以及最小金屬耗量法等。方案比較法是工程設計以至決策系統(tǒng)中選擇優(yōu)秀方案的設計方法，也是最基本和最常用的方法。雖然方案比較法是傳統(tǒng)的方法。但其靈活性和適應性極強,故應用非常廣泛。本設計采用方案比較法對各種輸氣方案進行經濟比較分析，確定最佳輸氣方案。輸氣管道年當量費用：從技術經濟觀點來看,任何建設輸氣管道的工程方案,均可用基建投資費用和運行費用來評價.輸氣管道工程的經濟性目標是指其由基建投資費用及運行管理費用構成的綜合經濟指標,常采用年當量費用來表示:式中，S為年當量費用（萬元/年）；E為額定的投資回收系數或投資效率系數（a-1）；J為工程基建投資（萬元）；C為年經營費用（萬元/年）。額定的投資回收系數：由國家根據行業(yè)特點制定,其意義為國家認為投資該行業(yè)應該有的收益，一般由行業(yè)平均利潤決定。式中，i為基本投資收益率，i＜1；t為投資回收期（年）。工程基建投資：工程基建投資=管道鋼材費用+站場投資費用+施工費用+內涂層費用年經營費用：年經營費用=年燃料氣費用+管道年維護和管理費用+站場年操作維護費用+人工費用通過年當量費用的比較，就可以確定最佳輸氣方案。第3章管路布站方案計算書管路工藝設計結果(1)本輸氣管道設計項目是新京天然氣管道工程，管道全長3441km，設計輸量每年200億立方米。(2)設計方案為：設計壓力10MPa，壓比1.3，管徑1219mm，有內涂層，管線末段長度為377km，全線管材采用X80鋼。（3）全線共有站場143座，其中壓氣站14座，清管站15座，截斷閥室114座，并且有14座清管站與壓氣站合并，減少了單獨建站費用。（4）第一段每一站的分離器總數為8臺，第二段每一站的分離器總數為6臺，第三段每一站的分離器總數為9臺，其他參數參考規(guī)范進行選擇，流量控制可以通過開啟分離的個數來實現。（5）全線的壓縮機采用燃氣輪機驅動，燃氣輪機型號有三種，第一段即從No1站到No11站燃氣輪機型號為NK-36PT，第二段即No12站燃氣輪機型號為DR61P，第三度即從No13站到No14站燃氣輪機型號為LM2500+，并且每站燃氣輪機都采用“一臺工作一臺備用”。

設計思路利用利用GoogleEart進行線路的選取學習RealPipe軟件，學習RealPipe軟件，根據壓力等級、管徑、壓比、內涂等原始參數進行模擬管線工況。確定各段各個壓氣站直接的距離及壓氣站數確定各段各個壓氣站直接的距離及壓氣站數計算單站壓氣站功率進行壓縮機選型，進行燃氣耗量計算計算單站壓氣站功率進行壓縮機選型，進行燃氣耗量計算費用計算費用計算管線應力校核管線應力校核3.3基本物性計算(1)天然氣組成原始數據如表表3-1天然氣組成組分CH4C2H6CO2N2Mol%(2)天然氣物性參數計算根據天然氣組成及物性計算公式，可以計算出天然氣物性參數，計算結果見表3-2.

表3-2天然氣物性參數組成摩爾百分數（%）摩爾質量（g/mol）燃氣低熱值（MJ/Nm3）CH4C2H6N2\CO2\由上表計算可得：空氣的相對分子質量=g/mol；天然氣的平均分子量=g/mol；天然氣相對密度=67；燃氣低熱值kJ/Nm3。3.4線路的選取本次設計線路為新疆霍爾果斯到北京，新京管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至北京市末站。沿線經過新疆、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、河北等省市自治區(qū)。3.4.1線路的選擇要求（1）線路走向應根據地形、工程地質、沿線主要進氣、供氣點的地理位置以及交通運輸、動力等條件，經多方案對比后確定。（2）管線敷設地區(qū)的選擇應符合我國現行的有關規(guī)定，線路走向應盡量避開城市規(guī)劃區(qū)、文物古跡、風景名勝、自然保護區(qū)等。（3）線路宜避開多年經濟作物區(qū)域和重要的農田基本設施。（4）管道不應從飛機場、鐵路車站、海港碼頭、鐵路通過，若必須通過，除征得有關部門同意外，還需要采用相應的安全保護措施。（5）大中型河流穿（跨）越工程和壓氣站位置的選擇，應符合線路走向。局部走向應根據大、中型穿（跨）越工程和壓氣站的位置進行調整。（6）線路應盡可能的利用現有的公路，方便施工和管理。同時應盡可能利用現有的國家電網供電，以降低工程費用。（7）線路應盡可能的取直，縮短線路長度，同時線路也要盡可能靠近城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)用戶。3.4.2沿線自然條件管道沿線存在大型穿越江河工程，其中西江隧道穿越總長度為，以及鐵路、高速公路穿越工程，除穿越點大都為平原地貌，高差小于200m。3.4.3沿線地理等級劃分按照《輸氣管道工程設計規(guī)范》GB50251[4]的規(guī)定，沿管道中心兩側各200m范圍內，任意劃分成長度為2km并能包括最大聚居戶數的若干地段，按規(guī)定地段內的戶數劃分為四個等級。在農村人口聚集的村莊、大院、住宅樓，應以每一獨立戶作為一個供人居住的建筑物計算。1）一級地區(qū)：戶數在15戶或以下的區(qū)段；2）二級地區(qū)：戶數在15戶以上、100戶以下的區(qū)段；3）三級地區(qū)：戶數在100戶或以上的區(qū)段，包括市郊居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、發(fā)展區(qū)以及不夠四級地區(qū)條件的人口稠密度；4）四級地區(qū)：系指四層及四層以上樓房（不計地下室層數）普遍集中、交通頻繁、地下設施多的區(qū)段。表3-3強度設計系數地區(qū)等級強度設計系數F一級地區(qū)二級地區(qū)三級地區(qū)四級地區(qū)3.4.4利用GoogleEarth選取線路根據以上的線路選取要求利用GoogleEarth選取線路如下圖。圖3-1輸氣管線線路圖沿線的高程圖如下：圖3-2沿線高程圖(3)沿線高程與距離對應如下表：圖3-3軟件模擬取點圖表3-3高程與距離對應表距離（KM）082161202224248278390442高程(M)7992125319293391213319288431距離(KM)50559265871278690399010401097高程(M)4415451131113950734936796581距離(KM)113211791244130713751471150615551629高程(M)6879761300155210521217134115101351距離(KM)165916811754177618231861195620002054高程(M)126914671358136714461461157914671387距離(KM)214522072270233624042475250225432600高程(M)144514461519127411611532155613191351續(xù)表3-3距離(KM)266827502791283829093048308331353241高程（M）11551092107812061375125294634135距離(KM)33643441高程(M)831的學習RealPipe軟件簡介RealPipe管道仿真軟件提供了一個圖形化的集成環(huán)境用來完成氣體和液體管網的建模，并對模型進行水力、熱力瞬態(tài)分析。RealPipe通過圖形建模工具構建包含邊界、罐、泵、壓縮機、閥門、管段的油氣輸送管網的物理模型，通過后臺的預處理過程將建好的圖形化模型和管道的流動控制方程、設備的特性方程、分支點的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個復雜的數值系統(tǒng)，然后通過仿真計算引擎進行動態(tài)求解。在仿真運行時，RealPipe會隨著時間的變化計算管網內在數值空間上的壓力、流圖3-4RealPipe軟件產品結構量、溫度、密度、流速和其它變量，并通過設備圖形、動態(tài)曲線、動態(tài)報表等方式來展示這些物理量的分布和變化細節(jié)。在模型建立后，用戶需要對模型的全局參數和元件參數進行配置，模型通過驗證后才可進行仿真運行。在仿真運行過程中，用戶可以隨時通過設備圖形、交互命令等方式對管網系統(tǒng)進行動態(tài)設置，對設備進行操作、對輸出結果的形式進行配置。RealPipe可以為氣體和液體管網進行動態(tài)仿真，但并不支持兩相流動。仿真可以運行在批次跟蹤模式和交互模式。仿真的初始狀態(tài)可以是零流量條件也可以是上一個仿真運行時保存的工況。RealPipe軟件產品結構RealPipe管道仿真平臺基于油氣管道運行仿真業(yè)務的共性需求，能夠適應于天燃氣管道、成品油管道、原油管道仿真與運行優(yōu)化的基礎平臺，主要有管道建模、設備仿真、操作培訓、運行控制腳本、仿真結果監(jiān)視等功能。RealPipe應用工程在“RealPipe仿真平臺”的基礎上，通過分析不同應用工程的特性，集成、定制完成油氣仿真與優(yōu)化系列軟件產品，也可以根據用戶的需求，實現快速定制軟件產品，為管道運行提供最快捷的技術服務。RealPipe-Gas天然氣管道仿真軟件RealPipe-GasOptimizer天然氣管道運行優(yōu)化軟件RealPipe-Product成品油管道仿真軟件RealPipe-Crude原油管道仿真軟件

3.5.3RealPipe業(yè)務流程圖3-5管道仿真業(yè)務流程圖管道仿真業(yè)務流程（1）系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模是仿真業(yè)務流程的基礎。系統(tǒng)建模主要以圖形化的方式完成管道系統(tǒng)輸送工藝系統(tǒng)的物理建模，并完成元件參數的配置。（2）模型驗證仿真工程師對管道模型進行驗證分析。檢查模型文件文本是否有語法錯誤、元件是否重名、同一元件所處的高程是否一致。（3）仿真運行控制設置仿真控制腳本用于對將要運行的仿真過程進行操作控制的預設，以批處理的方式對仿真過程進行控制。仿真運行在仿真運行中主要進行以下幾方面工作：1)對管道系統(tǒng)進行水力分析，包括：管道啟輸/停輸過程分析、管道運行分析（開關閥門，啟停泵或壓縮機組，改變壓力、流量、溫度或轉速等設定值對仿真運行的影響范圍與幅度）、壓縮機運行分析、氣體管道存活時間分析、管道事故分析等。2)分析外界環(huán)境變化對管道運行的影響、分析流體流過動力設備的溫度變化、分析管輸過程中流體溫度的變化等。3)在仿真運行過程中，對仿真運行的狀態(tài)、管道輸送工藝過程進行控制。（4）仿真結果分析仿真工程師對仿真運行過程中的仿真計算結果進行管理，包括：運行記錄，模型數據更新，繪制參數曲線和生成系統(tǒng)參數報表。3.5.5管網運行優(yōu)化圖3-6管網優(yōu)化業(yè)務流程圖主要功能RealPipe-Gas（1）分析管道啟停過程（2）分析管道運行穩(wěn)定性（3）管網瞬態(tài)仿真（4）壓縮機運行仿真（5）天然氣管道設計與校核計算（6）天然氣管道投產計算（7）天然氣管道系統(tǒng)最大儲氣量與存活時間（8）天然氣管道清管仿真RealPipe-GasOptimizer（1）穩(wěn)態(tài)輸氣量最大運行優(yōu)化（2）穩(wěn)態(tài)運行能耗最低優(yōu)化（3）穩(wěn)態(tài)運行收益最大優(yōu)化（4）穩(wěn)態(tài)多目標決策優(yōu)化（5）壓縮機組優(yōu)化站場位置確定取設計壓力：8Mpa，10MPa，12Mpa；取管徑（外徑）：D=1016mm，D=1219mm，D=1420mm；取壓比：?=1.3，?=1.4，?=1.5；管道材料為X80鋼，共組合成18種方案，從中選取9種方案進行工藝計算。九種設計方案見表3-1。表3-1九種設計方案方案設計壓力/Mpa設計壓比管徑/mm管道材料1101219X802121219X8031219X804101219X805101420X806101016X807121.31219X808121420X809121016X80利用RealPipe軟件，根據壓力等級、管徑、壓比、內涂等原始參數模擬管線工況，確定各個站場的位置設計初選三個設計壓力PH：MPa、MPa、MPa；三個壓比ε：、、；三個管徑DH：1016mm、1220mm、1420mm；有無內防腐層Κ：、；設定管材的鋼種等級為X80，最小屈服強度σs=552MPa；利用RealPipe軟件進行模擬布置出9種方案。并以其中最優(yōu)方案進行計算如下：設計壓力10MPa，壓比，管徑1220mm，有內涂層計算如下：基本數據確定（1）計算輸氣管評估性通過能力、、：第一段：=，106m3/d第二段：=，106m3/d第三段：=，106m3/d（2）計算鋼管的壁厚δ：預設管徑1219mm,設計壓力12Mpa,壓比，壓縮機入口壓力10Mpa,鋼材等級X70，最小屈服強度s=482Mpa。由《輸氣管道工程設計規(guī)范》中，直管段壁厚設計式：式中：——鋼管計算壁厚,mm；P——設計壓力,Mpa；D——管道外徑,m；——鋼管的最小屈服強度,Mpa；F——設計系數；——焊縫系數，取；t——管道的溫度折減系數，取。（3）確定輸氣管內徑DB：（4）根據設計壓力PH=10MPa（即壓縮機出口壓力）和壓比，計算壓縮機入口壓力PB：（5）計算水力摩阻系數λ：由潘漢德爾公式（B式）：知需要先計算出雷諾數，才能算出水力摩阻系數。長輸氣管道的雷諾數是輸油管道的10-100倍，一般在水力平方區(qū)，不滿負荷時在混合摩擦區(qū)。此時按在水力摩擦區(qū)計算。由于，故：其中：——天然氣對空氣的相對密度；——為空氣的密度，kg/m3，標況下取1.206kg/m3；Q——為工程標準狀況下的輸氣管流量，m3/s；D——輸氣管道的內徑，m；——為氣體的動力粘度，N?s/m2運用軟件進行模擬由以上數據進行模擬，下面列舉一段工況：（1）天然氣原始數據設置圖3-7天然氣原始數據設置圖(2)天然氣物性參數計算圖3-8天然氣物性參數計算圖

（3）模擬參數設置圖3-9模擬參數設置圖(4)運行模擬，查看壓力流量曲線圖。圖3-10壓降曲線圖由圖4-5可以看到，當前工況下在距離首站100km時，壓力降至，所以可往后推點。調整之后得到下圖：圖3-11調整之后的壓降圖可以看到此時壓力將為，為設計的壓縮機進口壓力，則首站與第一個壓氣站的距離則為224km。其余的以此類推。圖3-10高程分布圖計壓力PH=10Pa（即壓縮機出口壓力）和壓比1.3計算壓縮機入口壓力PB：有壓縮機的入口壓力以及壓力—高程分布圖可求得壓氣站的位置，求出各個壓氣站位置如下表：表3-3壓氣站分布圖站號12345678距起點距離（KM）0224422641914113213071555高程(M)799391431117535868715521510

站號91011中衛(wèi)12榆林1314距起點距離（KM）18092033225423362600276730643441高程(M)132414251491127413511222110231全線共14個壓氣站，其中第一段11個壓氣站，第二段1個壓氣站，第三段2個壓氣站。第4章輸氣管道工藝計算書4.1水力計算計算一個壓氣站所需要的總功率（單站計算功率）：天然氣組分計算天然氣的平均分子量μ計算氣體常數R把全站的通過能力換算成質量流量G計算壓縮機入口條件下天然氣壓縮性系數（）：計算多變能頭H（?。河嬎愀鞫我粋€壓氣站所需的總功率（單站計算功率）（取多變效率η）：R——氣體常數，kJ/(kg·s)；H——多變能量頭（即壓縮每千克氣體所消耗的功），kg·m/kg；Z——壓縮因子；k——比熱比，取；——壓比；G——質量流量，kg/s；——多變效率,取。選擇燃氣輪機，確定各段一個壓氣站所需的燃-壓機組數：根據壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為NK-36PT，該機在ISO條件下的額定功率為；根據壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為DR61P，該機在ISO條件下的額定功率為；根據壓氣站單站計算功率，初選燃氣輪機型號為LM2500+，該機在ISO條件下的額定功率為；計算在現場實際工作條件下該型號燃氣輪機的可用功率：其中：Ft——現場實際環(huán)境溫度修正系數，?。籉a——現場實際大氣壓力或實際海拔高度修正系數，?。籉in——現場實際進氣系統(tǒng)壓力損失修正系數，取5；Fex——現場實際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數，取。確定各段一個壓氣站所需的燃-壓機組數及壓縮機排量g： 確定每臺離心式壓縮機實際的實際功率：一臺壓縮機的功率利用系數：計算燃料氣耗量：把燃氣輪機在ISO條件下的額定熱耗率換算成現實實際工作條件下的熱耗率：其中：——現場實際環(huán)境溫度修正系數，取；——現場實際進氣系統(tǒng)壓力損失修正系數，??；——現場實際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數，取。計算單位功率，單位時間的燃料氣耗量（所輸天然氣的低發(fā)熱值）：計算各段一個壓氣站燃料氣的年耗量：計算輸氣管全線的燃料氣的年總耗量：全線燃料氣年耗量占年輸氣量的比例：4.2經濟計算布站方案結果如下表：

表4-1所選方案布站結果壓力Mpa壓比外徑mm壁厚mm內徑mm第一段第二段第三段末段總站數全長km站數全長km站數全長km站數長度101.312191611822336114311673237714計算輸氣管線路部分的耗鋼量：耗鋼量包括兩部分：按等強度設計耗鋼量和設計壓力下的耗鋼量。前半段：根據設計壓力10Mpa設計管線壁厚：=mm16mm；后半段：計算壓縮機入口壓力PB：計算輸氣管計算段的平均壓力Pcp：同理可以得出后半段管徑：(2)計算總的耗鋼量：=+=其中：W——X8的鋼材密度，取7t/m3；D——鋼管外徑，mm；——鋼管壁厚，mm；L——-管線總長，km；內防腐層面積計算：計算總費用F：總費用包括：基礎建設投資和運行管理維護費用。其中基礎建設投資包括：管材費用、站場投資、內防腐層費用以及施工費用。運行管理費用包括：運行管理費用和燃氣輪機能耗費用。管材價格：12000元/噸；站場投資：與功率有關9000元/KW，與功率無關30百萬/座；內涂層價格：百萬元/；施工費用：14000元/(cm·km)；運行管理費用：管道和壓氣站總投資的倍；燃氣輪機能耗費用：天然氣價格為1.6元/m3；管道設計使用壽命：30年，基準折現率：12%；======表4-2所選方案的經濟計算壓力Mpa壓比外徑mm壁厚mm初始投資內防腐層維護管理及壓氣站能能耗總費用C1億元C2億元C3億元C4億元C5億元C6億元F億元101.3122016186管線應力校核管線壁厚設計的計算公式只考慮了管線在內壓作用下產生的環(huán)向應力，對于較大直徑的管線或者是某些特殊的安全需要，還應該核算軸向應力。軸向應力的相關公式：式中：——管線的軸向應力，Mpa；——鋼材彈性模量。取Mpa；——鋼材的線性膨脹系數，?。弧芫€安裝溫度，℃；——管線工作溫度，℃；——泊松比，取0.3；——管線的環(huán)向應力，Mpa；——鋼材內徑，cm；——鋼材的公稱壁厚，cm；埋地管線的當量應力可按最大剪應力破壞理論來計算和校核并滿足以下條件：對于同一種規(guī)格的鋼管，只需要對最小的壁厚進行穩(wěn)定性校核即可，并且整條管線有兩種壁厚，校核結果如下：表4-3應力數據結果壁厚/mm校核結果496.8合格合格第5章站場工藝設計清管站建設輸氣管線在施工過程中積存下來的污物和管道投產運行時所積存下來的腐蝕產物，都是影響氣質、降低輸氣能力、堵塞儀表、影響計量精度和加劇管線內部腐蝕的主要因素。為此，應于管線投產前和運行過程中加以清除。新京天然氣管線總長3440km，清管站建設大約150~250km。取間距在該范圍內即可，可以根據布站情況，考慮經濟情況，計算出整個干線需要15座清管站。具體布站情況見下表：站號12345678距起點距離（km）0224442641914113213071555站號9101112131415距起點距離（km）18092033225426002878306434405.1.1清管站操作流程發(fā)球筒：圖5-1發(fā)球筒流程操作流程如下：發(fā)送清管器前，將管道輸氣壓力調整到方案要求壓力；打開球筒放空閥5#，確認球筒無壓，打開球筒快開盲板，把清管器送入球筒底部大小頭處，將清管器在大小頭處塞緊；關閉快開盲板，裝好保安裝置；關閉球筒放空閥5#；打開球筒發(fā)球進氣閥4#，平衡筒壓；全開3#閥；關閉輸氣管線進氣閥1#，發(fā)送清管器；確認清管器發(fā)出后，打開輸氣管線進氣閥1#，關閉3#關閉球筒發(fā)球進氣閥4#；打開放空閥5#泄壓至零，檢查閥3#確實已關閉且不漏氣，打開快開盲板，檢查清管器是否發(fā)走。收球筒：圖5-2收球筒流程操作流程如下：關閉接收球筒放空閥5#及排污閥6#、7#，打開接收球筒旁通閥4#，全開3#閥，關閉1#閥，接收筒處于接收狀態(tài)；一般情況下，在清管器指示器發(fā)出球過信號后，關閉閥4#，打開排污閥6#、7#；如果遇到污水、污物較多時，應當在污水、污物到達接收站時，關閉4#閥，打開6#、7#閥；確認清管器進入接收球筒后，關閉6#、7#閥，關閉3#閥；打開閥1#，恢復正常輸氣；打開6#、7#排污閥，打開5#接收球筒放空閥，當接收球筒壓力降為零，打開快開盲板，取出清管器；如果接收筒內硫化鐵較多，打開快開盲板前，應先向接收球筒內注水，或打開快開盲板后立即向筒內注水，避免硫化鐵粉末在空氣中自然；清除接收筒內的污物，清洗后關閉快開盲板；關閉5#接收球筒放空閥，關閉6#、7#排污閥。5.2截斷閥室建設根據《輸氣管道工程設計規(guī)范》的規(guī)定，截斷閥位置應該選擇在交通方便、地形開闊、地勢較高的地方。不同等級地區(qū)截斷閥的設置間距不同，截斷閥最大間距應符合下列規(guī)定：一級地區(qū)為主的管段不宜大于32km；二級地區(qū)為主的管段不大于24km；三級地區(qū)為主的管段不大于16km；四級地區(qū)為主的管段不大于8km。上述規(guī)定的閥門間距可以稍作調整，使閥門安裝在更容易接近的地方。新京天燃氣管道全部位于一級地區(qū)。則需要建設的截斷閥室為座；5.3分離器設計旋風分離器是利用旋轉的含塵氣體所產生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣—固分離裝置，對于捕集5~10微米以上的粉塵效率較高。旋風分離器進口（1）旋風分離器進口形式和出口形式：進口形式主要有切向和軸向兩種。進口管有矩形和圓形兩種。由于圓形進口管與旋風分離器只有一點相切，而矩形進口管在整個高度上均與筒壁相切，故一般采用矩形進口管。（2）分離器進口管氣流速度：在一定范圍內，進口氣速越高，除塵效率越高。但氣速太高會使粗顆粒粉碎變成細粉塵的量增加，并增加旋風分離器的壓力損失和加速分離器本體的磨損，降低其使用壽命。因此，在設計旋風分離器的進口截面時，必須使進口氣速為一適宜的值，一般取10~25m/s。旋風分離器的筒體直徑以及其他圓筒結構尺寸計算一般旋風分離器的圓筒直徑很小，旋轉半徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風分離器除塵的效率就會越高。由于旋風分離器壁與排氣管距離太近，過小的筒體直徑，會造成直徑較大的顆粒反彈至中心氣流而被帶走，從而使除塵效率降低。另外，筒體太小容易引起堵塞。工程上常用的旋風分離器筒體直徑都在200mm以上。旋風分離器的筒體直徑可以參考《天然氣工程手冊》中的公式來求取，公式如下：式中：D——旋風分離器的筒體直徑，m；Q——工作條件下的氣體流量，m3/s；——阻力系數，由試驗確定，一般取；——工作條件下的氣體密度，kg/m3；——水力損失（即旋風分離器的壓降），kg/m2。實驗證明值在55~180米范圍之內，旋風分離器的凈化程度不低于95%，若小于55米，氣體凈化程度降低，當大于180米時凈化程度趨于穩(wěn)定，但分離氣的壓力降增大?；魻柟埂行l(wèi)段選用八臺旋風分離器，則每臺旋風分離器工作條件下的氣體流量Nm3/s換算成工作條件下的氣體流量，則工作條件下氣體流量m3/s則，m取整為確定旋風分離器的其他各部尺寸：分離器排灰口直徑為：分離器筒體高為：分離器總高為：分離器入口高度為：分離器入口寬度為：（2）中衛(wèi)——榆林段選用六臺旋風分離器，則每臺旋風分離器工作條件下的氣體流量Nm3/s換算成工作條件下的氣體流量：則，工作條件下氣體流量m3/s則，m取整為0.8確定旋風分離器的其他各部尺寸：分離器排灰口直徑為：分離器筒體高為：分離器總高為：分離器入口高度為：分離器入口寬度為：（3）榆林——北京段選用四臺旋風分離器，則每臺旋風分離器工作條件下的氣體流量Nm3/s換算成工作條件下的氣體流量：則，工作條件下氣體流量m3/s則，m取整為0.8確定旋風分離器的其他各部尺寸：分離器排灰口直徑為：分離器筒體高為：分離器總高為：分離器入口高度為：分離器入口寬度為：5.3.2旋風分離器壓降以及進出口管徑的計算霍爾果斯——中衛(wèi)計算氣體流速m/s式中V—氣體在分離器內的流速，m/s；其余符號同前。計算旋風分離器的壓力降：計算分離器進出口管徑式中d—分離器進口或出口管徑，m；—工作條件下的氣體流量，m/s—氣體在進口管或出口管中的流速，m/s；一般進口流速取15m/s，出口流速取10m/s；進口管徑：m出口管徑：