1、 本 科 毕 业 设 计 （论文） 题目： 新粤天然气管道工程工艺设计 学生姓名：姜泉涛 学 号： 08125211 专业班级：建筑环境与设备工程 08-2 班 指导教师：王武昌 （副教授） 2012 年 6 月 13 日 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 摘 要 本 输气管道设计 项目 是 新粤天然气管道工程 ， 管道全长 5550km， 设计输量 每年 350亿 立 方 米 。 通过 计算机编程确定 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 574km，管径 1422mm，壁 厚 22.2mm，有内涂层 ，共有 13 座压气站， 29 座清管站和 185
2、座截断阀室 ，总投资 817.41 亿元 。全线采用等强度设计 原则 ，管道钢材材质为X80 钢 。 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 ； 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； 启动、一期、二期 工况下的开机方案和 相应的 压降曲线 ；清管站的操作流程。 关键词 ： 长输管道； 物性计算； 水力计算 ；管道设计；布站 方案 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） ABSTRACT The gas pipeline project is the xinjiang-Guangdong Na
3、tural Gas Pipeline Project, the pipe length of 5550km, the design transmission capacity of 35 billion cubic meters per year. Determine the optimal solution and the optimal solution for example, be designed a nd calculated by computer programming. The optimal solution is: the last paragraph of tube l
4、ength 574km, diameter 1422mm, wall thickness of 22.2mm, with the inner coating, with 13 compressor stations, 29 pigging stations and 185 block valve chamber. Across the board with the principles of strength design, pipeline steel material for X80 steel. This article focuses on the natural gas proper
5、ties calculation; Hydraulic calculation of the gas pipeline; Calculation of Storage Capacity; Technical and economic analysis; Station layout program calculations; Station process design calculations; Start, one, two conditions boot program and the corresponding pressure drop curve; Pigging station
6、operating procedures. Keywords: Long-distance pipeline; Properties calculation; Hydraulic calculation; Pipeline design; Station layout program 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 目 录 第 1 章 前言 . 1 第 2 章 设计概述 . 3 2.1 设计依据 . 3 2.1.1 设计原则 . 3 2.1.2 管道设计依据和规范 . 3 2.2 长输管道设计原始资料 . 3 2.2.1 天然气的组成 . 3 2.2.2 管道设计参数 . 4 2.2
7、.3 管线设计要求及内容 . 4 第 3 章 管道工程工艺设计说明 . 5 3.1 管路工艺设计结果 . 5 3.2 站场工程 工艺设计说明 . 5 3.2.1 投产期计算 . 5 3.2.2 一期计算 . 6 3.2.3 二期计算 . 8 第 4 章 管路布站方案计算书 . 10 4.1 设计思路 . 10 4.2 基本物性计算 . 10 4.3 水力及经济计算 . 11 4.3.1 水力计算 . 11 4.3.2 经济计算 . 17 4.3.3 方案汇总 . 18 4.4 管线应力校核 . 18 第 5 章 站场工艺设计 . 20 5.1 辅助站场布置 . 20 5.1.1 清管站建设 .
8、 20 5.1.2 清管站操作流程 . 20 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 5.1.3 截断阀室建设 . 22 5.1.4 分离器设计 . 22 第 6 章 结论 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录一 水力计算程序 . 27 附录二 输气管道输气工艺方案计算 成 果表 . 34 第 1 章 前言 1 第 1 章 前言 随着西气东输管线一线、二线，陕京天然气管线一线、二线，川气东送天燃气管道，榆济天然气管道，中亚天然气管道等一大批长距离天然气管道的建设预投产，国内各区域天燃气管道也陆续开工建设，中国将迎来一次天然气管道建设的高潮。 而最近中石化正在谋建新粤浙煤制气管
9、道，这也将是天然气管道建设行业新的里程碑。 在管线建设上，中石油目前的规划是：建设 5条出疆管道、 8座煤制天然气集气站、14条煤制天然气接入支线。其中疆内天然气管道总长度约 6350公 里，在疆管道建设投资超过 1000亿元人民币。 5条出疆管道包括西气东输三线、四线、五线、六线、七线，加上已建的西气东输一线、二线管道，预计中石油在新疆地区管道的外输能力约每年 2570亿立方米，其中输送煤制天然气能力为每年 1130亿立方米。 中石化的规划包括两条管道：新粤浙管道和新鲁管道，设计输气规模均为每年 300亿立方米。若这两条管道建成，新疆的煤制天然气将可以不用通过西气东输管线而直接输送到浙江市场
10、。 近日，中石化分别与中国华能、中国华电、中国国电及中电投等 4家央企 、 万向及新疆广汇、新疆励晶煤业等公司落实了 煤制气外输管道 （ 管线 ） 工程气源协定。 中石化表现， “ 新疆煤制自然气 （ NG） 外输管道工程 ” 包含了新粤浙管道和新鲁管道，设计输气范围均为 300亿立方米 （ m3） /年，这与 中 石油 西气东输 二线的范围完整一致。 此中，总 投资 高达 1200多亿元的新粤浙管道估 计总长度为 7373公里，配建气库和LNG应急调峰站，目的市场为新疆、甘肃、浙江、两广等 13个省 （ 区、市 ） ；新鲁管道估计总长度为 4463公里，配套扶植储气库 （ 与新粤浙管道共用
11、） ，目的市场为河南、山东、河北、北京、天津、安徽、江苏共 7省市。 2011年 12月 30日下午，中国石油化工集团公司与中国华能集团公司等九家企业，在北京签署了新疆 煤制天然气购销协议。中国石化总经理王天普，新疆维吾尔自治区党委常委、自治区副主席库热西 买合苏提出席签字仪式并讲话。 中国石化投资建设的新疆煤制天然气外输管道工程包括新粤浙管道和新鲁管道。其中，新粤浙管道将建设一条干线、五条支线，预计总长度为 7373公里。新鲁管道将建设一条干线、两条支线，预计总长度为 4463公里。 库热西 买合苏提强调，协议的签署，不仅对加快推进新疆煤制天然气产业发展，第 1 章 前言 2 促进新疆跨越式
12、发展和长治久安具有十分重要的意义，而且有利于缓解中东部地区天然气供需矛盾，优化能源消费结构，保障国家能源安全 。希望中国石化加快推进新疆煤制天然气出疆管道工程前期建设；在疆煤制天然气项目企业要加大投资，坚持 “ 资源开发可持续、生态环境可持续 ” 原则，高起点、高水平、高效益地加快项目建设，争取项目早日建成投产，发挥效益。自治区党委、自治区人民政府将大力支持煤制天然气项目和中石化集团出疆煤制天然气管道工程建设，主动协调解决项目建设中的困难和问题，共同推动新疆煤制天然气产业发展。 根据协议，提供气源的九家企业为中国华能集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司，以及河南煤
13、业化工集团有限责任公司、徐州矿 务集团有限公司、中国万向控股有限公司、新疆广汇实业股份有限公司和新疆励晶煤业有限公司。同时，中国石化正在继续落实其它气源。 下一步，中石化可以采用收购新疆本地的多个煤制气公司资本，而且选择直接进入到各个省的省内支线扶植及参股，从而在煤层气 的气源、管道输送及下流输送等环节实现全线获利，这对于中石化的气体板块收入及利润将带来利好。公然消息称，新疆现已做前期工作及开工的煤制气项目多达 20个以上。这些项目建 成投产后 ,年产能将到达 767亿立方米。 西气东输一线到四线都是为输送石油天然气以及进口气而建设的 ， 新疆还没有一条煤制天然气的专属管道 ， 而且西气东输一
14、线供气价为每立方米 0.5-0.6元 ， 预计新疆煤制天然气生产成本每立方米超过 1元 ， 煤制天然气项目投产后并入西气东输管道输送到内地的难度较大。兴建新浙天然气管道 ， 不仅能填补新疆没有一条煤制天然气专属管道的空白 ， 而且将促进新疆煤制气产业的发展。 第 2 章 设计概述 3 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； （
15、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 输气管道工程设计规范（ GB50251-2003，中国计划出版社） 油气集输与矿场加工（冯叔初 主编，中国石油大学出版社） 输气管道工程（王志昌 主编，石油工业出版社） 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） 石油地面工程设计手册
16、（第五册（天然气长输管道工程设计）石油大学出版社） 天然气管道输送技术（黄春芳 主编，中国石化出版社） 天然气工程手册（四川石油管理局 编，石油工业出版社） 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 长输管道设计原始资料 新粤管线，管道全长 5550km。全线共设两个分输站（分输量各占输量的 10，位于3500km和 4200km处）、末站。 设计能力：一期设计输量 150108Nm3/a，二期输量 350108Nm3/a，投产启输量为60108Nm3/a。 2.2.1 天然气的组成 表 2-1 天然气成分 第 2 章 设计概述 4 组分 N2 CO2 CH4
17、C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 C6 Mol% 0.3 0.9 96 1 0.5 0.4 0.5 0.1 0.1 0.2 2.2.2 管道设计参数 设计年输送天数： 350天 管道埋深处地温：夏季 29 ，冬季 8 ，年平均地温： 12 首站进站压力： 4.0MPa（表压） 末站出站压力： 2.0MPa（表压） 管线调峰能力为日输量的 20 2.2.3 管线设计要求及内容 设计要求 ： 全线采用等强度设计，优选管径、站数以及管道内涂层 主要设计任务： 1、完成输气管道的工艺计算，确定出站压力，压缩机站数目，管径与壁后的选取，站场设备的计算与选取，涂层优化，管线调峰能力计算以
18、及技术经济分 析 ； 2、完成各站场的工艺流程设计、设备选型与平面布置 ； 3、完成首站平面布置图； 4、完成压缩机站工艺流程图 ； 5、完成首站分离器安装图。 第 3 章 管道工程工艺设计说明 5 第 3 章 管道工程工艺设计 说明 3.1 管路工艺设计结果 （ 1） 本输气管道设计项目是新粤天然气管道工程，管道全长 5550km，设计输量每年 350亿立方米。 （ 2） 设计最优方案为：设计压力 12MPa，压比 1.4，管径 1422mm，有内涂层 ， 管线末段长度为 574km，储气能力为 56.7%，全线管材采用 X80钢 。 （ 3） 全线共有站场 227座，其中压气站 13座，清
19、管站 29座，截断阀室 185座，并且有 13座清管站与压气站合并，减少了单独建站费用。 （ 4） 每一站的分离器总数 为 4台 ，直径 1200mm，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，燃气轮机型号有两种， 从 No1站到 No11站燃气轮机型号为 LM6000PA， No12、 No13站 燃气轮机型号为 LM5-st80， 并且每站燃气轮机都采用 “ 一台工作一台备用 ” 。 （ 6） 工况要求：当输量为 60亿方每年时，只需开启首站压缩机就能满足要求；当输量为 150亿方每年时 ，需要开启第 1、 6、 11三站；
20、当输量为 350亿方每年时，需要开启全部站，施工时可以根据各期的开机要求进行站场的建设，各期的压降曲线可以作为判断事故工况的依据，通过与事故工况下压降曲线的对比，准确找出事故发生点，从而可以采取有效措施进行应对。 3.2 站 场工程工艺设计 说明 采用最优方案，在投产输量 60108Nm3/a和管线一期设计输量 150108Nm3/a时，因输量相对小，气体输送所需压力较低，可以采用开启部分压缩机来实现。长输管线从首站到末站压气站编号为从 No1到 No13。 3.2.1 投产期计算 当输 量为 60108Nm3/a 时 ， 由 公 式12225.21 1 3.1 0 5TZ PPq Dl cp BHB ，可算出kmkml 5 5 5 01 2 9 4 9 ， 只启用 No1压气站 ；由于线路按照等强度原则设计，为了确保在事故工况时管路的安全，压缩机出口压力控制在 11MPa， 此时 压气站压比为68.21.41121 PP ，符合要求。
