1、 本 科 毕 业 设 计（论文） 题 目：新京输气 管道 工程 初步设计 学生姓名：安 稳 学 号： 09125208 专业班级：建筑环境与设备工程 09-2 班 指导教师：王武昌 2013 年 6 月 13 日 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 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
2、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 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） The preliminary design on the Xinjing
3、 Natural Gas Pipeline Project Abstract The gas pipeline project is the xinjiang-bejing Natural Gas Pipeline Project, the pipe length of 3441km, the design transmission capacity of 20 billion cubic meters per year. Through a simulation program RealPip, determine the optimal plan and design the best p
4、rogram as an example. The optimal solution is: the last paragraph of tube length 377km, diameter 1220mm, wall thickness of 16mm, with the inner coating, with 14compressor stations, 15 pigging stations and 114 block valve chamber and total investment is RMB 487.43 billion. Across the board with the p
5、rinciples of strength design, pipeline steel material for X80 steel. Currently building the natural gas pipeline system and connected into a network, design and calculation of gas pipeline, operating conditions are increasingly burdensome and individual appearance of abnormal working conditions will
6、 affect the safe operation of gas transmission network. Trunk gas pipeline design was elaborated the basic principles and general methods, this article focuses on the calculation of physical properties of natural gas;Hydraulic calculation of gas pipeline;Calculation of gas storage capacity;Technical
7、 and economic analysis;Guan Lubu calculation;Starting, phase I, phase II under the condition of power on the programme and the corresponding pressure drop curve;There is no Undercoat of pressure drop and air condition. Keywords: Long-distance pipeline; RealPipe software; Station layoutprogram; Techn
8、ology design of the station 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 . 5 2.1 设计依据 . 5 2.1.1 设计原则 . 5 2.1.2 管道设计依据和规范 . 5 2.2 输气管道设计原始资料 . 5 2.2.1 天然气的组成 . 6 2.2.2 管道的设计参数 . 6 2.2.3 管线设计要求及内容 . 6 2.3 相关软件介绍 . 7 2.3.1 选线软件 谷歌地球（ Google Earth， GE） . 7 2.3.2 设计和仿真软件 RealPipe . 7 2.4 不同 方案的设计思路 . 7
9、2.4.1 线路选择思路 . 7 2.4.2 设计方案确定思路 . 9 2.4.3 站场设计原则 . 9 2.5 工艺计算说明 . 10 2.5.1 输气管道末段 . 10 2.5.2 输气管线相邻压气站站间距的确定 . 10 2.5.3 站场布置及调整 . 12 2.6 输气方案的确定 . 12 2.6.1 管道及各站场投资 . 12 2.6.2 燃料气费用 . 12 2.6.3 其他费用 . 12 2.6.4 方案经济比较分析 . 13 第 3 章管路布站方案计算 . 15 3.1 管路工艺设计结果 . 15 3.2 设计思路 . 16 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 3.3 基
10、本物性计算 . 16 3.4 线路的选取 . 17 3.4.1 线路的选择要求 . 17 3.4.2 沿线自然条件 . 18 3.4.3 沿线地理等级划分 . 18 3.4.4 利用 GoogleEarth 选取线路 . 18 3.5 RealPipe 的学习 . 20 3.5.1 RealPipe 软件简介 . 20 3.5.2 RealPipe 软件产品结构 . 21 3.5.3 RealPipe 业务流程 . 22 3.5.4 管道仿真 业务流程 . 22 3.5.5 管网运行优化 . 23 3.5.6 RealPipe 主要功能 . 23 3.6 站场位置确定 . 24 3.6.1 基
11、本数据确定 . 24 3.6.2 运用软件进行模拟 . 26 第 4 章输气管道工艺计算 . 31 4.1 水力计算 . 31 4.2 经济计算 . 34 4.3 管线应力校核 . 37 第 5 章站场工艺设计 . 38 5.1 清管站建设 . 38 5.1.1 清管站操作流程 . 38 5.2 截断阀室建设 . 40 5.3 分离器设计 . 40 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 . 40 5.3.2 旋风分离器压降以及进出口管径的计算 . 43 5.3.3 筒体高度 h . 46 5.4 压缩机的选型 . 46 5.5 压缩机的出入口管线管径的计算 . 47 中国石
12、油大学（华东）本科毕业设计（论文） 5.6 过滤器的选型 . 48 5.6.1 空气过滤器的主要性能指标 . 48 5.6.2 西气东输二线空气过滤器的选型 . 48 第 6 章结论 . 49 致谢 . 50 参考文献 . 51 第 1 章前言 1 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
13、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 2
14、0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，
15、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，世界第 1 章前言 2 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
16、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
17、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
18、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
19、。 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，如果有了预第 1 章前言 3 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
20、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
21、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，国内将形成几纵第 1 章前言 4 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。
