1、天然气管道输送,第一章 概述第二章 管输基础第三章 输气管道水力计算第四章 输气管道热力计算第五章 输气干线系统设计与工况分析第六章 输气站第七章 天然气管道完整性管理,第一章 概述,一、天然气的用途1、组成 甲烷、乙烷等2、用途 燃料，化工原料,二、输气系统的组成天然气管道输送系统由气田集输管道、气体净化与加工装置、输气干线、输气支线、配气管网、储气系统和各种用途的站场所组成。包括采气、净气、输气、储气和供气五大环节，它们紧密联系、相互制约、互相影响，是一个统一的、密闭的水动力系统。,1气井；2集气站；3增压站；4净化厂；5干线首站； 6输配气站；7城填配气站；8用户,三、输气管道特点与类型
2、,输气管道特点：天然气生产、储运、销售系统一体化。具有调峰功能。距离长、压力高、输量大。密闭安全。能耗与运费随管长、输量、压力变化。便于管理，易实现自动化。灵活性差。,天然气输送管线分类：矿场集气支线：气田各井口装置到集气站的管线。矿场集气干线：由集气站到天然气净化厂或输气干线首站的管线。输气干线：由天然气净化厂或输气首站到城市、工矿企业一级用户的管线。配气管线：干线一级输气站到城市配气站以及到各用户的管线。,1.矿场集输管道,（1）气田集气从井口开始，经分离、计量、调压、净化和集中等一系列过程，到用户或长输首站为止。包括井场、集气管网、集气站、天然气处理厂、增压站和外输总站等。（2）气田集气
3、有两种流程：单井集气：井场除采气树外，还有一套独立完整的气体处理计量设施。多井集气：井场只有采气树，气体集中处理计量。,2.长输管道系统,从矿场附近的输气首站或LNG终端开始，到终点配气站或城市门站为止。长输管道的特点： 长距离干线输气管管径大，压力高，距离长，年输气量高达数百亿立方米，是一个复杂的工程系统，也是一个独立经营的企业。,长输管道系统的组成：线路输气站：首站、中间站、末站 集气点、分输点、中间阀室、截断阀、除尘设施、阴极保护设施、清管设施、通信与自控设施、储气设施,3. 配气管道,从配气站开始，除尘、计量、调压、添味，然后通过各级配气管网和气体调压所，根据用户要求直接向用户供气。,
4、四、输气管道的发展概况国外输气管道发展, 长运距、大口径和高压力是世界天然气管道发展的主流。目前陆上输气压力达到12 MPa，海底输气最高压力为25 MPa，最大口径为1 420 mm。采用内涂层减阻技术，提高输送能力，减少了设备的磨损和清管次数，延长了管道的使用寿命。,采用高钢级钢管。近5年来，X7O级油气输送钢管的生产和销售量占总量的80 85 %。目前世界上有10条输气管道采用了X80。 完善的调峰技术。为了保证可靠、安全、连续地向用户供气，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，西方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
5、端储气及地下管束储气来实现。, 管道压缩机组采用回热循环燃气轮机提供动力，提高了压缩机组功率、可靠性和完整性。 普遍采用计算机为基础的SCADA系统，对管道运行的全过程进行动态监视、控制、模拟、分析、预测、计划调度和优化。,2.国内发展世界最早管道输送的国家三个发展阶段主要管道,3.我国输气管道技术现状分析采用国际上通用的TGNET、SPS、hutoChD等软件进行工艺计算和特殊工况模拟分析;新建天然气管道设计压力高，并广泛采用了内涂层；主要工艺阀门大都采用气动、气液联动球阀，增压机组有离心式和往复式压缩机，驱动方式有气驱和电驱两种；管道用钢多为高强度、高韧性钢，新建管道普遍选用X70等级管材
6、；生产管理采用SCADA系统进行数据采集、在线检测、监控，通过在线或离线等不同工况模拟进行优化运行。,天然气管网化程度较低，调度不够灵活；油气管道主要设备的技术水平落后；1997年以后建设的管道在输送工艺和装备上与国外水平相当，但管道生产管理水平较低；对于建设年代较早的老管道，技术诊断、剩余寿命再评价技术还有待提高；管道计量标准需国际化、计量精度的影响因素还需要进一步研究。,4.发展趋势大口径、高压力、网络化采用高强度、高韧性管材地下储气库储气和调峰数字化技术应用完整性管理技术富气输送,第二节 天然气管道线路工程,一、线路选择1.影响因素2.选择原则二、线路勘察与测量1.踏勘2.初步勘察3.详
7、细勘察,第三节 管材选择与强度计算,一、管材选择要求1.机械性能2.冲击韧性3.可焊性4.环境要求 目前使用的管线钢相关标准主要有国家标准和美国石油学会制定的标准。,二、管道强度计算壁厚：强度校核标准： 环向应力和轴向应力组合的当量应力不 大于管道最低屈服强度的90.,三、天然气气质指标,主要从环境保护、安全卫生和经济利益方面考虑。商品天然气的气质标准一般至少应包括5项技术指标，即发热量、硫化氢含量、总硫含量、二氧化碳含量和水露点。,天然气管道运行规范（SY/T）5922-2005,天然气的特征,天然气是指蕴藏在地层中的可燃性气体。主要是低分子量烷烃类混合物，还有少量含有N2，CO2，H2S，
8、H2和He等惰性气体。,天然气,纯气田天然气：主要成分是甲烷，占90% 。经过钻探从地层中开采出来，经过净化后送到居民生活，商业和工业企业作原料或燃料用的公用性质燃气。,石油伴生气：开采石油的副产品，开采过程中，随着压力的降低，从液相中释放出的可燃气体，经过净化和生压后输送给城镇居民和工业企业作燃料或原料用。甲烷占80%，丙烷和丁烷等碳氢化合物占15%。,凝析气田气：从气井开采出来以甲烷，乙烷为主人可燃气体，甲烷占70%，戊烷及以上碳氢化合物占20%以上。,煤层气：从井下煤层抽出，可燃成分以甲烷为主的可燃气体。页岩气：赋存于泥页岩中，以吸附及游离状态存在的非常规天然气,第二章 天然气管输基础,
9、天然气具很多优点：安全，易燃烧，清洁无渣，发热量大，利于环境保护，燃烧率高等，基本性质有以下几种：（1） 天然气是一种可燃烧的气体，在混合空气中，天然气的浓度只要达到5%-15%，遇到火种就会燃烧或爆炸。（2）天然气的相对密度为0.56-0.56，由于天然气的质量比空气小，若房间漏气，它必然凝聚于房间顶部。（3）天然气热值比较高。35.58MJ/m3。,一、天然气组成与表示方法1.天然气组成天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是可燃烃类气体，包括甲烷，乙烷，丙烷，丁烷等，其中甲烷占绝对优势。例如：四川气田天然气甲烷含量不低于90%，陕甘宁气田则达95%左右。此外可能含有少量二氧化碳，硫化氢，
10、氮气，水蒸汽以及少量的氦，氖，氩等气体。2.天然气组成的表示方法质量分数体积分数：摩尔分数,二、天然气物性参数1天然气分子量标准状态下，1kmol天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。 2.天然气的密度 天然气的密度与压力和温度有关，在低温高压下也与天然气的压缩因子有关。因此，说明密度时必须指明它的压力和温度。 工程标准状态下 一般温度与压力下,3.气体标准状态1954年第十届国际计量大会协议的标准状态：温度273.15K(0)，压力101. 253MPa。世界各国科技领域广泛采用这一标准状态。国际标准化组织(ISO)和美国国家标准(ANSI)：温度288.15K(0)，压力101
11、. 253MPa。我国天然气流量的标准孔板计量方法(SYL04):温度293.15K(20)，压力101. 253MPa。,相对密度：在标准状态下，天然气的密度与干空气的密度之比。3天然气虚拟临界参数与对比参数可以使气体压缩成液态的最高极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力称为临界压力，此时状态称为临界状态。,对比参数：天然气的压力、温度与其临界压力、临界温度之比称为天然气对比压力、对比温度。,三、天然气PVT关系1理想气体状态方程 理想气体的分子本身不占有体积,分子之间没有内聚力。2实际气体状态方程式,（1）RK状态方程 （2）SRK方程 （3）BWRS
12、状态方程,3.对比态原理压缩系数，表示实际气体与理想气体的偏离程度。 范得瓦尔对比态原理 ：相同的对比压力和对比温度下，不同介质的对比密度近似相同 。,由得到,4压缩系数的计算 （1）图解法 通用压缩系数图：用对比压力和对比温度为坐标绘出Z的曲线图。,（2）压缩系数的公式计算法 美国加利福尼亚天然气协会（CNGA）公式 前苏气体研究所（BHll：I4ry3）公式BWRS方程经验公式,例题1 已知天然气的组分、各组分的物理常数及摩尔组分（见下表1、2、3和4栏）。试求天然气在压力0.8MPa和温度280K时的视临界参数、对比状态参数和压缩系数。,5.状态方程的应用P1V1/Z1T1=P2V2/Z
13、2T2常温低压下： P1V1/T1=P2V2/T2例1:一管长10km，529x7的输气管，两端阀门关闭，管内压力6kgf/cm2，温度30度，后压力降至4kgf/cm2,温度25度,问漏失了多少方天然气？,例2:一管长10km，529x7的输气管，两端阀门关闭，管内压力30kgf/cm2，温度30度不变，若靠管内余气供某厂使用，该厂用气量5000Nm3/d,用气压力5kgf/cm2, 问能供该厂多长时间的天然气？例3:一管长20km，529x7的输气管，首站需检修停输，但需保持下游用气。下游用气量1000Nm3/h,用气压力1MPa,全线温度30度不变，试问若抢修需12小时，则刚停输时管内平均压力至少为多少才能保持不中断下游的供气。,四、节流效应(焦-汤效应),爆炸极限可燃气体在空气中的浓度低于某一极限时，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，使燃烧不能进行；当其浓度超过某极限时，由于缺氧也无法燃烧。前一浓度极限称为着火下限，后浓度极限称为着火上限。着火极限又称爆炸极限。天然气爆炸极限：5%-15%,燃烧热值 lm3燃气完全燃烧所放出的热量称为燃气的热值，单位为KJm3。天然气的燃烧热值包括高热值和低热值。高热值是指压力在101.325kPa，温度在25，燃烧所生成的水蒸气完全冷凝成水。低热值是指天然气初始温度与燃烧后所生成产物的温度相同，燃烷生成的水蒸气保持气相。,
