天然气管道工艺设计

1 绪论

1.1引言

随着人类社会的发展,人类使用的燃料也经历了漫长的禾薪时代和燃煤时代，而现在已进入石油和天然气时代。气体燃料在能源结构中比例的升高，是人们生活水平、生活质量的提高和社会发展进步程度的重要标志。

天然气作为能源和化工原料，在国民经济发展中日益占有更重要的地位。天然气的热值高，介于32~353

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MJ m，不含灰份，扩散性好，容易燃烧完全，不污染环境，运输方便，价格低廉是理想的工业及民用燃料。用在发电方面可使火力发电站的投资较燃煤减少20%左右，而且管理方便，易于实现自动化，使发电成本大大下降；用在炼铁上，可使焦比下降15%以上，获得更好的经济效益；在民用方面，煤炉热效率一般只有20—25%，而一个构造良好的天然气炉灶热效率可达60%以上，而且使用方便，卫生，很受居民欢迎[1]。

天然气的主要成分是甲烷及少量的乙烷、丙烷、丁烷等。甲烷除用作燃料外，还可直接用于生产氢氰酸、二硫化碳、卤化甲烷、炭黑等；经裂解得到乙炔，从乙炔出发可以生产塑料，裂解后得到乙烯、丙烯、丁烯，也可生产合成橡胶、合成纤维、塑料及其他一系列产品。

天然气中有的还含有少量的硫化氢、二氧化碳、氮、氦等，也是极有用途的原料。硫化氢可用于生产硫磺，硫酸，二氧化碳可以制造成冰，氦更是国防和原子能工业需要的产品。

专家预测，在21世纪的能源结构中，天然气将占主导地位。我国天然气资源非常丰富，是今后很长时期内国民经济发展的重要因素之一；也是石油天然气工业新的经济增长点。目前，我国天然气工业已呈现出一派蓬勃发展的景象。管道输送是天然气输送的主要方式，管道输送具有能耗少、运费低、运量大、连续密闭输送、安全性好的优点。近年来天然气的经济和环保价值日益受到各国重视，探明储量已超过了石油，天然气工业发展面临新的机遇。

从以上这些可以发现，天然气不管对居民还是工业都具有很重要的意义。那么如何用最少的费用把天然气从气源地输送到用户集中的城市则是另一个更为严峻的问题。本设计将通过实例来讨论上面提出的问题，

并通过计算得出最合理、最经济的方案。

1.2 天然气管道输送发展现状

1.2.1 世界发展现状

管道输送是天然气运输的一种主要方式，一般采用埋地敷设方式，具有建设快，运输成本低，工作安全可靠等优点。近几年，天然气管道输送在世界范围内得到了飞速发展。目前世界已建成管道200多万千米，随着管网规模的扩大和管道科技水平的提高，天然气管道运输在世界经济和大部分工业发达国家经济中起着越来越重要的作用。天然气管道建设的特点正朝着大口径，高强度，高压，薄壁厚，长距离的方向发展，并且随着电子计算机、仪表自动化技术的发展，目前国外已广泛采用“监控与数据采集系统”来完成对天然气管道输送的自动监控和自动保护，并已成为管道自动控制系统的基本模式。目前，最长的输气干线大约5000千米以上。国外新建管线的输送压力较过去为高，俄罗斯输气管线的压力一般为10MPa 左右，美国阿拉斯加输气管线压力高达11.8MPa [2]。

随着世界对能源需求量的不断增长和大批边远油气田的开发，20世纪70年代以来，世界长输管道得到了迅速发展。近30多年来，欧美各国投入了大量资金建设了一大批长距离、大口径输气管线.美国为了开发利用阿拉斯加的天然气资源，于1980－1986年建成了美国横贯阿拉斯加输气管线系统，该系统贯穿阿拉斯加和加拿大境内，向美国本土48个州输气，总长达7763km 。前苏联至1987年以来，输气管道的平均长度已近2000km ，天然气的平均运距猛增：2000年是10年前的1.4倍，20年前的3倍，30年前的4.6倍。

1.2.2 国内发展现状

近20多年来，我国长输技术也有很大的发展，有的已达到了世界先进水平。有“地下能源大动脉”之称的我国管道运输网已形成覆盖16个省区市，四通八达、输配有序的石油、天然气管网体系，建设总里程突破2410 km ，全国绝大多数天然气和原油的运输都是通过管道完成的，管道运输已居我国运输行业的第四位。西气东输管道工程的成功建成，使得西部丰富的天然气输送到东部经济发达地区，既促进了东部经济的迅速发展，又为开发西部提供了机遇，同时也为接入周边国家丰富的天然气资源创造了有利条件，成为发展西部，促进东部经济腾飞必不可少的

物质基础。“西气东输”工程的成功建设是我国实施西部大开发的重大举措，它为进一步发展我国的长输管道和进一步提高我国的长输技术水平提供了新的机遇以及挑战。

2 总论

2.1设计原则

（1）严格执行国家、行业的有关标准、规范，并参照有关国家的有关标准、规范(见下面2.3节)；

（2）根据已知条件、要求进行工艺设计计算，确保供气的安全、平稳、连续、可靠；

（3）采用国内外先进、成熟、适用的材料、设备、技术，使设计的管道安全、先进、可靠。优先考虑满足条件的国产材料、设备，充分体现国产化的要求；

（4）进行技术-经济计算，尽可能的降低工程投资，确保较好的经济效益、社会效益；

2.2设计的目的和意义

随着管道建设的大型化，建设管道需要耗费巨额基建投资，使得人们要寻求一种最佳组合方案，以求费用最小。即是根据技术经济学的原理，通过对各个可行方案的技术分析、经济比较和效益评价，寻求到技术与经济的最佳组合，以确定技术先进、经济合理的最优经济方案。对天然气管线而言，就是通过对各个可行方案的技术分析和经济比较，寻求管径D 、壁厚 、压缩机站数目n 、压缩机站间距L 、以及压缩机站进、出站压力B P 、H P 等主要技术经济参数最佳组合（在满足一定约束条件的情况下），使得系统的年折合费用最低。通过管道系统的优化研究，可以得到经济合理的设计方案和运行参数，使得系统工作在最佳状态下，达到节约能源、少投入、多产出以达到节省基建投资和提高经济效益的目的。可见，对管道进行合理的设计是具有重大的意义。

2.3设计标准、规范

（1）《输气管道工程设计规范》，GB 50251-2003；

（2）《长距离输油输气管道测量规范》，SY 0055-93；

（3）《原油和天然气工程设计防火规范》，GB 50183-93；

（4）《天然气热量、密度和相对密度的计算方法》，GB 11062-89；

（5）《石油地面工程设计文件编制规程》，SY 0009-93。