输气管道课设

（(北京）西气东输管道总体工艺方案设计计算说明书专业：油气储运工程班级：XX级X班姓名：XX学号：XXXXXXXX同组同学：X指导教师：X2011 年3 月3 日目录1. 设计任务书......................................................... 错误！未定义书签。

2. 设计方法和步骤 (6)3. 源程序 (12)4. 输出结果 (21)5. 分析与讨论 (23)6. 压气站工艺流程图 (24)《长输管道工艺课程设计》任务书一、基本设计条件1）年工作天数：350天2）气体标准状态：压力101325 Pa，温度20℃3）设计输量：（100+k×5）×108Nm3/a，其中k为每位学生所在小组的组号4）管道长度：3894 km5）设计压力10MPa（绝）6）管材等级：X707）管外径：1016mm8）管内壁粗糙度：采用内涂层，管内壁粗糙度取10μm。

9）设计地温由于线路距离比较长，沿线气象及地温情况变化大，以沿路线线走向近处的气象站点提供的－1.6m处土壤年平均地温作为设计地温，根据变化幅度将全线共分为六段，详见表1。

表1 西气东输管道沿线设计地温（℃）地名里程(km)间距(km)夏季平均地温夏季最热月平均地温年平均地温冬季平均地温轮南首站0503 24.5 25.2 17.0 8.8 鄯哈界503170 20.4 21.1 12.5 4.6 湖东工区6731352 17.1 17.6 10.7 3.9 甘塘镇2025185 15.4 15.9 10.4 4.7 大水坑2210674 19.9 20.5 13.9 7.7 山西河南界28841010 21.9 22.6 15.8 9.6 上海末站389410）沿线总传热系数K值将全线大致分为四段，分别取不同的总传热系数。

轮南—红柳段（0－1055 km），取1.27 W/（m2·℃）；红柳—武威段（1055－1839 km），取1.53 W/（m2·℃）；武威—淮阳段（1839－3274 km），取1.18 W/（m2·℃）；淮阳—上海段（3274－3894 km），取2.16 W/（m2·℃）。

11）站内压降每座压气站站内压降取0.2MPa，其中压缩机入口段压降取0.15MPa，出口段压降取0.05MPa。

12）压气站出站温度：考虑压缩机出口气体冷却，统一取50℃。

13）气源供气条件：轮南供气压力7.2 MPa（绝），供气温度19 ℃。

14）所输天然气的相对密度为0.6。

15）所输天然气的平均压缩因子为0.9。

16）管段输气效率为0.95。

17）管道终点的允许最低压力为4.5MPa。

18）压气站(不包括首站)的站压比推荐值为1.45。

19）全线均按一类地区考虑。

20）假设没有支线。

21）压气站耗气率统一取0.995。

二、设计任务1）自主开发一个无分支输气管道的总体工艺方案设计的计算机软件。

2）针对上述基本设计条件，利用所开发的软件进行总体工艺方案设计。

3）绘制中间站（配置2套燃气轮机—离心压缩机组）的原理流程图。

4）针对你的设计方案，试讨论如何进行西气东输管道总体工艺方案设计的优化？（选做）三、基本设计要求1）采用Colebrook公式计算管段的水力摩阻系数。

2）管段水力、热力计算按一定的空间步长分段进行。

3）热力计算时要考虑节流效应，气体比热和节流效应系数可取近似值。

4）末段储气能力尽可能大。

5）总体工艺设计方案必须包括管径、管壁厚度、管材等级、设计压力、压气站位置、站压比、进/出站压力、进/出站温度、末段储气能力等。

四、课程设计报告的内容及形式要求1）必须详细写出所采用的设计方法和步骤，描述方式要便于理解。

2）必须包括所编制的工艺方案设计软件的源程序（打印版）。

3）必须包括软件的直接输出结果（即工艺设计方案）并要求打印，输出格式要便于理解并尽可能美观。

4）必须包括中间站工艺流程图。

可用计算机绘制，也可手工绘制，但必须规范，不允许徒手绘制。

5）应对设计结果、设计方法和软件编制方法进行必要的讨论。

6）必须有计算机打印的报告封面，封面格式可自行设计，但必须包括设计题目、班级、学号、学生姓名、指导教师姓名、完成时间等信息，并尽可能美观大方。

7）报告装订次序：封面，设计任务书，设计方法和步骤，源程序，输出结果，分析与讨论，工艺流程图。

五、进度安排1）第1周（2011.2.21 ~ 2011.2.27）完成计算说明书（包括设计的方法和步骤），绘制压气站工艺流程图，构思压气站布站方法和程序框架。

2）第2周（2011.2.28~ 2011.3.6）计算机编程、程序调试、输出结果的分析与讨论，完成课程设计报告。

六、参考书目姚光镇. 输气管道设计与管理. 石油大学出版社，1991设计方法及步骤一、 管道壁厚计算根据管道壁厚计算公式： FtPDΦ=σδ2其中： δ—壁厚P —管道设计压力，P=10-0.1=9.9MPa （表压）D —管道外径，D=1016mmσ—钢管的最低屈服强度，X70钢最低屈服强度值为483 MPa Φ—焊缝系数，取值为1.0F —强度设计系数，一类地区取值为0.72t —温度折减系数，当温度低于120℃时，取0.1=t5.140.172.00.1483210169.9=⨯⨯⨯⨯⨯=δmm按照APISPEC5L 规范，对应于管径壁厚的系列为7.9、8.7、9.5、10.3、11.1、11.9、12.7、14.3、15.9、17.5、19.1、20.6mm选择壁厚为15.9mm 的系列，即mm 9.15=δ 二、 根据设计地温和沿线总传热系数K 值将管段进行分段，分段结果见下表：管段 Km 沿线总传热系数KW/（m 2·℃）夏季最热月平均地温 ℃ 0——503 1.27 25.2 503——673 1.27 21.1 673——1055 1.27 17.6 1055——1839 1.53 17.6 1839——2025 1.18 17.6 2025——2210 1.18 15.9 2210——2284 1.18 20.5 2284——3274 1.18 22.6 3274——38942.1622.6三、水力摩阻系数的计算 （1）根据Colebrook 公式)Re 51.271.3lg(01.21lld Ke λλ+-= 式中： l λ—理论摩阻系数Ke —当量粗糙度，mm Ke 10= d — 管道内径 Re —雷诺数（2）根据雷诺数公式：μd Q∆⨯=536.1Re 式中： ∆—天然气的相对密度Q —输量，s Nm a Nm Q /96.46236002435010140/101403838=⨯⨯⨯=⨯= d —管道内径，mm d 2.9849.1521016=⨯-=μ—天然气的动力粘度，取值为51009.1-⨯s Pa ⋅（3）由管段输气效率根据公式：sE lλλ=式中： E —管段输气效率 l λ—管道理论摩阻系数 s λ—管道实际的摩阻系数利用迭代法，进行水力摩阻系数的计算。

取l λ的初值为0.01，精度为510-进行迭代，计算出l λ，然后用输气效率公式计算出实际的水力摩阻系数。

因为压气站耗气率为0.995，所以每个压气站出口的流量都不同，从而雷诺数不同，导致各站间的摩阻系数s λ不同，因此每个站间都需要计算摩阻系数s λ，上述过程均采用编程进行。

四、为确定管道末端最优长度进行初步布站1、初步布站的目的设计任务书要求管道末端储气能力尽可能大，所以在布置压气站之前要确定末端的最优长度。

在确定最优长度时要确定末端的流量以及摩阻系数等参数，因此应首先从起点向终点进行布站，这样可以知道管路全线的压气站个数，保证在计算管道末端的最优长度时有确定的数据（如流量、摩阻系数等）。

管道末端最优长度确定后，然后对已经布置的压气站的站间距进行适当调整，最终确定压气站的站址。

2、布站采用的方法由于输气的平均温度是需要计算的，取一定的空间步长进行计算。

从管段的起点开始计算，取步长km l1=∆，压气站的出站压力为MPa 10，出站温度为K 323。

每一小段的平均温度近似的取该段起点的温度，每小段的终点温度用考虑了焦耳汤姆逊效应的苏霍夫温降公式计算，每小段的终点压力用水平管段的流量公式计算。

然后逐次进行各小段的水力、热力计算。

（1）每小段的气体流动可以认为是水平输气管段稳态流动，由公式lT sZ d P P C Q Z Q ∆∆-=λ5220)(其中：0C —常数，公式中均采用我国法定单位时，0C =2121203848.0kg K s m ⋅⋅⋅ Q P —每小段管段的起点压力Z P —每小段管段的终点压力d — 管道内径s λ—实际的摩阻系数Z —天然气的平均压缩因子∆—天然气的相对密度T —每小管段的平均温度，取值为管段的这段段首的温度1Tl ∆—所取空间步长，取值为km 1（2）根据输气管的温度分布公式计算第一小段终点的温度Z T ：)1(2)(00l a ZQ i la Q Z e alP P D eT T T T ∆-∆-----+= 式中： Q T —这一小段管段的起点温度Z T —这一小段管段的终点温度i D —焦耳汤姆逊效应系数，近似取，MPa C D i /30=Q P —这一小段管段的起点压力 Z P —这一小段管段的终点压力式中：pMc DK a π=K —沿线总传热系数，W/（m 2·℃）D —管道外径，M —气体质量流量a f —为标态下空气的密度p c —定压比热，近似取，p c =2.640kJ/(kg. K)l ∆—所取空间步长，取值为1km3、压气站压比的确定取压缩机(不包括首站)的压比为推荐值1.45，设计压力为MPa 10，每座压气站站内压降取MPa 2.0。

其中压缩机入口段压降取MPa 15.0，出口段压降取MPa 05.0。

设计时为了有效的利用管道强度，设每座压气站出站压力都为设计压力10MPa 。

则每座压气站压缩机出口压力为MPa 05.1005.010=+，压缩机进口压力为MPa 93.645.105.10=÷，压气站进站压力为MPa 08.715.093.6=+ 。

如果首站压不设计压气站，则首站供气压力7.2MPa ，在经过很短的距离后就可以达到设计的进站压力7.08 MPa ，出于经济考虑，所以建议在首站布置压缩机组。

然后进行下每一小段的计算，下一小段的起点压力为上一小段的终点压力，温度为上一小段的终点温度，按照上述公式逐次计算出这一小段的终点压力和终点温度，以此类推，每一小段逐次进行压力与温度计算，直到算到某一小段的终点压力小于设计的进站压力7.08 MPa 时，在该段的起点布站。