天然气长输课程设计指导书

一、设计任务本设计所设计的中原油田至河北沧州输气管线：（1）管线全长500千米，年输气量为81010⨯3m/a（此流量为常温常压下的流量00.101325,293P MPa T K==）。

（2）以全线埋深1.45m处年平均地温14.7℃作为输气管道计算温度，最低气温：-5℃。

平均温度pjT=273+14.7=287.7K（3）各站自用系数M=0.6 %（4）沿线无分输气体（5）管道全线设计压力6.0Mpa，气源进站压力5.0Mpa，进配气站压力1.8 Mpa（最高可到4.0Mpa）（6）城市用气月、日、时不均衡系数均为1.09（7）年输送天数350d（8）管道平均总传热系数：取1.75W/m2.℃。

（9）管内壁粗糙度：取30μm。

（10）地震基本烈度：6—7度（11）天然气容积成分(%)：CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N21. 93.3 4.6 1.4 0.2 0.25 0.252. 92.1 5.5 1.2 0.3 0.50 0.403. 91.84.3 2.2 0.5 0.50 0.704. 92.15.5 1.9 0.1 0.00 0.405. 92.5 4.3 2.0 1.1 0.00 0.106. 85.8 4.9 4.5 4.5 0.10 0.207. 89.6 5.0 3.5 1.2 0.5 0.20二、设计任务要求完成本工程的基本设计文件，包括：说明书，计算书，线路走向图，站场平面布置图及工艺流程图；论文撰写要符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和创造性等特点。

应语言流畅、准确，层次清晰、文字详略得当、论点清楚、论据准确、中心突出、材料翔实、论证完整、严密，并有独立的观点和见解。

要求：1、达到一定的设计深度要求；2、初步掌握主要设备的选型；3、熟悉并熟练应用常用工程制图软件；4、熟悉储运项目设计程序步骤；5、掌握储运项目常用标准规范；6、熟悉并掌握天然气长输管路工艺的计算方法；7、掌握长输管道站场的工艺流程图和平面布置图；8、初步掌握站场管线安装设计；9、通过与实际工程项目的结合，加深对所学知识的理解和认识。

三、主要参考文献与相关标准[1] 姚光镇主编．输气管道设计与管理．东营：石油大学出版社．1991.6[2] 《天然气长输管道工程设计》，石油大学出版社[3] 冯叔初等．油气集输．东营：石油大学出版社．2002.7[4] 王志昌主编．输气管道工程．北京：石油工业出版社．1997．4[5] 李长俊主编．天然气管道输送．北京：石油工业出版社．2000．11设计标准《输气管道工程设计规范》 GB50251-2003《石油天然气工程设计防火规范》 GB50183-2004《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程》SY/T0015.1-98《输油（气）埋地钢质管道抗震设计规范》 SY/T0450-2004《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T9711.1-1997 《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》GB/T9711.2-1999 《管道干线标记设置技术规定》 SY/T6064-94《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）《中华人民共和国水土保持法》主席令第49号（1991）《石油天然气管道保护条例》国务院（2001）《碳钢药皮电弧焊焊条》 AWS.A5.1《低合金钢药皮电弧焊焊条》 AWS.A5.5《碳钢药芯电弧焊焊丝》 AWS.A5.20《低合金钢药芯电弧焊焊丝》 AWS.A5.29《管道下向焊接工艺规程》 SY/T4071-93《石油地面工程设计文件编制规程》 SY0009-2004《石油天然气工程制图标准》 SY/T0003-2003施工及验收标准《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401-1998《石油和天然气管道穿越工程施工及验收规范》SY/T4079-1995《石油天然气金属管道焊接工艺评定》SY/T0452-2002《钢质管道焊接及验收》SY/T4103-1995《石油天然气钢质管道对接焊缝超声波探伤及质量分级》SY4065-93《石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级》SY4056-93《管道防腐层补口绝缘密封性试验方法标准》SY/T0074-93《石油建设工程质量检验评定标准输油输气管道线路工程》SY/T0429-2000《石油建设工程质量检验评定标准管道穿跨越工程》SY/T 4104-95四、工艺计算4.1天然气物性参数各组分物性参数具体数据可参考《输气管道设计与管理》表1-3、1-4、1-6或设计手册表2-2-34.1.1天然气平均分子量、密度和相对密度1、平均分子量MM=Mi Yi⋅∑M=16×92.5%+30×4.3%+44×2%+58×1.1%+28×0.1%=17.636其中M——平均分子量；Mi——第I组分的分子量；Yi——第I组分的摩尔组成；2、平均密度及相对密度(1) 平均密度d∑=⋅d di yi∑=92.5%×0.717+4.3%×1.353+2%×2.012+1.1%×2.703+0.1%×1.250=0.793d di yi=⋅其中d——平均密度；di——第I组分的密度；yi——第I组的摩尔质量；(2) 相对密度∆d da∆=∆==0.793/1.293=0.613d da其中∆——相对密度；d——平均密度；da ——空气的密度；4.1.2天然气临界温度压力、对比温度压力1、视临界压力Pc 视临界温度TcPc Pci yi =⋅∑=92.5%×4.544+4.3%×4.816+2%×4.194+1.1%×3.747+0.1%*3.349 =4.539MpaTc Tci yi =⋅∑=92.5%×190.58+4.3%×305.42+2%×369.82+1.1%×425.18+0.1%×125.97=201.61K其中 Tci 、Pci ——分别为第I 组分的临界温度和临界压力；yi ——第I 组的摩尔质量； 2、对比压力P r 对比温度Tr Pr P Pc = Tr T Tc =其中 P ——平均压力； T ——平均温度；4.1.3天然气粘度参阅《油气集输》中有关粘度的计算公式如下：已知天然气所处压力、温度条件下的密度ρ（kg/m³）和标准状态下的相对密度Δ，可按下式进行计算其粘度：exp[(1000)]y C x μρ= 毫帕·秒 其中 2.570.27811063.6x T =+∆+ =2.57+0.2781×0.613+1063.6/287.7 =6.441.110.004y x =+=1.141.542.415(7.770.1844)10122.4377.58 1.8T C T-+∆=+∆+=0.01066式中 μ——天然气粘度，毫帕·秒；T ——天然气温度，K ；exp[(1000)]y C x μρ==0.00001068毫帕·秒混合气体的运动粘度[][]65.1101(1.10.25)0.037 1.47(10.104)μρρ=⨯+-+-2130(1)pr pr P T ⎡⎤⨯+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦=16157535.64.1.4定压摩尔比热容Cp参阅《油气集输》中有关定压摩尔比热容的计算公式如下 天然气的定压比热容与其组成、压力、温度有关，可按下式计算：425 1.124 5.0813.190.0920.624100.996(10)(100)Cp T T M p T --=+-⨯+⨯ 其中 Cp ——天然气的定压摩尔比热，千焦/（摩尔·K ）；T ——天然气的温度； p ——压力，帕；4.1.5混合气体的密度 （1）混合密度可参考《输气管道设计与管理》公式1-31 0i ii iY M YVρ=∑∑=0.793式中：i M ——i 组分的百分含量； i Y ——i 组分的摩尔分数； i V ——i 组分的摩尔体积。

（2）相对密度可参考《输气管道设计与管理》公式1-34、1-35、1-36 iiY M Ma*∆=∑=0.613式中：i M ——i 组分的摩尔质量； i Y ——i 组分的摩尔分数； Ma ——空气摩尔质量。

（3）压缩因子计算方法1：可参考《设计手册》2-2-9、2-2-10，可由表2-2-6查表得出或查图2-2-2求得压缩系数c i ci p y p =∑ c i ci T y T =∑223Z pj Q Q Z P P P P P ⎡⎤=+⎢⎥+⎢⎥⎣⎦对比压力 r pcPP P =对比温度 pj r cT T T =式中： c P ——临界压力； Mpac T ——临界温度 ； K i y ——i 组分的摩尔分数 ； %i M ——i 组分的摩尔质量； /g mol ci P ——i 组分的临界压力； Mpa ci T ——i 组分的临界温度。

K计算方法2：压缩因子也可其他由经验公式求得，其他公式可参考《输气》1-18~1-19或《手册》2-2-11~2-2-14668.34273.01--=r r T P Z 4.2管径的确定选取方法：由gb50251-2003公式(3.3.2-1)或《输气》公式4-9，《手册》公式4-2-1，可求得管道内径D ，通过查《输油管道设计与管理》附录1，可选取两种尺寸相近的管道。

参考《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003中提供的公式：1、当输气管道沿线相对高差200h m ∆≤且不考虑高差影响时，采用下式计算：222.530.51120.96111522[]v P P q Ed ZTL -=∆=44.2cm式中 v q ——气体（00.101325,293P MPa T K ==）的流量（3/m d ）；d ——输气管内直径(cm)；1P ，2P ——输气管道计算管段起点和终点压力（绝）（MPa ）；Z ——气体的压缩因子；T ——气体的平均温度（K ）；L ——输气管道计算管段的长度（km ）； ∆——气体的相对密度；E ——输气管道的效率系数（当管道公称直径为DN300-DN800mm 时，E 为0.8-0.9；当管道公称直径大于DN800mm 时，E 为0.91-0.94）。

2、当考虑输气管道的相对高差影响时，采用下式计算：0.51222.53120.96111(1)115221()2v ni i i i P P h q Ed ZTL h h L L αα-=⎧⎫⎪⎪-+∆⎪⎪=⎨⎬⎡⎤⎪⎪∆++⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭∑式中 α——系数（1m -），2a g R ZTα∆=；a R ——空气的气体常数，在标准状况下，22287.1/()a R m s K =⋅h ∆——输气管道计算管段的终点对计算的起点的标高差；n ——输气管道沿线计算管段数。