第九章输气管道工艺方案设计

2003年北京市高峰周用气流量与管道输气能力的差额
2000
储气库采气量（万方/ 日)
1500 1000 500 0
0 24 48 72 96 120 144 168
时间（小时）
储气库的采气量 用气缺口
预计2012-2013年冬季北京日最大用气量达6300×104m3
气体充装量/管存（Line-pack）：某时刻一个输气管段实际容纳的 气量，用标准体积表示。 最大气体充装量：在不超压前提下，末段可容纳的最大气量。在稳 态流动条件下，当末段起点压力等于MAOP时达到最大气体充装量。 最小气体充装量：为满足管道终点允许最低压力（对应于供气合同 规定的最低供气压力），末段应容纳的最小气量。在稳态流动条件 下，当终点压力等于最低允许压力时，末段达到最小气体充装量。 末段储气量（Inventory）：末段的实际管存与最小管存之差。 末段储气能力（Inventory capacity）：末段可达到的最F也叫强度设计系数，是描述输气管道线路强度设计裕 量的指标。管线所经地区的等级越高，其对管道安全的敏感性 就越高，因而要求管道强度的安全裕量越大。
地区等级
一级一类地区 一级二类地区 二级地区 三级地区 四级地区
设计系数F
0.8 0.72 0.6 0.5 0.4
强度安全原则：以美国为代表。要求按管道所经地区的安全敏感程度 确定其强度裕量，一般不考虑安全距离。根据该原则，在全线MAOP相 同的前提下，安全敏感性不同地区应采用不同的壁厚，以保证管道线 路及其周围环境安全。 《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003）规定采用强度安全原则
二、地区等级与设计系数
第九章
输气管道工艺方案设计
§9.1 工艺方案设计的基本内容
输气管道设计涉及专业面很广： 工艺、总图运输、测量、工程地质与水文地质 机械设备、仪表与自控、通信（讯） 电力、土建、给排水 热工、暖通（供热通风与空调） 防腐、环保… 工艺（储运）专业是主力专业（龙头），在整个 设计工作中要起组织、协调各个配套专业的作用。
GB50251-2015：新增了一级一类地区，F=0.8
三、强度计算 以钢管环向应力计算为基础，基本计算公式如下：
p=
式中：
2σ sδ × F × E ×T D
p 管道设计压力或最大允许操作压力，MPa； σs 管材的规定最小屈服强度（SMYS），MPa； D 管道外径，mm； δ 管壁厚度，mm； F 设计系数； E 纵向焊缝系数； T 温度折减系数。
工艺方案设计的内容： 管径、壁厚、管材钢级、设计压力、压气站压比 压气站的进/出站压力 压气站数目与位置 输气站的工艺流程 压气站机组配置及选型（机组备用和功率备用） 其它输气站设备选型 总体工艺设计方案？ 工艺方案设计与工艺设计的联系和区别？
§9.2 输气管道线路强度设计基础
纵向焊缝系数E：只要钢管符合制造标准，则取E=1。 API 5L：Specification for Line Pipe GB/T9711.2-1997: 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第2部分：B 级 钢管温度折减系数T： 当输气管道温度低于120℃时，取T=1； 当输气温度高达232℃时，取T＜0.867。 四、干线截断阀室的间距 一类地区：32 Km 二类地区：24 Km 三类地区：16 Km 四类地区：8 Km 在大型穿、跨越段两端一般应设截断阀室。
ANSI B31.8和GB50251-2003明确规定了地区等级划分标准及相应的 安全裕量（设计系数）。 1．地区等级 GB50251-2003：以管中心线两侧各200米宽、连续2公里长范围内的 居民住户数量和建筑物类型作为划分标准。
200m 200m 2km
一级地区：居民户数不超过15户。 二级地区：居民户数在15户以上、100户以下。 三级地区：居民户数达到或超过100户，通常包 括市郊居民区、商业区、工业区、开发区以及 不够四级地区条件的人口稠密区。 四级地区：四层及四层以上楼房（不计地下室） 普遍集中、交通繁忙、地下设施多。 注意： 当一个地区的发展规划足以改变其现有等级时，应按发展规划 确定该地区的等级。 管道线路应尽可能避免通过各种保护区和开发区。
主要内容： 已知管材、管径与设计压力，确定管壁厚度； 已知管材、管径与壁厚，确定设计压力。 一、输气管道线路设计的两种安全原则 距离安全原则：以前苏联为代表。要求管道与周围建、构筑物的距离 大于安全间距，从而在一定程度上避免或减少输气管道与周围建、构 筑物的相互影响。计算壁厚时只考虑管子本身强度，而不考虑管道线 路所处的外部环境。
§9.2 输气管道线路强度设计基础
实践证明距离安全原则有很多缺陷： 在人口稠密地区难以保证所要求的安全距离； 即使保证了要求的安全距离，在管线断裂或爆炸的情况下仍难免 导致人身伤害与财产损失； 虽然管道建设时保证了安全距离，但随着管道周围地区的发展， 若干年后在安全距离内可能出现新建筑物。
p1min =
§9.3 输气管道末段储气
末段：管道最末一个压气站到管道终点的管段。如果 一条输气管道只在其起点设一个压气站，或者全线没 有压气站，则应该将整条管线看成末段。 最佳短期调峰手段：这种措施一般只能应对用气流量 的短周期（如一昼夜）波动。若输气管道设计对末段 储气能力有所要求，则在布压气站之前必须先进行末 段设计，包括确定末段长度、管径与壁厚等。 末段储气基本原理：利用末段中气体压力变化及气 体可压缩性改变其中的气体充装量。
管道末段储气能力的计算
基本假设：末段处于稳态工况 。 已知条件： Q， p1max， p2min，λ，∆*，T，d，lz 稳态最高压力状态： p1max 稳态最低压力状态： p1min
p2max p2min C, d, lz Q
p2 max =
p12max − Cl z Q 2
2 2 p2 + Cl Q min z