输气管道设计与管理

热值（p54 ）:1m3 燃气完全燃烧所放出的热量；kJ/m3 爆炸极限：着火极限。可燃气体在空气中的浓度低于某一极限时，氧化反应的热量不足以弥补散失的热量，不燃烧，这 一极限称为着火下限，当浓度高于某一极限是由于缺氧也不燃烧称为着火上限。 21.为什么要对天然气进行净化？ 地层中开采出来的天然气常含有砂子、铁锈、水及水蒸气、硫化物、CO2 等杂质。 ①砂子、铁锈等固体尘粒，对管道、压气机、仪表设备等产生磨损。 ②水：a 减少输气截面，增加输气阻力；b 和酸性气体（H2S、CO2）形成酸性水溶液，对管内壁产生腐蚀；c 产生水合 物；d 降低热值 例：JZ20-2→兴城输气管曾因水合物堵塞管道而停产 1 周 ③硫化物：a 无机硫，包括燃烧产物有毒；b 易使催化剂中毒④CO2 →腐蚀管道，影响热值 22.GB50251-94 中相应的气体要求 进入输气管道的气体必须清除机械杂质； 水露点应比输送条件下最低环境温度低 5℃； 烃露点应低于或等于最低环境温度； 气体中 H2S 含量不应大于 20mg/m3。 23.天然气的净化方法 1 分离和过滤：除去固体颗粒、尘粒和气体中夹带液体的主要方法（重力式、旋转式等） 2 冷凝分离：利用低温操作使水和重烃凝析成液体，从气流中分出。 3 吸附法：气相或液相中某组分在固体吸附剂表面浓聚的现象。物理和化学 4 吸收法：某种液体能选择性地吸收气体中某种组分，使它与气体分离：物理和化学 5 直接转化法：通过某种化学反应，使杂质转化成无害化合物或易于除去的化合物 6 综合法：以上方法的综合利用 24.重力式分离器 分为：立式和卧式，包括分离、沉降、除雾、储存四个部分。 A A 0 1 分离：气流减速，同时改变气流方向，惯性力、离心力及重力的综合作用下，初级分离 t x 2 沉降：较小的液滴、固体粒子在重力作用下从气体中分离，结构：百叶窗式导流板，以促进液粒凝聚和沉降 3 除雾：除去雾状液体和固体粒子→设有捕雾器或分离头 4 储存：分离器下部应有足够的储液容积，液位检测计和排液装置 重力式分离器：由筒体、进口管、出口管、伞形板、捕集器和排污管等组成。 25.旋风分离器的工作原理：气流从切线方向进入分离器后做回转运动， 由于气体和液滴的质量不同 ，所产生的离心力 亦不同， 质量较重的液滴被抛到外圈沿器壁聚积，由于重力和气流的带动向下运动， 由排污口排出；质量较轻的气体 则从进气口进入后沿圆筒壁旋转下降，向着圆锥顶点流动，然后又从圆锥顶点逆转轴向流动方向， 以逐渐扩大的螺旋线 上升， 最后由排气管排出去。 26.过滤分离器分离原理：气体进入第一级分离室，粒径较大（≥10μm）的固体尘粒或游离液滴被滤芯挡在外面。其中， 液滴聚集在一起排至容器的底部，然后经排液管进入一级储液罐；一部分固体尘粒被液体带走，其余的固体尘粒则流在 滤芯的外表面逐渐堆积，直至需要清扫。气体携带着粒径较小的固体尘粒或游离液滴进入玻璃纤维滤芯，在经过过滤层 弯弯曲曲的通道时，不断与玻璃纤维发生碰撞，动能逐渐减小，最后≥1μm 的固体尘粒就滞留在玻璃纤维的滤芯中；滞 留下来的微小液滴又重新聚结成大的液滴，在重力作用和气体带动下进入滤芯中心，而进入第二级分离室。 在第二级分离室，被带进来的大液滴迅速分离排至容器下部，经排液管进入下部的二级储液罐。另外，在第二级分离 室还装有金属丝网捕雾器，是用来分离气体中的微小液滴的，其原理与重力式分离器中的捕雾器原理相同。 27.现有的分离方法存在如下优缺点：1、重力沉降的设备体积庞大，分离效率低，分离负荷低，分离范围窄，但设备简单 不需要内件；2、离心力分离和折流分离分离效率较低（可分离较小液滴） ，分离负荷较高，分离范围较宽，设备体积较 小，可用于高压设备；3、填料分离、丝网分离和超滤分离分离效率较高（可分离小液滴） ，但分离负荷低，分离范围窄， 容易将已着网的液体带走，而且容易堵。 28.天然气净化设备的分类 一级：重力式：含液、固体杂质多，且流量和压力波动大的场合。 二级：旋风式：流量、压力波动不大和含液量不高的场合，且处理量大。 三级：过滤式：分离效率高、效果好，但需定期进行放空清扫和更换滤芯等元件。 29.脱水方法：低温分离 固体干燥剂吸附脱水 液体干燥剂吸附脱水 30.天然气脱硫方法 1.化学吸收法 2.物理吸收法 3.氧化还原法 4.膜法脱硫 31.气体基本方程(p86)1.连续性方程
9.输气管线总的设计步骤：踏勘→可行性研究→初步勘查→初步设计→施工图勘查→施工图设计 10.天然气的组成 烃类化合物:烷烃、环烷烃、烯烃、芳香烃 非烃类气体:CO2、CO、N2、H2、H2S 和水汽 惰性气体（氦、氩）; 硫醇类、硫醚类、硫氧化碳、二硫化碳等有机物 此外，还有贡、氡-222，凝液中含有汞和其他复杂成分组成的混合物（多分子或高分子）H2Sx、以胶溶态粒子形态存Biblioteka Baidu 的沥青质 11.天然气的分类:按矿藏特点分 1）纯气藏天然气:不论开采的任何阶段，矿藏流体在地层中均呈气态，但随成分的不同，采出到地面后，在分离器或管系 中可能有部分液态烃析出。2）凝析气藏天然气:矿藏流体在地层原始状态下呈气态，但开采到一定阶段，随着地层压力下
1.天然气的来源 (1) 油田气：60%-90%的 CH4、C2H6 10%-40%的丙烷、丁烷、戊烷和重烃 干气：戊烷以上组成含量不大于 10ml/m3 湿气：戊烷以上组成含量不小于 10ml/m3 （2）气田气：CH4：85%-97%；C3-C5：2%-5% 采用压缩法、吸收法、吸附法或低温分离法，把 C3、C4 分离，从而制取 LNG。 2.天然气的用途 :天然气的优点：洁净、方便、高效的优质燃料。 (1)发电——减少投资（比煤 20%） ，易于自动化 (2)民用，提高灶炉热效率 (3)化工原料①甲,乙,丙,丁用于生产塑料,纤维, 橡胶等②硫化物、CO2、N2、He 等,硫磺、硫酸、硫氨③He--战略物资，用于军事、科技领域( 4)LPG（液态石油气）代 替车用汽油 3.管道运输的特点①运量大,基建费用低(与铁路相比).②受外界限制少,可长期稳定连续运行,对环境的污染小③便于管理, 易于实现集中控制，劳动生产率高④ 运价低，耗能少.⑤占地少,受地形限制少.⑥ 管输适于大量,单向,定点的运输,不如铁 路,公路运输灵活 虽然管道运输有很多优点，但也有其局限性： （1）主要适用于大量、单向、定点运输，不如车、船运输灵活多样。2） 对一定直径的管道，有一经济合理的输送量范围。 3）有极限输量的限制。 4.管线系统 1）矿场集输系统 特点：介质腐蚀大、距离短、管径小、压力变化大、复杂 气井井厂 集气站：管汇、分离器、流量计、调压站 天然气处理厂→脱水、脱硫、脱 CO2 （2）干线输气管→每 20-30km 设有截断阀（3）城市配气管线→5-0.5kg/cm2 添味（乙硫醇 5.干线输气管的特点 1）这是一个复杂的动力系统（2）各个环节，形成了一个密闭系统，上下游之间紧密相连而又互相 制约，其设计和运行管理更复杂。 （3）考虑市场经济性。 （4）要长期规划，管道设计时要进行严格的技术经济论证，确 定最优建设方案。 （5）考虑社会稳定的问题，必须保证安全、连续、可靠地供气。 （6）天然气长输管道输送压力高，介 质易燃易爆，建立完善的输气管道质量保证。 （7）长输管道要求有与之配套的通信、道路交通、水电供给等附属设施 6.输气管道系统特点 ①各环节紧密相连:采气,净气.输气,储气,供配气,成为统一、连续、密闭输气系统 对比：原油→许多大罐开式 ②气体可压缩性对输气和储气的影响 a.上下站输量不等时，压力变化较平缓;末端比中间站间管段长→利用末站储气 b.可充分利用地层压力输气 从井底到井口所允许的表压较小 Pg，即举重力小 7.输气管道的建设程序 （1）根据资源条件和国民经济长期规划、地区规划、行业规划的要求，对拟建的输气管道进行可行性研究，并在可行性 研究的基础上编制和审定设计任务书。 （2）根据批准的设计任务书，按初步设计（或扩大初步设计） 、施工图两个阶段进行设计。初步设计必须有概算，施工 图必须有预算。 （3)工程完毕，必须进行竣工验收，做出竣工报告（包括竣工图）和竣工决算。 8.当避开确有困难时，对下述地段应选择合适的位置和方式 （表 1.2 不同地段处理） 对规模不大的滑坡 对沼泽或软土地段应根据其范围 对泥石流地段 对深而窄的冲沟 对冲沟浅而宽，沉积物较稳定的地段 管道通过海滩、沙漠地段时 在地震烈度大于或等于七度的地区 经处理后，能保证滑坡体稳定的地段，可选择适当部位以跨越方式或浅埋 通过。管道通过岩堆时，应对其稳定性作出判定，并采取相应措施 土层厚度、地形、地下水位、取土条件等确定通过的地段 单孔管桥架空 跨越 采用埋设方式通过 相应的稳管措施 断层位移较小和较窄的地区通过
降，流体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中呈液态析出。3）油田伴生天然气:在地层中与原油共存， 在采油过程中与原油同时被采出，经油气分离后所得的天然气。 12.天然气按烃类组分关系分类 1）干气: 在地层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线中也不析出液态烃的天然气。 2）湿气: 在地层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、压力下即有液态烃析出的天然气。 3）贫气:丙烷及以上烃类含量少于 100mL/m3 的天然气。 4）富气:丙烷及以上烃类含量大于 100mL/m3 的天然气 13.天然气按硫化氢、二氧化碳含量分类 1）酸性天然气:含有显著量的硫化氢甚至有可能含有有机硫化合物、二氧化碳等酸性气体，需经处理才能达到管输商品气 气质标准的天然气。 2）洁气: 硫化氢和二氧化碳含量甚微，不需要进行净化处理的天然气。 14.视临界参数和对比参数的应用：主要用于求压缩因子 Z，两种方法： 1、已知天然气的组成、Pr 和 Tr 参数，可由凯法则（适用于混合气体）确定，查图求得 Z。 0.5 5 Tc 12 238 0 .5 2、缺乏天然气组成时，可用下式确定： P c ( 55.3 - 10.4 ) 10 Pa 15.实际气体状态方程有几种，各有什么应用范围？ （1）R-K 方程（实际气体性质定量计算）p25 （2）SRK 方程（计算饱和气相密度）p26 （3）BWRS 方程 （在高压、低温 0 条件下应用、适应气液两相等复杂气体 ）p26 16.带压缩因子的状态方程 公式：P=ZρRT 或 pv= ZRT 对比态公式 → pv Z pc vc pv Z Zc r r Z c Tr RTc RT 压缩因子 Z 求法：图解法和计算法 图解法：p29 计算法：p30 17. 天然气粘度特点（1）比液体粘度小（2）T=常数，P↑，粘度↑（3）P=常数，P<100atm,t ↑,粘度↑ P>100atm, t↑, 粘度↓4）分子量越大的烃类，粘度越小 18.天然气的露点图的几点结论 T=C，P↑，W0↓，有水析出 P=C，T↑，W0↑，变不饱和 （1）饱和天然气的温度就是露点温度，Td=f（p，W0） （2）T﹥Td，不饱和； （3）T≤Td，饱和或者有水析出； （4）脱 水过程就是降低露点过程，并在高压低温下脱水最为有利→饱和含水量减少→天然气含水量降低→降低天然气的水露点 19.计算天然气粘度的方法续 1.压力较低时，不同温度下的天然气粘度按下式计算： μT=μ0· （T/273.15）1.5· （273.15+C）/（T+C） 2.已知各组分粘度计算天然气粘度 常压下气体混合物的动力粘度可按下式计算 μ=Σ（μiyiMi0.5）/Σ（yiMi0.5） 3.查图计算法 1）根据天然气分子量或相对密度，按图 2.2 确定常压下天然气粘度μ1 :μ1=μ1‘+ΔμH2S+ΔμCO2+ΔμN2 2）根据计算的天然气的状态，确定对比压力 pr 和对比温度 Tr，查图 2.3 得到粘度比μ/μ1。 3）计算天然气的粘度:μ=（μ/μ1）μ1 4.)由密度和相对密度计算天然气的粘度 20.天然气的物理性质和热物性的概念 P36 湿度: 天然气中水蒸气含量的多少；绝对湿度：单位体积天然气的混合物中含有的水蒸气含量； 相对湿度：天然气的实际绝对湿度与同温度下的饱和湿度之比 饱和湿度:水分增加到天然气所抱何时,混合气体中的水蒸气分压达到该温度下的 mix，此时的绝对湿度称为饱和湿度。 饱和含水量:p38 水露点:温度一定的情况下,开始从气相中分离出第一批液滴的压力,或在压力 一定的情况下,开始从气相中分离出第一批液滴的温度, 就叫做水露点；烃露点:烃露点为气体在一定压力下析出第一滴液态烃时的温度 比热和比热容(p40） ：比热容简称比热,是在不发生相变和化学变化的前提下,加热单位质量的物质时，温度升高 1℃时所吸收的热量. 焓(P42) H=U+PV 或 h=u+pv 熵(P47):表示物质系统状态的一个物理量(记为 S)，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不 可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加,只与状态有关，与路径无关 导热系数:是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为 1 度（K，°C）,在 1 小时内，通过 1 平方米面积传 递的热量，用 k 表示，单位为瓦/（米·度） ，w/（m·k） （W/m·K) 焦耳-汤姆逊系数((P53):