天然氣管道輸送

1、天然氣管道輸送第一章概述第二章管輸基礎(chǔ)第三章輸氣管道水力計(jì)算第四章輸氣管道熱力計(jì)算第五章輸氣干線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工況分析第六章輸氣站第七章天然氣管道完整性管理第一章概述一、天然氣的用途1、組成甲烷、乙烷等2、用途燃料，化工原料二、輸氣系統(tǒng)的組成天然氣管道輸送系統(tǒng)由氣田集輸管道、氣體凈化與加工裝置、輸氣干線、輸氣支線、配氣管網(wǎng)、儲(chǔ)氣系統(tǒng)和各種用途的站場(chǎng)所組成。包括采氣、凈氣、輸氣、儲(chǔ)氣和供氣五大環(huán)節(jié)，它們緊密聯(lián)系、相互制約、互相影響，是一個(gè)統(tǒng)一

2、的、密閉的水動(dòng)力系統(tǒng)。1－氣井；2－集氣站；3－增壓站；4－凈化廠；5－干線首站；6－輸配氣站；7－城填配氣站；8－用戶三、輸氣管道特點(diǎn)與類型輸氣管道特點(diǎn)：天然氣生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售系統(tǒng)一體化。具有調(diào)峰功能。距離長(zhǎng)、壓力高、輸量大。密閉安全。能耗與運(yùn)費(fèi)隨管長(zhǎng)、輸量、壓力變化。便于管理，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。靈活性差。天然氣輸送管線分類：礦場(chǎng)集氣支線：氣田各井口裝置到集氣站的管線。礦場(chǎng)集氣干線：由集氣站到天然氣凈化廠或輸氣干線首站的管線。輸氣干線：由

3、天然氣凈化廠或輸氣首站到城市、工礦企業(yè)一級(jí)用戶的管線。配氣管線：干線一級(jí)輸氣站到城市配氣站以及到各用戶的管線。1.礦場(chǎng)集輸管道（1）氣田集氣從井口開始，經(jīng)分離、計(jì)量、調(diào)壓、凈化和集中等一系列過程，到用戶或長(zhǎng)輸首站為止。包括井場(chǎng)、集氣管網(wǎng)、集氣站、天然氣處理廠、增壓站和外輸總站等。（2）氣田集氣有兩種流程：?jiǎn)尉瘹猓壕畧?chǎng)除采氣樹外，還有一套獨(dú)立完整的氣體處理計(jì)量設(shè)施。多井集氣：井場(chǎng)只有采氣樹，氣體集中處理計(jì)量。2.長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)從礦場(chǎng)附近的

4、輸氣首站或LNG終端開始，到終點(diǎn)配氣站或城市門站為止。長(zhǎng)輸管道的特點(diǎn)：長(zhǎng)距離干線輸氣管管徑大，壓力高，距離長(zhǎng)，年輸氣量高達(dá)數(shù)百億立方米，是一個(gè)復(fù)雜的工程系統(tǒng)，也是一個(gè)獨(dú)立經(jīng)營(yíng)的企業(yè)。長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)的組成：線路輸氣站：首站、中間站、末站集氣點(diǎn)、分輸點(diǎn)、中間閥室、截?cái)嚅y、除塵設(shè)施、陰極保護(hù)設(shè)施、清管設(shè)施、通信與自控設(shè)施、儲(chǔ)氣設(shè)施3.配氣管道從配氣站開始，除塵、計(jì)量、調(diào)壓、添味，然后通過各級(jí)配氣管網(wǎng)和氣體調(diào)壓所，根據(jù)用戶要求直接向用戶供氣。四、

5、輸氣管道的發(fā)展概況國(guó)外輸氣管道發(fā)展①長(zhǎng)運(yùn)距、大口徑和高壓力是世界天然氣管道發(fā)展的主流。目前陸上輸氣壓力達(dá)到12MPa，海底輸氣最高壓力為25MPa，最大口徑為1420mm。②采用內(nèi)涂層減阻技術(shù)，提高輸送能力，減少了設(shè)備的磨損和清管次數(shù)，延長(zhǎng)了管道的使用壽命。③采用高鋼級(jí)鋼管。近5年來，X7O級(jí)油氣輸送鋼管的生產(chǎn)和銷售量占總量的80～85%。目前世界上有10條輸氣管道采用了X80。④完善的調(diào)峰技術(shù)。為了保證可靠、安全、連續(xù)地向用戶供氣，發(fā)

6、達(dá)國(guó)家都采用金屬儲(chǔ)氣罐和地下儲(chǔ)氣庫進(jìn)行調(diào)峰供氣。目前，西方國(guó)家季節(jié)性調(diào)峰主要采用孔隙型和鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫，而日調(diào)峰和周調(diào)峰等短期調(diào)峰則多利用管道末端儲(chǔ)氣及地下管束儲(chǔ)氣來實(shí)現(xiàn)。⑤管道壓縮機(jī)組采用回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)提供動(dòng)力，提高了壓縮機(jī)組功率、可靠性和完整性。⑥普遍采用計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的SCADA系統(tǒng)，對(duì)管道運(yùn)行的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視、控制、模擬、分析、預(yù)測(cè)、計(jì)劃調(diào)度和優(yōu)化。2.國(guó)內(nèi)發(fā)展世界最早管道輸送的國(guó)家三個(gè)發(fā)展階段主要管道①3.我國(guó)輸氣管道技

7、術(shù)現(xiàn)狀分析采用國(guó)際上通用的TG、SPS、hutoChD等軟件進(jìn)行工藝計(jì)算和特殊工況模擬分析新建天然氣管道設(shè)計(jì)壓力高，并廣泛采用了內(nèi)涂層；主要工藝閥門大都采用氣動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)球閥，增壓機(jī)組有離心式和往復(fù)式壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式有氣驅(qū)和電驅(qū)兩種；管道用鋼多為高強(qiáng)度、高韌性鋼，新建管道普遍選用X70等級(jí)管材；生產(chǎn)管理采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、在線檢測(cè)、監(jiān)控，通過在線或離線等不同工況模擬進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行。天然氣管網(wǎng)化程度較低，調(diào)度不夠靈活；油氣管道主

8、要設(shè)備的技術(shù)水平落后；1997年以后建設(shè)的管道在輸送工藝和裝備上與國(guó)外水平相當(dāng)，但管道生產(chǎn)管理水平較低；對(duì)于建設(shè)年代較早的老管道，技術(shù)診斷、剩余壽命再評(píng)價(jià)技術(shù)還有待提高；管道計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)需國(guó)際化、計(jì)量精度的影響因素還需要進(jìn)一步研究。4.發(fā)展趨勢(shì)大口徑、高壓力、網(wǎng)絡(luò)化采用高強(qiáng)度、高韌性管材地下儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)氣和調(diào)峰數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用完整性管理技術(shù)富氣輸送第二節(jié)天然氣管道線路工程一、線路選擇1.影響因素2.選擇原則二、線路勘察與測(cè)量1.踏勘2.初步勘察3

9、.詳細(xì)勘察第三節(jié)管材選擇與強(qiáng)度計(jì)算一、管材選擇要求1.機(jī)械性能2.沖擊韌性3.可焊性4.環(huán)境要求目前使用的管線鋼相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)石油學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)。二、管道強(qiáng)度計(jì)算壁厚：強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力組合的當(dāng)量應(yīng)力不大于管道最低屈服強(qiáng)度的90％.三、天然氣氣質(zhì)指標(biāo)主要從環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)利益方面考慮。商品天然氣的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一般至少應(yīng)包括5項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，即發(fā)熱量、硫化氫含量、總硫含量、二氧化碳含量和水露點(diǎn)?！短烊粴夤艿肋\(yùn)行

10、規(guī)范》（SYT）59222005天然氣的特征天然氣是指蘊(yùn)藏在地層中的可燃性氣體。主要是低分子量烷烴類混合物，還有少量含有N2，CO2，H2S，H2和He等惰性氣體。天然氣純氣田天然氣：主要成分是甲烷，占90%。經(jīng)過鉆探從地層中開采出來，經(jīng)過凈化后送到居民生活，商業(yè)和工業(yè)企業(yè)作原料或燃料用的公用性質(zhì)燃?xì)狻Ｊ桶樯鷼猓洪_采石油的副產(chǎn)品，開采過程中，隨著壓力的降低，從液相中釋放出的可燃?xì)怏w，經(jīng)過凈化和生壓后輸送給城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)作燃料或原料

11、用。甲烷占80%，丙烷和丁烷等碳?xì)浠衔镎?5%。凝析氣田氣：從氣井開采出來以甲烷，乙烷為主人可燃?xì)怏w，甲烷占70%，戊烷及以上碳?xì)浠衔镎?0%以上。煤層氣：從井下煤層抽出，可燃成分以甲烷為主的可燃?xì)怏w。頁巖氣：賦存于泥頁巖中，以吸附及游離狀態(tài)存在的非常規(guī)天然氣第二章天然氣管輸基礎(chǔ)天然氣具很多優(yōu)點(diǎn)：安全，易燃燒，清潔無渣，發(fā)熱量大，利于環(huán)境保護(hù)，燃燒率高等，基本性質(zhì)有以下幾種：（1）天然氣是一種可燃燒的氣體，在混合空氣中，天然氣的濃度

12、只要達(dá)到5%15%，遇到火種就會(huì)燃燒或爆炸。（2）天然氣的相對(duì)密度為0.560.56，由于天然氣的質(zhì)量比空氣小，若房間漏氣，它必然凝聚于房間頂部。（3）天然氣熱值比較高。35.58MJm3。一、天然氣組成與表示方法1.天然氣組成天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是可燃烴類氣體，包括甲烷，乙烷，丙烷，丁烷等，其中甲烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。例如：四川氣田天然氣甲烷含量不低于90%，陜甘寧氣田則達(dá)95%左右。此外可能含有少量二氧化碳，硫化氫，氮?dú)猓?/p>

13、水蒸汽以及少量的氦，氖，氬等氣體。2.天然氣組成的表示方法質(zhì)量分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)二、天然氣物性參數(shù)1天然氣分子量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1kmol天然氣的質(zhì)量定義為天然氣的平均分子量，簡(jiǎn)稱分子量。2.天然氣的密度天然氣的密度與壓力和溫度有關(guān)，在低溫高壓下也與天然氣的壓縮因子有關(guān)。因此，說明密度時(shí)必須指明它的壓力和溫度。工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般溫度與壓力下3.氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：溫度273.15K(0℃)，壓力101

14、.253MPa。世界各國(guó)科技領(lǐng)域廣泛采用這一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)：溫度288.15K(0℃)，壓力101.253MPa。我國(guó)《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》(SYL04):溫度293.15K(20℃)，壓力101.253MPa。相對(duì)密度：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，天然氣的密度與干空氣的密度之比。3天然氣虛擬臨界參數(shù)與對(duì)比參數(shù)可以使氣體壓縮成液態(tài)的最高極限溫度稱為該氣體的臨界溫度。當(dāng)溫度等于臨界溫度時(shí)，使氣體壓

15、縮成液體所需壓力稱為臨界壓力，此時(shí)狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。對(duì)比參數(shù)：天然氣的壓力、溫度與其臨界壓力、臨界溫度之比稱為天然氣對(duì)比壓力、對(duì)比溫度。三、天然氣PVT關(guān)系1理想氣體狀態(tài)方程理想氣體的分子本身不占有體積分子之間沒有內(nèi)聚力。2實(shí)際氣體狀態(tài)方程式（1）RK狀態(tài)方程（2）SRK方程（3）BWRS狀態(tài)方程3.對(duì)比態(tài)原理壓縮系數(shù)，表示實(shí)際氣體與理想氣體的偏離程度。范得瓦爾對(duì)比態(tài)原理：相同的對(duì)比壓力和對(duì)比溫度下，不同介質(zhì)的對(duì)比密度近似相同。由得到4

16、壓縮系數(shù)的計(jì)算（1）圖解法通用壓縮系數(shù)圖：用對(duì)比壓力和對(duì)比溫度為坐標(biāo)繪出Z的曲線圖。（2）壓縮系數(shù)的公式計(jì)算法①美國(guó)加利福尼亞天然氣協(xié)會(huì)（CNGA）公式②前蘇氣體研究所（BHll：I4ry3）公式③BWRS方程④經(jīng)驗(yàn)公式例題1已知天然氣的組分、各組分的物理常數(shù)及摩爾組分（見下表1、2、3和4欄）。試求天然氣在壓力0.8MPa和溫度280K時(shí)的視臨界參數(shù)、對(duì)比狀態(tài)參數(shù)和壓縮系數(shù)。5.狀態(tài)方程的應(yīng)用P1V1Z1T1=P2V2Z2T2常溫低壓

17、下：P1V1T1=P2V2T2例1:一管長(zhǎng)10km，529x7的輸氣管，兩端閥門關(guān)閉，管內(nèi)壓力6kgfcm2，溫度30度，后壓力降至4kgfcm2溫度25度問漏失了多少方天然氣？例2:一管長(zhǎng)10km，529x7的輸氣管，兩端閥門關(guān)閉，管內(nèi)壓力30kgfcm2，溫度30度不變，若靠管內(nèi)余氣供某廠使用，該廠用氣量5000Nm3d用氣壓力5kgfcm2問能供該廠多長(zhǎng)時(shí)間的天然氣？例3:一管長(zhǎng)20km，529x7的輸氣管，首站需檢修停輸，但需保

18、持下游用氣。下游用氣量1000Nm3h用氣壓力1MPa全線溫度30度不變，試問若搶修需12小時(shí)，則剛停輸時(shí)管內(nèi)平均壓力至少為多少才能保持不中斷下游的供氣。四、節(jié)流效應(yīng)(焦湯效應(yīng))爆炸極限可燃?xì)怏w在空氣中的濃度低于某一極限時(shí)，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以彌補(bǔ)散失的熱量，使燃燒不能進(jìn)行；當(dāng)其濃度超過某—極限時(shí)，由于缺氧也無法燃燒。前一濃度極限稱為著火下限，后—濃度極限稱為著火上限。著火極限又稱爆炸極限。天然氣爆炸極限：5%15%燃燒熱值lm3燃