輸氣管道畢業(yè)論文--輸氣管道工程初步設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）</p><p>　　題 目：**輸氣管道工程初步設(shè)計(jì)</p><p>　　2013年 6月13日</p><p>　　**輸氣管道工程初步設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本輸氣管道設(shè)計(jì)項(xiàng)目是**輸氣管道

2、工程，管道全長(zhǎng)3441km，設(shè)計(jì)輸量每年200億立方米。</p><p>　　通過(guò)程序RealPiep模擬仿真，確定最優(yōu)方案，并以最優(yōu)方案為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。最優(yōu)方案為：末段管長(zhǎng)377，管徑1219mm，壁厚16mm，有內(nèi)涂層，共有14座壓氣站，15座清管站和114座截?cái)嚅y室，總投資487.43億元。全線采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則，管道鋼材材質(zhì)為X80鋼。</p><p>　　目前天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)不斷

3、建設(shè)和相互連接成網(wǎng)，輸氣管道的設(shè)計(jì)計(jì)算、工況變化日益繁瑣，個(gè)別異常工況的出現(xiàn)必將影響輸氣管網(wǎng)的安全運(yùn)行。</p><p>　　本文闡述了干線輸氣管道設(shè)計(jì)的基本原理和一般方法，本文主要介紹了天然氣的物性計(jì)算；輸氣管道的水力計(jì)算；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；管路布站方案計(jì)算；有無(wú)內(nèi)涂層的壓降和儲(chǔ)氣情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；RealPipe軟件；布站方案；站場(chǎng)工藝計(jì)算</p>

4、<p>　　The preliminary design on the Xinjing Natural Gas Pipeline Project</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The gas pipeline project is the xinjiang-bejing Natural Gas Pipeline

5、Project, the pipe length of 3441km, the design transmission capacity of 20 billion cubic meters per year.</p><p>　　Through a simulation program RealPip, determine the optimal plan and design the best program

6、 as an example. The optimal solution is: the last paragraph of tube length 377km, diameter 1220mm, wall thickness of 16mm, with the inner coating, with 14compressor stations, 15 pigging stations and 114 block valve chamb

7、er and total investment is RMB 487.43 billion. Across the board with the principles of strength design, pipeline steel material for X80 steel. </p><p>　　Currently building the natural gas pipeline system and

8、 connected into a network, design and calculation of gas pipeline, operating conditions are increasingly burdensome and individual appearance of abnormal working conditions will affect the safe operation of gas transmiss

9、ion network. </p><p>　　Trunk gas pipeline design was elaborated the basic principles and general methods, this article focuses on the calculation of physical properties of natural gas;Hydraulic calculation o

10、f gas pipeline;Calculation of gas storage capacity;Technical and economic analysis;Guan Lubu calculation;Starting, phase I, phase II under the condition of power on the programme and the corresponding pressure drop curve

11、;There is no Undercoat of pressure drop and air condition.</p><p>　　Keywords: Long-distance pipeline; RealPipe software; Station layoutprogram; Technology design of the station</p><p><b>　

12、　第1章前言</b></p><p>　　天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源和化工原料。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界天然氣發(fā)展速度加快，大大超過(guò)了石油工業(yè)的發(fā)展速度。天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例也迅速提高。目前，一般發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣在能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的比例大約在24%以上，而天然氣在我國(guó)能團(tuán)結(jié)構(gòu)中的比例很小，近幾年一直保持在3%左右。因此，為了改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，保持生態(tài)環(huán)境，應(yīng)提高天然氣在我國(guó)能源消費(fèi)中的比

13、例，加快我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮天然氣資源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。</p><p>　　管道是天然氣走向市場(chǎng)的重要環(huán)節(jié)，是溝通氣田與天然氣用戶的重要紐帶，也是促進(jìn)氣田開(kāi)發(fā)，加速天然氣消費(fèi)利用的重要手段。世界各國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明，天然氣工業(yè)要發(fā)展，管道必須先行。北美，英國(guó)，西歐稠密的天然氣管輸網(wǎng)絡(luò)為天然氣提供了安全、便捷的運(yùn)輸通道，極大地促進(jìn)了各國(guó)天然氣的大力開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)天然氣管道建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)快速

14、發(fā)展階段，但同時(shí)也要注意全國(guó)輸氣管道的合理規(guī)劃，形成一個(gè)反應(yīng)快速、運(yùn)作優(yōu)化、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的全國(guó)天然氣管道網(wǎng)絡(luò)，滿足市場(chǎng)需求，是當(dāng)前發(fā)展我國(guó)天然氣管道的主要問(wèn)題。</p><p>　　自20世紀(jì)60年代我國(guó)建設(shè)了第一條輸氣管道以來(lái)，經(jīng)過(guò)40余年的建設(shè)，輸氣管道事業(yè)有了很大的發(fā)展。從70年代起，在東北、華北和西北建設(shè)了較大規(guī)模的輸氣管道，從陜北至北京的陜京線，還有忠武線，川氣東送線，西氣東輸一線、二線，以及正在規(guī)劃修建中

15、的各條西氣東輸線，這些管線的簡(jiǎn)稱使用極大地推動(dòng)了我國(guó)天然氣管網(wǎng)的發(fā)展。</p><p>　　我國(guó)能源資源豐富，但分布不盡合理。我國(guó)天然氣管道輸送戰(zhàn)略布局要根據(jù)我國(guó)能源資源的分布和工業(yè)生產(chǎn)布局選擇我國(guó)天然氣管道的走向。既要考慮國(guó)內(nèi)天然氣管道聯(lián)網(wǎng)，又要考慮與東北亞天然氣管網(wǎng)相聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)、國(guó)際天然氣的調(diào)配。同時(shí)，在管道建設(shè)項(xiàng)目的選擇中，以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為標(biāo)準(zhǔn)，采用世界先進(jìn)技術(shù)，提高我國(guó)天然氣管網(wǎng)的總體工藝水平和自控

16、水平。</p><p>　　自二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，伴著天然氣的用戶以及用量的不斷增大，世界范圍內(nèi)已經(jīng)形成了很多個(gè)多氣源、多用戶的大型輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)。這些輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模大、范圍廣以及受外部條件影響大等特點(diǎn)，其運(yùn)行管理也變得相當(dāng)復(fù)雜。目的是為了保證輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行，以便在很大程度上滿足各類用戶的需求、降低輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)的暑期能耗和運(yùn)行管理費(fèi)用、提高輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益，世界范圍內(nèi)的那些

17、輸氣管道相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)在輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化方面做了大量研究工作，并獲得了一些有實(shí)用價(jià)值的成果。</p><p>　　而是世界六十年代，美國(guó)早就開(kāi)始進(jìn)行干線輸氣管道的優(yōu)化運(yùn)行研究，當(dāng)時(shí)主要研究的是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行的問(wèn)題。在經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后，天然氣工業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯等已經(jīng)形成了一套相對(duì)完整的輸氣管道系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化的理論及其方法，并且將其已經(jīng)應(yīng)用到輸氣管線的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)實(shí)踐中。干線輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行的最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)

18、就是運(yùn)行能耗或者能耗的費(fèi)用最低，采用這類最優(yōu)準(zhǔn)則的優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題被稱作能耗的最優(yōu)化問(wèn)題。國(guó)外經(jīng)驗(yàn)表明：能耗最優(yōu)化研究可以使輸氣管道的運(yùn)行能耗在一定程度上降低。</p><p>　　目前，國(guó)外涉足油氣管道行業(yè)的專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)公司已經(jīng)擁有了干線輸氣管道或官網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的商品軟件，這些優(yōu)化軟件已經(jīng)在國(guó)外一些干線輸氣管道或者管網(wǎng)上得到了應(yīng)用。近些年來(lái)，國(guó)外的輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行方面的發(fā)展趨勢(shì)是干線輸氣管道上推廣應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，并將進(jìn)

19、一步研究管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)和非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)。</p><p>　　美國(guó)的Stoner公司研究開(kāi)發(fā)了主要用于氣體穩(wěn)態(tài)官網(wǎng)設(shè)計(jì)的軟件SWS和模擬長(zhǎng)輸管道動(dòng)態(tài)工況運(yùn)行的仿真軟件SPS。SPS設(shè)置了理想化的調(diào)壓器模型，可以方便的模擬管道系統(tǒng)的控制。</p><p>　　二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)引進(jìn)了多個(gè)商業(yè)化的輸氣管道放著軟件，如TGNET、SPS等。目前，國(guó)際上的主流輸氣管道仿真軟件幾乎

20、在我國(guó)獲得了不同程度的應(yīng)用。管道設(shè)計(jì)單位在國(guó)內(nèi)率先使用輸氣管道仿真軟件，目前這類軟件已經(jīng)成為我國(guó)輸氣管道設(shè)計(jì)的必備工具。</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的快速發(fā)展，天然氣的開(kāi)發(fā)與建設(shè)事業(yè)也得到了快速的發(fā)展。國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的輸氣管道——西氣東輸管道投產(chǎn)運(yùn)行，接著川氣東送管道建設(shè)投產(chǎn)，致使我國(guó)的天然氣管網(wǎng)輸送系統(tǒng)日趨龐大、復(fù)雜。管網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在：氣源壓力大、輸送流量大，輸送距離長(zhǎng)，支路、環(huán)路以及壓氣站增多等

21、方面，這些必然給管道的安全經(jīng)濟(jì)管理帶來(lái)挑戰(zhàn)，管理者要隨時(shí)了解、掌握和調(diào)整管道的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，而要對(duì)這樣的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)做出精確的運(yùn)行管理是一件非常困難的工作，因此必須對(duì)輸氣管道系統(tǒng)進(jìn)行模擬和研究。為此，本文在管道初步設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了**天然氣管道系統(tǒng)物理模型，對(duì)**管道系統(tǒng)的運(yùn)行工況展開(kāi)了模擬分析，了解和掌握了**管道系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，提供合理經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方案。</p><p>　　應(yīng)用

22、仿真模擬軟件進(jìn)行模擬是必要的。這是上中下游平穩(wěn)運(yùn)行的需要，也是提高經(jīng)濟(jì)效益的需要，更是提高調(diào)度管理水平的需要。當(dāng)然，在突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，如果有了預(yù)先的模擬，處理事件的能力、效率和預(yù)防工作都可以很迅速的完成。</p><p>　　RealPipe 是一款由中石油管道科技研究中心自主研發(fā)的管道模擬仿真軟件。RealPipe管道仿真軟件提供了一個(gè)圖形化的集成環(huán)境用來(lái)完成氣體和液體管網(wǎng)的建模，并對(duì)模型進(jìn)行水力、熱力瞬態(tài)分析

23、。</p><p>　　RealPipe通過(guò)圖形建模工具構(gòu)建包含邊界、罐、泵、壓縮機(jī)、閥門(mén)、管段的油氣輸送管網(wǎng)的物理模型，通過(guò)后臺(tái)的預(yù)處理過(guò)程將建好的圖形化模型和管道的流動(dòng)控制方程、設(shè)備的特性方程、分支點(diǎn)的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個(gè)復(fù)雜的數(shù)值系統(tǒng)，然后通過(guò)仿真計(jì)算引擎進(jìn)行動(dòng)態(tài)求解。在仿真運(yùn)行時(shí)，RealPipe會(huì)隨著時(shí)間的變化計(jì)算管網(wǎng)內(nèi)在數(shù)值空間上的壓力、流量、溫

24、度、密度、流速和其它變量，并通過(guò)設(shè)備圖形、動(dòng)態(tài)曲線、動(dòng)態(tài)報(bào)表等方式來(lái)展示這些物理量的分布和變化細(xì)節(jié)。</p><p>　　在模型建立后，用戶需要對(duì)模型的全局參數(shù)和元件參數(shù)進(jìn)行配置，模型通過(guò)驗(yàn)證后才可進(jìn)行仿真運(yùn)行。在仿真運(yùn)行過(guò)程中，用戶可以隨時(shí)通過(guò)設(shè)備圖形、交互命令等方式對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、對(duì)輸出結(jié)果的形式進(jìn)行配置。</p><p>　　根據(jù)國(guó)情，近幾年我國(guó)管道發(fā)展的目標(biāo)

25、是：改造舊管道與新建管道統(tǒng)籌兼顧，增加天然氣管道建設(shè)投資，合理布局，配套成網(wǎng)，管道建設(shè)可適度超前。今后我國(guó)天然氣管道輸送戰(zhàn)略是：以國(guó)內(nèi)各大氣田、各主要消費(fèi)地連接的天然氣管網(wǎng)為主，積極開(kāi)發(fā)利用本國(guó)天然氣資源，參與世界天然氣資源的再分配，加速我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展，形成由不同等級(jí)、不同規(guī)模組成的生產(chǎn)與消費(fèi)相接的天然氣管輸網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)天然氣管網(wǎng)的形成，需要經(jīng)過(guò)幾十年的努力才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第一步是我國(guó)東部、西

26、部、中部天然氣管道的建設(shè)，三大氣區(qū)基本形成連接各氣區(qū)干線及支線，便于區(qū)域間天然氣輸量的調(diào)節(jié)。環(huán)形管線與支線將成為整個(gè)管輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。</p><p>　　第二步，用主干線將分散的西部、中部、東部區(qū)域性管網(wǎng)連接起來(lái)，形成我國(guó)天然氣管網(wǎng)。</p><p>　　第三步，將主要消費(fèi)地與主干管網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)天然氣資源的多元化，打到國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)需平衡、協(xié)調(diào)供應(yīng)。積極開(kāi)發(fā)利用沿海氣田天然氣資源，并

27、將我國(guó)海上天然氣管道與陸上輸氣管道聯(lián)通。從而將國(guó)內(nèi)各氣田用管道有機(jī)地聯(lián)系在一起，形成國(guó)內(nèi)四通八達(dá)、從橫交錯(cuò)的天然氣灌輸系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，經(jīng)過(guò)20—30年的努力，我國(guó)天然氣管網(wǎng)將基本完善，國(guó)內(nèi)將形成幾縱橫的主干管道及其連通管道，并與西伯利亞及中亞的國(guó)際天然氣管道連接。</p><p><b>　　第2章設(shè)計(jì)概述</b></p><

28、p><b>　　2.1設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p><b>　　2.1.1設(shè)計(jì)原則</b></p><p>　　（1）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家、行業(yè)的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并參照有關(guān)國(guó)際先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；</p><p>　?。?）工程盡量采用先進(jìn)的技術(shù)，努力吸取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)科技成果；</p><p>　　

29、（3）工程設(shè)計(jì)本著一次規(guī)劃，分期實(shí)施的原則，做到工程建設(shè)近、遠(yuǎn)期相結(jié)合，充分利用資金，節(jié)約投資；</p><p>　?。?）以氣源為基礎(chǔ)、市場(chǎng)為導(dǎo)向，處理好供給與利用之間的關(guān)系；</p><p>　　（5）優(yōu)選工藝方案，達(dá)到先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)；</p><p>　?。?）線路走向合理、貼近市場(chǎng)，盡量減少干線長(zhǎng)度；</p><p>　

30、　（7）管道設(shè)計(jì)要確保能長(zhǎng)期安全、平穩(wěn)的運(yùn)行；</p><p>　?。?）適應(yīng)線路的自然環(huán)境氣候，確保生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，能保護(hù)環(huán)境、防止污染、節(jié)約能源、少占土地。</p><p>　　2.1.2管道設(shè)計(jì)依據(jù)和規(guī)范</p><p>　?。?）《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251-2003，中國(guó)計(jì)劃出版社）</p><p>　?。?）《油氣集

31、輸與礦場(chǎng)加工》（馮叔初 主編，中國(guó)石油大學(xué)出版社）</p><p>　?。?）《輸氣管道工程》（王志昌 主編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　　（4）《干線輸氣管道實(shí)用工藝計(jì)算方法》（苗承武 主編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　?。?）《石油地面工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五冊(cè)（天然氣長(zhǎng)輸管道工程設(shè)計(jì)）石油大學(xué)出版社）</p><p>　?。?/p>

32、6）《天然氣管道輸送技術(shù)》（黃春芳 主編，中國(guó)石化出版社）</p><p>　?。?）《天然氣工程手冊(cè)》（四川石油管理局 編，石油工業(yè)出版社）</p><p>　?。?）《輸氣管道設(shè)計(jì)與管理》（李玉星 姚光鎮(zhèn) 主編，中國(guó)石油大學(xué)出版社）</p><p>　　2.2輸氣管道設(shè)計(jì)原始資料</p><p>　　**管線：在寧夏中衛(wèi)設(shè)置分輸站，分輸氣

33、量為50億立方米/年，在陜西榆林設(shè)置進(jìn)氣站，用于代輸陜甘寧的天然氣，代輸量80億立方米/年。</p><p>　　2.2.1天然氣的組成</p><p>　　2.2.2管道的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　?。?）首站進(jìn)站壓力：4.0Mpa(表壓)</p><p>　　（2）末站進(jìn)站壓力：2.0Mpa(表壓)</p><p&g

34、t;　　（3）設(shè)計(jì)年輸送天數(shù)：350天</p><p>　?。?）管道埋深處地溫：夏季30℃，冬季8℃，年平均地溫：15℃。</p><p>　?。?）管線調(diào)峰能力為日輸量的42%。</p><p>　　2.2.3管線設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>

35、　　**管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至北京市末站。沿線經(jīng)過(guò)新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、河北等省市自治區(qū)，設(shè)計(jì)輸量200億立方米/年。主供氣源為進(jìn)口中天然氣燃?xì)猓瑲怏w組成：甲烷97.6%、乙烷1.4%、二氧化碳0.5%，氮?dú)?.5%。在寧夏中衛(wèi)設(shè)置分輸，分輸氣量為50億立方米/年，在陜西榆林設(shè)置進(jìn)氣站，用于代輸陜甘寧的天然氣，代輸量80億立方米/年。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：<

36、/b></p><p>　　針對(duì)該工程開(kāi)展可行性研究以及初步設(shè)計(jì)研究，針對(duì)工程概況完成線路的選擇、管徑的優(yōu)選、壓力等級(jí)的確定、戰(zhàn)場(chǎng)布置等內(nèi)容，并針對(duì)工程情況開(kāi)展輸氣管道工藝計(jì)算分析，具體要求如下：</p><p>　?。?）針對(duì)起終點(diǎn)要求，根據(jù)工程量、穿跨越的情況、在電子地圖上完成線路的優(yōu)選，確定路由和高程。</p><p>　?。?）針對(duì)確定的線路，利用軟件

37、進(jìn)行工藝計(jì)算，完成不同壓力等級(jí)、不同管徑的模擬計(jì)算，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳的輸氣方案。</p><p>　?。?）針對(duì)輸氣方案，分別完成下面的內(nèi)容:</p><p>　　1）進(jìn)行站的工藝計(jì)算，完成工藝設(shè)計(jì)，完成各站戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)備的選型計(jì)算，確定設(shè)備的型號(hào)和個(gè)數(shù)，并繪制首末站和中衛(wèi)分輸站工藝流程圖。完成設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　2）為保證管道設(shè)計(jì)輸氣要求以及準(zhǔn)確

38、性和安全性，必須對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。工藝系統(tǒng)分析的內(nèi)容有：內(nèi)涂層設(shè)置分析；壓氣站布置分析；管道輸送能力適應(yīng)性分析；管道末端儲(chǔ)氣能力分析、代輸能力分析等計(jì)算，完成計(jì)算分析報(bào)告。</p><p>　　2.3 相關(guān)軟件介紹</p><p>　　2.3.1選線軟件—谷歌地球（Google Earth，GE）</p><p>　　谷歌地球（Google Earth，GE）

39、是一款Google公司開(kāi)發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個(gè)地球的三維模型上。利用其先進(jìn)的衛(wèi)星圖像可以進(jìn)行線路選擇、確定高程和測(cè)距。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用軟件版本：Google Earth 7.0.3.8542。</p><p>　　2.3.2 設(shè)計(jì)和仿真軟件—RealPipe</p><p>　　RealPipe是一款由中國(guó)石油管

40、道科技研究中心自主研發(fā)的石油天然氣管道仿真軟件，可以對(duì)天然氣、成品油、原油三種介質(zhì)管道進(jìn)行仿真計(jì)算。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用軟件版本：RealPipe 3.0（Build 2907）。</p><p>　　2.4 不同方案的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　2.4.1 線路選擇思路</p><p>　　（1）輸氣管道線路選擇原則</

41、p><p>　　1）線路走向應(yīng)根據(jù)地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)氣、供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、動(dòng)力等條件，經(jīng)多方案對(duì)比后確定。</p><p>　　2）管線敷設(shè)地區(qū)的選擇應(yīng)符合我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定，線路走向應(yīng)盡量避開(kāi)城市規(guī)劃區(qū)、文物古跡、風(fēng)景名勝、自然保護(hù)區(qū)等。</p><p>　　3）線路宜避開(kāi)多年經(jīng)濟(jì)作物區(qū)域和重要的農(nóng)田基本設(shè)施。</p><p&g

42、t;　　4）管道不應(yīng)從飛機(jī)場(chǎng)、鐵路車(chē)站、海港碼頭、鐵路通過(guò)，若必須通過(guò)，除征得有關(guān)部門(mén)同意外，還需要采用相應(yīng)的安全保護(hù)措施。</p><p>　　5）管道不應(yīng)從飛機(jī)場(chǎng)、鐵路車(chē)站、海港碼頭、鐵路通過(guò)，若必須通過(guò)，除征得有關(guān)部門(mén)同意外，還需要采用相應(yīng)的安全保護(hù)措施。</p><p>　　6）線路應(yīng)盡可能的利用現(xiàn)有的公路，方便施工和管理。同時(shí)應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的國(guó)家電網(wǎng)供電，以降低工程費(fèi)用。<

43、;/p><p>　　7）線路應(yīng)盡可能的取直，縮短線路長(zhǎng)度，同時(shí)線路也要盡可能靠近城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)用戶。</p><p><b>　?。?）地區(qū)等級(jí)劃分</b></p><p>　　管道安全保證兩種指導(dǎo)思想：（1）控制管道自身的安全性。它的原則是嚴(yán)格控制管道及其構(gòu)件的強(qiáng)度和嚴(yán)密性，并貫穿到從設(shè)計(jì)、設(shè)備材料選用、施工、生產(chǎn)、維護(hù)到更新改造的全過(guò)程。用控制

44、管道的強(qiáng)度來(lái)確保管線系統(tǒng)的安全，從而對(duì)周?chē)?gòu)筑物提供安全保證。（2）控制安全距離，如前蘇聯(lián)“大型管線”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。它雖對(duì)管道系統(tǒng)強(qiáng)度有一定的要求，但主要是控制管道與周?chē)ㄖ锏木嚯x，以此對(duì)周?chē)?gòu)筑物提供安全保證。</p><p><b>　　地區(qū)等級(jí)劃分：</b></p><p>　　我國(guó)幅員遼闊，東西南北的地區(qū)特征差別甚大。根據(jù)我們多年來(lái)的工作實(shí)踐，按居民（建筑物

45、）密度指數(shù)劃分四個(gè)地區(qū)等級(jí)，進(jìn)行相應(yīng)的管道設(shè)計(jì)是適宜的?！遁敋夤艿拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》采用沿管道中心線兩側(cè)各200m范圍內(nèi)，任意劃分長(zhǎng)度為2km的若干管段區(qū)域，按劃定區(qū)域內(nèi)供人居住的獨(dú)立建筑物（戶）數(shù)目（以數(shù)目多者為準(zhǔn)）確定居民（建筑物）密度指數(shù)。</p><p>　　綜上所述，用提高輸氣管道自身的安全度來(lái)保證管道周?chē)?gòu)筑物的安全是積極的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，全線地區(qū)等級(jí)設(shè)定為二級(jí)

46、地區(qū)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)系數(shù)為0.6。</p><p>　　地區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2-1</p><p>　　表2-1 規(guī)范采取的地區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　?。?）管道敷設(shè)</b></p><p>　　1）考慮管道的安全，便于維護(hù)，不影響交通和耕作等，輸氣管道應(yīng)為埋地敷設(shè)。埋地敷設(shè)困難的特殊地段，經(jīng)設(shè)計(jì)論證后，亦可

47、采用地上或土堤敷設(shè)等形式。</p><p>　　2）為保證管道完好，免受外力損傷，不妨礙農(nóng)業(yè)耕作等要求，規(guī)范規(guī)定的最小覆土層厚度是根據(jù)我國(guó)輸氣管道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)并參照國(guó)外等有關(guān)規(guī)范而提出。</p><p>　?。?）干線截?cái)嚅y室建設(shè)</p><p>　　根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，截?cái)嚅y位置應(yīng)該選擇在交通方便、地形開(kāi)闊、地勢(shì)較高的地方。不同等級(jí)地區(qū)截?cái)嚅y的設(shè)置間

48、距不同，截?cái)嚅y最大間距應(yīng)符合下列規(guī)定：</p><p>　　一級(jí)地區(qū)為主的管段不宜大于32km；</p><p>　　二級(jí)地區(qū)為主的管段不大于24km；</p><p>　　三級(jí)地區(qū)為主的管段不大于16km；</p><p>　　四級(jí)地區(qū)為主的管段不大于8km。</p><p>　　上述規(guī)定的閥門(mén)間距可以稍作調(diào)整，使閥

49、門(mén)安裝在更容易接近的地方。</p><p>　　西氣東輸聯(lián)絡(luò)線管道所處地區(qū)等級(jí)為二級(jí)地區(qū)。</p><p><b>　　（5）線路構(gòu)筑物</b></p><p>　　管道在通過(guò)土（石）坎、陡坡、沖溝、河溝等特殊地段時(shí)應(yīng)結(jié)合環(huán)境保護(hù)的要求因地制宜設(shè)置保護(hù)管道的設(shè)施。常用方法有：石砌護(hù)坡、漿砌塊石擋土墻、毛石混凝土擋土墻、加筋土擋土墻、鋼筋混凝土擋

50、土墻、灰土擋土坎、石砌擋土坎、混凝土擋土坎、條石（灰土、草袋）護(hù)壁、截（排）水溝、阻水墻、淤土壩、抗沖層、錨固墩等。</p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)方案確定思路</p><p>　?。?）近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)距離天然氣管道的發(fā)展趨勢(shì)：1）大管徑、高壓力、不斷采用新材料、新技術(shù)；2）采用高強(qiáng)度、高韌性、直縫鋼管，以節(jié)省材料。本設(shè)計(jì)中，緊密結(jié)合當(dāng)前我國(guó)天然氣管道技術(shù)水平和管道參數(shù)，方案組合中

51、，設(shè)計(jì)壓力選取8Mpa、10Mpa、12Mpa，管徑選取超過(guò)1000mm的1016mm和1219mm，管道材料選擇強(qiáng)度較高的X80鋼。</p><p>　?。?）不同方案，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)壓力和城市配氣站進(jìn)站所需最小壓力及設(shè)計(jì)輸氣量確定末段長(zhǎng)度，然后根據(jù)末段長(zhǎng)度計(jì)算調(diào)峰能力，當(dāng)調(diào)峰能力達(dá)不到預(yù)期時(shí)，通過(guò)提高末段起點(diǎn)壓力P1max來(lái)達(dá)到儲(chǔ)氣要求；</p><p>　?。?）利用軟件進(jìn)行工藝計(jì)算

52、，具體方法是采用試算法。根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)壓氣站壓比和輸氣量，考慮高差的影響，利用軟件生成的壓降曲線確定相鄰兩個(gè)壓氣站的站間距，并由前往后初步布站；</p><p>　?。?）考慮進(jìn)、分氣的影響對(duì)站址進(jìn)行調(diào)整，確定各布站方案；</p><p>　?。?）利用方案比較法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案。投資費(fèi)用最小的即為最優(yōu)方案。</p><p>　　依此

53、思路進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，得出各方案布站情況及相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.4.3站場(chǎng)設(shè)計(jì)原則</p><p>　　根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定：輸氣站設(shè)置，第一是滿足輸氣工藝的要求；第二是符合線路走向的要求。</p><p>　　根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》清管設(shè)計(jì)規(guī)定：為節(jié)約投資，便于管理，本規(guī)范規(guī)定清管站設(shè)在輸氣站內(nèi)。</p><p

54、>　　根據(jù)輸氣要求進(jìn)行壓氣站布置，兼顧均勻布站的方針，進(jìn)行布站。</p><p>　　2.5 工藝計(jì)算說(shuō)明</p><p>　　設(shè)計(jì)輸量下，輸氣管外徑越大，所需壓氣站數(shù)量越少，站場(chǎng)投資相應(yīng)減小，但同時(shí)線路投資及管材費(fèi)用會(huì)增加；大壓比下相鄰站之間站間距增長(zhǎng)，這樣會(huì)減少壓氣站站數(shù)，但大壓比下壓縮機(jī)組投資和燃?xì)廨啓C(jī)所產(chǎn)生的燃料氣費(fèi)用會(huì)相應(yīng)增大，并且會(huì)導(dǎo)致各年經(jīng)營(yíng)成本增加；</p>

55、;<p>　　綜上所述，不同工藝參數(shù)下的輸氣方案需要綜合全面考慮。首先對(duì)各方案進(jìn)行初步水力計(jì)算及布站；然后根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)壓比及壓降對(duì)壓氣站間距進(jìn)行調(diào)整，得出調(diào)整后的布站方案；最后對(duì)各種方案，利用方案比較法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案，年當(dāng)量費(fèi)用最小方案即為最佳輸氣方案。</p><p>　　2.5.1輸氣管道末段</p><p><b>　　天然氣調(diào)峰：&

56、lt;/b></p><p>　　城市的用氣量隨時(shí)間而變化，而氣源供氣量一般變化不大，尤其是長(zhǎng)距離輸氣管，為求得最高的效率和最好的經(jīng)濟(jì)效益，總希望在某一最佳輸量下工作。這樣，供氣和用氣經(jīng)常發(fā)生不平衡，時(shí)而供大于需，時(shí)而又轉(zhuǎn)為需大于供。為了保證按用戶要求供氣，必須解決供氣與用氣的不平衡問(wèn)題。輸氣系統(tǒng)必須具備一定的調(diào)峰能力。</p><p>　　長(zhǎng)距離輸氣管線中，末段可用作調(diào)峰儲(chǔ)氣。為滿

57、足調(diào)峰儲(chǔ)氣要求，對(duì)末端作特殊處理，可采用方法為增大管徑或提高末段起點(diǎn)壓力。</p><p>　　2.5.2 輸氣管線相鄰壓氣站站間距的確定</p><p>　　方案工藝參數(shù)確定后，對(duì)各中間壓氣站（除首站和末站），保持離心壓縮機(jī)出口壓力為設(shè)計(jì)壓力，通過(guò)設(shè)計(jì)的壓氣站壓比確定壓氣站離心壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力。利用軟件計(jì)算出的物性參數(shù)，計(jì)算某一管段的相關(guān)參數(shù)，，和q，然后利用地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站

58、方法求出相鄰壓氣站的站間距。</p><p>　　地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站方法：</p><p>　　1）在計(jì)算壓氣站站間距時(shí)，原則上應(yīng)先求出輸氣管末段的長(zhǎng)度lk（即最后一個(gè)壓氣站至終點(diǎn)的距離）。</p><p>　　輸氣管末段通常兼作調(diào)節(jié)晝夜用氣不均衡性的儲(chǔ)氣容器，而末段終點(diǎn)壓力又比其前面各站間管段的終點(diǎn)壓力低得多，因此末段的長(zhǎng)度比其它各站間管段要長(zhǎng)得多。&l

59、t;/p><p>　　末段的計(jì)算與其前面各段的區(qū)別是：在計(jì)算中既要考慮輸氣能力，又要考慮儲(chǔ)氣能力。</p><p>　　在初步計(jì)算中，可暫不考慮儲(chǔ)氣，末段長(zhǎng)度按水平輸氣管的基本計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，</p><p>　　但公式中的計(jì)算段終點(diǎn)壓力應(yīng)以城市配氣管網(wǎng)的最低允許壓力代之。</p><p>　　2）從輸氣管起點(diǎn)開(kāi)始，按地形起伏地區(qū)輸氣管流量基本

60、公式進(jìn)行計(jì)算，確定相鄰兩個(gè)壓氣站之間的站間距。</p><p>　　《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中地形起伏地區(qū)輸氣管的流量基本公式：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　及——計(jì)算段起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力（Mpa）；</p>

61、<p><b>　　d——管道內(nèi)徑；</b></p><p>　　λ——水力摩阻系數(shù)；</p><p>　　Z——?dú)怏w壓縮因子；</p><p>　　Δ——?dú)怏w相對(duì)密度；</p><p>　　T——?dú)怏w溫度（K）；</p><p>　　Δh——計(jì)算段起點(diǎn)和終點(diǎn)間高差（m）；</

62、p><p><b>　　——系數(shù)（），；</b></p><p>　　——空氣的氣體常數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下=287.1m²/（s²·K）；</p><p>　　n——輸氣管道計(jì)算管段內(nèi)按沿線高差變化所劃分的計(jì)算段數(shù)；</p><p>　　——各劃分管段終點(diǎn)和起點(diǎn)的標(biāo)高（m）；</p>

63、<p>　　——各劃分段長(zhǎng)度（km）；</p><p><b>　　C——計(jì)算常數(shù)，。</b></p><p>　　式中，分子中一項(xiàng)表示輸氣管終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差對(duì)流量的影響；分母內(nèi)一項(xiàng)，表示輸氣管沿線地形（沿線中間點(diǎn)的高程）對(duì)流量的影響。</p><p>　　因尚未確定2#壓氣站的位置，故不知道第一站間距終點(diǎn)與起點(diǎn)的高差，可用試算法進(jìn)行

64、求解：先按水平輸氣管算出l水平作參考，然后通過(guò)軟件配置高程參數(shù)后進(jìn)行模擬，找到設(shè)計(jì)壓氣站進(jìn)口壓力一點(diǎn)所處的位置，就可以確定一個(gè)站間距，以此類推，確定以后各站的站間距。</p><p>　　2.5.3站場(chǎng)布置及調(diào)整</p><p>　　確定末段長(zhǎng)度后，由管道起點(diǎn)由前往后依次布置壓氣站，考慮壓氣站與分氣點(diǎn)是否能夠合并來(lái)調(diào)整站址，并核算壓氣站壓縮機(jī)組的壓比是否在合理的范圍內(nèi)，即保持中間壓氣站出口

65、壓力為設(shè)計(jì)壓力，核算調(diào)整站間距后各站壓比，壓比在1.1～1.6范圍內(nèi)認(rèn)為合理，調(diào)整后的布站方案初步可行。</p><p>　　2.6 輸氣方案的確定</p><p>　　以方案的建設(shè)投資費(fèi)用和以后維護(hù)管理費(fèi)用的大小確定最佳輸氣方案。</p><p>　　2.6.1管道及各站場(chǎng)投資</p><p>　　管道投資主要是管道鋼材費(fèi)用。本設(shè)計(jì)中管道鋼

66、材類型為X80鋼，通過(guò)計(jì)算管道鋼材耗量，然后乘以管道鋼材價(jià)格（X80鋼：9000元/噸）就可以得到管道投資費(fèi)用。</p><p>　　站場(chǎng)投資費(fèi)用主要是站內(nèi)設(shè)備投資費(fèi)用。本設(shè)計(jì)中站場(chǎng)投資主要是計(jì)算壓縮機(jī)組的投資費(fèi)用。通過(guò)壓縮機(jī)組選型，然后查壓縮機(jī)組價(jià)格，就可以確定站場(chǎng)投資費(fèi)用。</p><p>　　2.6.2 燃料氣費(fèi)用</p><p>　　本設(shè)計(jì)中壓氣站使用的離心

67、壓縮機(jī)全部由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于燃料氣費(fèi)用的計(jì)算，首先應(yīng)根據(jù)輸氣能力和壓比等參數(shù)進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)的選型，在確定壓縮機(jī)組型號(hào)后計(jì)算出各壓氣站的燃料氣年耗量。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，分別計(jì)算不同方案首站、中間壓氣站和最后一個(gè)壓氣站的燃料氣耗量，然后再乘以天然氣價(jià)格（1.5元/m3），得到燃料氣費(fèi)用。</p><p>　　2.6.3 其他費(fèi)用</p><p>　　(1)

68、 各站場(chǎng)人員編制</p><p>　　首站：30人；中間壓氣站：25人；末站（城市配氣站）：30人；分輸站：10人。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，分別計(jì)算不同方案各站場(chǎng)人員編制，然后再乘以人員工資，得到人工費(fèi)用。</p><p><b>　　(2) 施工費(fèi)用</b></p><p>　　施工費(fèi)用主要是管道敷設(shè)費(fèi)用。&l

69、t;/p><p><b>　　(3) 內(nèi)涂層費(fèi)用</b></p><p>　　如果管道設(shè)置內(nèi)涂層，那內(nèi)涂層費(fèi)用就是不可或缺的一部分。</p><p>　　內(nèi)涂層費(fèi)用主要是計(jì)算內(nèi)涂層面積，然后再乘以所用內(nèi)涂層價(jià)格，就可得到內(nèi)涂層費(fèi)用。</p><p><b>　　(4)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用</b></p>

70、<p>　　輸氣管道建設(shè)工程年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用是輸氣管道工程建成投產(chǎn)后維持其正常生產(chǎn)所必須花費(fèi)的費(fèi)用。</p><p>　　年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用主要包括：年燃料氣費(fèi)用、管道年維護(hù)和管理費(fèi)用、站場(chǎng)年操作維護(hù)費(fèi)用和人工費(fèi)用。</p><p>　　2.6.4 方案經(jīng)濟(jì)比較分析</p><p>　　輸氣管道設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)分析方法有很多種，包括方案比較法、數(shù)學(xué)分析法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、灰

71、色關(guān)聯(lián)法以及最小金屬耗量法等。方案比較法是工程設(shè)計(jì)以至決策系統(tǒng)中選擇優(yōu)秀方案的設(shè)計(jì)方法，也是最基本和最常用的方法。雖然方案比較法是傳統(tǒng)的方法。但其靈活性和適應(yīng)性極強(qiáng),故應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用方案比較法對(duì)各種輸氣方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案。</p><p>　　輸氣管道年當(dāng)量費(fèi)用：</p><p>　　從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看,任何建設(shè)輸

72、氣管道的工程方案,均可用基建投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用來(lái)評(píng)價(jià).輸氣管道工程的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)是指其由基建投資費(fèi)用及運(yùn)行管理費(fèi)用構(gòu)成的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo),常采用年當(dāng)量費(fèi)用來(lái)表示:</p><p>　　式中，S為年當(dāng)量費(fèi)用（萬(wàn)元/年）；E為額定的投資回收系數(shù)或投資效率系數(shù)（a-1）；J為工程基建投資（萬(wàn)元）；C為年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用（萬(wàn)元/年）。</p><p>　　額定的投資回收系數(shù)：</p><p&

73、gt;　　由國(guó)家根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)制定,其意義為國(guó)家認(rèn)為投資該行業(yè)應(yīng)該有的收益，一般由行業(yè)平均利潤(rùn)決定。</p><p>　　式中，i為基本投資收益率，i＜1；t為投資回收期（年）。</p><p><b>　　工程基建投資：</b></p><p>　　工程基建投資=管道鋼材費(fèi)用+站場(chǎng)投資費(fèi)用+施工費(fèi)用+內(nèi)涂層費(fèi)用</p><p

74、><b>　　年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用：</b></p><p>　　年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用=年燃料氣費(fèi)用+管道年維護(hù)和管理費(fèi)用+站場(chǎng)年操作維護(hù)費(fèi)用+人工費(fèi)用</p><p>　　通過(guò)年當(dāng)量費(fèi)用的比較，就可以確定最佳輸氣方案。</p><p>　　第3章管路布站方案計(jì)算書(shū)</p><p>　　3.1管路工藝設(shè)計(jì)結(jié)果</p>&

75、lt;p>　　(1) 本輸氣管道設(shè)計(jì)項(xiàng)目是**天然氣管道工程，管道全長(zhǎng)3441km，設(shè)計(jì)輸量每年200億立方米。</p><p>　　(2) 設(shè)計(jì)方案為：設(shè)計(jì)壓力10MPa，壓比1.3，管徑1219mm，有內(nèi)涂層，管線末段長(zhǎng)度為377km，全線管材采用X80鋼。</p><p>　?。?）全線共有站場(chǎng)143座，其中壓氣站14座，清管站15座，截?cái)嚅y室114座，并且有14座清管站與壓氣

76、站合并，減少了單獨(dú)建站費(fèi)用。</p><p>　　（4）第一段每一站的分離器總數(shù)為8臺(tái)，第二段每一站的分離器總數(shù)為6臺(tái)，第三段每一站的分離器總數(shù)為9臺(tái)，其他參數(shù)參考規(guī)范進(jìn)行選擇，流量控制可以通過(guò)開(kāi)啟分離的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）全線的壓縮機(jī)采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)有三種，第一段即從No1站到No11站燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為NK-36PT，第二段即No12站燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為DR6

77、1P，第三度即從No13站到No14站燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為L(zhǎng)M2500+，并且每站燃?xì)廨啓C(jī)都采用“一臺(tái)工作一臺(tái)備用”。</p><p><b>　　3.2設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　3.3 基本物性計(jì)算</p><p>　　(1) 天然氣組成原始數(shù)據(jù)如表</p><p><b>　　表3-1天然氣組成<

78、;/b></p><p>　　(2) 天然氣物性參數(shù)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)天然氣組成及物性計(jì)算公式，可以計(jì)算出天然氣物性參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2.</p><p>　　表3-2 天然氣物性參數(shù)</p><p><b>　　由上表計(jì)算可得：</b></p><p>　　空氣的相對(duì)分子質(zhì)

79、量=28.966g/mol；</p><p>　　天然氣的平均分子量=16.439g/mol；</p><p>　　天然氣相對(duì)密度=0.567；</p><p>　　燃?xì)獾蜔嶂祂J/Nm3。</p><p><b>　　3.4 線路的選取</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)線路為新疆霍爾果斯到北

80、京，**管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至北京市末站。沿線經(jīng)過(guò)新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、河北等省市自治區(qū)。</p><p>　　3.4.1 線路的選擇要求</p><p>　?。?）線路走向應(yīng)根據(jù)地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)氣、供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、動(dòng)力等條件，經(jīng)多方案對(duì)比后確定。</p><p>　?。?）管線敷設(shè)地區(qū)的選擇應(yīng)符合我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定，線

81、路走向應(yīng)盡量避開(kāi)城市規(guī)劃區(qū)、文物古跡、風(fēng)景名勝、自然保護(hù)區(qū)等。</p><p>　?。?）線路宜避開(kāi)多年經(jīng)濟(jì)作物區(qū)域和重要的農(nóng)田基本設(shè)施。</p><p>　?。?）管道不應(yīng)從飛機(jī)場(chǎng)、鐵路車(chē)站、海港碼頭、鐵路通過(guò)，若必須通過(guò)，除征得有關(guān)部門(mén)同意外，還需要采用相應(yīng)的安全保護(hù)措施。</p><p>　?。?）大中型河流穿（跨）越工程和壓氣站位置的選擇，應(yīng)符合線路走向。局

82、部走向應(yīng)根據(jù)大、中型穿（跨）越工程和壓氣站的位置進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　?。?）線路應(yīng)盡可能的利用現(xiàn)有的公路，方便施工和管理。同時(shí)應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的國(guó)家電網(wǎng)供電，以降低工程費(fèi)用。</p><p>　?。?）線路應(yīng)盡可能的取直，縮短線路長(zhǎng)度，同時(shí)線路也要盡可能靠近城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)用戶。</p><p>　　3.4.2 沿線自然條件</p><p

83、>　　管道沿線存在大型穿越江河工程，其中西江隧道穿越總長(zhǎng)度為2446.7m，以及鐵路、高速公路穿越工程，除穿越點(diǎn)大都為平原地貌，高差小于200m。</p><p>　　3.4.3 沿線地理等級(jí)劃分</p><p>　　按照《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50251[4]的規(guī)定，沿管道中心兩側(cè)各200m范圍內(nèi)，任意劃分成長(zhǎng)度為2km并能包括最大聚居戶數(shù)的若干地段，按規(guī)定地段內(nèi)的戶數(shù)劃分為四

84、個(gè)等級(jí)。在農(nóng)村人口聚集的村莊、大院、住宅樓，應(yīng)以每一獨(dú)立戶作為一個(gè)供人居住的建筑物計(jì)算。</p><p>　　1）一級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在15戶或以下的區(qū)段；</p><p>　　2）二級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在15戶以上、100戶以下的區(qū)段；</p><p>　　3）三級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在100戶或以上的區(qū)段，包括市郊居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、發(fā)展區(qū)以及不夠四級(jí)地區(qū)條件的人口稠密度；<

85、/p><p>　　4）四級(jí)地區(qū)：系指四層及四層以上樓房（不計(jì)地下室層數(shù)）普遍集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的區(qū)段。</p><p>　　表3-3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)</p><p>　　3.4.4 利用GoogleEarth選取線路</p><p>　　根據(jù)以上的線路選取要求利用GoogleEarth選取線路如下圖。</p><p>

86、;　　圖3-1 輸氣管線線路圖</p><p><b>　　沿線的高程圖如下：</b></p><p>　　圖3-2 沿線高程圖</p><p>　　(3)沿線高程與距離對(duì)應(yīng)如下表：</p><p>　　圖3-3 軟件模擬取點(diǎn)圖</p><p>　　表3-3 高程與距離對(duì)應(yīng)表</p>

87、<p><b>　　續(xù)表3-3</b></p><p>　　3.5RealPipe的學(xué)習(xí)</p><p>　　3.5.1RealPipe軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　RealPipe管道仿真軟件提供了一個(gè)圖形化的集成環(huán)境用來(lái)完成氣體和液體管網(wǎng)的建模，并對(duì)模型進(jìn)行水力、熱力瞬態(tài)分析。</p><p>　　Rea

88、lPipe通過(guò)圖形建模工具構(gòu)建包含邊界、罐、泵、壓縮機(jī)、閥門(mén)、管段的油氣輸送管網(wǎng)的物理模型，通過(guò)后臺(tái)的預(yù)處理過(guò)程將建好的圖形化模型和管道的流動(dòng)控制方程、設(shè)備的特性方程、分支點(diǎn)的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個(gè)復(fù)雜的數(shù)值系統(tǒng)，然后通過(guò)仿真計(jì)算引擎進(jìn)行動(dòng)態(tài)求解。在仿真運(yùn)行時(shí)，RealPipe會(huì)隨著時(shí)間的變化計(jì)算管網(wǎng)內(nèi)在數(shù)值空間上的壓力、流</p><p>　　圖3-4Rea

89、lPipe軟件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)</p><p>　　量、溫度、密度、流速和其它變量，并通過(guò)設(shè)備圖形、動(dòng)態(tài)曲線、動(dòng)態(tài)報(bào)表等方式來(lái)展示這些物理量的分布和變化細(xì)節(jié)。</p><p>　　在模型建立后，用戶需要對(duì)模型的全局參數(shù)和元件參數(shù)進(jìn)行配置，模型通過(guò)驗(yàn)證后才可進(jìn)行仿真運(yùn)行。在仿真運(yùn)行過(guò)程中，用戶可以隨時(shí)通過(guò)設(shè)備圖形、交互命令等方式對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、對(duì)輸出結(jié)果的形式進(jìn)行配置。Rea

90、lPipe可以為氣體和液體管網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，但并不支持兩相流動(dòng)。仿真可以運(yùn)行在批次跟蹤模式和交互模式。仿真的初始狀態(tài)可以是零流量條件也可以是上一個(gè)仿真運(yùn)行時(shí)保存的工況。3.5.2RealPipe軟件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)</p><p>　　RealPipe管道仿真平臺(tái)</p><p>　　基于油氣管道運(yùn)行仿真業(yè)務(wù)的共性需求，能夠適應(yīng)于天燃?xì)夤艿?、成品油管道、原油管道仿真與運(yùn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)平臺(tái)，主要有管道

91、建模、設(shè)備仿真、操作培訓(xùn)、運(yùn)行控制腳本、仿真結(jié)果監(jiān)視等功能。</p><p>　　RealPipe應(yīng)用工程</p><p>　　在“RealPipe仿真平臺(tái)”的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析不同應(yīng)用工程的特性，集成、定制完成油氣仿真與優(yōu)化系列軟件產(chǎn)品，也可以根據(jù)用戶的需求，實(shí)現(xiàn)快速定制軟件產(chǎn)品，為管道運(yùn)行提供最快捷的技術(shù)服務(wù)。 </p><p>　　RealPipe-Gas

92、 天然氣管道仿真軟件</p><p>　　RealPipe-Gas Optimizer 天然氣管道運(yùn)行優(yōu)化軟件 </p><p>　　RealPipe-Product 成品油管道仿真軟件 </p><p>　　RealPipe-Crude 原油管道仿真軟件</p><p>　　3.5.3 RealPipe業(yè)務(wù)流程<

93、;/p><p>　　圖3-5 管道仿真業(yè)務(wù)流程圖</p><p>　　3.5.4管道仿真業(yè)務(wù)流程</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)建模 </b></p><p>　　系統(tǒng)建模是仿真業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)。系統(tǒng)建模主要以圖形化的方式完成管道系統(tǒng)輸送工藝系統(tǒng)的物理建模，并完成元件參數(shù)的配置。 </p><p&g

94、t;<b>　?。?）模型驗(yàn)證 </b></p><p>　　仿真工程師對(duì)管道模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。檢查模型文件文本是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤、元件是否重名、同一元件所處的高程是否一致。 </p><p>　　（3）仿真運(yùn)行控制設(shè)置 </p><p>　　仿真控制腳本用于對(duì)將要運(yùn)行的仿真過(guò)程進(jìn)行操作控制的預(yù)設(shè)，以批處理的方式對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行控制。 </p&

95、gt;<p><b>　　仿真運(yùn)行 </b></p><p>　　在仿真運(yùn)行中主要進(jìn)行以下幾方面工作： </p><p>　　1) 對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行水力分析，包括：管道啟輸/停輸過(guò)程分析、管道運(yùn)行分析（開(kāi)關(guān)閥門(mén)，啟停泵或壓縮機(jī)組，改變壓力、流量、溫度或轉(zhuǎn)速等設(shè)定值對(duì)仿真運(yùn)行的影響范圍與幅度）、壓縮機(jī)運(yùn)行分析、氣體管道存活時(shí)間分析、管道事故分析等。 <

96、/p><p>　　2) 分析外界環(huán)境變化對(duì)管道運(yùn)行的影響、分析流體流過(guò)動(dòng)力設(shè)備的溫度變化、分析管輸過(guò)程中流體溫度的變化等。 </p><p>　　3) 在仿真運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)仿真運(yùn)行的狀態(tài)、管道輸送工藝過(guò)程進(jìn)行控制。</p><p>　?。?）仿真結(jié)果分析 </p><p>　　仿真工程師對(duì)仿真運(yùn)行過(guò)程中的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行管理，包括：運(yùn)行記錄，模型

97、數(shù)據(jù)更新，繪制參數(shù)曲線和生成系統(tǒng)參數(shù)報(bào)表。</p><p>　　3.5.5 管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化</p><p>　　圖3-6 管網(wǎng)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程圖</p><p>　　3.5.6RealPipe主要功能</p><p>　　RealPipe-Gas</p><p>　　（1）分析管道啟停過(guò)程 </p><p

98、>　?。?）分析管道運(yùn)行穩(wěn)定性 </p><p>　?。?）管網(wǎng)瞬態(tài)仿真 </p><p>　?。?）壓縮機(jī)運(yùn)行仿真</p><p>　?。?）天然氣管道設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 </p><p>　　（6）天然氣管道投產(chǎn)計(jì)算</p><p>　?。?）天然氣管道系統(tǒng)最大儲(chǔ)氣量與存活時(shí)間 </p><p

99、>　?。?）天然氣管道清管仿真</p><p>　　RealPipe-Gas Optimizer</p><p>　?。?）穩(wěn)態(tài)輸氣量最大運(yùn)行優(yōu)化</p><p>　　（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能耗最低優(yōu)化 </p><p>　?。?）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行收益最大優(yōu)化 </p><p>　　（4）穩(wěn)態(tài)多目標(biāo)決策優(yōu)化 </p>

100、<p><b>　　（5）壓縮機(jī)組優(yōu)化</b></p><p><b>　　3.6站場(chǎng)位置確定</b></p><p>　　取設(shè)計(jì)壓力：8Mpa，10MPa，12Mpa；取管徑（外徑）：D=1016mm，D=1219mm，D=1420mm；取壓比：?=1.3，?=1.4，?=1.5；管道材料為X80鋼，共組合成18種方案，從中選取9

101、種方案進(jìn)行工藝計(jì)算。</p><p>　　九種設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表3-1。</p><p>　　表3-1 九種設(shè)計(jì)方案</p><p>　　利用RealPipe軟件，根據(jù)壓力等級(jí)、管徑、壓比、內(nèi)涂等原始參數(shù)模擬管線工況，確定各個(gè)站場(chǎng)的位置</p><p>　　設(shè)計(jì)初選三個(gè)設(shè)計(jì)壓力PH：10.0MPa、12.0MPa、8.5MPa；三個(gè)壓比ε：1.3、

102、1.4、1.5；三個(gè)管徑DH：1016mm、1220mm、1420mm；有無(wú)內(nèi)防腐層Κ：0.005mm、0.05mm；設(shè)定管材的鋼種等級(jí)為X80，最小屈服強(qiáng)度σs=552MPa；利用RealPipe軟件進(jìn)行模擬布置出9種方案。并以其中最優(yōu)方案進(jìn)行計(jì)算如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力10MPa，壓比1.3，管徑1220mm，有內(nèi)涂層k=0.005mm</p><p><b>　

103、　計(jì)算如下：</b></p><p>　　3.6.1基本數(shù)據(jù)確定</p><p>　?。?）計(jì)算輸氣管評(píng)估性通過(guò)能力、、：</p><p>　　第一段：=57.14，106m3/d</p><p>　　第二段：=42.85，106m3/d</p><p>　　第三段：=65.71，106m3/d</p

104、><p>　?。?）計(jì)算鋼管的壁厚δ：</p><p>　　預(yù)設(shè)管徑1219mm,設(shè)計(jì)壓力12Mpa,壓比1.2，壓縮機(jī)入口壓力10Mpa,鋼材等級(jí)X70，最小屈服強(qiáng)度s=482Mpa。</p><p>　　由《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中，直管段壁厚設(shè)計(jì)式：</p><p><b>　　式中：</b></p>&

105、lt;p>　　——鋼管計(jì)算壁厚,mm；</p><p>　　P——設(shè)計(jì)壓力,Mpa；</p><p>　　D——管道外徑,m；</p><p>　　——鋼管的最小屈服強(qiáng)度,Mpa；</p><p><b>　　F——設(shè)計(jì)系數(shù)；</b></p><p>　　——焊縫系數(shù)，取1.0；</p

106、><p>　　t——管道的溫度折減系數(shù)，取1.0。</p><p>　　（3）確定輸氣管內(nèi)徑DB：</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力PH=10MPa（即壓縮機(jī)出口壓力）和壓比1.3，計(jì)算壓縮機(jī)入口壓力PB：</p><p>　?。?）計(jì)算水力摩阻系數(shù)λ：</p><p>　　由潘漢德?tīng)柟剑˙式）：</p>

107、;<p>　　知需要先計(jì)算出雷諾數(shù)，才能算出水力摩阻系數(shù)。長(zhǎng)輸氣管道的雷諾數(shù)是輸油管道的10-100倍，一般在水力平方區(qū)，不滿負(fù)荷時(shí)在混合摩擦區(qū)。此時(shí)按在水力摩擦區(qū)計(jì)算。</p><p><b>　　由于，故：</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——天然氣對(duì)空氣的相對(duì)密度

108、；</p><p>　　——為空氣的密度，kg/m3，標(biāo)況下取1.206 kg/m3；</p><p>　　Q——為工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的輸氣管流量，m3/s；</p><p>　　D——輸氣管道的內(nèi)徑，m；</p><p>　　——為氣體的動(dòng)力粘度，N?s/m2</p><p>　　3.6.2運(yùn)用軟件進(jìn)行模擬</p&

109、gt;<p>　　由以上數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，下面列舉一段工況：</p><p>　?。?）天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置</p><p>　　圖3-7天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置圖</p><p>　　(2) 天然氣物性參數(shù)計(jì)算</p><p>　　圖3-8天然氣物性參數(shù)計(jì)算圖</p><p><b>　?。?）模擬參數(shù)設(shè)

110、置</b></p><p>　　圖3-9模擬參數(shù)設(shè)置圖</p><p>　　(4)運(yùn)行模擬，查看壓力流量曲線圖。</p><p>　　圖3-10 壓降曲線圖</p><p>　　由圖4-5可以看到，當(dāng)前工況下在距離首站100km時(shí)，壓力降至8.09MPa，所以可往后推點(diǎn)。</p><p><b>

111、　　調(diào)整之后得到下圖：</b></p><p>　　圖3-11 調(diào)整之后的壓降圖</p><p>　　可以看到此時(shí)壓力將為7.71Mpa，為設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)進(jìn)口壓力，則首站與第一個(gè)壓氣站的距離則為224km。其余的以此類推。</p><p>　　圖3-10高程分布圖</p><p>　　計(jì)壓力PH=10Pa（即壓縮機(jī)出口壓力）和壓比1

112、.3計(jì)算壓縮機(jī)入口壓力PB：</p><p>　　有壓縮機(jī)的入口壓力以及壓力—高程分布圖可求得壓氣站的位置，求出各個(gè)壓氣站位置如下表：</p><p>　　表3-3 壓氣站分布圖</p><p>　　全線共14個(gè)壓氣站，其中第一段11個(gè)壓氣站，第二段1個(gè)壓氣站，第三段2個(gè)壓氣站。</p><p>　　第4章輸氣管道工藝計(jì)算書(shū)</p>

113、;<p><b>　　4.1 水力計(jì)算</b></p><p>　　計(jì)算一個(gè)壓氣站所需要的總功率（單站計(jì)算功率）：</p><p>　　天然氣組分計(jì)算天然氣的平均分子量μ</p><p><b>　　計(jì)算氣體常數(shù)R</b></p><p>　　把全站的通過(guò)能力換算成質(zhì)量流量G</

114、p><p>　　計(jì)算壓縮機(jī)入口條件下天然氣壓縮性系數(shù)（）：</p><p>　　計(jì)算多變能頭H（取k=1.5）：</p><p>　　計(jì)算各段一個(gè)壓氣站所需的總功率（單站計(jì)算功率）（取多變效率η=0.8）：</p><p>　　R——?dú)怏w常數(shù)，kJ/(kg·s)；</p><p>　　H——多變能量頭（即壓縮每千

115、克氣體所消耗的功），kg·m/kg；</p><p><b>　　Z——壓縮因子；</b></p><p>　　k——比熱比，取1.5；</p><p><b>　　——壓比；</b></p><p>　　G——質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　——多變效率