新京输气管道工程初步设计毕业论文(编辑修改稿)

新京输气管道工程初步设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

化问题。 国外经验表明：能耗最优化研究可以使输气管道的运行能耗在一定程度上降低。 目前，国外涉足油气管道行业的专业软件开发公司已经拥有了干线输气管道或官网优化运行的商品软件，这些优化软件已经在国外一些干线 输气管道或者管网上得到了应用。 近些年来，国外的输气管道优化运行方面的发展趋势是干线输气管道上推广应用这项技术，并将进一步研究管网优化运行技术和非稳态优化运行技术。 美国的 Stoner公司研究开发了主要用于气体稳态官网设计的软件 SWS和模拟长输管道动态工况运行的仿真软件 SPS。 SPS设置了理想化的调压器模型，可以方便的模拟管道系统的控制。 二十世纪八十年代以来，我国已经引进了多个商业化的输气管道放着软件，如TGNET、 SPS等。 目前，国际上的主流输气管道仿真软件几乎在我国获得了不同程度的应用。 管道设计单位在国 内率先使用输气管道仿真软件，目前这类软件已经成为我国输气管道设计的必备工具。 随着我国经济事业的快速发展，天然气的开发与建设事业也得到了快速的发展。 国内最长的输气管道 —— 西气东输管道投产运行，接着川气东送管道建设投产，致使我国的天然气管网输送系统日趋庞大、复杂。 管网系统的复杂性主要体现在：气源压力大、输送流量大，输送距离长，支路、环路以及压气站增多等方面，这些必然给管道的安全经济管理带来挑战，管理者要随时了解、掌握和调整管道的运行状态，以达到安全、经济运行的目的，而要对这样的一个复杂系统做出精确的运行管理是 一件非常困难的工作，因此必须对输气管道系统进行模拟和研究。 为此，本文在管道初步设计计算的基础上，建立了新京天然气管道系统物理模型，对新京管道系统的运行工况展开了模拟分析，了解和掌握了新京管道系统的运行规律，提供合理经济的运行方案。 应用仿真模拟软件进行模拟是必要的。 这是上中下游平稳运行的需要，也是提高经济效益的需要，更是提高调度管理水平的需要。 当然，在突发情况发生时，如果有了预第 1 章前言 3 先的模拟，处理事件的能力、效率和预防工作都可以很迅速的完成。 RealPipe 是一款由中石油管道科技研究中心自主研发的管道模拟仿真 软件。 RealPipe管道仿真软件提供了一个图形化的集成环境用来完成气体和液体管网的建模，并对模型进行水力、热力瞬态分析。 RealPipe通过图形建模工具构建包含边界、罐、泵、压缩机、阀门、管段的油气输送管网的物理模型，通过后台的预处理过程将建好的图形化模型和管道的流动控制方程、设备的特性方程、分支点的控制方程、外部边界（气源、罐、分输站等）以及流体的状态方程建立映射，形成一个复杂的数值系统，然后通过仿真计算引擎进行动态求解。 在仿真运行时， RealPipe会随着时间的变化计算管网内在数值空间上的压力、流量 、温度、密度、流速和其它变量，并通过设备图形、动态曲线、动态报表等方式来展示这些物理量的分布和变化细节。 在模型建立后，用户需要对模型的全局参数和元件参数进行配置，模型通过验证后才可进行仿真运行。 在仿真运行过程中，用户可以随时通过设备图形、交互命令等方式对管网系统进行动态设置，对设备进行操作、对输出结果的形式进行配置。 根据国情，近几年我国管道发展的目标是：改造旧管道与新建管道统筹兼顾，增加天然气管道建设投资，合理布局，配套成网，管道建设可适度超前。 今后我国天然气管道输送战略是：以国内各大气田、各主要消费地 连接的天然气管网为主，积极开发利用本国天然气资源，参与世界天然气资源的再分配，加速我国天然气工业的发展，形成由不同等级、不同规模组成的生产与消费相接的天然气管输网络。 我国天然气管网的形成，需要经过几十年的努力才能实现。 第一步是我国东部、西部、中部天然气管道的建设，三大气区基本形成连接各气区干线及支线，便于区域间天然气输量的调节。 环形管线与支线将成为整个管输网络的重要组成部分。 第二步，用主干线将分散的西部、中部、东部区域性管网连接起来，形成我国天然气管网。 第三步，将主要消费地与主干管网连接，实现天然气资 源的多元化，打到国内天然气产需平衡、协调供应。 积极开发利用沿海气田天然气资源，并将我国海上天然气管道与陆上输气管道联通。 从而将国内各气田用管道有机地联系在一起，形成国内四通八达、从横交错的天然气灌输系统。 综上所述，经过 20— 30 年的努力，我国天然气管网将基本完善，国内将形成几纵第 1 章前言 4 横的主干管道及其连通管道，并与西伯利亚及中亚的国际天然气管道连接。 第 2 章设计概述 5 第 2 章设计概述 设计依据 设计原则 （ 1）严格执行国家、行业的有关规范和标准，并参照有关国际先进的标准和规范； （ 2）工程尽量采用先进的技术，努力吸取国内外的先进科技成果； （ 3）工程设计本着一次规划，分期实施的原则，做到工程建设近、远期相结合，充分利用资金，节约投资； （ 4）以气源为基础、市场为导向，处理好供给与利用之间的关系； （ 5）优选工艺方案，达到先进适用、经济合理、适应性强； （ 6）线路走向合理、贴近市场，尽量减少干线长度； （ 7）管道设计要确保能长期安全、平稳的运行； （ 8）适应线路的自然环境气候，确保生产运行安全可靠，能保护环境、防止污染、节约能源、少占土地。 管道设计依据和规范 （ 1） 《输气管道工程设计规范》（ GB502512020，中国计划出版社） （ 2） 《油气集输与矿场加工》（冯叔初 主编，中国石油大学出版社） （ 3） 《输气管道工程》（王志昌 主编，石油工业出版社） （ 4） 《干线输气管道实用工艺计算方法》（苗承武 主编，石油工业出版社） （ 5） 《石油地面工程设计手册》（第五册（天然气长输管道工程设计）石油大学出版社） （ 6） 《天然气管道输送技术》（黄春芳 主编，中国石化出版社） （ 7） 《天然气工程手册》（四川石油管理局 编，石油工业出版社） （ 8） 《输气管道设计与管理》（李玉星 姚光镇 主编，中国石油大学出版社） 输气管道设计原始资料 新京管线：在宁夏中卫设置分输站，分输气量为 50 亿立方米 /年，在陕西榆林设置进气站，用于代输陕甘宁的天然气，代输量 80 亿立方米 /年。 第 2 章设计概述 6 天然气的组成 组分 CH4 C2H6 CO2 N2 Mol% 管道的设计参数 （ 1） 首站进站压力： (表压 ) （ 2） 末站进站压力： (表压 ) （ 3） 设计年输送天数： 350 天 （ 4） 管道埋深处地温：夏季 30℃，冬季 8℃，年平均地温： 15℃。 （ 5） 管线调峰能力为日输量的 42%。 管线设计要求及内容 设计内容： 新京管道工程西起新疆霍尔果斯口岸，东至北京市末站。 沿线经过新疆、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、河北等省市自治区，设计输量 200 亿立方米 /年。 主供气源为进口中天然气燃气，气体组成：甲烷 %、乙烷 %、二氧化碳 %，氮气 %。 在宁夏中卫设置分输，分输气量为 50 亿立方米 /年，在陕西榆林设置进气站，用于代输陕甘宁的天然气，代输量 80 亿立方米 /年。 设计要求： 针对该工程开展可行性研究以及初步设计研究，针对工程概况完成线路的选择、管径的优选、压力等级的确定、战场布置等内容，并针对工程情况开展输气管道工艺计算分析，具体要求如下： （ 1）针对起终点要求，根据工程量、穿跨越的情况、在电子地图上完成线路的优选，确定路由和高程。 （ 2）针对确定的线路，利用软件进行工艺计算，完成不同压力等级、不同管径的模拟计算，并进行经济比较分析，确定最佳的输气方案。 （ 3）针对输气方案，分别完成下面的内 容 : 1）进行站的工艺计算，完成工艺设计，完成各站战场设备的选型计算，确定设备的型号和个数，并绘制首末站和中卫分输站工艺流程图。 完成设计任务。 2）为保证管道设计输气要求以及准确性和安全性，必须对工艺系统进行详细分析。 工艺系统分析的内容有：内涂层设置分析；压气站布置分析；管道输送能力适应性分析；第 2 章设计概述 7 管道末端储气能力分析、代输能力分析等计算，完成计算分析报告。 相关软件介绍 选线软件 — 谷歌地球（ Google Earth， GE） 谷歌地球（ Google Earth， GE）是一款 Google 公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和 GIS 布置在一个地球的三维模型上。 利用其先进的卫星图像可以进行线路选择、确定高程和测距。 本设计使用软件版本： Google Earth。 设计和仿真软件 — RealPipe RealPipe 是一款由中国石油管道科技研究中心自主研发的石油天然气管道仿真软件，可以对天然气、成品油、原油三种介质管道进行仿真计算。 本设计使用软件版本： RealPipe （ Build 2907）。 不同方案的设计思路 线路选择思路 （ 1）输气管道线路选择原则 1）线路走向应根据地形、工程地质、沿线主要进气、供气点的地理位置以及交通运输、动力等条件，经多方案对比后确定。 2）管线敷设地区的选择应符合我国现行的有关规定，线路走向应尽量避开城市规划区、文物古迹、风景名胜、自然保护区等。 3）线路宜避开多年经济作物区域和重要的农田基本设施。 4）管道不应从飞机场、铁路车站、海港码头、铁路通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采用相应的安全保护措施。 5）管道不应从飞机场、铁路车站、海港码头、铁路通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采用相应的安全保护措施。 6）线路应尽可能的利用现有的公路，方便施工和管理。 同时应尽可能利用现有的国家电网供电，以降低工程费用。 7）线路应尽可能的取直，缩短线路长度，同时线路也要尽可能靠近城镇和工矿企业用户。 （ 2）地区等级划分 管道安全保证两种指导思想：（ 1）控制管道自身的安全性。 它的原则是严格控制管第 2 章设计概述 8 道及其构件的强度和严密性，并贯穿到从设计、设备材料选用、施工、生产、维护到更新改造的全过程。 用控制管道的强度来确保管 线系统的安全，从而对周围建构筑物提供安全保证。 （ 2）控制安全距离，如前苏联“大型管线”设计标准。 它虽对管道系统强度有一定的要求，但主要是控制管道与周围建筑物的距离，以此对周围建构筑物提供安全保证。 地区等级划分： 我国幅员辽阔，东西南北的地区特征差别甚大。 根据我们多年来的工作实践，按居民（建筑物）密度指数划分四个地区等级，进行相应的管道设计是适宜的。 《输气管道工程设计规范》采用沿管道中心线两侧各 200m范围内，任意划分长度为 2km 的若干管段区域，按划定区域内供人居住的独立建筑物（户）数目（以数目多者为准）确 定居民（建筑物）密度指数。 综上所述，用提高输气管道自身的安全度来保证管道周围建构筑物的安全是积极的。 本设计中，全线地区等级设定为二级地区，对应设计系数为。 地区等级划分标准见表 21 表 21 规范采取的地区等级划分标准 居民（建筑物）密度指数 地区等级 设计系数 ≤ 15 一 ＜ 100 二 ≥ 100 三 四层及以上楼房普遍集中、交通频繁、地下设施较多的地区 四 （ 3） 管道敷设 1）考虑管道的安全，便于维护，不影响交通和耕作等，输气管道应为埋地敷设。 埋地敷设困难的特殊地段，经设计论证后，亦可采用地上或土堤敷设等形式。 2）为保证管道完好，免受外力损伤，不妨碍农业耕作等要求，规范规定的最小覆土层厚度是根据我国输气管道的建设经验并参照国外等有关规范而提出。 （ 4） 干线截断阀室建设 根据《输气管道工程设计规范》的规定，截断阀位置应该选择在交通方便、地形开第 2 章设计概述 9 阔、地势较高的地方。 不同等级地区截断阀的设置间距不同，截断阀最大间距应符合下列规定： 一级地区为主的管段不宜大于 32km； 二级地区为主的 管段不大于 24km； 三级地区为主的管段不大于 16km； 四级地区为主的管段不大于 8km。 上述规定的阀门间距可以稍作调整，使阀门安装在更容易接近的地方。 西气东输联络线管道所处地区等级为二级地区。 （ 5）线路构筑物 管道在通过土（石）坎、陡坡、冲沟、河沟等特殊地段时应结合环境保护的要求因地制宜设置保护管道的设施。 常用方法有：石砌护坡、浆砌块石挡土墙、毛石混凝土挡土墙、加筋土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、灰土挡土坎、石砌挡土坎、混凝土挡土坎、条石（灰土、草袋）护壁、截（排）水沟、阻水墙、淤土坝、抗冲层、锚固墩等。 设计方案确定思路 （ 1）近些年来国内外长距离天然气管道的发展趋势： 1）大管径、高压力、不断采用新材料、新技术； 2）采用高强度、高韧性、直缝钢管，以节省材料。 本设计中，紧密结合当前我国天然气管道技术水平和管道参数，方案组合中，设计压力选取 8Mpa、10Mpa、 12Mpa，管径选取超过 1000mm 的 1016mm 和 1219mm，管道材料选择强度较高的 X80 钢。 （ 2）不同方案，根据不同的设计压力和城市配气站进站所需最小压力及设计输气量确定末段长度，然后根据末段长度计算调峰能力，当调峰能力达不到预期时，通过提高末段起点压力 P1max 来达到储气要求； （ 3）利用软件进行工艺计算，具体方法是采用试算法。 根据设计压力、设计压气站压 比和输气量，考虑。