【正文】 （ 4） 西氣東輸管道工程設(shè)計的壓力安全保護系統(tǒng)由壓縮機組超壓保護 、 站控系統(tǒng)超壓保護和安全泄放保護組成 ， 各系統(tǒng)保護相互獨立 ， 互不干擾 。 首站來氣 400107m3/a 壓氣站 流量 （ 104m3/d） 進口壓力 （ MPa） 出口壓力 （ MPa） 壓比 進口溫度 （℃） 出口溫度 （℃） 計算功率 （ MW） 耗氣量 固原 設(shè)計規(guī)范 《輸油輸氣管道施工驗收規(guī)范》 《 輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范 》 《 石油天然氣設(shè)計防火規(guī)范 》 《 石油地面工程設(shè)計手冊 》 《 輸送流體用無縫鋼管 》 《 油氣設(shè)計規(guī)范 》 工藝流程設(shè)計 工藝流程概述 站場各區(qū)塊的布置 為使壓氣站的設(shè)計既要滿足生產(chǎn)的 需 要 、 有利于操作和控制 ,又要 工藝流程簡潔 、美觀 ,所以 應(yīng)對 對壓氣站采用分區(qū)設(shè) 計 ,即將壓氣站分為干線進出站 （ 含清 管系統(tǒng) ） 區(qū) 過濾分離 區(qū) 、 壓 縮機 區(qū) 、 壓縮空 氣區(qū) 、 排污區(qū) 、 放空區(qū) 、 輔助區(qū)和綜合值班室 。 （ 2） 確定主要設(shè)備包括管線、匯管、控制閥、閥門、壓縮機和計量儀表等的選型； （ 3） 確定壓氣站流程和設(shè)計參數(shù)； （ 4） 畫出壓氣站的工藝流程圖、平面布置圖。 我國天然氣管道使用的壓縮機組有燃氣發(fā)動機驅(qū)動往復(fù)式壓縮機變頻調(diào)速電機驅(qū)動往復(fù)式壓縮機 。掌握壓氣站施工圖的繪制方法。依據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進行工藝計算， 繪制工藝流程圖 。起點壓氣站位于氣田集氣中心或處理廠附近，為天然氣提供壓力能，并有氣體凈化、氣體混合、壓力調(diào)節(jié)、氣體計量、清管器發(fā)送等作業(yè)。 壓氣站的流程由輸氣工藝、機組控制和輔助系統(tǒng)等三部分組成。據(jù)統(tǒng)計， 20xx 年～ 20xx 年，世界各地計劃建造原油、成品油和天然氣管道約 104 ㎞，其中 62﹪是天然氣管道。 20xx 年 11月投產(chǎn)的陜京管道應(yīng)縣壓氣站 ,是我國第一個采用變頻調(diào)速電機通過增速齒輪箱驅(qū)動離心壓縮機機組的壓氣站 。例如，阿意輸氣管道 Messina 壓氣站的燃氣機組，采用回?zé)崧?lián)合循環(huán)系統(tǒng)后，每臺燃氣輪機的綜合熱效率由原來的 %上升到 %。 （ 3） 按規(guī)范要求 ， 壓氣站出口溫度不應(yīng)超過 60℃ 。 在設(shè)計 中將 干線進出站 區(qū) (含清管系 統(tǒng) )作為干線的一部分 , 并把該進出站區(qū)管道作為進出 壓氣站的天然氣總管 ， 在進出站管道上設(shè)置緊急切 斷閥 ， 并設(shè)置越站旁路 ， 這樣既符合規(guī)范要求 ， 又 能保證該站發(fā)生事故關(guān)閉后的全線正常 運行 ， 保持全線運行最大程度的連續(xù)性 。 對于壓縮機出口溫度不 超過 60℃ 的站只設(shè)循環(huán) 空冷 器 ,用于壓縮機的啟停 、 喘振和站內(nèi)循環(huán)工況 。 工藝流程設(shè)計原則 （ 1） 嚴(yán)格執(zhí)行國家及是有天然氣行業(yè)的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。 并且 應(yīng)根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、介質(zhì)特性、使用地區(qū)等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 管道壁厚計算 集氣管線管道壁厚計算根據(jù)《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》 GB5035020xx 得： 固原壓氣站 工藝 設(shè)計 7 CFPDs ?? ??? 2 （ ） 式中： P —— 管線設(shè)計壓力； MPa ； D —— 鋼管外徑； F—— 強度設(shè)計系數(shù)； F=（ 站場內(nèi)部 ）； φ—— 焊縫系數(shù)；無縫 φ=1 ； σs—— 鋼管的 最小屈服強度； MPa，本集氣站選用的是屈服強度 σs＝ 245MPa 的 20＃無縫鋼管； C—— 腐蝕系數(shù)； C =0（輕微腐蝕）。站內(nèi)一般截斷用閥門采用密封性能好的平板閘閥。將指揮器作適當(dāng)改裝亦可作閥前壓力調(diào)節(jié)，保持調(diào)節(jié)器前面管道或設(shè)備壓力為穩(wěn)定值。 放空閥選型 放空主要選用放空閥，放空閥 不僅具有節(jié)流還有 截 止作用，節(jié)流部位與密封面分開，減小了氣流對密封面的沖刷。 壓縮機選型 壓縮機的作用是給氣體提供輸送壓力，因此常常將壓氣機比喻成管道輸送的心臟。目前，天然氣管道中用得較多的是往復(fù)式壓縮機和離心式壓縮機。一般而言，往復(fù)壓縮機適用于要求增壓較高和輸量不大的場合。 （ 1） 確定匯管的尺寸， 從 經(jīng)驗 來看 匯管的截面積是進口或出口截面積的 倍，或 更大。 本工程分別設(shè)置 2 臺匯氣管。 渦輪流量計 設(shè)計能力： 最大值：制造商規(guī)定的最小壓力下的渦輪流過能力的 80%。 優(yōu)點： 準(zhǔn)確地多項流體測量、不會被流體污染物損壞、測量范圍廣和準(zhǔn)確度高、可用于混合流體密度測量。利用導(dǎo)壓管把節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差傳送歸差壓變送器，再輸入到二次儀表，便顯示出管道內(nèi)流體的瞬時流量或累計流量。被凈化的氣體經(jīng)旋風(fēng)子排氣管進入排氣室，由總排氣口 排出。 （ 6） 對所屬各工藝單元進行安全聯(lián)鎖。同時， 當(dāng)運行的機組出現(xiàn)故障 時，機組控制盤會發(fā)出停車指令，關(guān)閉機組進 、出 口閥門 , 并放空機組內(nèi)的天然氣，同時將信號傳到 站控中心和調(diào)控中心 。分離后的天然氣、水及凝液應(yīng)分別計量，以滿足氣田開發(fā)和生產(chǎn)的要求。 （ 5） 選用的在線式分析儀器應(yīng)性能穩(wěn)定，且經(jīng)過國內(nèi)使用證明質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，該部分內(nèi)容也列入世行國際招標(biāo)采購。 醇酸瓷漆在磷化處理鋼表面 12 h 后，涂刷底漆 ― 中間漆 ― 面漆，每道涂漆間隔3h ，涂裝顏色執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田地面管線和設(shè)備涂色標(biāo)準(zhǔn)》（ SY0043―96 ）的規(guī)定。 供水 該站應(yīng)建設(shè)完善的供水系統(tǒng)。 天然氣基本參數(shù)確定 天然氣的分子量 天然氣中組分 i 的摩爾組成 yi （ 或者體積組成 ） ，以及各組分的分子質(zhì)量則由下式可求得天然氣分子質(zhì)量 M： ?? iiMyM （ ） 表 固原壓氣站原始設(shè)計參數(shù) T=293 K 序號 組分 Mol% 1 甲烷 2 乙烷 3 丙烷 4 正丁烷 5 正戊烷 6 異戊烷 7 己烷 8 庚烷 9 H2O 10 CO2 11 N2 12 合計 13 水露點 ≤ 5℃ 在 10 MPa 下 14 烴露點 ≤ 5℃ 在 MPa 下 15 高熱值 1015 btu/cf（ MJ/m3） M=+++++++++= kg/mol 西 南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 天然氣相的對密度 天然氣的相對密度是在相同壓力和溫度條件下天然氣的密度和空氣密度之比，天然氣的相對密度用符號 Δ表示 空天空天空天 ???? ???? MM （ ） 天M ， 空? ， 天? 分別是天然氣的分子質(zhì)量，重度和密度 。cT = 在天然氣混合物中 ： 視對比壓力 5 39。本站中選用 4 臺過濾分離器，以提高使用率，節(jié)約投資。 固原壓氣站 工藝 設(shè)計 23 分離器進出口直徑及壁厚計算公式 根據(jù)《天然氣長輸管道工程設(shè)計》 計算： 11 uQd ? （ ） 22 uQd ? （ ） 式中 ： 1d —— 分離器進管內(nèi)徑， m； 2d —— 分離器出口管內(nèi)徑， m； Q—— 工作條件下氣體流量， 3m /s； 1u —— 氣體在進口管的流速； m/s； 2u —— 氣體在出口管中的流速； m/s； 根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，氣體進口速度取為 15m/s， 出口速度取為 10m/s。 根據(jù)《天然氣長輸管道工程設(shè)計》過濾分離器濾芯處理計算公式 MTPq 4400 ? （ ） 式中 ： 0q —— 濾芯處理量， 3m /（ 天 .根 ） ； M—— 氣體的平均分子量； T—— 操作條件下氣體的絕對溫度， K ； P—— 操作條件下氣體的絕對壓力， MPa ； qo= 440 ??? 16. 273 2288 . 4201 103m3/d。 ?? cr TTT= （ ） 由 39。 天然氣的相對密度 Δ=，相對密度在 ~ 范圍內(nèi)，可用經(jīng)驗公式結(jié)算天然氣 臨界值： ??? 39。本工程站場排水主要為生活污水及場地沖洗水，另有生產(chǎn)過程中分離器排出的少量氣田飽和水，檢修時排出的部分檢修污水和設(shè)備清洗水。根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》 （ GB5025120xx） 及《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（ GB500281998） 的要求，該站按二級負(fù)荷考慮。 SCADA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口為 RS232，采用透明信道傳輸。 （ 1） 由于生產(chǎn)裝置區(qū)的防爆等級按 Ⅱ 區(qū)設(shè)計，根據(jù)防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，現(xiàn)場電動儀表及電動執(zhí)行機構(gòu)按隔爆設(shè)置?，F(xiàn)有計量裝置是經(jīng)過標(biāo)定檢驗的裝置，本 站 要求選用高精度（ 177。 調(diào)控中心對壓氣站需 要 控 制 的每一個設(shè)備 、 閥門均能進行遠程自動監(jiān) 控 、 故 障 診 斷 、 遠方自動啟 停控 制 。 （ 2） 顯示運行狀態(tài)、動態(tài)趨勢、歷史趨勢、工藝 模擬流程圖。 根據(jù) 《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》（ SY/T614320xx），得 ： 21n s G Z TQ A C E d F F F P p??? （ ） 式中： nQ —— 天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量， 3ms； sA —— 體積流量計量系數(shù)， sA = 10?? ； C —— 流出系數(shù)； E —— 漸近速度系數(shù)； d —— 孔板開孔直徑， mm ； GF —— 相對密度系數(shù)； ? — — 可膨脹性系數(shù)； ZF —— 超壓縮系數(shù)； TF —— 流動溫度系數(shù)； 1P —— 孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓， MPa ； p? —— 氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓， Pa 。測量流經(jīng)管道介質(zhì)流量的方法有 多種，但其中應(yīng)用最廣泛、最 普通的是壓差式流量計。 超聲波管道流量計 設(shè)計能力： 最大值： 80 ft/s （ 24m/s） 最小值： 10 ft/s （ 3m/s） 優(yōu)點： 良好的計量范圍和準(zhǔn)確性、 一般情況下可 以很好地適應(yīng)污染物、幾乎零壓降、容量特別大、部分設(shè)計有“清管作業(yè)能力”、多聲束流量計可以自我檢測、 有些事雙向設(shè)計。 各種流量計 優(yōu)缺點比較： 孔板流量計 設(shè)計容量： 西 南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 流量計導(dǎo)管尺寸范圍： NPS 2～ NPS 30。 進、 出口面積： ?? 42DA ? （ ） 式中： A—— 進出口面積 mm2； D—— 管道內(nèi)徑， mm； π—— 圓周率。第一類原動機包括蒸氣機、柴油機 、汽油機、水輪機和燃氣輪機；第二類原動機包括電動機、液動機（液壓馬達）和氣動機（氣動馬達）。雙作用則是氣缸的兩側(cè)都由進、排氣閥，活塞往復(fù)運動時，都可以壓縮氣體。動力壓縮機中，壓力升高是通過壓縮機高速旋轉(zhuǎn)葉輪對氣體作用提高氣體動能，并將動能轉(zhuǎn)化為壓能來實現(xiàn)的。 截止閥 截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。主閥自動關(guān)小閥芯開度，于是通過調(diào)節(jié)閥的氣量降低 ，使調(diào)節(jié)閥的壓力降低到給定值為止。 在天然氣輸配系統(tǒng)中常用的調(diào)節(jié)閥，有氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、自力式調(diào)節(jié)閥和針形節(jié)流閥三種。需要通過清管器的閥門，應(yīng)選用全通徑閥門。在生產(chǎn)設(shè)施的管線系統(tǒng)中，壓力降通常不是起支配作用的標(biāo)準(zhǔn)，因為壓力 降極大部分發(fā)生在通過控制閥門的地方 。 (5) 在滿足安全和工藝技術(shù)要求的情況下，力爭節(jié)約投資，提高經(jīng)濟效應(yīng)。 固原壓氣站 工藝 設(shè)計 5 (3) 圖像監(jiān)視及周邊防范系統(tǒng)一般壓氣站在壓縮機廠房內(nèi)設(shè)工業(yè)電視 ,將壓縮機組的現(xiàn)場圖像實時傳送至站控中心和調(diào)度控制中心。 （ 3） 安全泄壓閥 : 壓縮機出口至出站緊急截斷閥之間設(shè)置安全閥 ， 當(dāng)壓力達到設(shè)定值時自動起跳放空 。 對于液滴，直徑為 1μ m 過濾效率為 98 %（ 絕對過濾精度 ） ， 直徑不大 于 3 μ m 的液滴過濾效率 為 % (絕對過濾精 度 )， 直徑不大于 5μm 的液滴過濾效率為 %（ 絕對過濾精度 ） 。 本文研究內(nèi)容 （ 1） 了解壓氣站設(shè)計的最新方法與技術(shù)。 針對易維護性，遠程控制以及環(huán)保要求不斷提高的現(xiàn)狀 ,在供電能力較高的地區(qū) ,采用電動機驅(qū)動管道壓縮機的機組將會越來越多 。掌握壓氣站主要設(shè)備與管