【文章內(nèi)容簡介】 vq — 標準狀況下的氣體流量， dm/3 ； P — 操作條件下氣體的絕對壓力， MPa ； T — 操作條件下氣體的絕對溫度， K ； 0T — 標準狀況下氣體的絕對溫度， K ； Z — 氣體壓縮系數(shù) ； 100 mPZ ?? () 式中： mP — 輸氣管內(nèi)氣體平均壓力， MPa （絕）。 當管道沿線的相對高差在 Δh 或 =200m 時，管線流量計算根據(jù)《氣田集氣工程設計規(guī)范》 SY/T001096，可得： LTZ PPdq V ???? ???? () 式中： qv— 管線計算流量， m3/d； d— 管線內(nèi)徑， cm； P1— 管線起點壓力（絕對壓力）， MPa； P2— 管線終點壓力（絕對壓力）， MPa； Δ — 氣體的相對密度（對空氣）； Z— 氣體在計算管段平均壓力下的壓縮因子； T— 氣體的平均熱力學溫度， K； L— 管線計算長度， km。 站內(nèi)氣體流速： 10~20m/s。 管道壁厚計算 根據(jù)《輸氣管道工程設計規(guī)范》 GB502512021 的 有關(guān) 規(guī)定，鋼管 的 壁厚與 其 設計壓力、鋼管 的 外徑、鋼 管的強度等級、強度設計 的 系數(shù)及溫度 的 折減系數(shù)有關(guān)，鋼管壁厚按下式計算： 西吉清管站工藝設計 11 t2 FPDs?? ?? () 式中： Φ – 焊縫系數(shù)，取 ； δ – 鋼管 的 計算壁厚， mm； P – 設計壓力， MPa； σs – 鋼管 最小屈服強度， MPa； D – 鋼管外徑， mm； F – 強度設計系數(shù)，站場管道設計系數(shù)均取 ； t – 溫度 的 折減系數(shù)，當溫度小于 120℃ ， 溫度折減系數(shù)取 。 分離設備 （一 ） 分離器的類型 為了 保證輸氣管道的首站、中間站、調(diào)壓計量站、配氣站、清管站等場所輸出的氣體含塵不超過規(guī)定的要求 ，應該在這些 場所安裝分離除塵器。分離器的種類很多，最 常 見 的 分離器 有旋風 分離 器、循環(huán)分離器、重力分離器和分離過濾器等。 選擇分離 器 裝置時， 必需 考慮天然氣 所 攜帶的雜質(zhì) 的 成分，輸送壓力 以及 流量的穩(wěn)定性， 氣體 波動幅度等因素，在輸出的氣質(zhì) 滿足 要求的 條件 下，應 該 力求其結(jié)構(gòu)簡單，分離效果好，氣流壓力損失效小，不需要經(jīng)常更換和清洗 設備 部件。 (1) 重力式分離器 帶 有液滴和固體 顆粒 的氣流進入分離器后，由于氣流 的 突然減速，并同時改變氣流 的流動 方向，在慣性、離心 力和 重力的綜合作用下， 可以 對大量的液滴及固體 顆粒進行初級分離。 之后 氣流進入分離器的沉降分離 階 段，在此階段 直徑 較小的液、固 顆粒 在自身的重力作用下從氣體中分離。為了增進沉降分離 的 效果，有 些 分離器在結(jié)構(gòu)上 增 加了 “ 百葉窗 ” 式導流板等， 用來 促進液 體的 凝聚和沉降。另外 還 在分離器上 部設有捕霧器或分離頭， 用來 除去霧狀液體和固體微粒。在分離器下部應 該 有足夠的儲液容積，并 且 設有液位檢測計和排液裝置。 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 12 圖 重力式分離器結(jié)構(gòu) 原理圖 (2) 旋風 式 分離器 高速 旋轉(zhuǎn) 的 氣流絕大部分 都 沿器壁自圓筒體，呈螺旋狀由上向下向圓錐體 的 底部運動，形成下降的外旋含塵氣流，在強烈 的 旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力 就會 將密度遠遠大于氣體的 顆 粒甩向器壁， 顆 粒 要是 跟 器壁接觸，便 會 失去 其 慣性力而靠 進 口速度的動量 以及 自身的重力沿壁面下落進入集灰斗。 旋轉(zhuǎn) 下降的氣流到達圓錐體 的 底部后，沿 著分離 器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上。形成上升的內(nèi)旋 型 氣流，并 通過分離 器的排氣管排出。 旋風分離器具有 的優(yōu)點是 結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，不需 要 特殊的附屬設備，造價較低，阻力中等，器內(nèi) 沒有 運動 的 部件， 操作維修方便等。旋風除塵器一般用于 除去5~15 微米以上的顆粒。除塵效率可達 到 80％以上，近年來經(jīng) 過 改進后的特制旋風 分離 器，其除塵效率可達 到 95％以上。旋風除塵器的缺點是 分離顆 粒 直徑 小于 5 微米的效率不高。 西吉清管站工藝設計 13 圖 旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖 (3) 過濾式分離器 過濾 式 分離器是一 種 分成兩級的壓力容器。第一級裝有可 以 更換的玻璃纖維模壓濾芯 (管狀 )，第二級分離室 是 裝有金屬絲網(wǎng) (或葉片式 )的高效 的 液體分離裝置。儲液罐也分成兩個 獨立 的分離室，以防止兩級間的氣體流串。液面計、液位控制器和排污必須 獨立 配管。 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 14 圖 過濾式分離器結(jié)構(gòu)原理示意圖 玻璃纖維過濾元件 是 屬于深 (厚 )層過濾 的一種 。氣體中的固體 顆 粒和液滴在流 過過濾層彎彎曲曲的通道時，不斷 得 與玻璃纖維發(fā)生碰撞。每次 的 碰撞都要 消耗 其動能，當動能 消耗 到一定值時，所有大于或等于 1μm的固體 顆 粒就 會 粘附在玻璃纖維的過濾層中， 停 留在玻璃纖維中的固體 顆 粒的粒徑隨著過濾層的深度 而 逐漸減小。而氣體中的液滴也會逐漸 的 集聚成較大的液滴，據(jù) Perry 設備公司介紹，這是由于玻璃纖維與 粘接劑 (酚甲醛 )之間存在有電化學相容性 (Compatibility)， 為 微小液滴聚結(jié)成大液滴提供了 有利 的 條 件。一般說來，隨著 氣體中 更多的液滴被分離，液滴因其表面 有 相互吸引 的作用 而凝聚和結(jié)合成大的液滴，當這些集聚起來的液滴比進入過濾層前增大100～ 200 倍時， 其自身 重力與氣體通過過濾層的摩擦阻力使這些液滴流出過濾層，進入濾芯的中心， 從 而被帶進容器的第二級。由于液滴具有這樣大的尺寸，所以它們能夠 迅速地被二級分離裝置分離出，排 到 容器的底部，通過排液管進入儲液罐。這種過濾元件不是根據(jù)一定的流量和流速來達到對 氣體 脫除微粒的目的，因此該種過濾分離器的操作彈性范圍大，在 50％負荷時仍 然 能 夠 達到滿意的分離效果。而且這種深層過濾 所脫除的固體 顆 粒和液滴的粒徑，要比離心式、重力式 以 及表層過濾器小許多倍。只是玻璃纖維過濾元件 還 須進行處理，使液滴不能浸潤纖維， 從 而讓分離出的液體以液珠的形式附著在過濾元件上。否則，當玻璃纖維浸濕之后，靜電力要下降。 氣體經(jīng)過 過 濾元件后，進入不銹鋼金屬絲網(wǎng)除霧器， 從而 進一步脫除微小液滴，來達到高的脫除效率。其作用是基于帶有霧沫或霧滴的氣體，以一定的流速所產(chǎn)生的慣性作用，不斷地與金屬表面 發(fā)生 碰撞，由于液體 的 表面張力而在金屬絲網(wǎng)上聚結(jié)成較大的液滴，當聚集到其本身重力 遠遠 超過氣體上升的速度力與液體表面張力的合力時， 液體就離開金屬絲網(wǎng)而 自由 沉降。因此當氣體速度 明顯 地降低時，就不能產(chǎn)生必西吉清管站工藝設計 15 要的慣性作用，其結(jié)果 將會 導致氣體的霧沫漂浮在空間，而不 是 撞擊金屬絲網(wǎng)，于是得不到分離。如果氣體 的 速度過高，那么聚集在金屬絲網(wǎng)上的液滴 是 不易脫落 的 ，液體便 會 充滿金屬絲網(wǎng)，當氣體通過 金屬 絲網(wǎng)時又 會 重新被帶入 到 氣體中。由于除霧器是氣、液兩相以一定的流 動速度 而得到分離的方法，所以不管操作壓力多大，設計的除霧元件均能 夠 保持一個相當穩(wěn)定的壓力降。在最大流速時，其壓力降 大 約為 l00mm水柱。 (4) 循環(huán) 式 分離器 循環(huán) 式 分離器是屬于旋風分離器的 一種 形式 。眾所周知，旋風分離器是利用 分離器產(chǎn)生的 離心力從氣體中除去粒子的設備。從進氣口進入的氣體沿 著 圓筒壁旋轉(zhuǎn)下降，向著圓錐 的 頂點流動。然后又從圓錐 的 頂點逆轉(zhuǎn)軸向流動 的 方向， 依靠 逐漸擴大的螺旋線上升，最后由排氣管排出去。因為氣流 先 下降后又上升，所以這種旋風分離器稱 之 為回流式。在氣流旋轉(zhuǎn)下降 和 旋轉(zhuǎn)上升的過程中，沿著分離器的外螺旋到內(nèi)螺旋，夾帶在氣流中的粒子受 到 離心力的作用 而 甩到壁上。粒子所受到的離心力比重力要 大得多。 例 如，小直徑高阻力旋風分離器的離心力比 其 重力大 2500 倍。大直徑低阻力最少也要大 5 倍。它的入口速度 一般 是 10～ 30m/s，壓力降一般在 10～ 200mm水柱的范圍，正常條件下，它能 收 集大于 20μm的粒子。 圖 循環(huán)分離器原理示意圖 常用的旋風分離器經(jīng) 過 改進 以 后發(fā)展成循環(huán)分離器，它分兩個有效 的 分離段。第西 南石油大學本科畢業(yè)設計 16 一段，所有自由液滴 以 及大部分夾帶在氣體中的液體 依 靠離心力使其 甩 出。第二段，夾 帶 在氣體中的少量液體采用加大離心力的方法使其 甩 出。這種分離器 又 叫 做 內(nèi)流式循環(huán)分離器，此處 的 內(nèi)流即向心流，指的是全部氣流流向中央，如同在旋渦中心那樣。流體通過切向 的 接管進入分離器，氣流沿著入口室旋轉(zhuǎn)， 之 后 流體 沿著光滑 的 套筒與外 殼之間下移進入旋流室。液體 憑 借離心作用被甩到旋流室壁上。仍在旋轉(zhuǎn)的氣體經(jīng)過 折流檔板向管中心會聚，其速度增加 后 進入排氣管。此時 還 殘存在快速氣旋中的液體 甩 向排氣管 的 內(nèi)壁，并沿著 內(nèi) 壁被氣體掃向氣體出口。然后 這個 液體連同總氣量約10％的氣體支流，通過管壁上的空隙被吸出，進入循環(huán)管線后由擋板的中心孔返回進入旋流室。其吸力來自于旋渦中心的低壓區(qū)。從循環(huán)管線 進 來的液體 以及 側(cè)流氣體進人旋流室以后，立即與快速旋轉(zhuǎn)著 的 氣體相混合，液體再次被拋向管壁，此時已 經(jīng) 脫液的主氣流繼續(xù)向上，越過縫口從排氣管排出。 (5) 組合 的 離心式分離 器 夾 帶 有 液 滴的 氣體進 入 分離器后首先進行一級分離，經(jīng)旋流發(fā)生器產(chǎn)生離心力，將液滴甩向器壁并 且 在器壁處積聚。液滴在 其 重力作用和氣體向下運動的帶動下，流入一級儲液室，然后氣體沿環(huán)形空間向上流，進入螺道 后 進入二級分離。氣體經(jīng)螺道產(chǎn)生高速旋流， 并 將剩余的液沫有效地脫除。分離出的液沫在器壁處積聚并 且 下流至二級儲液室。液體中夾帶 著 的微量氣體經(jīng) 過 文丘里 ——伯努利管嘴返回氣體出口管。 這種分離器的分離效率為 99％，能 夠 在較寬的操作壓力和流量范圍內(nèi)進行有效地分離。氣液兩相 沒有 反向流動，可防止液體的再飛散。一、二級分離出的液體 分段積聚和排出，避免了因兩級的壓差而 產(chǎn)生 的液體串流飛濺。這種分離器體積小、重量輕，比其它常用分離器減少重量 75％，減少直徑 50％。 組合離心式分離器 的優(yōu)點是 :結(jié)構(gòu)緊湊，分離效率高、彈性范圍大，能較好滿足現(xiàn)場使用 的 要求。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，制造較難。 (6) 多管 式 旋風 分離 器 多管旋風 分離 器是由若干個并聯(lián)的旋風 分離 器單元（旋風子）組成的 分離 設備。它可以由一般的 分離 器單元或直流型旋風 分離 器單元組成，這些單元被有機的組合在一個殼體內(nèi)，有總的進氣管、排氣管。其原理與旋風 分離 器基本相同。 多管 分離 器 的優(yōu)點是：一般 適用于氣 量大、壓力較高、含 顆 粒度分布甚廣的干天然氣的 分離 。它的 分離 效率 可以 達 到 91%～ 95%左右， 分離 效率 比較 穩(wěn)定，操作彈性大，噪音小，存壓外殼磨損小。 當 實際處理量與設計有所差別或 者 達不到凈化要求時，西吉清管站工藝設計 17 可以調(diào)節(jié)多管干式 分離 器內(nèi)旋風子 工作 的個數(shù)或開、閉 分離 器內(nèi)旋風子，使之達到要求，這是多管干式 分離 器的突出優(yōu)越性。它的缺點是當 分離 粒徑大部分小于 5μm時，分離 效率急劇下降，分離精度沒有過濾式分離器高。 選擇分離設備 時 應根據(jù)本清管站實際情況。首先， 中貴 輸氣管道 西吉 段氣體中雜質(zhì)主要 是 固體雜質(zhì)，不適于使用組合離心式分離器，其次， 固體雜質(zhì)的直徑 大 約為515μm，不適宜使用重力式分離器和循環(huán)分離器。再次，管道輸氣量在不同季節(jié)和每天的不同時 間 段差異較大，使用旋風式分離器不能時刻滿足除塵 的 要求。最后， 西吉 站為中間清管站，不必要將 5μm以下 的 雜質(zhì)除盡，使用過濾式分離器經(jīng)濟性差。所以， 本清管站采用旋風分離器和過濾分離器相結(jié)合的方式 。 (二 ) 本清管站選用類型 天然氣中的固 體雜質(zhì)不 但 會增加管輸阻力，影響設備、閥門 以及 儀表的正常運轉(zhuǎn)，使其磨損 速度加快 、使用壽命縮短，而且 還 污染環(huán)境、有害于人體。因此，在供給用戶前，應除去懸浮于天然氣中的固體雜質(zhì)。 為提高分離效率和精度，本清管站采用旋風分離器和過濾分離器相結(jié)合的方式。 閥門的選型 站場內(nèi)所選用的各種閥門除滿足其功能要求外，還具有密封性能好，使用壽命 長，操作維護方便，價格便宜的特點。 1）球閥 進出清管器收發(fā)筒的 DN1000 球閥選用全通徑全焊接閥門，地面安裝，其它性能同線路截斷閥。站內(nèi)埋地球閥選用全焊接結(jié)構(gòu)。地上 DN400 以上閥門采用焊接連接，DN400 及 DN400 以下為法蘭連接形式。同時，作為預留閥門使用的焊接連接閥門，為了便于以后預留裝置的安裝和投產(chǎn)，預留端仍然 采用法蘭連接，并配以相應的盲板和法蘭。 站場內(nèi)需 要 進行流程切換的閥門 設 備有電動執(zhí)行機構(gòu)，進出站的 ESD 閥和干線閥室內(nèi)的球閥 設 備有氣液聯(lián)動 的 執(zhí)行