【文章內(nèi)容簡介】 出口壓力為設(shè)計(jì)壓力，核算調(diào)整站間距后各站壓比，～，調(diào)整后的布站方案初步可行。 最佳輸氣方案的確定以方案的建設(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。 管道及各站場投資管道投資主要是管道鋼材費(fèi)用。本設(shè)計(jì)中管道鋼材類型為X80鋼，通過計(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。站場投資費(fèi)用主要是站內(nèi)設(shè)備投資費(fèi)用。本設(shè)計(jì)中站場投資主要是計(jì)算壓縮機(jī)組的投資費(fèi)用。通過壓縮機(jī)組選型，然后查壓縮機(jī)組價(jià)格，就可以確定站場投資費(fèi)用。 燃料氣費(fèi)用本設(shè)計(jì)中壓氣站使用的離心壓縮機(jī)全部由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。對于燃料氣費(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)組型號后計(jì)算出各壓氣站的燃料氣年耗量。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（），得到燃料氣費(fèi)用。 其他費(fèi)用（1）各站場人員編制首站：30人；中間壓氣站：25人；末站（城市配氣站）：30人；分輸站：10人。本設(shè)計(jì)中，分別計(jì)算不同方案各站場人員編制，然后再乘以人員工資，得到人工費(fèi)用。（2）施工費(fèi)用施工費(fèi)用主要是管道敷設(shè)費(fèi)用。（3）內(nèi)涂層費(fèi)用如果管道設(shè)置內(nèi)涂層，那內(nèi)涂層費(fèi)用就是不可或缺的一部分。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。（4）經(jīng)營費(fèi)用輸氣管道建設(shè)工程年經(jīng)營費(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。年經(jīng)營費(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、站場年操作維護(hù)費(fèi)用和人工費(fèi)用。 方案經(jīng)濟(jì)比較分析輸氣管道設(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。本設(shè)計(jì)采用方案比較法對各種輸氣方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案。輸氣管道年當(dāng)量費(fèi)用：從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來看,任何建設(shè)輸氣管道的工程方案,常采用年當(dāng)量費(fèi)用來表示:式中，S為年當(dāng)量費(fèi)用（萬元/年）；E為額定的投資回收系數(shù)或投資效率系數(shù)（a1）；J為工程基建投資（萬元）；C為年經(jīng)營費(fèi)用（萬元/年）。額定的投資回收系數(shù)：由國家根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)制定,其意義為國家認(rèn)為投資該行業(yè)應(yīng)該有的收益，一般由行業(yè)平均利潤決定。式中，i為基本投資收益率，i＜1；t為投資回收期（年）。工程基建投資： 工程基建投資=管道鋼材費(fèi)用+站場投資費(fèi)用+施工費(fèi)用+內(nèi)涂層費(fèi)用年經(jīng)營費(fèi)用： 年經(jīng)營費(fèi)用=年燃料氣費(fèi)用+管道年維護(hù)和管理費(fèi)用+站場年操作維護(hù)費(fèi)用+人 工費(fèi)用通過年當(dāng)量費(fèi)用的比較，就可以確定最佳輸氣方案。第3章 西氣東輸聯(lián)絡(luò)線管道設(shè)計(jì)計(jì)算說明書第3章 西氣東輸聯(lián)絡(luò)線管道設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 線路選擇 線路優(yōu)選利用Google Earth完成線路的優(yōu)選，確定路由和高程（1）路由按照線路起終點(diǎn)要求及線路選擇原則進(jìn)行線路路由設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)路由見圖31。圖31 西氣東輸聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)路由（2）管道沿線高程根據(jù)軟件的海拔高度數(shù)據(jù)作管道沿線地形起伏趨勢圖。管線沿線地形起伏見圖32。圖32 管道沿線地形起伏 管道線路概況，西起新疆塔里木輪南油氣田，沿途經(jīng)過甘肅、寧夏、陜西、四川、貴州、廣西、廣東等省區(qū)，東至廣東省廣州末站。在貴陽（3900km）和南寧（）分別設(shè)置分輸站。管道沿線經(jīng)過的地理地形比較復(fù)雜。從東向西，主要經(jīng)過塔里木盆地，黃土高原、秦嶺山脈，四川盆地，貴州高原，廣西、廣東丘陵和平原地區(qū)等地理地形區(qū)。管道沿線地形起伏較大且較為復(fù)雜，沿線許多地方百公里長度的管道沿線起伏超過了200m。根據(jù)線路的選擇原則，本設(shè)計(jì)中選擇的線路盡量避開了高山、大型河流和人口稠密地區(qū)?！遁敋夤艿拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)輸氣管道沿線地形平坦，任意兩點(diǎn)的相對高差小于200m，輸氣壓力不高時(shí)，按水平管公式計(jì)算誤差很小可忽略不計(jì)，此時(shí)可采用水平管基本公式計(jì)算。當(dāng)輸氣管道沿線地形起伏，任意兩點(diǎn)的相對高差大于200m時(shí)對輸量有影響，應(yīng)按地形起伏地區(qū)輸氣管流量基本公式進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)中由于不滿足輸氣管沿線任意兩點(diǎn)的相對高差小于200m條件，所以在本設(shè)計(jì)中采用起伏地區(qū)輸氣管流量基本公式進(jìn)行水力計(jì)算，確定站間距。 管道工程方案工藝計(jì)算選擇 設(shè)計(jì)方案確定取設(shè)計(jì)壓力：8Mpa，10MPa，12Mpa；取管徑（外徑）：D=1016mm，D=1219mm；取壓比：?=，?=，?=；管道材料為X80鋼，共組合成18種方案，從中選取9種方案進(jìn)行工藝計(jì)算。九種設(shè)計(jì)方案見表31。表31 九種設(shè)計(jì)方案方案設(shè)計(jì)壓力/Mpa設(shè)計(jì)壓比管徑/mm管道材料1121219X802121016X803121016X804121016X80581016X80方案設(shè)計(jì)壓力/Mpa設(shè)計(jì)壓比管徑/mm管道材料6121219X807121219X808101219X809101016X80 方案示例計(jì)算工藝計(jì)算以方案1為例：工藝計(jì)算示例方案設(shè)計(jì)參數(shù)見表32。表32 工藝計(jì)算示例方案方案設(shè)計(jì)壓力/Mpa設(shè)計(jì)壓比管徑/mm管材1121219X80（1）輸氣管線的熱力計(jì)算1）天然氣出站溫度TQ天然氣經(jīng)壓縮后必須用空冷器進(jìn)行冷卻，因此，壓氣站出口天然氣溫度tH應(yīng)為經(jīng)空冷器冷卻后的溫度。根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定：天然氣最優(yōu)年平均冷卻溫度應(yīng)比室外年計(jì)算平均氣溫高1015℃。本設(shè)計(jì)中設(shè)定TQ為20℃2）周圍介質(zhì)溫度t0周圍介質(zhì)溫度T0為輸氣管軸線埋深處的土壤溫度，輸氣工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)取年平均地溫值?！?，本設(shè)計(jì)設(shè)定T0=20℃。3）輸氣管平均溫度Tpj根據(jù)天然氣的出站溫度TQ﹑輸氣管沿線年平均地溫T0，由式（28）計(jì)算輸氣管計(jì)算段中的平均溫度Tpj：根據(jù)天然氣的出站溫度TQ﹑輸氣管沿線年平均地溫T0，由式（28）計(jì)算輸氣管計(jì)算段中的平均溫度Tpj： （31）忽略焦耳湯姆遜效應(yīng)的影響，則有： （32） 根據(jù)上述計(jì)算公式得出全線輸氣管平均溫度： Tpj = 20℃4）輸氣管總傳熱系數(shù)Kcp 對于地下輸氣管，其總傳熱系數(shù)Kcp與許多因素有關(guān)：土壤導(dǎo)熱系數(shù)、管徑、管道埋深、輸氣管通過地區(qū)的風(fēng)速等。如無輸氣管沿線的土壤性質(zhì)和濕度資料，可（m178?！妫? 本設(shè)計(jì)中，取Kcp=（m178?！妫?。（2）天然氣基本物性參數(shù)計(jì)算天然氣組成原始數(shù)據(jù)見表33。 表33 天然氣組成原始數(shù)據(jù)組分甲烷乙烷二氧化碳氮?dú)饨M成%%%%摩爾質(zhì)量/（g/mol）根據(jù)表33的數(shù)據(jù)，計(jì)算天然氣相關(guān)物性參數(shù)：1)末段氣體物性計(jì)算最后一個(gè)壓氣站出口壓力P1=12Mpa，城市配氣站進(jìn)口壓力P2=2Mpa，根據(jù)平均壓力計(jì)算公式： （33）末段平均壓力： （34）利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算天然氣物性參數(shù)： 氣體組分配置過程見圖33圖33 氣體組分配置管道末段氣體物性計(jì)算見圖33圖33 末段氣體物性計(jì)算末段氣體物性計(jì)算結(jié)果見表32。表34 末段氣體主要物性參數(shù)物性數(shù)值天然氣密度179。空氣密度a179。相對密度*壓縮因子Z摩爾分子量2)中間輸氣管段氣體物性計(jì)算管段進(jìn)口壓力（設(shè)計(jì)壓縮機(jī)出口壓力）PQ=12Mpa，管段出口壓力（設(shè)計(jì)壓縮機(jī)出口壓力）PZ=，根據(jù)平均壓力計(jì)算公式： （35）利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算天然氣物性參數(shù)：中間輸氣管段氣體物性計(jì)算見圖34.圖34 輸氣管段氣體物性計(jì)算中間輸氣管段氣體物性計(jì)算結(jié)果見表33。表35 中間輸氣管段氣體主要物性參數(shù)物性數(shù)值天然氣密度179?？諝饷芏萢179。相對密度*壓縮因子Z摩爾分子量（3） 輸氣管線的水力計(jì)算1）輸氣管線通過性能力計(jì)算 （36）式中：q ── 工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下輸氣管的評估性通過能力，106 Nm3/d。Q ── 年輸氣量，108Nm3/a；KH——評估性通過能力利用系數(shù)，KH=K1K2K3K1——考慮高峰用氣期間對用戶供氣的保證程度系數(shù)，此系數(shù)反映了提高輸氣管通 過能力的必要性，以保證在天然氣需求量偏高期間對用戶的供氣，通常取 K1=；K2——極值溫度系數(shù)。由于室外大氣的極端高溫（超過多年來的月平均值）會(huì)影響 輸氣機(jī)組的可用功率和空冷器對天然氣的冷卻深度，從而降低輸氣管的通過 能力，為補(bǔ)償這種能力的下降，故引入這一系數(shù)，可取K2=；K3——管道的評估性可靠系數(shù)，取K3=；本設(shè)計(jì)中，取KH==。（4）輸氣管道示例方案工藝計(jì)算過程1）計(jì)算輸氣管評估性通過能力：首站——貴陽分輸站： Mm3/d（179。/s）（37）貴陽——南寧分輸站： Mm3/d（179。/s）（38）南寧——廣州市末站： Mm3/d（179。/s）（39）2）計(jì)算鋼管的壁厚δ： 按照我國《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，輸氣管道直管段管壁厚度按下式計(jì)算： （310） 式中： ——鋼管設(shè)計(jì)壁厚，mm； P——設(shè)計(jì)壓力，Mpa； D——鋼管外徑，m； ——鋼管的最低屈服強(qiáng)度，Mpa； F——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，輸氣管道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)應(yīng)根據(jù)地區(qū)分類選?。? ——焊縫系數(shù)，取焊縫系數(shù)=； t——溫度折減系數(shù)，當(dāng)溫度低于120℃時(shí)，取t=。本設(shè)計(jì)中，全線地區(qū)等級設(shè)定為二級地區(qū)，對應(yīng)設(shè)計(jì)系數(shù)為F=；X80鋼的最 小屈服強(qiáng)度為552Mpa；取焊縫系數(shù)=；取溫度折減系數(shù)t=。根據(jù)上述公式計(jì)算鋼管壁厚：（向上圓整） （311）3）確定輸氣管道內(nèi)徑： （312）4）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力PQ=12MPa（即壓縮機(jī)出口口壓力）和壓比?=，計(jì)算壓縮機(jī)入口壓力PZ： （313）5）計(jì)算水力摩阻系數(shù)： 由于干線輸氣管幾乎都是在阻力平方區(qū)工作，本設(shè)計(jì)中水力摩阻系數(shù)的計(jì)算采用潘漢德爾式。實(shí)踐證明，潘漢德爾B式可用于雷諾數(shù)較大的阻力平方區(qū)，B式也是目前美國應(yīng)用最廣的公式。 潘漢德爾B式 （314） 根據(jù)潘漢德爾B公式： （315） （316）