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正文內(nèi)容

工學(xué)]輸氣管道工藝設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-01-08 15:11 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 差異較大。其中歐洲天然氣價(jià)格相對(duì)較高,而北美由于地理的局限性使價(jià)格偏低。隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入,以及天然氣價(jià)格漲幅大大低于同期石油價(jià)格的漲幅, 因此預(yù)計(jì)天然氣價(jià)格仍將以較大的速度上漲。 依靠地理優(yōu)勢(shì),歐洲擁有了世界最大的天然氣市場(chǎng),其供氣范圍涵蓋北非、前蘇聯(lián)地區(qū)、中東各地。由于亞太地區(qū)天然氣資源和地理?xiàng)l件的復(fù)雜性,是其成為世界上最大 LNG 進(jìn)口市場(chǎng)。中東地區(qū)僅向歐洲有少量的天然氣輸出, 與其豐富的天然氣資源相比,是目前最有潛力的天然氣出口源區(qū)。中東有向歐洲、東亞、北非供氣的有利地理?xiàng)l件。 世界最大的兩個(gè)天然氣消費(fèi)市場(chǎng)是北美和歐洲市場(chǎng),兩地區(qū)天然氣消費(fèi)量達(dá)到全球總消 費(fèi)量的 60%。歐洲與北美不同的是,鄰近前蘇聯(lián)及中東兩個(gè)天然氣資源豐富地區(qū),地緣優(yōu)勢(shì)明顯。世界天然氣凈出口國(guó)主要分布在北非、中東、南美、東南亞地區(qū),而凈進(jìn)口國(guó)主要分布 在西歐、東亞、南亞、北美等地區(qū)。北美地區(qū)基本自給自足,歐盟嚴(yán)重依賴進(jìn)口,亞太進(jìn)口 依存度快速增加,前蘇聯(lián)區(qū)是天然氣最大供應(yīng)源,中東地區(qū)有巨大天然氣出口潛力,南美和 非洲內(nèi)陸天然氣工業(yè)基礎(chǔ)落后。東亞地區(qū)具有與歐洲類似的地緣優(yōu)勢(shì),又是天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)最快的地區(qū)之一,有條件建立一個(gè)發(fā)達(dá)的天然氣市場(chǎng),建設(shè)起連接俄羅斯、中亞和中東的骨干天然氣管網(wǎng)。 長(zhǎng)輸管道進(jìn)入工業(yè)化發(fā)展以來(lái),已有 130 多年歷史,世界上最早的一條原油輸送管道,是美國(guó)于 1865 年在賓夕法尼亞州從油田敷設(shè)通向火車站的一條口徑 厘米,長(zhǎng) 千米的管道。 1890 年出現(xiàn)了以壓氣機(jī)為動(dòng)力,以鋼 管為管道的輸氣干線。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),到目前為止,全世界各種石油及天然氣長(zhǎng)輸管道總長(zhǎng)為 200 多萬(wàn)公里,其中石油和天燃?xì)獯蠹s各占一 半。美國(guó),前蘇聯(lián),中東地區(qū),西歐共同市場(chǎng)占有管道長(zhǎng)度較大。美國(guó)干線總長(zhǎng)約 50 多萬(wàn)公里。 近 10 年,隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用,新材料、新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與更新?lián)Q代,國(guó)外長(zhǎng)輸天然氣管道無(wú)論是設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理,還是管材、原動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)庫(kù)調(diào)峰技術(shù)都有了很大發(fā)展,特別是大口徑、高壓干線輸氣管道的施工、運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)發(fā)展更加迅速,有許多好的經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù)可供我們借鑒。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 石油天然氣是優(yōu)質(zhì)能源,改革開(kāi)放以來(lái),特別是 20 世紀(jì) 90 年代以后,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,油氣需求一直以較快速度增長(zhǎng),直接推動(dòng)了國(guó)內(nèi) 石油天然氣行業(yè)的不斷發(fā)展。同時(shí)受人均資源相對(duì)不足的約束,國(guó)內(nèi)供需卻不斷擴(kuò)大,石油天然氣進(jìn)口量攀升,保障石油安全的壓力越來(lái)越大。 天然氣是存在于地下巖石儲(chǔ)集層中以烴為主體的混合氣體的統(tǒng)稱。包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等。主要成分為甲烷,通常占 8595%;其次為乙烷、丙烷、丁烷等。它是優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。 天然氣 資源是天然氣行業(yè)發(fā)展的基 礎(chǔ),新中國(guó)成立以來(lái),我國(guó)天然氣生產(chǎn)有了很大發(fā)展。特別是 “八五 ”以 來(lái),天然氣探明儲(chǔ)量快速增長(zhǎng),天然氣產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。截至 2020 年底,全國(guó)天然氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量 萬(wàn)億立方米,剩余技術(shù)可采儲(chǔ)量 萬(wàn)億立方米,比上年增長(zhǎng) %。 21 世紀(jì)以來(lái),我國(guó)天然氣市場(chǎng)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段,天然氣消費(fèi)量以每年兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)。 2020 年,國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。 2020 年 112 月份,國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量 億立方米,同比大幅增長(zhǎng) %。 2020 年,國(guó)內(nèi)天然氣表觀消費(fèi)量首次突破 1000 億立方米,達(dá) 到 億立方米,同比大幅增長(zhǎng) %。 2020 年,我國(guó)天然氣市場(chǎng)繼續(xù)擴(kuò)大,消費(fèi)大幅增長(zhǎng),保供能力顯著增強(qiáng),產(chǎn)銷平穩(wěn)。 2020 年,我國(guó)天然氣產(chǎn)量首次突破千億立方米,達(dá)到 億立方米,與 10年前相比增長(zhǎng) 倍,年均增速達(dá)到 14%;天然氣表觀消費(fèi)量達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的 億立方米,同比增長(zhǎng) %;全年進(jìn)口天然氣 310 億立方米,同比增長(zhǎng) %。 與改善能源結(jié)構(gòu)的步伐相適應(yīng),未來(lái)我國(guó)天然氣發(fā)展前景十分廣闊。 “十二五 ”期間我國(guó)將繼續(xù)提高天然氣在一次能源消費(fèi)中所占的比重,加速天然氣 配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、開(kāi)展 “分布式能源 ”利用項(xiàng)目將成為未來(lái)五年天然氣市場(chǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。隨著天然氣價(jià)格改革逐步到位,以及未來(lái)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用,我國(guó)能源結(jié)構(gòu) “氣化 ”進(jìn)程將進(jìn)一步加快。預(yù)計(jì) “十二五 ”期間,我國(guó)天然氣表觀消費(fèi)量年均增幅將達(dá) %左右。 了解我國(guó)油氣發(fā)展?fàn)顩r極為必要,現(xiàn)從以下五個(gè)方面簡(jiǎn)要介紹,以此促進(jìn)其更好的利用開(kāi)發(fā)。 第一、我國(guó)油氣資源總體豐富,但人均擁有不足。石油資源處于勘探階段,具有提高的潛力,總體看,我國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)前景仍然樂(lè)觀,資源很豐富,有待勘探。 第二、油氣管道建設(shè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展,全國(guó)管 網(wǎng)框架初步形成。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái),隨著西氣東輸?shù)乳L(zhǎng)輸管道的建設(shè)與投運(yùn),油氣管道建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展的黃金(207,%)時(shí)期,我國(guó)天然氣管網(wǎng)得到發(fā)展。截至 2020 年底,全國(guó)天然氣管道總歷程達(dá) 萬(wàn)公里,原有管道 萬(wàn)公里,特別是西氣東輸管道建成以后,今年 2月,又一里程碑式管道工程,西氣東輸二線開(kāi)工建設(shè),西起新疆,途徑甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、湖南、江西、廣東、廣西、浙江、江蘇、上海、山東等 14 個(gè)省區(qū)市和香港特別行政區(qū)。目前從工程進(jìn)展看,能夠?qū)崿F(xiàn)如期建成投產(chǎn)的目標(biāo)。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 第三、進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái) ,我國(guó)石油消費(fèi)保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)態(tài)勢(shì), 2020 年以前,原油消費(fèi)量年均增長(zhǎng) %, 2020 年仍然保持較快增長(zhǎng)。到下半年,由于國(guó)際金融危機(jī),消費(fèi)增速減緩??偟脕?lái)說(shuō),受多種因素影響,國(guó)內(nèi)石油市場(chǎng)變化較大,石油需求很不平衡。 第四、石油進(jìn)出口。原油進(jìn)口和加工量增長(zhǎng)較快,石油凈進(jìn)口量從 2020 年到 2020年,增長(zhǎng) %,燃料油 (3698,%)凈進(jìn)口量呈波動(dòng)下降趨勢(shì),原油一直處于凈進(jìn)口。與前幾年相比, 2020 年我國(guó)原油進(jìn)口出現(xiàn)了一些新情況:一是石油進(jìn)口量體現(xiàn)先增后降的態(tài)勢(shì),上半年進(jìn)口量大于下半年;二 是原油進(jìn)口繼續(xù)保持增長(zhǎng),但增勢(shì)有所放緩;三是汽柴油的進(jìn)口有所下降;四是進(jìn)口油品種比例發(fā)生變化;五是原油進(jìn)口來(lái)源仍集中在中東、非洲和前蘇聯(lián)地區(qū),但是進(jìn)口國(guó)排名有較大變化。六是石油供應(yīng)缺口進(jìn)一步擴(kuò)大。 第五、天然氣消費(fèi)。受我國(guó)以煤為主的能源政策以及天然氣產(chǎn)地等因素的影響,天然氣一直未得到大規(guī)模的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。我國(guó)天然氣用戶主要是化工原料和燃?xì)獍l(fā)電,近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程的加快,天然氣作為一種清潔高效的能源,被大量利用于城市燃?xì)?,和替代燃油等原料,我?guó)天然氣正在向多元化方向發(fā)展。 2020 年,我國(guó)石油企業(yè)經(jīng)受了全球金融危 機(jī)擴(kuò)散蔓延,國(guó)際原油價(jià)格大起大落,國(guó)內(nèi)石油市場(chǎng)劇烈波動(dòng),以及特大自然災(zāi)害的影響,油氣行業(yè)保持了平穩(wěn)較快發(fā)展的勢(shì)頭,探明石油天然氣儲(chǔ)量繼續(xù)增長(zhǎng),原油的加工量和成品油的產(chǎn)出量均創(chuàng)歷史新高,為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。 研究?jī)?nèi)容 本課題研究的是運(yùn)用 平坦 地區(qū)輸氣管道的基本公式進(jìn)行輸氣管道的相關(guān)設(shè)計(jì);運(yùn)用所學(xué)知識(shí),查閱相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范,確定輸氣管線的水力計(jì)算、熱力計(jì)算及強(qiáng)度計(jì)算 ,從而選擇該管徑對(duì)應(yīng)的壁厚、確定進(jìn)出站的壓力、壓縮機(jī)站數(shù)目及布站、壓縮機(jī)站所選壓縮機(jī)的型號(hào)、功率及所需 燃 — 壓機(jī)組數(shù)目、管 線的調(diào)峰能力與其它設(shè)備的選型與布置,并繪制全線流程圖、首 站 流程圖、 分輸站流程圖 等 。 本題目的設(shè)計(jì)步驟 采用 平坦 地區(qū)輸氣管道的計(jì)算方法確定每一種方案的壓氣站間距,計(jì)算末段長(zhǎng)度,確定壓氣站數(shù),計(jì)算單站功率,選 定壓縮機(jī)型號(hào)和臺(tái)數(shù)等。繪制全線流程圖、首站流程圖、 分輸站流程圖、 城市配氣門站流程圖。撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 本設(shè)計(jì)所采用的規(guī)范 ① 《壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)選用手冊(cè)》 ② 《石油天然氣工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 ③ 《全蘇輸氣管道工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 ④ 《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 》 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 2 天然氣管線 天 然氣長(zhǎng)輸管線的基本定義及輸氣站組成 天然氣長(zhǎng)輸管線就是連接脫硫凈化廠或 LNG終端站與城市門站之間的管線,在我國(guó)壓力管道分類中屬 國(guó)標(biāo) A類,其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循規(guī)范《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50251》。輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場(chǎng)的總稱。按 它 們?cè)谳敋夤艿乐械奈恢梅譃椋狠敋馐渍尽⑤敋饽┱竞椭虚g站(中間站又分為壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管站等) 三 大類型。按功能可分為:調(diào)壓計(jì)量站、清管分離站、配氣站和壓氣站等。 天然氣長(zhǎng)輸管線的 發(fā)展前景 20世紀(jì)后期,世界科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn) , 電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和推廣使用 ,新材料、新設(shè)備、新工藝的開(kāi)發(fā)與更新?lián)Q代,把世界油氣管道工業(yè)推進(jìn)到了人們喻之為 “ 新的技術(shù)革命 ” 的時(shí)代。由于天然氣產(chǎn)地越來(lái)越遠(yuǎn)離主要消費(fèi)中心,為了獲得最佳輸氣效益,天然氣長(zhǎng)輸管道呈現(xiàn)出了以下幾種主要的發(fā)展趨勢(shì): (1) 高壓輸送 高壓輸送是當(dāng)前國(guó)際天然氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。目前天然氣的高壓輸送的壓力已達(dá) 10至 15MPa。 高壓輸送是天然氣的密度增加,流速減小,降低了管道的沿程摩阻,提高了輸送效率;此外,天然氣的密度增加,將提高氣體可壓縮性,降低壓能損耗,提高了壓縮效率;管道輸送能量消耗下降,可減少壓縮站 裝機(jī)功率,加大站距,降低投資;高壓輸送要求使用強(qiáng)度更高韌性更好的管線鋼。高級(jí)鋼減少了鋼材消耗,降低了材料費(fèi)用。 (2) 長(zhǎng)運(yùn)距 天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的不斷增加,采用超長(zhǎng)管線輸送天然氣已被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)的方法。近 20幾年來(lái),歐美各國(guó)投入了大量資金建設(shè)一大批長(zhǎng)距離、大口徑輸氣管線。 美國(guó)為了開(kāi)發(fā)利用阿拉斯加的天然氣資源,于 1980~1986年建成了美國(guó)橫貫阿拉斯加輸氣管線系統(tǒng),該系統(tǒng)貫穿阿拉斯加和加拿大境內(nèi),向美國(guó)本土 48個(gè)州輸氣,總長(zhǎng)達(dá) 7763km。 蘇聯(lián)至 1987年,輸氣管道的平均長(zhǎng)度已近 2020km,天 然氣的平均運(yùn)距猛增: 1990年是 10年前的 , 20年前的 3倍, 30年前的 。 (3) 大口徑 高壓力建設(shè)大口徑管道的經(jīng)濟(jì)性是十分明顯的 , 增加管道直徑 可 提高輸送壓力 。第一,可以提高管道的輸送能力。在其他如輸送壓力 ( ) 、溫度 ( +40℃ ) 相同條件下,管徑越大,輸氣能力越高;在其 它 如管徑 ( 720mm) 、溫度 ( +40℃ ) 等相同條件下,輸送壓力越高,輸氣能力越大。第二,可以大量節(jié)約投資和鋼材消耗。西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 一般來(lái)說(shuō),在輸氣量可以較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的情況下,建一條高壓大口徑管線比平行建幾條低壓小管線更為經(jīng)濟(jì)。有人 計(jì)算,一條 914mm管道的輸送量是 304mm管道的 17倍;一條輸送壓力為 、管徑為 1420mm的輸氣管道可代替 3條壓力為 、直徑為 1000mm的管道,但前者可節(jié)省投資 35%,節(jié)省鋼材 19%。前蘇聯(lián)采用大口徑多層壁管線輸送秋明油田天然氣,鋼材耗量降低了 23%~25%,凈投資節(jié)省了 15%~16%,全部費(fèi)用節(jié)省了 14%~15%。 前蘇聯(lián)是大口徑天然氣長(zhǎng)輸管道最多的國(guó)家。俄羅斯天然氣股份公司擁有的直徑超過(guò) 1m的長(zhǎng)輸管道占輸氣管道總長(zhǎng)度的 60%以上 [10]。 管道采用的最高輸氣壓力,在一定程度上反 應(yīng)了一個(gè)國(guó)家輸氣管道的整體水平。目前世界陸上輸氣管道的最高設(shè)計(jì)壓力為:美國(guó) 10MPa,前蘇聯(lián) ,美國(guó) 7MPa,德國(guó)和意大利 8MPa。海底輸氣管道的設(shè)計(jì)壓力一般較高,如阿 — 意輸氣管道橫穿西西里海峽段的設(shè)計(jì)壓力為 15MPa,而發(fā)生事故時(shí)壓氣站的出口壓力可高達(dá) 。我國(guó)四川氣田 萬(wàn) — 臥輸氣管線的設(shè)計(jì)壓力達(dá)到 。 (4) 高壓大口徑輸送管道采用內(nèi)涂層減阻 加拿大和德國(guó)所修建的大口徑輸氣管道均在管道內(nèi)壁噴涂環(huán)氧基涂層,以降低氣體的輸送摩阻。由于該內(nèi)涂層的作用主要不是為了防腐,因此涂層厚度 僅為幾十微米。內(nèi)涂層費(fèi)用僅為 FBE涂層的 1/6~1/3。噴涂?jī)?nèi)涂層后可降低氣體輸送摩阻的 7%~14%。 (5) 高度的自動(dòng)化遙控 當(dāng)代輸氣管道的自動(dòng)化管理和遙控水平相當(dāng)高,并不斷朝著更高的層次發(fā)展。自動(dòng)化與通信系統(tǒng)發(fā)展速度之快, 已 使該系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的高低,常常被作為評(píng)價(jià)某一天然氣儲(chǔ)運(yùn)工程現(xiàn)代化水平的依據(jù)。 現(xiàn)代輸氣管道自動(dòng)化管理多采用 SCADA系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)外輸氣管道設(shè)計(jì)中,SCADA系統(tǒng)已成為必不可少的選擇,已成為管道系統(tǒng)管理和控制的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施,壓氣站、計(jì)量站、調(diào)壓站、清管站、陰極保護(hù)站等均由 SCADA系統(tǒng) 實(shí)行遙控。 SCADA系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)有: ① 采用容量更大、存取速度更高的外存儲(chǔ)器,以激光技術(shù)為基礎(chǔ)的光盤將取代現(xiàn)有的磁盤和磁帶; ② 采用更逼真的三維彩色圖形顯示器,操作人員可以從顯示器上觀察到壓氣機(jī)組、控制網(wǎng)等工藝設(shè)備三維圖像; ③ 開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)大的 SCADA系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件; ④ 采用人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)使 SCADA系統(tǒng)智能化。 (6) 采用富氣輸送 富氣輸送使壓縮站所需功率下降;富氣輸送還 省去進(jìn)入管道前分離乙烷 、 丙烷 、丁烷的花費(fèi)和輸送液化石油氣到最終用戶的費(fèi)用。 (7) 提高鋼級(jí) 隨著冶金技術(shù),特別是鐵水預(yù)處理 、 爐外精煉 、 控軋控冷等技術(shù)的發(fā)展,降低成本 、 高強(qiáng)度 、 高韌性管線鋼技術(shù)已經(jīng)成熟。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 16 一般情況下,鋼管費(fèi)用占整個(gè)管道投資的 25%~30%。據(jù)歐洲鋼管公司介紹,同樣輸氣量下,材料由 X70 改為 X80,
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