【文章內(nèi)容簡介】 差異較大。其中歐洲天然氣價格相對較高，而北美由于地理的局限性使價格偏低。隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，以及天然氣價格漲幅大大低于同期石油價格的漲幅， 因此預(yù)計天然氣價格仍將以較大的速度上漲。 依靠地理優(yōu)勢，歐洲擁有了世界最大的天然氣市場，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)天然氣資源和地理條件的復(fù)雜性，是其成為世界上最大 LNG 進(jìn)口市場。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條件。 世界最大的兩個天然氣消費市場是北美和歐洲市場，兩地區(qū)天然氣消費量達(dá)到全球總消 費量的 60%。歐洲與北美不同的是，鄰近前蘇聯(lián)及中東兩個天然氣資源豐富地區(qū)，地緣優(yōu)勢明顯。世界天然氣凈出口國主要分布在北非、中東、南美、東南亞地區(qū)，而凈進(jìn)口國主要分布 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，又是天然氣消費增長最快的地區(qū)之一，有條件建立一個發(fā)達(dá)的天然氣市場，建設(shè)起連接俄羅斯、中亞和中東的骨干天然氣管網(wǎng)。 長輸管道進(jìn)入工業(yè)化發(fā)展以來，已有 130 多年歷史，世界上最早的一條原油輸送管道，是美國于 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 千米的管道。 1890 年出現(xiàn)了以壓氣機(jī)為動力，以鋼 管為管道的輸氣干線。據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前為止，全世界各種石油及天然氣長輸管道總長為 200 多萬公里，其中石油和天燃?xì)獯蠹s各占一 半。美國，前蘇聯(lián)，中東地區(qū)，西歐共同市場占有管道長度較大。美國干線總長約 50 多萬公里。 近 10 年，隨著電子計算機(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)的開發(fā)與更新?lián)Q代，國外長輸天然氣管道無論是設(shè)計、施工、運營管理，還是管材、原動機(jī)、儲庫調(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、運營管理技術(shù)發(fā)展更加迅速，有許多好的經(jīng)驗和成熟技術(shù)可供我們借鑒。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 石油天然氣是優(yōu)質(zhì)能源，改革開放以來，特別是 20 世紀(jì) 90 年代以后，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，油氣需求一直以較快速度增長，直接推動了國內(nèi) 石油天然氣行業(yè)的不斷發(fā)展。同時受人均資源相對不足的約束，國內(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越大。 天然氣是存在于地下巖石儲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)，新中國成立以來，我國天然氣生產(chǎn)有了很大發(fā)展。特別是 “八五 ”以 來，天然氣探明儲量快速增長，天然氣產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期。截至 2020 年底，全國天然氣累計探明地質(zhì)儲量 萬億立方米，剩余技術(shù)可采儲量 萬億立方米，比上年增長 %。 21 世紀(jì)以來，我國天然氣市場進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，天然氣消費量以每年兩位數(shù)的速度增長。 2020 年，國內(nèi)天然氣產(chǎn)量繼續(xù)保持穩(wěn)定增長。 2020 年 112 月份，國內(nèi)天然氣產(chǎn)量 億立方米，同比大幅增長 %。 2020 年，國內(nèi)天然氣表觀消費量首次突破 1000 億立方米，達(dá) 到 億立方米，同比大幅增長 %。 2020 年，我國天然氣市場繼續(xù)擴(kuò)大，消費大幅增長，保供能力顯著增強(qiáng)，產(chǎn)銷平穩(wěn)。 2020 年，我國天然氣產(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 倍，年均增速達(dá)到 14%；天然氣表觀消費量達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的 億立方米，同比增長 %；全年進(jìn)口天然氣 310 億立方米，同比增長 %。 與改善能源結(jié)構(gòu)的步伐相適應(yīng)，未來我國天然氣發(fā)展前景十分廣闊。 “十二五 ”期間我國將繼續(xù)提高天然氣在一次能源消費中所占的比重，加速天然氣 配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、開展 “分布式能源 ”利用項目將成為未來五年天然氣市場發(fā)展的重點。隨著天然氣價格改革逐步到位，以及未來頁巖氣的開發(fā)利用，我國能源結(jié)構(gòu) “氣化 ”進(jìn)程將進(jìn)一步加快。預(yù)計 “十二五 ”期間，我國天然氣表觀消費量年均增幅將達(dá) %左右。 了解我國油氣發(fā)展?fàn)顩r極為必要，現(xiàn)從以下五個方面簡要介紹，以此促進(jìn)其更好的利用開發(fā)。 第一、我國油氣資源總體豐富，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，我國石油勘探開發(fā)前景仍然樂觀，資源很豐富，有待勘探。 第二、油氣管道建設(shè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，全國管 網(wǎng)框架初步形成。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，隨著西氣東輸?shù)乳L輸管道的建設(shè)與投運，油氣管道建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展的黃金(207,%)時期，我國天然氣管網(wǎng)得到發(fā)展。截至 2020 年底，全國天然氣管道總歷程達(dá) 萬公里，原有管道 萬公里，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（論文） 12 第三、進(jìn)入新世紀(jì)以來 ，我國石油消費保持強(qiáng)勁增長態(tài)勢， 2020 年以前，原油消費量年均增長 %， 2020 年仍然保持較快增長。到下半年，由于國際金融危機(jī)，消費增速減緩。總得來說，受多種因素影響，國內(nèi)石油市場變化較大，石油需求很不平衡。 第四、石油進(jìn)出口。原油進(jìn)口和加工量增長較快，石油凈進(jìn)口量從 2020 年到 2020年，增長 %，燃料油 (3698,%)凈進(jìn)口量呈波動下降趨勢，原油一直處于凈進(jìn)口。與前幾年相比， 2020 年我國原油進(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，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，但增勢有所放緩；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)口來源仍集中在中東、非洲和前蘇聯(lián)地區(qū)，但是進(jìn)口國排名有較大變化。六是石油供應(yīng)缺口進(jìn)一步擴(kuò)大。 第五、天然氣消費。受我國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)模的開發(fā)應(yīng)用。我國天然氣用戶主要是化工原料和燃?xì)獍l(fā)電，近年來隨著城市化進(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，我國天然氣正在向多元化方向發(fā)展。 2020 年，我國石油企業(yè)經(jīng)受了全球金融危 機(jī)擴(kuò)散蔓延，國際原油價格大起大落，國內(nèi)石油市場劇烈波動，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)展的勢頭，探明石油天然氣儲量繼續(xù)增長，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)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。 研究內(nèi)容 本課題研究的是運用 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；運用所學(xué)知識，查閱相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范，確定輸氣管線的水力計算、熱力計算及強(qiáng)度計算 ，從而選擇該管徑對應(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、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)計步驟 采用 平坦 地區(qū)輸氣管道的計算方法確定每一種方案的壓氣站間距，計算末段長度，確定壓氣站數(shù)，計算單站功率，選 定壓縮機(jī)型號和臺數(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)計說明書，計算說明書。 本設(shè)計所采用的規(guī)范 ① 《壓縮機(jī)與驅(qū)動機(jī)選用手冊》 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（論文） 13 ③ 《全蘇輸氣管道工藝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 ④ 《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范 》 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 2 天然氣管線 天 然氣長輸管線的基本定義及輸氣站組成 天然氣長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，在我國壓力管道分類中屬 國標(biāo) A類，其設(shè)計應(yīng)遵循規(guī)范《輸氣管道設(shè)計規(guī)范 GB50251》。輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。按 它 們在輸氣管道中的位置分為：輸氣首站、輸氣末站和中間站（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)壓計量站、清管分離站、配氣站和壓氣站等。 天然氣長輸管線的 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 ” 的時代。由于天然氣產(chǎn)地越來越遠(yuǎn)離主要消費中心，為了獲得最佳輸氣效益，天然氣長輸管道呈現(xiàn)出了以下幾種主要的發(fā)展趨勢： (1) 高壓輸送 高壓輸送是當(dāng)前國際天然氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢。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。高級鋼減少了鋼材消耗，降低了材料費用。 (2) 長運距 天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的不斷增加，采用超長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，歐美各國投入了大量資金建設(shè)一大批長距離、大口徑輸氣管線。 美國為了開發(fā)利用阿拉斯加的天然氣資源，于 1980~1986年建成了美國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)，向美國本土 48個州輸氣，總長達(dá) 7763km。 蘇聯(lián)至 1987年，輸氣管道的平均長度已近 2020km，天 然氣的平均運距猛增： 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（論文） 15 一般來說，在輸氣量可以較準(zhǔn)確預(yù)測的情況下，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%，全部費用節(jié)省了 14%~15%。 前蘇聯(lián)是大口徑天然氣長輸管道最多的國家。俄羅斯天然氣股份公司擁有的直徑超過 1m的長輸管道占輸氣管道總長度的 60%以上 [10]。 管道采用的最高輸氣壓力，在一定程度上反 應(yīng)了一個國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)計壓力為：美國 10MPa，前蘇聯(lián) ，美國 7MPa，德國和意大利 8MPa。海底輸氣管道的設(shè)計壓力一般較高，如阿 — 意輸氣管道橫穿西西里海峽段的設(shè)計壓力為 15MPa，而發(fā)生事故時壓氣站的出口壓力可高達(dá) 。我國四川氣田 萬 — 臥輸氣管線的設(shè)計壓力達(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)涂層費用僅為 FBE涂層的 1/6~1/3。噴涂內(nèi)涂層后可降低氣體輸送摩阻的 7%~14%。 (5) 高度的自動化遙控 當(dāng)代輸氣管道的自動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。自動化與通信系統(tǒng)發(fā)展速度之快， 已 使該系統(tǒng)設(shè)計水平的高低，常常被作為評價某一天然氣儲運工程現(xiàn)代化水平的依據(jù)。 現(xiàn)代輸氣管道自動化管理多采用 SCADA系統(tǒng)。在國內(nèi)外輸氣管道設(shè)計中，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、計量站、調(diào)壓站、清管站、陰極保護(hù)站等均由 SCADA系統(tǒng) 實行遙控。 SCADA系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢有： ① 采用容量更大、存取速度更高的外存儲器，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 、丁烷的花費和輸送液化石油氣到最終用戶的費用。 (7) 提高鋼級 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（論文） 16 一般情況下，鋼管費用占整個管道投資的 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，