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正文內(nèi)容

油氣儲運工程榆林學(xué)院(編輯修改稿)

2025-01-11 01:56 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ) 優(yōu)化集輸方案和工藝流程,盡量節(jié)省工程投資 [1]。 鐵北 101— X1井地面集輸工程 3 工程設(shè)計壓力 本工程各管段設(shè)計壓力見下表: 表 設(shè)計壓力表 序號 管 段 設(shè)計壓力 (MPa) 一 鐵北 101— X1 井集氣站 1 井口節(jié)流針閥后至水套爐末端節(jié)流閥前 32 2 水套爐末端節(jié)流針 閥后至原料氣出站閥門 3 高壓放空管線 16 4 中壓放空管線 5 排污管線 (分離器后排污閥至污水灌進水閥門 ) 二 線路截斷閥室 三 鐵山北 1 井?dāng)U建 榆林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 2 集氣管線 集氣管道管徑計算 本工程的集氣管線所需管徑較小,輸送的是含硫未脫水天然氣,因此采用 GB50350- 2021《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》 式(威莫斯公式)進行計算 [2]。 威莫斯公式 (Weymouth): ])([ ZTL ppdq v ? ?? ( ) 式中: qv-管線計算流量( P0= , T0= 293K), m3/d; P1-管線起點壓力(絕壓), MPa; P2-管線終點壓力(絕壓), MPa; d -管線內(nèi)徑, cm; 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(xué)溫度, K; L -管線的計算長度, km; 鐵北 101X1 井集氣站集氣管 線計算長度按 計算; 根據(jù)上述公式,計算出不同管線鐵北 101X1 井集氣站的出站壓力見下表: 表 起點壓力計算成果表 管線規(guī)格 流量 m3/d 溫度℃ 終點壓力( MPa) 起點壓力( MPa) DN80 96000 DN100 96000 DN150 96000 由上表可知, DN80 的管道總壓損較大,不利于后期開采, DN150 管徑余量較大,相對 DN100 的管徑不經(jīng)濟,從有利于 氣井開采,天然氣輸送及經(jīng)濟效益,以及考慮到今后產(chǎn)量增加及管線在運行過程中的壓力變化等因素,選擇 DN100 的管徑。 管道材質(zhì)與強度設(shè)計 管線材質(zhì) 目前廣泛用于輸送天然氣的鋼管類型有無縫鋼管、直焊縫鋼管和螺旋焊縫鋼管。集氣管道所用鋼管的選擇,應(yīng)根據(jù)使用壓力、溫度、輸送介質(zhì)、使用地區(qū)及制管工藝等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 鐵北 101— X1井地面集輸工程 5 ( 1) 無縫鋼管 無縫鋼管的制管標準較多,用于輸送天然氣的無縫鋼管主要有《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》 GB/T971《輸送流體用無縫鋼管》 GB/T816《 高壓鍋爐用無縫鋼管》 GB53《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》 GB6479 等。國內(nèi)生產(chǎn)無縫鋼管的規(guī)格熱軋可至Φ 406mm,Φ 406mm 以上均為熱擴(熱擴徑軋制)。 ( 2) 螺旋縫埋弧焊鋼管 螺旋縫埋弧焊鋼管( SAWH)焊縫與鋼管軸線形成一螺旋角(一般約為 45176。),其焊縫及韌性相當(dāng)薄弱的焊縫熱影響區(qū)避開了主應(yīng)力方向,焊縫受力情況好。 其缺點為焊縫長,產(chǎn)生缺陷的概率大,受焊縫約束不能冷彎。目前國內(nèi)螺旋縫埋弧焊鋼管生產(chǎn),通過在設(shè)備和技術(shù)上的不斷更新和改造,規(guī)模已大上臺階,其產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際先進水平,螺旋縫埋弧 焊鋼管已廣泛的使用在凈化氣長輸管道上。 目前國內(nèi)生產(chǎn) SAWH 焊管的規(guī)格為Φ 273~Φ 2400。 ( 3) 直縫高頻電阻焊鋼管( ERW) ERW 焊管的生產(chǎn)方法是將熱軋卷板經(jīng)連續(xù)輥式成型機成型后,在高頻電流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)基礎(chǔ)上,利用高頻電流或感生高頻電流所產(chǎn)生的電阻熱將管 坯對接邊緣加熱熔化,在擠壓輥的作用下而熔合的工藝過程。其特點為熱量高度集中、熱影響區(qū)范圍較小、焊接溫度梯度大、易產(chǎn)生硬化相和較大的焊接應(yīng)力、成本低。目前有許多新型的技術(shù)已應(yīng)用于 ERW 焊管的生產(chǎn)過程中,使 ERW 焊管的制管工藝日趨完善,產(chǎn)品 質(zhì)量大幅提高,已在凈化氣輸氣管道和城鎮(zhèn)燃氣管道 中廣泛使用。國內(nèi)生產(chǎn) ERW 焊管的規(guī)格為Φ 114~Φ 。 ( 4) 直縫雙面埋弧焊鋼管( UOE) UOE 焊管是單張鋼板在邊緣預(yù)彎后,經(jīng) U 成型、 O 成型、內(nèi)焊、外焊、冷成型等工藝而成。其特點為成型精度高、錯邊量小、殘余應(yīng)力小。焊接時焊縫處于水平位置,焊接穩(wěn)定、質(zhì)量可靠性較高(在所有焊管中,質(zhì)量最好)。目前國內(nèi)生產(chǎn) UOE 焊管的規(guī)格為Φ 508~Φ 1118,國外進口 UOE 焊管的規(guī)格為Φ ~Φ 1118。由于價格較高,在國內(nèi)廣泛的使用于鐵路穿越、公路穿越 、 河流穿 越等特殊地段及制作線路彎管。 管道材質(zhì)確定 由于本工程集氣管道輸送的是 含硫濕 天然氣,集氣管線設(shè)計壓力 , 工作壓力為 , H2S 含量為 %, 根據(jù)計算 H2S 分壓為 , PH 值為 ~ 。 根據(jù)《天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力開裂金屬材料要求》( SY/T0599— 2021) 規(guī)定,管材發(fā)生 SSC 的酸性環(huán)境位于 SSC 3 區(qū) [3], 因此 本設(shè)計集氣管線選用 L245NCS 無縫鋼管 ,制管標準執(zhí)行《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第 3 部分: C 級鋼管》( GB/- 1999) [4]。 管道強度設(shè)計 ( 1) 計算公式 榆林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 集氣管線根據(jù) GB50350- 2021《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》中的 公式計算管道壁厚: CtFPDs?? ??? 2 ( ) 式中: δ -鋼管計算壁厚, mm; P-設(shè)計壓力, MPa; D-管道外徑, mm; σs-鋼管最低屈服強度, MPa; F-設(shè)計系數(shù); Φ -鋼管焊縫系數(shù); t-溫度折減系數(shù); C-管道腐蝕裕量, mm; ( 2) 設(shè)計參數(shù)取值及計算結(jié)果 管線按等強度設(shè)計,設(shè)計壓力 ;考慮到鐵北 101X1 井的 H2S 含量較高,腐蝕裕量取 2mm;管線設(shè)計系數(shù)按二級地區(qū)的設(shè)計系數(shù) 計算;最低屈服強度按材質(zhì)取 245MPa。計算結(jié)果如下: 表 管線壁厚計算結(jié)果表 管材 管線外徑 mm 屈服強度 MPa 設(shè)計壓力 MPa 設(shè)計 系數(shù) 腐蝕裕量 mm 計算值 mm 選用壁厚 mm L245NCS 245 根據(jù)上表計算可知,集氣管道應(yīng)采用Φ 179。 的管線。 ( 3) 管道的穩(wěn)定性 根據(jù) GB50350- 2021《油氣集輸設(shè)計規(guī)范》第 條要求,集氣管道的外徑與壁厚之比 D/δ為 ,遠小于 140,因此在正常的運輸、鋪設(shè)、埋管情況下,均不會出現(xiàn)圓截面失穩(wěn)和剛度不足問題 [2]。 線路用彎管 本工程集氣管線根據(jù)地形、地質(zhì)條件,采用彈性彎曲和工廠預(yù)制熱煨彎管兩種形式,以滿足管道在平面和豎面上的變向要求。 考慮到本工程天然氣的 H2S 含量較高,設(shè)計壓力也較高,為便于更好的滿足SY/T0599- 97《天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力開裂金屬材料要求》的規(guī)定,本工程集氣管線不采用現(xiàn)場冷彎彎管。 ( 1) 彈性敷設(shè) 在地形條件允許的地區(qū),管道可采用彈性敷設(shè),彈性敷設(shè)的曲率半徑應(yīng)滿足管道強鐵北 101— X1井地面集輸工程 7 度要求,且不得小于 1000D,垂直面上彈性敷設(shè)管道的曲率半徑還應(yīng)大于管子自重作用下產(chǎn)生擾度的曲率半徑,其計算公式如下: 234 2c os13600 DR???? ( ) 式中: R -彈性敷 設(shè)管道最小彎曲曲率半徑, m; D -管道的外直徑, cm; σ -管道的轉(zhuǎn)角,( 176。)。 彈性敷設(shè)管道與相鄰反向彈性彎管和人工彎管之間,應(yīng)采用直管段連接過渡,其直管段長度不得小于管子外徑,且不小于 500mm。 ( 2) 熱煨彎管 當(dāng)?shù)匦尾荒軡M足彈性敷設(shè)的條件時,采用熱煨彎管適應(yīng)管道轉(zhuǎn)向。 考慮到硫化物應(yīng)力開裂和抗氫誘發(fā)裂紋對管材的影響 , 彎管采用抗硫無縫鋼管在工廠進行加熱煨制。管線熱煨彎管的曲率半徑采用 R≥ 5DN。彎管材質(zhì)與線路管材相同。 彎管強度計算公式為 : mb ???? ( ) DR DRm 244 ??? ( ) 式中: δ b-彎管管壁厚度( mm); δ -彎管所連接的直管段管壁厚度( mm); m- 彎管壁厚增大系數(shù); R-彎管的曲率半徑( mm); D-彎管的外直徑( mm); 本集氣管線所用彎管計算壁厚值為 。此外,彎管在加工過程中,其外弧部位會因拉伸而減薄,根據(jù)國內(nèi)廠家制作經(jīng)驗,減薄量約為 7%~ 8%。為保證熱煨彎管的壁厚達到設(shè)計壁厚要求,設(shè)計按 8%的減薄量考慮。在考慮加工減薄量和管子規(guī)格后,集氣管線彎管所需壁厚 。則集氣管線彎管選用Φ 179。 的 L245NCS 輸送流體用無縫鋼管制作。集氣管線彎管制作所用管材應(yīng)符合 GB/- 2021《 石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第 3 部分: C 級鋼管》。 強度校核 對于埋地管道必須進行當(dāng)量應(yīng)力校核。校核條件為:受約束熱膨脹直管段,按最大剪切應(yīng)力強度理論計算得當(dāng)量應(yīng)力必須滿足下式要求: slhe ???? ??? ( ) 式中: σ e— 當(dāng)量應(yīng)力, MPa; 榆林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 σ h— 管內(nèi)壓引起的環(huán)向應(yīng)力, MPa。 σ h=PdD/(2δ ) 其中: Pd— 設(shè)計壓力, MPa; D — 管子內(nèi)徑, mm; δ — 管子壁厚, mm; σ L — 內(nèi)壓和溫度引起的軸向應(yīng)力, MPa。 σ L=? σ h+Eα (t1t2) 其中: ? — 泊桑比, ? =; E — 鋼材彈性模量, E=; α — 鋼材線膨脹系數(shù),α =; t1— 管道下溝填回時的溫度,℃; t2— 管道的工作溫度,℃; σ s— 管子規(guī)定的最小屈服強度, MPa。 經(jīng)對所采用的鋼管進行強度校核,σ e< s,用管均滿足強度要求。見下表: 表 管道強度校核計算結(jié)果表 管線規(guī)格 σ h σ L σ e s Φ — 抗震校核 按照《輸油(氣)鋼質(zhì)管道抗震設(shè)計規(guī)范》( SY/T 0450— 2021)的規(guī)定,對地震波在土壤中的傳播及活動斷層錯動產(chǎn)生過大的軸向應(yīng)變及管道長度變化而造成的破壞需要進行抗震強度校核。對地震波引起的管道最大軸向應(yīng)變ε max 與操作條件下荷載引起的軸向應(yīng)變ε組合,應(yīng)不大于管道抗 地 震震動下的軸向容許應(yīng)變,其校核公式如下 [5]: 當(dāng)ε max + ε ≤ 0 時, |ε max + ε | ≥ [ε c ]v 當(dāng)ε max + ε ≥ 0 時, ε max + ε ≤ [ε t ]v 式中: ε max— 地震波引起管道的最大軸向拉、壓應(yīng)變; ε — 由于內(nèi)壓和溫度變化產(chǎn)生的管道軸向應(yīng)變, Ea??? ; σ a — 由于內(nèi)壓和溫度變化產(chǎn)生的管道軸向應(yīng)力( MPa),取σ a=σ L 為管道的軸向應(yīng)力; E — 管道材料的彈性模量 (MPa); [ε t ]v— 埋地管道抗振動的軸向容許拉伸應(yīng)變; [ε c ]v— 埋地管道抗振動的軸向容許壓縮應(yīng)變,按下式計 算: [ε c ]v= D?? ; 式中: δ — 管道壁厚 (m)。 鐵北 101— X1井地面集輸工程 9 D — 管道外直徑 (m)。 根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計的規(guī)范》( GB50251— 2021),管道軸向應(yīng)力σ L 按下式計算: )(2 21 ttEPd nL ??? ???? ( ) 式中: σ L — 管道的軸向應(yīng)力,拉力為正, 壓力為負( MPa); μ — 泊桑比,μ =; P — 管道設(shè)計內(nèi)應(yīng)力, ; d — 管子內(nèi)徑, ; δ n— 管子的公稱壁厚, ; E — 鋼材彈性模量, E=。 α — 鋼材的線膨脹系數(shù),α =。 t1 — 管道下溝回填時的溫度,℃;
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