【正文】 閥門 ≥6″的均帶有閥門支 架，支架直接坐落在閥墩上；對沒有支架的閥門，在附近的水平管線上設管支架支撐；對于有較長懸空段的地上管線，應設置管墩，防止其由于自身重力下沉拉損地上設備，閥門支架、管支架、管墩上需設置聚氨酯絕緣墊板。當埋地管道與設備基礎、支墩水平距離較近時，開挖管溝與制作設備基礎、支墩、工藝安裝，應合理安排相互間的施工順序，以確保基礎和支墩的穩(wěn)定。 引進的設備 1)清管器接收筒用快開盲板 PN10 MPa DN1100 1 臺 2)清管器發(fā)球筒用快開盲板 PN10 MPa DN1100 1 臺 3)氣液聯(lián)動球閥 Class600 40＂ 2 套 西吉清管站工藝設計 25 4)電動球閥 Class600 40＂ 2 套 Class600 36＂ 2 套 5)手動旋塞閥 Class600 14 2 個 Class600 8 1 個 6) 先導式安全閥 Class150 46 1 個 7)電動強制密封球閥 Class600 6 2 個 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 26 3 計算 說明 書 本次設計 主要任務 是對站內設備、閥類及管線進行計算和選型。設計中所選設備及管線材質（特殊件除外）均采用 X80 鋼，屈服強度 555MPa 。 天然氣分子質量 M 已 經天然氣中組分 i 的摩爾組成 yi （或者體積組成），以及各組分的分子質量則由下式可求得天然氣分子質量 M： ?? iiMyM () 表 天然氣氣質指標 單位： kg/mol T=293 K ?氣M +++++++++ = kg/mol 天然氣的壓縮系數(shù) Z 對于干燥天然氣 ， 由以下公式可得 Z： 100 mPZ ?? () 式中 ： mP —輸氣管內氣體平均壓力， MPa （絕） 。 在操作壓力 P 為 ，操作溫度 T 為 20℃ 時 ， 天然氣壓縮系數(shù) Z=。 天然氣的相對密度 由下式可計算出天然氣的相對密度 ， 其中 M 空為空氣的分子質量，一般取 kg/mol 組分 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 異丁烷 正戊烷 異戊烷 己烷 氮氣 CO2 體積 % 分子量 西吉清管站工藝設計 27 空天 ???? () 天然氣操作條件下的密度 取空氣密度為 ρ 空 = 3/mkg ，標準狀況下天然氣的密度： ?????? ?? （ ） 所以在操作壓力 P=，操作溫度 293K 條件下，根據(jù)氣體狀態(tài)方程RTZP ?? 得： ZTP TPG ?? ??? 0 00 ?? （ ） = ?? ?? = 3/mkg 式中： G? — 操作條件下的密度， 3/mkg ； 0T — 標況下溫度，取 T0=293K； P0— 標況下壓力，取 P0=； P — 操作壓力， MPa； T — 操作溫度， K； Z — 操作條件下的壓縮系數(shù)。 天然氣在操作條件下的粘度 依據(jù)《天然氣集輸工程》圖 14（第 19 頁）查得天然氣在大氣壓力下和 20℃ 條件下的粘度 181。0為 ? s。 天然氣的相對密度 Δ =，相對密度在 ~ 范圍內，可用經驗公式結算天然氣臨界值： ??? 39。cP 39。cP = ??? 1769339。cT 39。cT = 在天然氣混合物中 視對比壓力 . 5139。39。 ??? cr PPP （ ） 視對比溫度 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 28 39。39。 ??? cr TTT （ ） 由 39。rP ， 39。rT 查《天然氣集輸工程》 20 頁表 15 得0?? = ???? ???? = mPa? s。 該種組分天然氣在 時的工作粘度 mPa? s。 分離器的設計計算 由于本站采用旋風式分離器，故根據(jù)《天然氣管道輸送》第 204 頁式 (78))得到旋風式分離器操作狀態(tài)下流量計算公式： 00086400PTZ TP? () 式中 ： Q ——操作條件下氣體流量， m3/s； Q0——標準狀況（ P0 =, T0 =）下氣體流量， m3/s； P0——標準狀況下氣體的絕對壓力， MPa； T ——操作條件下氣體的絕對溫度， K； Z ——氣體壓縮系數(shù)； T0——標準狀況下氣體的絕對溫度， K； P ——操作條件下氣體的絕對壓力， MPa。 根據(jù)《天然氣集輸工程》第 103 頁式 (434)壓力損失方程： 22DgvPC g??? () 式中 ： ΔP——旋風子內的壓力降， MPa； ρg ——在分離器內壓力溫度條件下的氣體密度， kg/m3； g ——當?shù)刂亓铀俣龋?m/s2； v ——旋風子內氣體流速， m/s； C D——水力阻力系數(shù)，由實驗測定，一般取 180； 根據(jù)《天然氣集輸工程》第 103 頁式 (435)產能公式： 24Q D v?? () 式中 ： Q ——操作條件下的氣體流量， m3/s； 西吉清管站工藝設計 29 D ——旋風子圓筒部分直徑， m； v ——旋風子內氣體流速， m/s； 根據(jù)《天然氣集輸工程》第 103 頁式 (436)旋風子直徑計算公式如下： 20 .5 3 6 DgQCDP???? ????? () 式中 ： D ——旋風子圓筒部分直徑， m； Q ——操作條件下的氣體流量， m3/s； ρg——在分離器內壓力溫度條件下的氣體密度， kg/m3； C D——水力阻力系數(shù)。 ΔP——旋風子內的壓力降， MPa； 在正常情況下， ΔP/ρg 一般取為 55～ 75。低于 55 凈化程度不夠，高于 75 時凈化度穩(wěn)定，但壓力降過大。 根據(jù)《天然氣集輸工程》第 104 頁式（ 437）旋風子進出口管直徑計算公式： 1 u??? ???? () 式中 ： D1——旋風子進出口部分直徑， m； Q ——操作條件下的氣體流量， m3/s； u——氣體進出口時流速， m/s； 工藝設計要求多管干式除塵器處理量 750104m3/d，工作壓力為 ，溫度℃ ，天然氣相對密度為 經過計算可得出 Q= m3/s，取 ΔP/ρg=70， C D=180，則 D= 氣體進口流速取 20 m/s，出口流速取 12 m/s，則分離器進出口直徑如下： D 進 =， D 出 = 結論：經過以上計算可知，本清管站可設置三臺圓筒直徑為 ，進口直徑 ，出口直徑 。 管道選型及管徑計算 管道選型 據(jù)管線鋼管成型方式的技術特點，目前常用于長距離高壓輸氣管道工程用大口徑鋼管通常有螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管兩種： 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 30 1）螺旋縫埋弧焊鋼管具有受力條件好，止裂能力強，剛度大，價格便宜等優(yōu)點，但因其焊縫較長，出現(xiàn)缺陷的概率要高于直縫管；在制作過程中，焊縫呈一條空間螺旋線，焊縫質量不如直縫管容易控制；我國的螺旋管焊后鋼管不擴徑，焊縫不做熱處理，從而在管材內部存在殘余應力。但經過多年的技術改造，生產質量的可靠性以及生產能力完全可滿足國內管道建設的需要，我國目前能夠生產 Φ168—Φ14壁厚 4 mm～ 之間的系列螺旋縫埋弧焊鋼管，目前我國已建的大口徑長輸管道中，大多采用螺旋縫鋼管。 2）直縫埋弧焊管的焊縫長度較短，出現(xiàn)工藝質量問題的概率小，而且鋼管成型過程和焊接過程分開進行，從而使焊縫質量可靠性強，焊后鋼管通常要進行擴徑和熱處理兩道工序，這就基本消除了管材內部的的殘余應力，提高了鋼管的強度和韌性指標，此外管子有嚴格穩(wěn)定的尺寸，切割后易組裝，彎制成彎管時，焊縫放在彎曲中性面上，焊縫受力小，便于加工彎頭、彎管。直縫鋼管在國外管道建設上被廣泛采用，目前國內管廠均具備直縫埋弧焊鋼管生 產能力，并已在國內管道建設工程中批量應用。 管徑計算 由《天然氣長輸管道工程設計》第 290 頁式（ 4—3—10）可得： 10011 PuTT Z qPuqd v??? () 式中： d1——管子內徑， m； u1——管內氣體流速，取 12 m/s； q——操作條件下的氣體流量， m3/d， qv——標準狀況下（ P0=， T0=293K）的氣體流量， m3/d； P——操作條件下氣體的絕對壓力， MPa； P0——標準狀況下氣體的絕對壓力， MPa； T——操作條件下氣體的絕對溫度， K； T0——標準狀況下氣體的絕對溫度， K； Z——氣體壓縮系數(shù)。 表 管道內徑 西吉清管站工藝設計 31 管道位置 操作壓力MPa 壓縮系數(shù) 操作溫度 (K) 標況下流量104m3/d 操作狀態(tài)流量 (m3/s) 氣體流速 m/s 計算管內徑 (mm) 選用 管內徑 (mm) 進站總管（正常） 750 12 305 進站總管（最大） 800 12 319 除塵器（正常） （ 3 臺使用） 250 12 179 分離器（正常） （ 2 使用 1 備用） 375 12 227 分離器（最大） （ 3 臺使用） 12 184 分離器（最大） （ 2 使用 1 備用） 400 12 225 出站管道（正常） 291 750 12 358 出站管道（最大） 291 800 12 370 管道壁厚計算 根據(jù)《輸氣管道工程設計規(guī)范》 GB502512021 的規(guī)定，鋼管壁厚與設計壓力、鋼管 的 外徑、鋼管的強度等級、強度 的 設計系數(shù) 以及 溫度 的 折減系數(shù)有關，鋼管壁厚可以 按下式計算： 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 的 屈服強度， MPa； D – 鋼管外徑， mm； F – 強度 的 設計系數(shù)，站場管道設計系數(shù)均取 ； t – 溫度折減 的 系數(shù)，當溫度小于 120℃ 時 ，溫度 的 折減系數(shù)取 。 其中： 西 南石油大學本科畢業(yè)設計 32 ?2??dD () 可推得： PFtPds 22 ?? ??? () 式中 : δ ——鋼管計算壁厚， cm； P ——設計壓力， MPa； D ——鋼管外徑， cm； σs ——鋼管的最小屈服強度， MPa； F ——強度設計系數(shù)，依據(jù) GB502512021 第 條取 ； φ ——焊縫系數(shù)； t ——溫度折減系數(shù)，依據(jù) GB502512021 規(guī)定取 。 根據(jù)推導公式 ()， 計算可得下表 ： 表 管道壁厚的選擇 設計壓力 （ MPa） 屈服強度 （ MPa） 管內徑 （ mm） 設計 系數(shù) 計算壁厚 （ mm） 選用壁厚 （ mm） 10 555 6 10 555 6 10 555 6 10 555 6 10 555 6 10 555 6 10 555 7 10 555 7 速度校核 smV /4~3min ? ； smV /24~18m ax ? 4 DQV?