【正文】 第 4 章輸氣管道工藝計算書 31 第 4 章輸氣管道工藝計算書 水力計算 (1) 計算一個壓氣站所需要的總功率（單站計算功率） 0N ： 1) 天然氣組分計算天然氣的平均分子量μ 1 0 0 1 9 4 ?????????? ? ii y?? ? 2) 計算氣體常數(shù) R ??? ?R 3) 把全站的通過能力換算成質(zhì)量流量 G skgRTPqG / 461011 ?? ??? ????? skgRTPqG / 462022 ?? ??? ????? skgRTPqG / 463033 ?? ??? ????? 4) 計算壓縮機(jī)入口條件下天然氣壓縮性系數(shù) BZ （ M P aPP HB ??? ?）： ? ? ? ? 8 4 1 0 0 1 0 0101 1 0 0 1 0 0 ??????? BB PZ 5) 計算多變能頭 H（取 k=）： 6) 計算各段一個壓氣站所需的總功率（單站計算功率） 0N （取多變效率η =）： MWHGN 0 2101 ?? ? MWHGN 02202 ?? ? kg/=)1ε(ZRT1k k=H k 1k第 4 章輸氣管道工藝計算書 32 MWHGN 0 2303 ?? ? R—— 氣體常數(shù)， kJ/(kg其余的以此類推。 圖 310 壓降曲線圖 第 3 章管路布站方案計算書 29 由圖 45 可以看到，當(dāng)前工況下在距離首站 100km 時，壓力降至 ，所以可往后推點。此時按在水力摩擦區(qū)計算。 mmF DP HH 5 1 2 2 0102 s1 ???? ??? ?? （ 3） 確定輸氣管內(nèi)徑 DB： mmDD HB 118816212202 ?????? ? （ 4） 根據(jù)設(shè)計壓力 PH=10MPa（即壓縮機(jī)出口壓力）和壓比 ，計算壓縮機(jī)入口壓力 PB： （ 5） 計算水力摩阻系數(shù) λ： MPaPP HB ??? ?第 3 章管路布站方案計算書 26 由潘漢德爾公式（ B式）： ??? 知需要先計算出雷諾數(shù) Re，才能算出水力摩阻系數(shù)。并以其中最優(yōu)方案進(jìn)行計算如下： 設(shè)計壓力 10MPa，壓比 ，管徑 1220mm，有內(nèi)涂層 k= 計算如下： 基本數(shù)據(jù)確定 （ 1）計算輸氣管評估性通過能力 1q 、 2q 、 3q ： 第 3 章管路布站方案計算書 25 第一段： 3501001 ??Qq 350100200??=， 106m3/d 第二段： 3501002 ??Qq 350100150??=， 106m3/d 第三段： 3501003 ??Qq 350100230??=， 106m3/d （ 2） 計算鋼管的壁厚 δ： 預(yù)設(shè)管徑 1219mm,設(shè)計壓力 12Mpa,壓比 ，壓縮機(jī)入口壓力 10Mpa,鋼材等級 X70，最小屈服強(qiáng)度 ? s=482Mpa。 九種設(shè)計方案見表 31。 （ 4） 仿真結(jié)果分析 仿真工程師對仿真運行過程中的仿真計算結(jié)果進(jìn)行管理，包括：運行記錄，模型數(shù)據(jù)更新，繪制參數(shù)曲線和生成系統(tǒng)參數(shù)報表。 2) 分析外界環(huán)境變化對管道運行的影響、分析流體流過動力設(shè)備的溫度變化、分析管輸過程中流體溫度的變化等。 （ 3） 仿真運行控制設(shè)置 仿真控制腳本用于對將要運行的仿真過程進(jìn)行操作控制的預(yù)設(shè)，以批處理的方式對仿真過程進(jìn)行控制。 （ 2） 模型驗證 仿真工程師對管道模型進(jìn)行驗證分析。 RealPipeGas 天然氣管道仿真軟件 RealPipeGas Optimizer 天然氣管道運行優(yōu)化軟件 RealPipeProduct 成品油管道仿真軟件 RealPipeCrude 原油管道仿真軟件 第 3 章管路布站方案計算書 22 RealPipe 業(yè)務(wù)流程 圖 35 管道仿真業(yè)務(wù)流程圖 管道仿真業(yè)務(wù)流程 （ 1） 系統(tǒng)建模 系統(tǒng)建模是仿真業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)。 RealPipe管道仿真平臺 基于油氣管道運行仿真業(yè)務(wù)的共性需求，能夠適應(yīng)于天燃?xì)夤艿馈⒊善酚凸艿馈⒃凸艿婪抡媾c運行優(yōu)化的基礎(chǔ)平臺，主要有管道建模、設(shè)備仿真、操作培訓(xùn)、運行控制腳本、仿真結(jié)果監(jiān)視等功能。仿真可以運行在批次跟蹤模式和交互模式。在仿真運行過程中，用戶可以隨時通過設(shè)備圖形、交互命令等方式對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)設(shè)置，對設(shè)備進(jìn)行操作、對輸出結(jié)果的形式進(jìn)行配置。在仿真運行時， RealPipe會隨著時間的變化計算管網(wǎng)內(nèi)在數(shù)值空間上的壓力、流 圖 34RealPipe軟件產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 第 3 章管路布站方案計算書 21 量、溫度、密度、流速和其它變量，并通過設(shè)備圖形、動態(tài)曲線、動態(tài)報表等方式來展示這些物理量的分布和變化細(xì)節(jié)。 圖 31 輸氣管線線路圖 第 3 章管路布站方案計算書 19 (2) 沿線的高程圖如下： 圖 32 沿線高程圖 (3)沿線高程與距離對應(yīng)如下表 ： 圖 33 軟件模擬取點圖 表 33 高程與距離對應(yīng)表 距離（ KM） 0 82 161 202 224 248 278 390 442 高程 (M) 799 2125 319 293 391 213 319 288 431 距離(KM) 505 592 658 712 786 903 990 1040 1097 高程 (M) 441 545 1131 1139 507 349 367 96 581 距離(KM) 1132 1179 1244 1307 1375 1471 1506 1555 1629 高程 (M) 687 976 1300 1552 1052 1217 1341 1510 1351 距離(KM) 1659 1681 1754 1776 1823 1861 1956 2020 2054 高程 (M) 1269 1467 1358 1367 1446 1461 1579 1467 1387 距離(KM) 2145 2207 2270 2336 2404 2475 2502 2543 2600 高程 (M) 1445 1446 1519 1274 1161 1532 1556 1319 1351 第 3 章管路布站方案計算書 20 續(xù)表 33 距離(KM) 2668 2750 2791 2838 2909 3048 3083 3135 3241 高程（ M） 1155 1092 1078 1206 1375 1252 946 341 35 距離(KM) 3364 3441 高程 (M) 8 31 的學(xué)習(xí) 軟件簡介 RealPipe管道仿真軟件提供了一個圖形化的集成環(huán)境用來完成氣體和液體管網(wǎng)的建模，并對模型進(jìn)行水力、熱力瞬態(tài)分析。 1）一級地區(qū)：戶數(shù)在 15戶或以下的區(qū)段； 2）二級地區(qū)：戶數(shù)在 15戶以上、 100戶以下的區(qū)段； 3）三級地區(qū)：戶數(shù)在 100戶或以上的區(qū)段，包括市郊居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、發(fā)展區(qū)以及不夠四級地區(qū)條件的人口稠密度； 4）四級地區(qū)：系指四層及四層以上樓房（不計地下室層數(shù)）普遍集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的區(qū)段。 沿線地理等級劃分 按照《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》 GB50251[4]的規(guī)定，沿管道中心兩側(cè)各 200m范圍內(nèi) ，任意劃分成長度為 2km并能包括最大聚居戶數(shù)的若干地段，按規(guī)定地段內(nèi)的戶數(shù)劃分為四個等級。 第 3 章管路布站方案計算書 18 （ 7）線路應(yīng)盡可能的取直，縮短線路長度，同時線路也要盡可能靠近城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)用戶。 （ 6）線路應(yīng)盡可能的利用現(xiàn)有的公路，方便施工和管理。 （ 5）大中型河流穿（跨）越工程和壓氣站位置的選擇，應(yīng)符合線路走向。 （ 3）線路宜避開多年經(jīng)濟(jì)作物區(qū)域和重要的農(nóng)田基本設(shè)施。 線路的選擇要求 （ 1）線路走向應(yīng)根據(jù)地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)氣、供氣點的地理位置以及交通運輸、動力等條件，經(jīng)多方案對比后確定。 線路的選取 本次設(shè)計線路為新疆霍爾果斯到北京，新京管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至北京市末站。 第 3 章管路布站方案計算書 16 設(shè)計思路 基本物性計算 (1) 天然氣組成原始數(shù)據(jù)如表 表 31 天然氣組成 組分 CH4 C2H6 CO2 N2 Mol% (2) 天然氣物性參數(shù)計算 ii yMM ? ?? aMM/?? ilil yHH ??? 根據(jù)天然氣組成及物性計算公式，可以計算出天然氣物性參數(shù)，計算結(jié)果見表 32. 學(xué)習(xí) RealPipe 軟件， 根據(jù)壓力等級、管徑、壓比、內(nèi)涂等原始參數(shù)進(jìn)行模擬管線工況。 （ 4）第一段 每一站的分離器總數(shù)為 8臺， 第二段 每一站的分離器總數(shù)為 6臺， 第三段每一站的分離器總數(shù)為 9臺，其他參數(shù)參考規(guī)范進(jìn)行選擇，流量控制可以通過開啟分離的個數(shù)來實現(xiàn)。 (2) 設(shè)計方案為：設(shè)計壓力 10MPa，壓比 ，管徑 1219mm，有內(nèi)涂層，管線末段長度為 377km，全線管材采用 X80鋼。 工程基建投資： 工程基建投資 =管道鋼材費用 +站場投資費用 +施工費用 +內(nèi)涂層費用 年經(jīng)營費用： 年經(jīng)營費用 =年燃料氣費用 +管道年維護(hù)和管理費用 +站場年操作維護(hù)費用 +人工費用 通過年當(dāng)量費用的比較，就可以確定最佳輸氣方案。 額定的投資回收系數(shù)： 由國家根據(jù)行業(yè)特點制定 ,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。 本設(shè)計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。雖然方案比較法是傳統(tǒng)的方法。 方案經(jīng)濟(jì)比較分析 輸氣管道設(shè)計方案經(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、動態(tài)規(guī)劃法、灰色關(guān)聯(lián)法以及最小金屬耗量法等。 (4)經(jīng)營費用 輸氣管道建設(shè)工程年經(jīng)營費用是輸氣管道工程建成投產(chǎn)后維持其正常生產(chǎn)所必須花費的費用。 (3) 內(nèi)涂層費用 如果管道設(shè)置內(nèi)涂層，那內(nèi)涂層費用就是不可或缺的一部分。 第 2 章設(shè)計概述 13 本設(shè)計中，分別計算不同方案各站場人員編制，然后再乘以人員工資，得到人工費用。 本設(shè)計中，分別計算不同方案首站、中間壓氣站和最后一個壓氣站的燃料氣耗量，然后再乘以天然氣價格（ 元 /m3），得到燃料氣費用。 燃料氣費用 本設(shè)計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。本設(shè)計中站場投資主要是計算壓縮機(jī)組的投資費用。本設(shè)計中管道鋼材類型為 X80 鋼，通過計算管道鋼材耗量，然后乘以管道鋼材價格（ X80 鋼： 9000 元 /噸）就可以得到管道投資費用。 輸氣方案的確定 以方案的建設(shè)投資費用和以后維護(hù)管理費用的大小確定最佳輸氣方案。 因尚未確定 2壓氣站的位置，故不知道第一站間距終點與起點的高差，可用試算法進(jìn)行求解：先按水平輸氣管算出 l 水平作參考，然后通過軟件配置高程參數(shù)后進(jìn)行模擬，找到設(shè)計壓氣站進(jìn)口壓力一點所處的位置，就可以確定一個站間距，以此類推，確定以后各站的站間距。K）； n—— 輸氣管道計算管段內(nèi)按沿線高差變化所劃分的計算段數(shù)； 1?ih —— 各劃分管段終點和起點的標(biāo)高（ m）； iL —— 各劃分段長度（ km）； 第 2 章設(shè)計概述 12 C—— 計算常數(shù)， 00 4/ PRTC a?? 。/（ s178。 2）從輸氣管起點開始，按地形起伏地區(qū)輸氣管流量基本公式進(jìn)行計算，確定相鄰兩個壓氣站之間的站間距。 末段的計算與其前面各段的區(qū)別是：在計算中既要考慮輸氣能力，又要考慮儲氣能力。 地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站方法： 1）在計算壓氣站站間距時，原則上應(yīng)先求出輸氣管末段的長度 lk（即最后一個壓第 2 章設(shè)計概述 11 氣站至終點的距離）。 輸氣管線相鄰壓氣站站間距的確定 方案工藝參數(shù)確定后，對各中間壓氣站（除首站和末站），保持離心壓縮機(jī)出口壓力為設(shè)計壓力，通過設(shè)計的壓氣站壓比確定壓氣站離心壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力。 長距離輸氣管線中，末段可用作調(diào)峰儲氣。為了保證按用戶要求供氣，必須解決供氣與用氣的不平衡問題。 輸氣管道末段 天然氣調(diào)峰： 城市的用氣量隨時間而變化，而氣源供氣量一般變化不大，尤其是長距離輸氣管，為求得最高的效率和最好的經(jīng)濟(jì)效益，總希望在某一最佳輸量下工作。 工藝計算說明 設(shè)計輸量下，輸氣管外徑越大，所需壓氣站數(shù)量越少，站場投資相應(yīng)減小，但同時線路投資及管材費用會增加；大壓比下相鄰站之間站間距增長，這樣會減少壓氣站站數(shù)，但大壓比下壓縮機(jī)組投資和燃?xì)廨啓C(jī)所產(chǎn)生的燃料氣費用會相應(yīng)增大，并且會導(dǎo)致各年經(jīng)營成本增加； 綜上所述，不同工藝參數(shù)下的輸氣方案需要綜合全面考慮。 根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》清管設(shè)計規(guī)定：為節(jié)約投資，便于管理，本規(guī)范規(guī)定 清管站設(shè)在輸氣站內(nèi)。 依此思路進(jìn)行工藝設(shè)計計算，得出各方案布站情況及相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計壓氣站壓 比和輸氣量，考慮高差的影響，利用軟件生成的壓降曲線確定相鄰兩個