【正文】 ..................................................................... 33 7 自動控制和通訊 ........................................................................................................... 34 概述 ......................................................................................................................... 34 說明 .................................................................................................................. 34 儀表及系統(tǒng)設(shè)備選型原則 .............................................................................. 34 SCADA 系統(tǒng) .............................................................................................................. 34 儀表檢測、控制系統(tǒng) ............................................................................................. 34 流量計量系統(tǒng) ......................................................................................................... 35 8 結(jié) 論 ........................................................................................................................... 36 參考文獻 ............................................................................................................................. 37 致 謝 ................................................................................................................................. 38 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 前言 本工程的主要內(nèi)容是天然氣輸氣管道工程的初步設(shè)計。課題的提出是針對目前 各種用戶對清潔能源的需求量的急劇升高的現(xiàn)狀以及 天然氣工業(yè)的蓬勃發(fā)展 的形式。通過長輸管線的優(yōu)化設(shè)計來提高管輸天然氣量 以及提高其的經(jīng)濟性 為解決現(xiàn)今的供氣不足 和供氣費用昂貴 的情況提供了好的方案。 加快開發(fā)和利用天然氣的步伐，提高天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重是堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保 護生態(tài)環(huán)境的重要舉措，是利國利民的大政方針。初步設(shè)計是在工程項目確定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，結(jié)合實際條件所做的具體實施方案。設(shè)計深度應(yīng)滿足投資包干、招標承包、材料與設(shè)備訂貨、土地征購和施工準備等要求，并能據(jù)以編制施工圖和總概算。 (2) 采用先進的技術(shù)，努力吸收國內(nèi)外的新的科技成果。 (4) 管道設(shè)計要確保能長期安全、均衡、平穩(wěn)的進行天然氣的輸送。 管道設(shè)計規(guī)范和要求 《輸氣管道設(shè)計與管理》（姚光鎮(zhèn)主編，石油大學(xué)出版社） 《油氣集輸 》（馮叔初主編，石油大學(xué)出版社） 《天然氣長輸管道工程設(shè)計》（中國石油天然氣總公司主編，石油大學(xué)出版社 ） 《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（ 5025194） 《油田油氣集輸設(shè)計技術(shù)手冊》（上下冊） 長輸管道設(shè)計原始資料 天然氣管道設(shè)計輸量 管道 首站 起始于 寧波市， 末站位于 溫州 市 ，管線全長 300 ㎞ ，送至 溫州 市的輸氣量一期為 9310 /ma，二期為 9310 /ma。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 管線設(shè)計要求及內(nèi)容 (1) 設(shè)計 要求： a 輸氣管具有 日輸量 20％ 的調(diào)峰能力； b 全線設(shè)計系數(shù)相同，采用等強度設(shè)計。 工程概況 甬溫 輸氣管道起始于 寧波 市，末站位于 溫州 市，管線 全長 300 千米，為水平管線。全線設(shè)置四座干線截斷閥室，使管線在事故情況下能緊急自動關(guān)閉，易減少天然氣損失和事故危害，并供管道維修時放空使用。輸氣干線采用煤焦油磁漆涂層防腐，同時采用強制電流保護為主，犧牲陽極為輔的陰極保護法對干線進行防腐蝕控制。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 3 輸氣管道的工藝計算說明 天然氣的熱 物 性 計算 天然氣的平均分子量、密度和相對密度 (1) 平均分子量 M iiM MY?? (31) 式中 M —— 平均分子量 ， kg/(kmol)； iM —— 第 i 組分的分子量 ， kg/(kmol)； iY—— 第 i 組分的摩爾組成 。 b 相對密度 ed ae ddd ? (33) 式中 ed —— 相對密度 ； d—— 平均密度 ； ad —— 空氣密度 。 (2) 對比壓力 rp 和對比溫度 rT PcP?Pr (36) TcTTr? (37) 式中 P—— 平均壓力； T—— 平均溫度。 表 31 壓縮因子相關(guān)方程式 Pr 范圍 Tr 范圍 相關(guān)方程式 ~ ~ ~ ~ ~ Pr(－ )－ + Pr(－ )－ + Pr(－ )++ Pr(－ )++ ~ ~ ~ ~ ~ Pr( + ) + Pr( ) + + Pr( ) + + Pr( ) + + 天然氣的粘度 根據(jù)粘度的計算公式： expC?? [ ( /1000) ]yx ? (311) 式中 1 0 6 3 .62 .5 7 0 .2 7 8 1x T? ? ? ? ?? .4 5 1 ( 7 .7 7 0 .1 8 4 4 )1 2 2 .4 3 7 7 .5 8 1 .8TC T??? ? ? ? ? —— 天然氣的粘度， mPas? ； T —— 天然氣的溫度， K。 定壓摩爾比熱 根據(jù) 《油氣集輸》中的 定壓摩爾比熱的計算公式： ? ?24100???????????? ??TPMTTCp (312) 式中 Cp —— 天然氣的定壓摩爾比熱， /( )KJ mol K? ； T—— 天然氣的溫度， K； P—— 壓力， Pa； M—— 天然氣的 平均分子量 , /( )kg kmol 。 (1) 雷諾數(shù)可按以下公式計算 ??????????? DMDQDQDDQDAQvDR ae 4444 2 ??????? (313) 式中 Re—— 雷諾數(shù)； v —— 氣體的流速 ， m/s； ?—— 氣體的運動粘度 ， sm/2 ； ?—— 天然氣對空氣的相對密度，無因次； D—— 輸氣管道的內(nèi)徑， m； ?—— 天然氣的 動力 粘度 ， aps? ； ? —— 氣體的密度， 3/mkg ； a? —— 空氣的密度 ， 3/mkg （ 在標準狀況下 a? = 3/mkg ）； Q—— 輸氣管道 體積流量， sm/3 ； M—— 輸氣管道質(zhì)量流量 ， kg/s。 211Re???????dk (316) c 流型判斷： ⅰ Re 1Re 流態(tài)為水力光滑區(qū)； ⅱ 12Re Re Re?? 流態(tài)為混合摩擦區(qū)； ⅲ 2Re Re? 流態(tài)為阻力平方區(qū)。按它們在輸氣管道中的位置 分別為：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、清管分離站等）三大類型。 a 首站流程說明 正常 輸送來氣： 增壓站 來氣 —— 除液器 —— 旋風(fēng)分離器 —— 計量 —— 去中間 站 發(fā)送清管器： 首站發(fā)球筒 — — 清管器通過指示器 —— 下游管線 氣源為 增壓站 來氣，站內(nèi)氣體凈化以旋風(fēng)分離器除塵為主，但有時上游氣體 處理裝置的非正常情況，管道內(nèi)可能存在少量液體，在清管時，這些液體被推進站內(nèi)，將影響調(diào)壓閥、壓縮機的正常工作。氣體分離采取除液、除塵相結(jié)合，使天然氣達到管輸要求。一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管發(fā)送等功能。一般分為壓氣站、氣體接受站、氣體分離站、清管分離站等幾種類型。一般具有分離調(diào)壓計量和清管器收發(fā)等功能。大流量站場的氣體除塵器可以經(jīng)過匯管采取并聯(lián)安裝 來滿足處理要求。 清管 輸氣管線在 施工過程中積存下來的污物和管道投產(chǎn)運行時所積存下來的 腐蝕產(chǎn)物，都是影響氣質(zhì)、降低輸氣能力、堵塞儀表、影響計量 精度和加劇管線內(nèi)部腐蝕的主要因素。 清管氣體收發(fā)裝置 清管氣體收發(fā)裝置包括 收發(fā)筒、工藝管線、全通徑閥門、裝卸工具以及通過指示器等輔助設(shè)備。其發(fā)送筒的長度應(yīng)能滿足最長清管器或監(jiān)測器的需求，一般不應(yīng)小于筒徑的 3～ 4倍 ；其接受筒長度應(yīng)更長些，因為它需要容納進入排污管的大塊清除物和先后發(fā)入管道的兩個或更多的清官器，其長度一般不小于管徑的 4～ 6倍。 (3) 污物排放 清管作業(yè)清除的污物應(yīng)集中處 理，不得隨意排放。輸氣首站內(nèi)調(diào)壓設(shè)計中應(yīng)符合輸氣工藝設(shè)計要求并應(yīng)滿足開、停工和檢修的需要。 計量 (1) 輸入與輸出干線的氣體及站內(nèi)自耗氣必須計量。 (2) 氣體計量裝置應(yīng)設(shè)置在輸氣干線上、分輸氣干線上和配氣管線上以及站內(nèi)的自耗氣管線上。 安全泄放 輸氣站的各類站場必須設(shè)置安全設(shè)施。 a 單個安全閥的泄壓管直徑應(yīng)按背壓不大于該閥瀉放壓力的 10％ 來確定，但不應(yīng)小于安全閥的出口管徑。 (2) 安全瀉放設(shè)施的設(shè)置要求 a 輸氣站應(yīng)在進站截斷閥上游和出站截斷閥下游設(shè)置泄壓放空裝置。 b 站內(nèi)的受壓設(shè)備和容器應(yīng)按現(xiàn)行的安全規(guī)程的規(guī)定設(shè)置安全閥。 c 站內(nèi)高低壓放空氣體不得以同一管線輸?shù)椒趴樟⒐埽仨毎磯毫Φ燃壏謩e設(shè)置放空管，防空氣體應(yīng) 經(jīng)放空管排入大氣，并應(yīng)符合環(huán)境保護和安全防火要求。 ③ 應(yīng)避開山洪、滑坡等不良 工程地質(zhì)地段及其他不宜設(shè)站的地方。 (2) 設(shè)計原則 ① 輸氣站的設(shè)置應(yīng)符合線路走向和輸氣工藝設(shè)計的要求，各類輸氣站宜聯(lián)合建設(shè)。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 (3) 站場平面布置原則 ① 輸氣站 各建（構(gòu)）筑物及設(shè)備的平面布置應(yīng)根據(jù)工藝流程中天然氣的流向來確定，應(yīng)盡量縮短管線長度，避免倒流， 減少交叉，管線應(yīng)采用地上或埋土敷設(shè)，不應(yīng)采用管溝敷設(shè)。 ③ 輸氣站與周圍建筑物和站內(nèi)各建筑物之間的距離必須滿足有關(guān)安全防火要求，有保證消防 、起重和運輸車輛通行的道路和必要的檢修堆放 場地。 ⑤ 壓氣站的儀表控制 室、維修間和行政辦公室建筑通常布置在單獨或合并在一起的建筑物內(nèi)，與壓縮機房保持一定的距離 ，以減少噪音干擾。因此，在供給用戶前，應(yīng)出去除去懸浮在天然氣中的固體雜質(zhì)。 輸氣站場中的除塵設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)簡單、 可靠，分離效率高，不用經(jīng)常更換或清洗部件，氣流通過壓降小等。本工程采用旋風(fēng)分離器。 (1) 旋風(fēng)分離器進口 a 旋風(fēng)分離器進口形式和進口管形式。進口管可以制成矩形和圓形兩種形式。一般，矩形進口管的高度 a與寬度 b之比為 2～ 3。 在一定范圍內(nèi)，進口氣速越高，除塵效率 越高。因此，在設(shè)計旋風(fēng)分離器的進口截面時，必須使進口氣速為一適宜的值。 (2) 旋風(fēng)分離器的直徑等圓筒結(jié)構(gòu)尺寸 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 a 圓筒體直徑 D 一般旋風(fēng)分離器的圓筒直徑很小，旋轉(zhuǎn)半徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風(fēng)除塵的效率就會越高。另外，筒體太小容易引起堵塞，尤其對粘性物料。 旋風(fēng)分離器的筒體直徑可以參考《天然氣工程手冊》中的公