【正文】 氣管道設(shè)計與校核計算 （6）天然氣管道投產(chǎn)計算（7）天然氣管道系統(tǒng)最大儲氣量與存活時間 （8）天然氣管道清管仿真RealPipeGas Optimizer（1）穩(wěn)態(tài)輸氣量最大運(yùn)行優(yōu)化（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能耗最低優(yōu)化 （3）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行收益最大優(yōu)化 （4）穩(wěn)態(tài)多目標(biāo)決策優(yōu)化 （5）壓縮機(jī)組優(yōu)化取設(shè)計壓力：8Mpa，10MPa，12Mpa；取管徑（外徑）：D=1016mm，D=1219mm，D=1420mm；取壓比：?=，?=，?=；管道材料為X80鋼，共組合成18種方案，從中選取9種方案進(jìn)行工藝計算。九種設(shè)計方案見表31。表31 九種設(shè)計方案方案設(shè)計壓力/Mpa設(shè)計壓比管徑/mm管道材料1101219X802121219X8031219X804101219X805101420X806101016X807121219X808121420X809121016X80利用RealPipe軟件，根據(jù)壓力等級、管徑、壓比、內(nèi)涂等原始參數(shù)模擬管線工況，確定各個站場的位置設(shè)計初選三個設(shè)計壓力PH：；三個壓比ε：；三個管徑DH：1016mm、1220mm、1420mm；有無內(nèi)防腐層Κ：；設(shè)定管材的鋼種等級為X80，最小屈服強(qiáng)度σs=552MPa；利用RealPipe軟件進(jìn)行模擬布置出9種方案。并以其中最優(yōu)方案進(jìn)行計算如下：設(shè)計壓力10MPa，管徑1220mm，有內(nèi)涂層k=計算如下：（1）計算輸氣管評估性通過能力、：第一段：=，106m3/d第二段：=，106m3/d第三段：=，106m3/d（2）計算鋼管的壁厚δ：預(yù)設(shè)管徑1219mm,設(shè)計壓力12Mpa,，壓縮機(jī)入口壓力10Mpa,鋼材等級X70，最小屈服強(qiáng)度s=482Mpa。由《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中，直管段壁厚設(shè)計式：式中：——鋼管計算壁厚,mm；P——設(shè)計壓力,Mpa；D——管道外徑,m；——鋼管的最小屈服強(qiáng)度,Mpa；F——設(shè)計系數(shù)；——焊縫系數(shù)，；t——管道的溫度折減系數(shù)。（3）確定輸氣管內(nèi)徑DB：（4）根據(jù)設(shè)計壓力PH=10MPa（即壓縮機(jī)出口壓力），計算壓縮機(jī)入口壓力PB：（5）計算水力摩阻系數(shù)λ：由潘漢德爾公式（B式）：知需要先計算出雷諾數(shù)，才能算出水力摩阻系數(shù)。長輸氣管道的雷諾數(shù)是輸油管道的10100倍，一般在水力平方區(qū)，不滿負(fù)荷時在混合摩擦區(qū)。此時按在水力摩擦區(qū)計算。由于，故：其中：——天然氣對空氣的相對密度；——為空氣的密度，kg/m3， kg/m3；Q——為工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的輸氣管流量，m3/s；D——輸氣管道的內(nèi)徑，m；——為氣體的動力粘度，N?s/m2由以上數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，下面列舉一段工況：（1）天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置圖37天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置圖(2) 天然氣物性參數(shù)計算圖38天然氣物性參數(shù)計算圖（3）模擬參數(shù)設(shè)置圖39模擬參數(shù)設(shè)置圖(4)運(yùn)行模擬，查看壓力流量曲線圖。圖310 壓降曲線圖由圖45可以看到，當(dāng)前工況下在距離首站100km時，所以可往后推點(diǎn)。調(diào)整之后得到下圖：圖311 調(diào)整之后的壓降圖，為設(shè)計的壓縮機(jī)進(jìn)口壓力，則首站與第一個壓氣站的距離則為224km。其余的以此類推。圖310高程分布圖計壓力PH=10Pa（即壓縮機(jī)出口壓力）：有壓縮機(jī)的入口壓力以及壓力—高程分布圖可求得壓氣站的位置，求出各個壓氣站位置如下表：表33 壓氣站分布圖站號12345678距起點(diǎn)距離（KM）0224422641914113213071555高程(M)799391431117535868715521510站號91011中衛(wèi)12榆林1314距起點(diǎn)距離（KM）18092033225423362600276730643441高程(M)132414251491127413511222110231全線共14個壓氣站，其中第一段11個壓氣站，第二段1個壓氣站，第三段2個壓氣站。第4章輸氣管道工藝計算書第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）：1) 天然氣組分計算天然氣的平均分子量μ2) 計算氣體常數(shù)R3) 把全站的通過能力換算成質(zhì)量流量G4) 計算壓縮機(jī)入口條件下天然氣壓縮性系數(shù)（）：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）（取多變效率η=）：R——?dú)怏w常數(shù)，kJ/(kgs)；H——多變能量頭（即壓縮每千克氣體所消耗的功），kgm/kg；Z——壓縮因子；k——比熱比，；——壓比；G——質(zhì)量流量，kg/s；——多變效率,。(2) 選擇燃?xì)廨啓C(jī)，確定各段一個壓氣站所需的燃壓機(jī)組數(shù)：1) 根據(jù)壓氣站單站計算功率，初選燃?xì)廨啓C(jī)型號為NK36PT，該機(jī)在ISO條件下的額定功率為；根據(jù)壓氣站單站計算功率，初選燃?xì)廨啓C(jī)型號為DR61P，該機(jī)在ISO條件下的額定功率為；根據(jù)壓氣站單站計算功率，初選燃?xì)廨啓C(jī)型號為LM2500+，該機(jī)在ISO條件下的額定功率為；2) 計算在現(xiàn)場實(shí)際工作條件下該型號燃?xì)廨啓C(jī)的可用功率：其中：Ft——現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境溫度修正系數(shù)，；Fa——現(xiàn)場實(shí)際大氣壓力或?qū)嶋H海拔高度修正系數(shù)，；Fin——現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，；Fex——現(xiàn)場實(shí)際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)。3) 確定各段一個壓氣站所需的燃壓機(jī)組數(shù)及壓縮機(jī)排量g： 4) 確定每臺離心式壓縮機(jī)實(shí)際的實(shí)際功率：5) 一臺壓縮機(jī)的功率利用系數(shù)：(3) 計算燃料氣耗量：1) 把燃?xì)廨啓C(jī)在ISO條件下的額定熱耗率換算成現(xiàn)實(shí)實(shí)際工作條件下的熱耗率：其中：——現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境溫度修正系數(shù)，；——現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)，；——現(xiàn)場實(shí)際排氣系統(tǒng)壓力損失修正系數(shù)。2) 計算單位功率，單位時間的燃料氣耗量（所輸天然氣的低發(fā)熱值）：3) 計算各段一個壓氣站燃料氣的年耗量：4) 計算輸氣管全線的燃料氣的年總耗量：全線燃料氣年耗量占年輸氣量的比例： 經(jīng)濟(jì)計算布站方案結(jié)果如下表：表41 所選方案布站結(jié)果壓力Mpa壓比外徑mm壁厚mm內(nèi)徑mm第一段第二段第三段末段總站數(shù)全長km站數(shù)全長km站數(shù)全長km站數(shù)長度1012191611822336114311673237714(1) 計算輸氣管線路部分的耗鋼量：耗鋼量包括兩部分：按等強(qiáng)度設(shè)計耗鋼量和設(shè)計壓力下的耗鋼量。1) 前半段：根據(jù)設(shè)計壓力10Mpa設(shè)計管線壁厚：=174。16mm；2) 后半段：計算壓縮機(jī)入口壓力PB：3) 計算輸氣管計算段的平均壓力Pcp：同理可以得出后半段管徑：(2)計算總的耗鋼量：=+=其中：W——X8的鋼材密度，取7t/m3；D——鋼管外徑，mm；——鋼管壁厚，mm；L——管線總長，km；(3) 內(nèi)防腐層面積計算：(4) 計算總費(fèi)用F：總費(fèi)用包括：基礎(chǔ)建設(shè)投資和運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用。其中基礎(chǔ)建設(shè)投資包括：管材費(fèi)用、站場投資、內(nèi)防腐層費(fèi)用以及施工費(fèi)用。運(yùn)行管理費(fèi)用包括：運(yùn)行管理費(fèi)用和燃?xì)廨啓C(jī)能耗費(fèi)用。管材價格：12000元/噸；站場投資：與功率有關(guān)9000元/KW，與功率無關(guān)30百萬/座；內(nèi)涂層價格：；施工費(fèi)用：14000元/(cmkm)；運(yùn)行管理費(fèi)用：；燃?xì)廨啓C(jī)能耗費(fèi)用：；管道設(shè)計使用壽命：30年，基準(zhǔn)折現(xiàn)率：12%；======表42 所選方案的經(jīng)濟(jì)計算壓力Mpa壓比外徑mm壁厚mm初始投資內(nèi)防腐層維護(hù)管理及壓氣站能能耗總費(fèi)用C1億元C2億元C3億元C4億元C5億元C6億元F億元10122016186管線壁厚設(shè)計的計算公式只考慮了管線在內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力，對于較大直徑的管線或者是某些特殊的安全需要，還應(yīng)該核算軸向應(yīng)力。軸向應(yīng)力的相關(guān)公式：式中：——管線的軸向應(yīng)力，Mpa；——鋼材彈性模量。取Mpa；——鋼材的線性膨脹系數(shù)，?。弧芫€安裝溫度，℃；——管線工作溫度，℃；——泊松比，；——管線的環(huán)向應(yīng)力，Mpa；——鋼材內(nèi)徑，cm；——鋼材的公稱壁厚，cm；埋地管線的當(dāng)量應(yīng)力可按最大剪應(yīng)力破壞理論來計算和校核并滿足以下條件：對于同一種規(guī)格的鋼管，只需要對最小的壁厚進(jìn)行穩(wěn)定性校核即可，并且整條管線有兩種壁厚，校核結(jié)果如下：表43應(yīng)力數(shù)據(jù)結(jié)果壁厚/mm校核結(jié)果合格合格第5章站場工藝設(shè)計第5章站場工藝設(shè)計輸氣管線在施工過程中積存下來的污物和管道投產(chǎn)運(yùn)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。為此，應(yīng)于管線投產(chǎn)前和運(yùn)行過程中加以清除。新京天然氣管線總長3440km，清管站建設(shè)大約150~250km。取間距在該范圍內(nèi)即可，可以根據(jù)布站情況，考慮經(jīng)濟(jì)情況，計算出整個干線需要15座清管站。具體布站情況見下表：站號12345678距起點(diǎn)距離（km）0224442641914113213071555站號9101112131415距起點(diǎn)距離（km）1809203322542600287830643440(1) 發(fā)球筒：圖51 發(fā)球筒流程操作流程如下：1) 發(fā)送清管器前，將管道輸氣壓力調(diào)整到方案要求壓力；2) 打開球筒放空閥5，確認(rèn)球筒無壓，打開球筒快開盲板，把清管器送入球筒底部大小頭處，將清管器在大小頭處塞緊；3) 關(guān)閉快開盲板，裝好保安裝置；4) 關(guān)閉球筒放空閥5；5) 打開球筒發(fā)球進(jìn)氣閥4，平衡筒壓；6) 全開3閥；7) 關(guān)閉輸氣管線進(jìn)氣閥1，發(fā)送清管器；8) 確認(rèn)清管器發(fā)出后，打開輸氣管線進(jìn)氣閥1，關(guān)閉3關(guān)閉球筒發(fā)球進(jìn)氣閥4；9) 打開放空閥5泄壓至零，檢查閥3確實(shí)已關(guān)閉且不漏氣，打開快開盲板，檢查清管器是否發(fā)走。(2) 收球筒：圖52 收球筒流程操作流程如下：關(guān)閉接收球筒放空閥5及排污閥7，打開接收球筒旁通閥