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武胜分输站工艺设计

武胜分输站工艺设计

本设计主要介绍天然气分输站的设计内容和方法步骤,以及如何运用规范和材料进行参数的的计算,设备的选型等,主要内容包括在确定分输站工艺流程的基础上计算工艺中所涉及的设备、阀、管线并选型;画出分输站的工艺流程图、平面布置图。

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  • 详细描述

    武胜分输站工艺设计
    摘  要
    天然气分输站一般建在长输管线上,用来分配长输管线的天然气,其下游一般分配给一个或多个城市门站。分输站一般将长输管线的压力先计量调压在送给门站,因此天然气分输站的主要作用是将输气干线的天然气进行计量,调压然后分流将天然气分输到各个不同的用户手中。
    分输站是天然气中间管道工程的重要组成部分,其基本任务是对输气干线中的天然气进行压力的调节,流量的计量,机械杂质的清除,以及对输气管线清管操作的平台,分输站的研究就是使上述几项工作能够安全高效准确的进行,安全系数更高,压力调节更及时准确,使供气能够平稳,流量控制更精确。
    本设计主要介绍天然气分输站的设计内容和方法步骤,以及如何运用规范和材料进行参数的的计算,设备的选型等,主要内容包括在确定分输站工艺流程的基础上计算工艺中所涉及的设备、阀、管线并选型;画出分输站的工艺流程图、平面布置图。
    关键词:分输站,计量,调压,工艺设计
    1  绪论
    1.1  背景
    各种替代燃料中天然气燃料是最早广泛使用的一种,它分为压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)两种。作为燃料,天然气具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低等优点,已成为世界清洁燃料的发展方向,在居民日常生活中天然气是不可或缺的,尤其是城市人口越来越多,城市对天然气的需求也越来越旺盛。以天然气为原料的汽车则已成为使用量最多、发展最快的新能源汽车。根据国际天然气汽车组织的统计显示,天然气汽车10年来的年均增长速度为20.8%,大约有1270万辆天然气车辆在全世界使用,预计2020年天然气汽车总量将达7000万辆,其中大部分是压缩天然气汽车。天然气作为一种清洁能源将在未来经济社会发展过程中发挥巨大的作用。
    1.2  国内外现状
    目前国内外对天然气分输站场的研究主要分为以下几个方向:
    天然气站场风险因素的分析,天然气分输站的主要功能是分配和计量天然气,其主要的设施设备包括:过滤分离设备、清管收发球设备、计量调压系统、紧急截断系统、通讯及自控系统、自用气系统、电子系统、放空系统、排污系统、安全泄放系统、可燃气体监测系统、火灾报警及消防系统、防腐检测及控制系统等。天然气分输站的主要危险包括:管道及其他设备泄露、站场设备和控制系统故障。风险特性表现包括爆炸、火灾、噪声、毒性等。
    天然气分输站场运行方案的确定与优化:由于季节气候的不同,天然气管道在不同季节运行时会产生输送量的不同,这就使得天然气分输站运行的时候有多种方案的选择,影响方案选择的因素有很多,比如孔板流量计的规格、下游用户的用气规律、天然气输送管道上的支路以及孔板流量计在不同压力下的流量,通过对这些影响因素的分析可以选择出与具体情况下相适应的供气方案。
    天然气分输站场的防腐:天然气长输管道分输站中的设备和管线处于比较复杂的腐蚀环境中,特别是大气土壤、输送介质、水的影响,其内外壁产生比较严重的腐蚀,一般是内腐蚀造成的破坏占主要的地位,其中最危险的是硫化氢和二氧化碳。在应对这些腐蚀的时候首先要做好设计工作,改进工艺流程。还有就是采取一定的防护措施,比如阴极保护,涂抹防腐层,加入化学试剂防护等。
    就目前的形式看来,天然气分输站的工艺设计研究应该主要集中在新的控制设备,新材料,计量设备,以及安全管理上,其目的是为了更高效,更节能,更安全上发展。
    1.3  主要研究内容
    一般情况天然气分输站建设在天然气干线的管道上,其主要作用是对干线来气分输给一个或多个下游用户,一般分输站的主要功能有:清管、过滤、调压、计量等,有的分输站还具有加压功能。
    根据分输站的作用和特性,分输站划分为几个系统分别为:过滤,调压,计量,清管等系统,分部研究,然后再整合在一起,得出一个详细的完整的天然气分输站设计书
    天然气过滤器的组成为:一级旋风分离器、二级惯性除沫器预滤和凝聚、三级精滤芯凝聚、排污阀等。夹带有液体和固体颗粒的天然气,由进气管以切线方向进入一级旋风分离器。较大的液体和固体颗粒经过旋风分离器后将被分离出来。然后经过二级除沫器,气体在惯性碰撞作用下,气、液、固将得到进一步分离。气体中粒径较大的固体颗粒将被滤除,这样对后级精滤芯起保护作用。气体通过第三级精滤,粒径小于10微米(或更细)的固体粒子将被滤除;粒径微小的液态雾状物在静虑芯上凝聚成较大的液滴,在重力作用下,沉降到精滤管底部。
    对于调压系统而言主要体现在两个方面,一是其安全性,二是其压力调能力。
    安全装置的合理配置对天然气输配系统的安全稳定运行具有至关重要的意义,选用的安全装置不仅本身必须具有性能可靠,而且配置方案也必须要功能齐全,只有这样子,才能确保系统的运行安全和事故的零概率。因此在分输站安全装置的设置上应该遵循相关的规范和要求,并且应该严格执行。
    在应对气量的不稳定性方面可以对来气压力较高的天然气系统宜采用管道储气方式,这对用管道储气调峰能力有很大关系,因此,管道储气调峰不是单纯加大输气管道管径就能解决问题。
    在调压器方面,调压器是一种无论气体的流量和上游压力如何变化,都能保持下游压力稳定的装置。根据调压器的应用范围可以讲调压器分为高压调压器、中高压调压器、中低压调压器和低压调压器。调压器的工作原理为力平衡原理,出口压力由调压弹簧进行设定,不论进口压力或者是进口流量发生变化,调压器出口的压力都应该保持在设定值。为了防止调压器故障的发生应该注意的是通过天然气的净化处理,正确设置出口压力,根据力量的不同正确选择调压器。
    天然气大流量计量方法的研究:目前国内外采用的主要流量计量凡是有三种,即孔板流量计、涡轮流量计和超声波流量计。国内在能源和资源的开发利用以及国际合作中,对大口径、大流量计量标准装置的需求非常的突出。集中式、大口径、高气量的贸易交接方式成为主要的交接方式,大流量天然气的计量方式也由原来单一的孔板流量计发展到孔板、涡轮、超声流量计共用的局面[1],在计量方式的选择中,可以综合分析现有的天然气大流量计,对孔板、涡轮以及超声流量计的优缺点进行研究,得出流量计在大流量计量方面的实用性以及流量计的发展趋势,以达到合理的有效的使用各类计量仪表的目的,提高天然气的交接计量精确度。
    天然气管道清管装置的研究,天然气管道清管的目的:清除管线低洼处积水,防止管内壁遭到电解质的腐蚀,降低H2S、C02与水结合对管道的腐蚀,避免管内积水冲刷管线造成管线受损,因此清除积水即保护管道,使它免遭腐蚀,延长管道使用寿命;改善管道内部的光洁度,减少摩阻,提高管道的输送效率;保证输送天然气的纯度;还可以利用清管球进行管内检查。
    什么时候可以进行清管,应该根据管道内输送天然气气质的组成、管道输送效率以及输送压力差确定合理的清管周期。一般情况下,当管道输送效率小于0.95时,就应该对天然气管道进行清管。清管前应准确了解管道历次清管的记录,如管道输气流量、输送效率、管道输送压差等。值得注意的是在首次清管时应该进行管道基本状况调查,对于不适合进行清管要求的设施进行调整或改进。清管前和清管过程应该进行水力计算,这样就可以预测和掌握清管器的位置。推球所需的输气流量可以根据清管器运行速度、推球的平均压力、管径进行估算,当管道内污物、积液较多,高程差较大,应注意储备足够的气量。清管器的种类有清管球、皮碗清管器、直板,在选择时应根据管道状况、清管器特性来选择,或几类一起结合使用。
    在通球过程中需要控制的主要工艺参数有:1清管球充满水的过盈量为3%~10%。2皮碗、直板清管器的过盈量为1%-4%。3清管器的运行速度一般应控制在3.5m/s~5m/s。
    将几个系统研究后,结合相关的数据进行工艺计算,选择出相匹配的设备。这样就可以配置除一个完整的分输站。
    1.4  目的及意义
    天然气作为当今最主要的清洁能源,在社会经济生活中扮演着重要的角色,对人类不断提高生活质量起到了非常大的作用,在未来天然气的需求量将不断提高,天然气最主要的运输方式是管道运输,由上游气源开发,中间管道工程,下游市场开发三部分组成。分输站是天然气中间管道工程的重要组成部分,其基本任务是对输气干线中的天然气进行压力的调节,流量的计量,机械杂质的清除,以及对输气管线清管操作的平台,分输站的研究就是使上述几项工作能够安全高效准确的进行,安全系数更高,压力调节更及时准确,使供气能够平稳,流量控制更精确,总之安全、准确、经济、可靠是天然气分输站研究的目的。
    1.2  设计依据
    1.2.1 原始数据
    武胜分输站的工艺设计是中贵输气管道的中间站,该站的主要功能是向用户分输天然气,并进行调压计量工作,保证供气安全。其主要的设计数据如下:

    气质物性参数如表1-1
    表1-1
    气质 含量%
    CH4 93.98
    C2H6 2.84
    C3H8 0.40
    N2 1.97
          CO2 0.60
    H2 0.03
    其他 0.18

    1.2.2 基本的物理化学参数
    本设计中天然气为干燥天然气,主要成分为甲烷,其主要的物理化学参数性质如表1-2:
    1-2
    名称 数据
    标况密度 0.76067kg/m3
    相对密度 0.588
    临界压力 4.553MPa
    临界温度 194.92K
    压缩系数 0.934
    绝热指数 1.309

    1.3  设计内容
    (1)确定天然气分输站的工艺流程;
    (2)计算工艺中主要设备,阀,管线的型号;
    (3)画出工艺流程图,平面布置图;
    (4)编写出设计说明书,设计计算书,并翻译相关的英文文献。
    1.4  设计原则
    (1)贯彻国家建设基本方针政策,遵循国家的行业的各项技术标准、规范;
    (2)贯彻“安全、可靠”的指导思想,以保证设备安全、稳定的运行;
    (3)在保证质量的情况下尽量选择国产材料,降低成本;
    (4)遵循“高效节能,安全生产”的设计原则;
    (5)工程设计以及建设过程中应充分考虑HSE因素,优化设计和施工;
    (6)工程建设以近期市场为主,结合元气市场发展目标,合理安排;
    (7)充分考虑环境保护,节约能源。
    1.5  遵循相关的规范
    (1);《石油天然气工程制图标准》 SY/T 0003-2003
    (2)《油气集输设计规范》GB50350-2005
    (3)《高压锅炉用无缝钢管》(GB5310-1995);
    (4)《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分:B级钢管》(GB/T9711.2-1999);
    (5)《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分:C级钢管》(GB/T9711.3-2005);
    (6)《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004;
    (7)《输送流体用无缝钢管》(GB/T8163-1999);
    (8) 《石油天然气工程制图标准》GB 17820
     (9)《石油地面工程设计文件编制规程》(SY/T0009-2004)。
    (10)《原油和天然气工程设计防火规范》 50183-93GB_50183-93;
    (11)《气田地面工程设计节能技术规定》SY/T6331-97;
    (12)《天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求》SY/T0599-1997;
    (13)《油气分离器规范》 SY/T 0515-1997
    (14)《天然气矿场集输》北京:石油工业出版社. 1997
    (15) 1994《输气管道工程设计规范》GB50251-2003。
    结论
    通过对武胜分输站工艺流程的初步设计得出以下结论:
    (1) 知道了武胜分输站基本情况和设计能力与设计压力;查阅了各类文献,了解了国内外分输站设计的发展状况。
    (2) 设计了武胜分输站的工艺流程,并绘制了武胜分输站的工艺流程图和平面布置图。
    (3) 通过武胜分输站的气质分析的相关资料,确定了武胜分输站所输天然气的组份及百分比。
    (4) 翻阅了与站场设计相关的各种规范,并由这些规范结合金坛分输站的实际情况计算出或查出了所输天然气的一些基本参数,包括天然气的分子量,各处的压缩系数比、标准条件下天然气的相对密度和操作条件下的天然气相对密度及操作条件下的黏度。
    (5) 对武胜分输站内的主要设备进行了计算和选型,包括了对武胜分输站内部各管段的管道壁厚的计算及各管道的选型;对旋风式分离器的进出口管径和壁厚进行了计算及对旋风式分离器进行了选型;对球阀进行了管径计算,对安全阀进行了安全泄放量、安全泄放绝对压力、聚积压力、最高泄放压力和安全阀截面积计算,最终对球阀、闸阀、安全阀进行了选型。
    参考文献
    [1] 陈利琼 ,等. 管道技术与设备,2011年
    [2] 汪玉春,张建,邹伟,蒋宏业,康思伟. 输气干线单个分输站址最优化研究 ,天然气工业 2007, 27(6): 112-114
    [3]原油和天然气工程设计防火规范50183-93GB_50183-93
    [4]李丽新 管道防腐保温技术综述 中国石油和化工标准与质量 2012年12期
    [5]王怀义, 石油化工管道安装设计变差手册 :中国石化出版社 2003
    [6]陈建华,张永兴,李秀全等. 清管器发射和接收装置的设计及应用 :石油矿场机械 2009年第八期
    [7]赵杨文, 梁晓龙. 调压器在天然气行业中的应用 油气储运 2003.22(12)
    [8]天然气流量计的选用技巧
    [9]赵国鑫 .压力表的选型及故障处理 :科技向导  2010年第29期
    [10] 高庆中 .温度计量 北京:中国计量出版社.2004 
    [11] 曾自强 ,张育芳 .天然气集输工程  :石油工业出版
    [12]  Natural Gas Transportation and Application of Gas Hydrates.Dr. Mahmoud Moshfeghian (University of Qatar)

    目录
    1  绪论 1
    1.1  背景 1
    1.2  国内外现状 1
    1.3  主要研究内容 2
    1.4  目的及意义 4
    1.2  设计依据 4
    1.2.1 原始数据 4
    1.2.2 基本的物理化学参数 5
    1.3  设计内容 5
    1.4  设计原则 5
    1.5  遵循相关的规范 5
    2  说明书 7
    2.1  分输站的总体规划 7
    2.1.1 分输站站址的选择 7
    2.1.2 分输站工艺流程设计 7
    2.2  清管工艺 9
    2.2.1 通球清管的目的 9
    2.2.2 清管球的运行规律 9
    2.2.3 通球工艺参数的选择与计算 9
    2.3  消防设计 11
    2.3.1 消防实际的任务 11
    2.3.2 火灾危险性分析 12
    2.3.3 主要的防火措施 12
    2.4  放空设计 12
    2.5  防腐设计 13
    2.6  水电供应 13
    2.6.1  供电 13
    2.6.2  供水 13
    2.7  工艺设备设计与安装 14
    2.7. 1 管道设计 14
    2.7.2 管线的安装 14
    2.7.3下料、划线、切割、坡口制作 15
    2.7.4 焊接和法兰连接 16
    2.8  分离设备 16
    2.8.1 目的 16
    2.8.2 分离器分类 16
    2.8.4 分离器中存在的问题 17
    2.8.5  本站分离器的选择 18
    2.9  清管装置 18
    2.9.1 清管器的作用 18
    2.9.2 清管器收发装置 18
    2.9.3 清管器的发送和接收 19
    2.9.4 清管的几项参数 19
    2.9.5 清管工艺的几点原则 20
    2.9.7  清管工艺的总结 21
    2.10  站内阀门 21
    2.10.1 阀门的基本概念 21
    2.10.2 阀门的分类 21
    2.10.3 本站阀门的选用 22
    2.11  汇气管 23
    2.12  调压器 24
    2.12.1 调压器设计原理 25
    2.12.2 调压阀的安装 25
    2.13  流量计 26
    2.13.1 结构和工作原理 26
    2.13.2 天然气流量计的选用 26
    2.13.3 选型步骤 27
    2.13.4 选型注意事项 27
    2.13.5 本站选型 28
    2.14  压力检测装置 28
    2.14.1 分类 28
    2.14.2 压力表的选型方式 28
    2.14.3 压力表安装原则 29
    2.15  温度检测装置 30
    2.15.1 基本概念 30
    2.15.2 温度和温标的概念 30
    2.15.3 温度计种类 31
    2.15.4 温度计选型 32
    2.16  吹扫与试压 32
    2.16.1 吹扫 32
    2.16.2 试压 32
    2.17  站场布局与交通 32
    2.17.1 主要内容 32
    2.17.2 运输设施 32
    2.18  建筑与结构 33
    2.18.1 土建工程内容 33
    2.18.2 构筑物抗震设计 33
    2.18.3 构筑物机构形式 33
    2.19  采暖与通风 33
    2.20  生产维修 33
    2.21  节能 34
    2.21.1 能耗分析 34
    2.21.2 节能措施 34
    2.22  环境保护 34
    2.22.1 工程对环境的影响 34
    2.22.2 环保措施 34
    2.23  劳动安全卫生 35
    2.23.1 主要职业危害 35
    2.23.2 职业危害防护 35
    2.24  工艺管道平面安装图 36
    2.24.1 管道安装设计 36
    3  工艺计算书 37
    3.1  基本数据处理 37
    3.2  管材相关计算 38
    3.2.1 管径的计算 38
    3.2.2 管线壁厚的计算 40
    3.3  安全阀 41
    3.3.1 安全阀的计算 41
    3.3.2 安全阀的选型 42
    3.4  汇管 42
    3.4.1 管径的计算 42
    3.4.2 壁厚的计算 43
    3.5  分离器的计算 44
    3.5.1 旋风子 44
    3.5.2 计算旋风子个数 45
    3.5.3 计算除尘器台数 45
    3.5.4 核算旋风子流速与压降 45
    3.5.5 分离器进出口直径计算 45
    3.6  调压器 45
    3.6.1 调压器通过能力的计算 45
    3.6.2 调节阀的选型 46
    3.7  流量计 46
    3.7.1 天然气体积流量计算公式 46
    3.8  阀门 48
    3.8.1 球阀 48
    3.8.2 闸阀 49
    3.9  压力及温度测量仪表 49
    3.9.1 温度测量仪表 49
    3.9.2 压力表 50
    结论 51
    感谢 52
    参考文献 53
    附录A 54
    附录B 55
    收缩