油气储运工程专业长输管道设计课程报告课程设计名称：西气东输管道总体工艺方案设计班级储运XX-X班组号第x组姓名风一样的男子同组成员XXX XXX学号1234567指导老师XX2015年3月油气储运工程专业XXXX级X班指导教师：XX题目：西气东输管道总体工艺方案设计一、基本设计条件1）年工作天数：350天2）气体标准状态：压力101325 Pa，温度20℃3）设计输量：（100+k×10）×108 Nm3/a，其中k为每位学生所在小组的组号4）管道长度：3894 km5）设计压力10MPa（绝）6）管材等级：X707）管外径：1016mm8）管内壁粗糙度：采用内涂层，管内壁粗糙度取10μm。

9）设计地温由于管道线路距离比较长，沿线气象及地温情况变化大，以沿线线路走向近处的气象站点提供的-1.6m处土壤年平均地温作为设计地温，根据变化幅度将全线共分为六段，详见表1。

表1 西气东输管道沿线设计地温（℃）10）沿线总传热系数K值将全线大致分为四段，分别取不同的总传热系数。

轮南—红柳段（0－1055 km），取1.27 W/（m2·℃）；红柳—武威段（1055－1839 km），取1.53 W/（m2·℃）；武威—淮阳段（1839－3274 km），取1.18 W/（m2·℃）；淮阳—上海段（3274－3894 km），取2.16 W/（m2·℃）。

11）压缩机(不包括首站压缩机)的压比推荐值为1.45。

12）站内压降每座压气站站内压降取0.2MPa，其中压缩机入口段压降取0.15MPa，出口段压降取0.05MPa。

13）压气站出站温度：考虑压缩机出口气体冷却，统一取50℃。

14）气源供气条件：轮南供气压力6.5 MPa（绝），供气温度20 ℃。

15）所输天然气的相对密度为0.6。

16）所输天然气的平均压缩因子为0.9。

17）管段输气效率为0.95。

18）管道终点的允许最低压力为4.5MPa。

19）全线均按一类地区考虑。

20）假设没有支线。

21）压缩机的效率取85％。

22）燃气轮机的效率取30％。

23) 天然气热值取34 MJ/m3。

二、设计任务1）自主开发一个无分支输气管道的总体工艺方案设计的计算机软件。

2）针对上述基本设计条件，利用所开发的软件进行总体工艺方案设计。

3）绘制首站（配置2套燃气轮机—离心压缩机组）的原理工艺流程图。

4）针对你的设计方案，试讨论如何进行西气东输管道总体工艺方案设计的优化？（选作）可尝试比选三组管径Φ1016 mm，Φ1219 mm，Φ914 mm；假设X70管材的价格是8000元/吨，每个压气站投资取5亿元，自耗气价格取1.6元/m3。

三、基本设计要求1）采用Colebrook公式计算管段的水力摩阻系数。

2）管段水力、热力计算按一定的空间步长分段进行。

3）热力计算时要考虑节流效应，气体比热和节流效应系数可取近似值。

4）末段储气能力尽可能大。

5）总体工艺设计方案必须包括管径、管壁厚度、管材等级、设计压力、压气站位置、压比、进/出站压力、进/出站温度、压气站的耗气量、末段储气能力等。

四、课程设计报告的内容及形式要求1）必须详细写出所采用的设计方法和步骤，描述方式要便于理解。

2）必须包括所编制的工艺方案设计软件的源程序（打印版）。

3）必须包括软件的直接输出结果（即工艺设计方案）并要求打印，输出格式要便于理解并尽可能美观。

4）必须包括首站工艺流程图。

可用计算机绘制，也可手工绘制，但必须规范，不允许徒手绘制。

5）应对设计结果、设计方法和软件编制方法进行必要的讨论。

6）必须有计算机打印的报告封面，封面格式可自行设计，但必须包括设计题目、班级、学号、学生姓名、组号，同组同学姓名、指导教师姓名、完成时间等信息，并尽可能美观大方。

7）报告装订次序：封面，设计任务书，设计方法和步骤，源程序，输出结果，分析与讨论，工艺流程图。

五、参考书目李玉星，姚光镇. 输气管道设计与管理. 中国石油大学出版社，2008输气管道工程设计规范（GB50251-2003）《长输管道工艺课程设计》任务书一、时间计划二、设计方法和步骤根据设计要求，绘制了计算流程图如下：三、具体计算步骤3.1计算管壁厚度按照我国《输气管道工程设计规范》（GB 50251—1994），输气管道直管段管壁厚度按下式计算：2S PDFTδσφ=（1）,;;a, a;S P MPa MPa D mm mm MP MP F T σφ------压力， 取10外径，，取1016屈服应力，取483焊缝系数, 取1;设计系数，一类地区取0.72;温度折减系式中：数，取1。

计算步骤：1） 将各个已知量代入（1）式，得到理论厚度。

10101614.612248310.721S PD MPa mmmm FT MPa δσφ⨯===⨯⨯⨯⨯2） API 5L 标准向上取圆整，得到实际厚度。

全线选用外径为1016mm 的内涂层钢管，按照API SPEC 5L 规范，对应于该管径的管壁厚度系列为7.9，8.7，9.5，10.3，11.1，11.9，12.7，14.3，15.9，17.5，19.1，20.6mm ，根据计算得的壁厚14.61mm ，向上圆整得：15.9mm δ=。

3.2计算管道内径由圆管几何关系得到：2d D δ=-⨯（2）D mmmm d mmδ---外径，壁厚，式内径，中：计算步骤：将外径、壁厚代入（2）式，得到内径。

21016215.9984.2d D mm mm mm δ=-⨯=-⨯=3.3计算中间站进出站压力计算公式及步骤：1）确定压气站出站压力。

根据设计压力10MPa 确定，压气站出站压力等于设计压力为10MPa ，即下式中的10Q P MPa =。

2）确定压气站进站压力。

压缩机出口压力 0.05C Q P P =+， MPa 。

压缩机入口压力 εCJ P P =，MPa 。

进站压力15.0+=J Z P P ，MPa 。

其中10Q P MPa =。

① 首站进站压力和压比首站轮南供气压力6.5MPa(绝)，即首站进站压力1 6.5.Z P MPa =。

压缩机出口压力10.05100.05=10.05a C Q P P MP =+=+。

压缩机入口压力110.15 6.50.15 6.35J Z P P MPa =-=-=。

首站压比11110.051.58276.35C J P P ε===。

②其他压气站进站压力和压比根据压缩机压比推荐值1.45，确定压气站压比 1.45ε=。

压缩机出口压力0.05100.05=10.05a Ci Qi P P MP =+=+。

压缩机入口压力10.056.9311.45CiJi P P MPa ε===。

进站压力0.15 6.9310.157.081Zi Ji P P MPa =+=+=。

3.4利用Colebrook 公式计算管段的水力摩阻系数计算公式：2lg 3.7e K d ⎛⎫=-+⎝（3）*Re 1.536Q d μ∆= （4） 2LE λλ=（5）*-5Re 0.6Pa 0.95L e K mm d mm Q s s E λμλ-----∆--⋅--3式中：水力摩阻系数；当量粗糙度，；管道内径，；雷诺数；流量，m ；天然气相对密度，取；天然气动力粘度，取1*10；管段输气效率，取；实际水力摩阻系数。

步骤：1）利用（4）式计算出Re 代入（3）式；50.0123)L L λλ-取初值，代入（）式等号右边，进行迭代，直至先后算出的两个的差值小于10；3）利用（5）式计算出实际水力摩阻系数。

3.5计算最优末段长度计算公式：221max 2min,22Z bjP P l CQ -= （6）*25dpj ZT C C λ∆=（7） 00571212p Q T T T =+（8）2max P =（9）0pK Da M c π=（10）()(),,1max2max ,100,,,1111Z bjZ bj aLaLp j Q i Z bj Z bjz bjP P e T T T T D e aL aL aL --+⎡⎤--=+----⎢⎥⎢⎥⎣⎦（11） ,61max62min 212100j 10a , 4.510a 0.03848(m s K kg )295.75Z bj pj Q l m P Pa P P Pa P Z T K C T T K ----⨯---⋅⋅⋅--O 式中：第次计算出的最佳末端长度，；末段起点压力最高值，，取；末端终点压力最低值,取；压缩因子，取0.9；第j 次计算所得末端平均温度，；常数，取；出站温度，K ，取323.15K ；土壤温度, K ，取（上海末站夏季最热平均地温22.6C 2max ,120+/()m 2500p j i p P Pa T D K Pa a K W m K D M s c +---⨯--⋅---⋅-6）；末段终点压力最高值，；（j 1）次计算所得末端平均温度，K ；节流系数，取2.510；参数；总传热系数，；外径，；质量流量，kg ；定压比热容，J (kg K)，取。

布站合适性判断式：,10.1p j pj T T +-≤①计算步骤：1）将Q T k =323.15和 0295.75T k =代入（8）式，得0307.17p T =，即平均温度的初始值；2）将0p T 代入（7）式，得系数C ； 3）将C 代入（6）式，得,0Z b l ； 4）将,0Z b l 代入（9）式，得2max P ；5）用传热系数K ，定压比热容Cp 等参数代入（10）式，计算得参数a ；6）将a 和,0Z b l 代入（11）式，得,1p T ；7）将,1p T 和,0p T 代入判断①式,10.1p j pj T T +-≤，判断是否成立。

若成立则令,,Z b Z bjl l =，若否，则令1,1pj pj T T j j +==+并从步骤2）开始重新计算，直到满足判断①式。

3.6计算压气站耗气量计算公式：1,1,(1)1v vk k v ad ii v kh ZRT k ε-=--（12）ad ii i h W G η=，压（13）ii gasW q H η=燃（14）,1,()85%/v ad i i i i k R J kg K h i J kg T G W J s η--⋅-----压式中：容积绝热指数；取478.38；第站的绝热压头，；第i 站进站天然气温度，K ；压缩机效率，取；第i 站质量流量，kg/s ；第i 站压缩机总功率，；63%*/gas i H J m q s η---燃3燃气轮机效率,取30；天然气热值，取3410；第i 站燃气轮机耗气量，m 。