(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)天然气长输管道课程设计一、设计任务本设计所设计的中原油田至河北沧州输气管线：（1）管线全长800千米，年输气量为7×108a（此流量为常温常压下的流量00.101325,293P MPa T K==）；（2）以全线埋深1.45m处年平均地温14.7℃作为输气管道计算温度，最低气温：-5℃。
平均温度=273+14.7=287.7K；（3）各站自用系数（1-M）=0.6 %；（4）沿线无分输气体；（5）管道全线设计压力6.0Mpa，气源进站压力5.0Mpa，进配气站压力1.8 Mpa（最高可到 4.0Mpa），站压比宜为 1.2~1.5，站间距不宜小于100km；（6）城市用气月、日、时不均衡系数均为1.09；（7）年输送天数350天；（8）管道平均总传热系数：取1.75Wm2.℃；（9）管内壁粗糙度：取30μm；（10）地震基本烈度：6—7度；（11）天然气容积成分(%)：CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N289.6 5.0 3.5 1.2 0.5 0.20二、设计任务要求完成本工程的基本设计文件，包括：说明书，计算书，线路走向图，站场平面布置图及工艺流程图；论文撰写要符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和创造性等特点。
应语言流畅、准确，层次清晰、文字详略得当、论点清楚、论据准确、中心突出、材料翔实、论证完整、严密，并有独立的观点和见解。
要求：1、达到一定的设计深度要求；2、初步掌握主要设备的选型；3、熟悉并熟练应用常用工程制图软件；4、熟悉储运项目设计程序步骤；5、掌握储运项目常用标准规范；6、熟悉并掌握天然气长输管路工艺的计算方法；7、掌握长输管道站场的工艺流程图和平面布置图；8、初步掌握站场管线安装设计；9、通过与实际工程项目的结合，加深对所学知识的理解和认识。
10、书写设计说明书。
设计流程：1、根据天然气的组成计算物理性质、热力性质和燃烧性质；2、根据经济流速法或压差法确定管道直径，本设计全程采用统一管径，并选取几组相应的壁厚参数；3、用不固定站址法布站：首先确定根据储气量要求确定末段管道长度，根据升压比、流量进行压缩机选型，并用最小二乘法计算压缩机特性系数，确定平均站间距，得到压缩机站数，并取整；4、计算管道壁厚；5、对几种运输方案进行经济性比较；6、对管道进行强度、稳定性等校核。
三、主要参考文献与相关标准[1] 姚光镇主编．输气管道设计与管理．东营：石油大学出版社．1991.6[2] 《天然气长输管道工程设计》，石油大学出版社（以下简称《手册》）[3] 冯叔初等．油气集输．东营：石油大学出版社．2002.7[4] 王志昌主编．输气管道工程．北京：石油工业出版社．1997．4[5] 李长俊主编．天然气管道输送．北京：石油工业出版社．2000．11[6] 王树立等，输气管道设计与管理，北京：化学工业出版社.2006.1设计标准《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程》SYT0015.1-98《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GBT9711.1-1997《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》GBT9711.2-1999《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》GBT 9711.3-2005《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）《中华人民共和国水土保持法》主席令第49号（1991）《石油天然气管道保护条例》国务院（2001）《碳钢药皮电弧焊焊条》AWS.A5.1《低合金钢药皮电弧焊焊条》AWS.A5.5《碳钢药芯电弧焊焊丝》AWS.A5.20《低合金钢药芯电弧焊焊丝》AWS.A5.29施工及验收标准四、工艺计算4.1天然气物性参数各组分物性参数具体数据可参考《输气管道设计与管理》表2-3或设计手册表2-2-3及表2-2-4。
（此处按照设计手册计算）4.1.1天然气平均分子量1、平均分子量==16.043×89.6%+30.07× 5.0%+44.097× 3.5%+58.124× 1.2%+44.01×0.5%+28.0134×0.2%=18.395其中——平均分子量；——第i组分的分子量；——第i组分的摩尔组成；或参阅《输气管道设计与管理》公式2-74.1.2天然气临界温度压力、对比温度压力1、视临界压力视临界温度=4.544*89.6%+4.816*5%+4.194*3.5%+3.747*1.2%+7.29*0.5%+3.349*0.2%=4.547 MPa=190.55*89.6%+305.43*5%+369.82*3.5%+425.16*1.2%+304.19*0.5%+126.1*0. 2%=205.849K其中、——分别为第I组分的临界温度和临界压力；——第I组的摩尔组成；2、对比压力r对比温度Pr=6÷4.607=1.319=287.7÷205.823=1.398其中P——平均压力；T——平均温度；4.1.3天然气粘度参阅《输气管道设计与管理》公式2-70，可得常压下混合气体的动力粘度。
温度和压力对粘度的影响可以参，照公式2-69和图2-3计算得出；或者参照《设计手册》P107页内容。
此处按照《天然气长输管道工程设计》P107页计算。
（即《油气集输》P101页）μ=∑(μi y i M i0.5)∑(y i M i0.5)= 1.028E-05 毫帕·秒式中μ——天然气粘度，毫帕·秒；μi——i组分的动力粘度M i——i组分的相对分子量y i ——i 组分的摩尔分数4.1.4定压摩尔比热容Cp参阅《油气集输》中有关定压摩尔比热容的计算公式如下天然气的定压比热容与其组成、压力、温度有关，可按下式计算：(此处按照《油气集输》P103页（2-23）式计算)425 1.124 5.0813.190.0920.624100.996(10)(100)Cp T T M p T --=+-⨯+⨯= 2.1504千焦（摩尔·K ） Cp=13.19+0.092T-6.24*10∧-5T 的二次方+(1.915*10∧11Mg p 的1.124)T 的5.08次方= 43 (此处为书上公式)其中——天然气的定压摩尔比热，千焦（摩尔·K ）；——天然气的温度；——压力，帕；或参阅《输气管道设计与管理》公式2-97、2-98，表2-12.4.1.5混合气体的密度（1）混合密度可参考《输气管道设计与管理》公式2-65=(16.043*89.6%+30.07*5.0%+44.097*3.5%+58.124*1.2%+44.01*0.5%+28.0134*0.2% )( 22.363*89.6%+22.182*5%+21.89*3.5%+21.421*1.2%+22.262*0.5%+22.403*0.2%)= 0.823867Kg 立方米式中： ——i 组分的百分含量；——i 组分的摩尔分数；——i 组分的摩尔体积。
（2）相对密度可参考《输气管道设计与管理》公式2-66=(16.043×89.6%+30.07×5.0%+44.097×3.5%+58.124×1.2%+44.01×0.5%+28.0134×0.2%) 28.964=0.635式中：——i组分的摩尔质量；——i组分的摩尔分数；Ma——空气摩尔质量。
（3）压缩因子计算方法1：可参考《设计手册》2-2-9、2-2-10，可由表2-2-6查表得出或查图2-2-2求得压缩系数，或者查阅《输气管道设计与管理》图2-1：对比压力对比温度式中：——临界压力；——临界温度；——组分的摩尔分数；%——组分的摩尔质量；——组分的临界压力；——组分的临界温度。
计算方法2：压缩因子也可其他由经验公式求得，其他公式可参考《输气》（石油大学版）1-18~1-19或《设计手册》2-2-9~2-2-14 （P59）查表、查图或通过经验公式计算得出=0.83494.1.6 天然气的热导率参阅《输气管道设计与管理》公式2-116和表2-14、2-15等相关公式；参阅《设计手册》P113页4.1.7 天然气的热值、华白数、燃烧势、爆炸极限参阅《输气管道设计与管理》第二章第六节，或者参阅《设计手册》P101页相关内容计算。
华白数W s=H s△0.5=37916.2020.6350.5=47581.482 千焦立方米此处按照《输气管道设计与管理》54页计算H的0次方=∑yiHi的0次方=32829*89.6%+69759*5%+99264*3.5%+128269*1.2%+0*0.5%+0*0.2% =37916.202 （大热值）=35807*89.6%+63727*5%+91223*3.5%+118577*1.2%+0*0.5%+0*0.2%=39885.151 （小热值）H=H的0次方Z=37916.2020.837=45300=39885.1510.837=47652.51式中Hi的0次方-----i组分的理想状态下的热值，千焦立方米；H的0次方-----理想状态下混合气体的热值。
千焦立方米；4.2管径的确定GB9711.3-2005，可参考《输油管道设计与管理》附录1，可选取两种尺寸相近的管道，并选取相应壁厚。
经济流速：长输管道经济流速是3~7ms；场站内的架空管道流速范围为定》。
站内管道小于2公斤压力的10~15m，大于的，可以做到15~30m，但在设计过程中，一般天然气站场流速按8~12ms控制。
直径d=(4Qπv)0.5=（4*16.643.14*30）0.5=0.90584.3水力计算1）根据4.2选取的管径分别计算混合气体雷诺数，可由《输气》公式4-17、《手册》公式（2-4-6）求得。
2）计算出雷诺数后，判断流体流动状态，然后再由水力摩阻系数相关公式（2-4-9）~（2-4-11）确定摩阻系数。
3）部分有关公式如下1、雷诺数可按下式计算：又有所以(此处改为1.536)=1.534*19.326*0.6350.9364*1.02859*10-5=1.9545*106其中 ——雷诺数；——工程标况下的体积流量，；——空气的密度，取；——工程标况下的密度，；——天然气对空气的相对密度；——输气管的内径，——天然气的粘度，根据雷诺数可判断天然气的流态（1） Re<2000 层流；（2） Re 〉3000 紊流；工作区可按以下两个临界雷诺数公式来判断：其中 ——馆内壁的当量粗糙度，mm当 Re <为水力光滑区；当 <Re <为混合摩擦区；当 Re >为阻力平方区；2、水力摩阻系数（1）层流区摩阻系数按下式计算λ=0.3164Re 0.25=0.3164(1.9545*106)0.25=8.46*10-3（2）临界过渡区的摩阻系数按下式计算（3）紊流区摩阻系数按下式计算2.011lg(3.7065k d =-+或其他经验公式4.4布站计算4.4.1 站间管道特性公式由《输气》公式6-9改写为 ：式中P Q ——最高操作压力， pa ；P z ——进口压力， pa ；L ——管线长度 ， m ；Q ——气体流量 ， m 3s 。