某输气管道初步设计开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义

1.1我国国民经济快速发展对能源的需求量越来越大。我国的能源结构由以煤为主逐步转向以石油、天然气为主。石油和天然气是世界经济发展和人民生活中不可缺少的重要能源，尤其天然气是现代生活的优质、清洁能源，它的使用在发展世界经济和提高环境质量中起着重要作用。全球蕴藏着相当丰富的天然气资源，目前天然气是仅次于石油和煤炭的世界第三大能源。由于天然气为气体介质，采用管道输送，具有管输距离长、压力高、输量大的特点，而且密闭安全、便于管理和易于实现自动化。天然气管道是天然气工业的纽带，是国家的重要基础设施。加强天然气管道建设是加快石油天然气工业发展的重要内容，是保证我国国民经济持续稳定发展的重要措施。近几十年来，天然气作为原料已经成为了我国城市的主要供应燃料，因此国内外基本都建立了基础的燃气输配系统。为了使我国的燃气输配系统更加安全、平稳、连续、可靠、经济，所有很有必要进行更细致的研究分析。

1.2 国内外输气管道系统研究现状及发展1.2.1国外研究现状长运距、大管径和高压力管道是当今世界天然气管道发展主流。国外长输天然气管道发展比较早，从20世纪50年代前苏联就开始长输天然气管道建设。到80年代，他们已建成6条超大型中央输气管道系统，全长近2万公里，管径1220毫米～1420毫米，是当时世界上最宏大的管道工程。自20 世纪 70年代以来，世界上新开发的大型气田多远离消费中心。同时，国际天然气贸易量的增加，促使全球输气管道的建设向长运距、大管径和高压力方向发展。1990 年，前苏联的天然气管道的平均运距达到2698 公里。从20世纪至今，世界大型输气管道的直径大都在1000 毫米以上。到1993 年，俄罗斯直径1000毫米以上的管道约占63%，其中最大直径为1420 毫米的管道占34.7%。西欧国家管道最大直径为1219 毫米，如著名的阿-意管道等。干线输气管道的压力等级20 世纪 70年代为6～8 兆帕；80 年代为8～10 兆帕；90 年代为10～12 兆帕。2000年建成的alliance 管道压力为12兆帕、管径为914 毫米、长度为 3000 公里，采用富气输送工艺，是一条公认的代表当代水平的输气管道。 国外的长输天然气管道有以下几个特点：一是增大管径。国外干线天然气管道直径一般都在1000毫米以上，这些大口径管道的施工技术都比较成熟。二是提高输气压力。目前，西欧和北美地区的天然气管道压力普遍都在10兆帕以上，如阿意输气管道最高出站穿越点压力高达21兆帕。三是采用高钢级管材。通过高钢级管材的开发和应用可以减小壁厚，减轻钢管的自重，并缩短焊接时间，从而大大降低钢材耗量和管道建设成本。国外输气管道普遍采用x70级管材，x80级管材以用于管道建设中，全世界已敷设了大约500km这样的管道。有关文献介绍，用x80级管材比用x65级管材节省建设费用7%，而采用x100级管材比采用x65、x70级管材节约管道建设成本10%-12%。 此外，采用复合材料增强管道强度的技术也正在开发。即在高钢级钢管外部包敷一层玻璃钢和合成树脂。采用这种管材，可以进一步提高管道的输送压力，降低建设成本，同时可增加管输量以及提高钢管抵抗各种破坏的能力和安全性。 四是采用压缩机组故障诊断技术。美国研究开发了天然气压缩机故障诊断软件（cds），通过建立数据库，对以偏移曲轴形状进行三维显示和动画显示，分析曲轴的偏移趋势。 五是广泛采用内涂层减阻技术，提高输送能力。输气管道采用内涂层后一般能提高输气量6%-10%，同时还可有效地减少设备的磨损和清管次数，延长管道的使用寿命。 六是采用先进、快速的管道机械化施工技术和装备。①模块化施工技术 ②闪光对接焊工艺③先进的移动式预制厂④先进的机械化施工装备 七是高度的自动化遥控和先进的通信技术。在现代输气管道的设计中，scada系统必不可少，已成为管道系统管理和控制的标准化设施，压气站、计量站、调压站、清管站、阴极保护站等均有scada系统实施遥控。 八是提高压缩机组功率，采用回热循环燃气轮机。采用燃气轮机回热循环及联合循环系统收到很好的节能效果，采用回热联合循环系统后每台燃气轮机的综合热效率由原来的36.5%上升到47.5%，国外还广泛采用配有机械密封、磁性轴承的压缩机，不仅可以延长轴承的使用寿命，取消润滑油系统，降低压缩机的运行成本，而且可以从根本上提高机组的可靠性和完整性，减少由于装置密封不严造成的天然气泄露。国外正在研究新的输气工艺，着眼点是提高管输条件下的天然气密度，即在低温高压下气态输送或液态输送。据称在-70℃及117.68×105pa的压力下，输气能力将为通常输气条件下的3.8倍，而低温所用的含镍3%-3.5%的钢管的价格为一般钢管的2.8倍。气体液化后，密度为通常管输条件的15倍，可达到更高的输送能力。1.2.2国内研究现状及趋势2003年在冀宁联络线天然气管道项目中首次提出数字化油气管道建设目标之后，中国石油于2012年启动了油气管道全生命周期管道研究。目前，油气管道基本实现了“设计数字化、施工机械化、物采电子化、管理信息化”，完成了从传统管道向数字管道的转变。为进一步整合油气管道行业已取得的研究成果，中国石油已启动智能管道建设相关研究工作，计划在新建油气管道项目中，以中俄东线天然气管道作为试点，工程设计、施工将以“全数字化移交、全生命周期管理、全智能化运营”为目标，开启智能化管道建设新征程；并且，在已建油气管道项目中，选择中缅油气管道、中俄原油管道二线等项目按照智能化管道相关标准进行相关设施配置和功能升级。待新建、已建油气管道均实现智能化要求之后，我国油气管网将全面掀开智慧管网新篇章。2009年，我国启动了干线天然气管道压缩机组和大型球阀等关键设备的国产化研究工作。2013年5月，我国首套20mw电驱压缩机组在西二线高陵压气站建成投运；2016年9月，首套国产30mw燃驱压缩机组于西三线烟墩压气站建成投运。2014年正式启动了执行机构（电动、气液联动）、关键阀门（旋塞阀、止回阀、强制密封阀）、流量计（超声波、涡轮）等5大类16种管道设备国产化研发工作。2015年10月，在我国新疆哈密市建成了亚洲第一个管道断裂控制试验场；2015年12月成功开展了管径1422mm、管材x80直缝管爆破试验；2016年11月成功开展了管径1422mm、管材x80螺旋管爆破试验；2016年12月成功开展管径1219mm、管材x90钢管全尺寸爆破试验。在建的中俄东线天然气管道采用了管径1422mm、压力12mpa的工艺方案（试验段已完成建设）。俄罗斯新建巴法连科—乌恰天然气管道设计压力11.8mpa、管径1422mm、材质x80，输气能力达580亿m3/a；美国规划的阿拉斯加—加拿大阿尔伯达的天然气管道设计压力17.2mpa、管径1219mm、材质x80、输气能力达450亿～590亿m3/a。目前，我国正在进行超大输量天然气管道关键技术的可行性研究。 2017年5月26日，中国石油西部管道公司烟墩作业区国产阀门试验场完成了6台国产56"class900全焊接球阀工业性测试；2017年9月14日，完成了国产56"class900全焊接球阀对应国产执行机构的现场工业性试验；2017年6月15日，完成了油气管道流量计国产化工业性试验的现场验收。2014年7月，国产rtu（远程终端单元）阀室plc（可编程控制器）控制系统在呼和浩特—包头—鄂尔多斯成品油管道首次使用。2017年10月30日，中国石油管道公司国产scada（数据采集与监视控制）系统即pcs（过程控制系统）通过专家验收。这些一系列天然气管道关键设备和控制系统国产化成果的取得，标志着我国油气管道关键设备国产化进程又迈出坚实一步。未来天然气管道设计和建设过程中，扩大管径、提高压力和提升钢级是进一步提高天然气管道输送能力的发展趋势。从陕京一线管径660mm、设计压力6.4mpa、管材x60，到西一线管径1016mm、设计压力10mpa、管材x70，再到西二线、西三线管径1219mm、设计压力12mpa、管材x80，我国天然气管道行业在过去20年取得了显著的发展成就。

2. 研究的基本内容与方案

2、基本内容和技术方案 2.1主要设计资料及内容 2.1.1设计规模输气管道全长l=1000km，设计输气规模：35×108m3/a； 2.1.2气源压力及温度沿线年平均地温t=10.5℃最低温t=3℃ 2.1.3计算工作天数年工作天数取 350d。 2.1.4设计地温据气象资料及工艺最不利情况，取全线-1.6m 埋深处的平均地温 20.5℃为设计地温。 2.1.5总传热系数管道平均总传热系数取 1.793w/m2·℃。 2.1.6管内壁粗糙度管道内壁粗糙度取 65μm，设内涂层时粗糙度取 8μm。 2.1.7门站压力要求末站压力不低于 5mpa；分输站压力不低于 5.5mpa；其它各站进站压力不低于 4mpa。 2.2设计的长输管道具有的功能1）接收高压管线发来的清管球；2）接收低压管线发来的清管球；3）向下游管线发送的清管球；4）对管道中的天然气进行增压；5）对去用户的天然气进行调压计量；6）利用高压管道末端进行储气来保证用气高峰时的供应量；7) 考虑由于市场的发展,系统扩容的能力。 2.3技术发展趋势高压力输气与高强度、超高强度管材的组合是新建管道发展的最主要趋势高压气管道是指运行压力在10～15兆帕之间的陆上天然气管道。根据专家研究成果，年输量在100 亿方以上时，采用高压输气可节省运输成本。当运输距离为5000公里、年输量在150～300亿方之间时，采用高压输气比传统运输方式可节约运输成本20%～35%。采用高压输气可减小管径，通过高钢级管材的开发和应用可减小钢管壁厚，进而减轻钢管的重量，并减少焊接时间，从而降低建设成本。例如采用管材x100比采用x65和x70节约费用约30%，节约管道建设成本10%～12%。目前x100管道钢管已由日本nkk、新日铁、住友金属、欧洲钢管等公司开发出来。另外，复合材料增强管道钢管正在开发，即在高钢级管材外部包敷一层玻璃钢和合成树脂。采用这种管材，可进一步提高输送压力，降低建设成本，同时可增加管输量，增加管道抵抗各种破坏的能力和安全性。当管材钢级超过x120 及x125时，单纯依靠提高钢级来减少成本已十分困难，必须采用复合材料增强管道钢管。x100及以上管道钢管目前还未得到商业应用的主要原因是对材料性能、安装技术和现场试验还需进一步验证和更好的了解。2.4主要研究内容2.4.1设计任务设计一条气田天然气外输管道，在相关原始数据在给定的情况下，完成天然气管道工艺设计：通过计算得到其所需特性参数，完成压缩机及管道的选型，并对其进行水力、热力计算及经济计算；按照计算得出的数据，确定沿线布站方案；绘制首站工艺流程程图；编写设计说明书、计算书。具体内容为：(1)选择钢材，确定输气管道的管径与壁厚；(2)确定压气站间距，压气站数；确定压气站单站功率，初选燃-压机组型号，初定机组；(3)计算燃料气耗量，耗钢量；(4)技术-经济测算，从可能的输气方案中，通过方案比较法选出较优的输气方案；(5)绘制压缩机首站工艺流程图；(6)整理资料及相关设计结果，完成设计说明书、计算书。2.5可行性研究本课题是设计一条气田天然气外输管道，气体组成、气源压力和任务输量已知，只要确定合适的设计压力、管径，通过热力和水力设计，确定压气站的布置，就能满足工艺要求。本设计采用方案比较法进行设计，最终确定既满足工艺要求，又经济合理的输气方案。

2.6拟采用的技术方案及措施

3. 研究计划与安排

第1 －3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告。

第4 －6周：修改完善开题报告，进行相关设计。

第7－11周：编写计算书，设计说明书，完成外文翻译。

4. 参考文献（12篇以上）

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