天然氣管道輸送工藝.ppt

,天然氣管道輸送工藝,授課人：于海安 單 位：山東天然氣集輸項目部,二七年五月三十日,非常感謝大家的信任與支持，不足之處歡迎大家批評指正，本次課程要求如下：,熟記管輸天然氣氣質標準，掌握天然氣管道的輸送工藝參數，包括輸氣量、輸氣壓力、供氣壓力、輸氣溫度、輸送距離、氣體組成；常用的輸送方法，不加壓輸送、加壓輸送的特點及適用范圍。,掌握輸氣管的壓力分布及平均壓力、不等輸量復雜管的計算方法，能準確分析輸氣管基本參數對輸氣量的影響作用，并采取有效措施提高輸氣管輸氣能力。,掌握輸氣管的水力計算、氣體管流的基本方程，包括管道內氣體流動基本方程，穩定流動狀態下水平輸氣管道中氣體流量計算基本公式，非水平輸氣管道中氣體流量計算基本公式。,一、天然氣氣質指標,1、天然氣中硫化氫、二氧化碳等雜質組分均為金屬材料的腐蝕性介質，當配輸系統在低于天然氣水露點的條件下運行時會出現嚴重的腐蝕。當天然氣中硫化氫含量超過20mg/m3時，若其中還含飽和水，管道內壁將發生電化學腐蝕和硫化物腐蝕開裂（SSC）。電化學腐蝕會造成管壁減薄和點蝕等局部腐蝕破壞；（SSC）的破壞性更大，會造成管道無征兆突然破裂，極易造成重大惡性事故。,（3）凈化處理時天然氣生產的重要環節，氣質要求與凈化工藝密切相關,商品天然氣質對輸配系統計數經濟的影響主要反映在以下幾個方面：,（1）烴類組分的含量決定天然氣作為商品的技術經濟指標-發熱量,（2）準確測定天然氣的氣質指標也是準確計算天然氣物性參數的關鍵,2、氣質指標,商品氣分為三類，一、二類可供作民用燃料，三類氣主要用作工業燃料或其他用途。為滿足對管網對進口氣質的要求則安裝在線氣相色譜儀，實施監控并在氣質超標的情況下要求控制系統對進氣閥門進行關閉。,2、輸氣壓力：指管道最高輸氣壓力，單位MPa，無壓縮機的管道即為管道起點的最高壓力，有壓縮機時為壓縮機出口壓力。,二、主要輸送工藝參數,1、輸氣量：按年輸氣量或日輸氣量計算，年輸氣量時，工作天數按350d計算,3、供氣壓力：輸氣管道沿線或末端向用戶供氣，供氣合同中要求確定交氣壓力，管輸天然氣應滿足此壓力要求。,6、氣體組成：由氣田或交氣方給出，使工藝計算的必備參數。,4、輸氣溫度：天然氣在輸送過程中，由于土壤傳熱和壓力降低產生焦-湯效應，導致溫度降低，除對工藝計算產生影響外，對水、烴露點溫度也會產生影響。站場的輸氣管道因此溫度都比較低，空氣中的水分液化成水，為防止銹蝕對設備的破壞，所以站場員工進行的日常維護保養、目前進行的標準化建設都有其重要作用。,5、輸送距離：從天然氣管道起點到天然氣用戶交氣點即為輸送距離。,根據主要輸送工藝參數及下游用戶的用氣壓力需求來確定： 1、不加壓輸送：直接利用天然氣已具有的壓力不用加壓即可滿足用戶的用氣需求。該方式主要用于天然氣壓力較高而輸送距離較短的工況。,三、輸送方式,2、加壓輸送：天然氣壓力不能滿足壓力需求而設置增壓裝置來對天然氣增壓。利用天然氣已具有的原始壓力不加壓輸送一段距離后，再在管線的中間位置設置增壓裝置以滿足用戶的勇氣需求或管道的起點以及若干中間點設置增壓裝置以滿足用戶的需求。,四、水力計算,式中：氣體的密度，kg/m3 v氣體的流速，m/s t時間變量，s x沿管長變量，m 對于穩定流動，其流動參數不隨時間而變化，其連續性方程變為,1、連續性方程,式中：g重力加速度，m/s2 管道與水平面間的傾角，rad 水力摩阻系數 D管道內徑，m P管道中的氣體壓力，pa,2、運動方程 根據流體力學建立的運動方程為：,對于穩定流動，變為：,3、能量方程,Q單位質量氣體向外界放出的熱量，J/kg； U氣體內能，J/kg； h氣體的焓，J/kg； s管道位置高度，m； 對于穩定流動，變為：,3、氣體的狀態方程 實際氣體的狀態方程為： P=ZRT,4、氣體流量的計算公式 水平管道工藝計算 水平管道是指管道沿線的相對高差小于200m的管道,式中：qvn管道天然氣的流量，m3/d; P1輸氣管道計算段的起點壓力（絕），MPa; P2輸氣管道計算段的終點壓力（絕），MPa; D輸氣管道內直徑,cm; 水力摩阻系數； Z天然氣的壓縮因子； Gr天然氣的相對密度； T天然氣的平均溫度，K； L輸氣管道計算段的長度，km。,起伏管道 當管道沿線的相對高差大于200m時，按式計算,ah是輸氣管道終點與起點高差對輸氣管道輸送能力的影響，終點比起點位置越高則輸氣能力越低，反之亦然。,式中：a系數,m-1; Ra空氣的氣體常數，在標準參比條件下，Ra=287.1名m2/(s2K); h終點對起點的標高差，m; n沿線計算的分段數； hi各計算分管段終點的標高，m; hi-1各計算分管段起點的標高，m; Li各分段管道的長度，km,是考慮線路中間各點相對高程對輸氣能力的影響，也就是線路縱斷面特征對輸氣能力的影響,起伏越大輸氣能力越低。 可以得出結論：起終點高差對輸氣能力存在影響，而且還存在著起伏地形對輸氣能力的影響，該影響是由于輸氣管起點的氣體密度大于終點的氣體密度，整條管線的氣體密度逐漸降低造成的。,水力摩阻系數計算 式中：K管道內壁絕對粗糙度，m; Re雷諾數。 Q工況下輸氣管流量，m/s; D管內徑，m。 *輸氣管中氣體在標準狀態下的相對密度； 氣體的動力粘度，Ns/m2,輸氣管道的雷諾數常常高達106107數量級，因此在大多數情況下為紊流，一般在水力粗糙區或混合摩擦區，城市配氣管道一般為水力光滑區，上述兩個公式為分區的兩個雷諾數：小于Re1為水力光滑區，大于Re1小于Re2為混合摩擦區，大于Re2為阻力平方區,3潘漢德爾A式,2威莫斯公式,5前蘇聯天然氣研究所早期公式,4潘漢德爾B式,由于輸氣管道氣體的流態處于阻力平方區，局部阻力對輸氣管道流量影響較大，必須考慮由于閥門，彎頭，線路分水器等引起的阻里系數，一般可考慮：,6前蘇聯天然氣研究所近期公式,輸氣管道沿線任意點的溫度計算 當無節流效應時 式中：tx管道沿線任意點的天然氣溫度，； t0管道埋設處的土壤溫度，； t1管道計算段的起點天然氣溫度，； x計算段起點至沿線任意點的長度，km; a計算系數。,式中：輸氣管道壁厚，m； CP天然氣的定壓比熱容，J/kg; K管道中天然氣到土壤的總傳熱系數，W/m2。,式中：J焦爾-湯姆遜效應系數，/ MPa; Pxx長度管道的壓力降，MPa。,當有節流效應時,式中的最后一項是由焦耳湯姆遜效應引起的溫降，在干線輸氣管道上一般為35。在大多數情況下，輸氣管道向周圍環境散熱，故隨著氣體沿管線的流動，其溫度一般是下降的。但是由于焦耳湯姆遜效應的影響，氣體溫度可能高于環境溫度到低于環境溫度。,PX任意一點壓力值 PQ起點壓力 PZ終點壓力,五、1壓力分布,輸氣管道沿線的壓力是按拋物線的規律變化的。靠近起點的壓力降比較緩慢，距離起點越遠，壓力降越快，在前3/4的管段上，壓力損失約占一半，另一半消耗在后面的1/4的管段上,2、平均壓力,Pcp平均壓力,3、主要參數對流量的影響,直徑增大1倍后，流量為原來的5.66倍，因此加大直徑是增加輸氣管流量的主要方法，也是輸氣管道向大口徑方向發展的主要原因。 長度對流量的影響，若長度縮短一半，在兩個壓縮機站之間再增設一個壓縮機站，Q2=1.41Q1即是倍增壓縮機站，輸氣量增加41%。,溫度對流量的影響,輸氣管道的流量與絕對溫度的0.5次方成反比。 如在壓縮機站出口由于天然氣經過壓縮而使溫度升高到高于防腐絕緣層所能承受的溫度或在永凍土地帶的輸氣管道，則必須對出口氣體進行冷卻。,（1）水合物的概念： 水合物是天然氣中的某些組分與液態水在一定的溫度、壓力下所形成的一種外形象冰霜的物質，其密度在0.880.90g/m3。水合物的形成機理與條件與水結冰完全不同，即使溫度高達29，只要天然氣的壓力足夠高，仍然可以與水結合成水合物。在天然氣儲運過程中，通常在產生劇烈焦耳湯姆遜節流效應的裝置處（例如調壓閥）最容易形成水合物，故有時需在節流裝置前加熱。,六、輸氣管道中水合物的形成及預防措施,從微觀結構上講，水合物是液態水與一些氣體組份借助于分子力而形成的一種稱為籠形包絡物的固態結構。在這種結構中，若干個水分子通過氫鍵形成由五面體或六面體構成的籠孔，每個籠中可以容納一個氣體分子。天然氣水合物的籠形結構有兩種類型。一種每個水合物單元有兩個小晶格和六個大晶格。第二種有十六個小晶格和八個大晶格。一般來說，甲烷、乙烷、二氧化碳和硫化氫可以形成第一種結構，丙烷、異丁烷可以形成第二種結構，戊烷及分子量更大的氣分子因體積太大不能進入晶格，因而不能形成水合物。,（2）形成水合物的條件 天然氣只有在滿足一定的溫度、壓力和水分條件時才可能形成水合物。對于可形成每一種水合物的氣體都存在一個形成水合物的臨界溫度，當溫度高于臨界溫度時，在任何壓力下都不可能形成水合物。,1、必須有液態水和天然氣接觸 2、天然氣中的水蒸汽分壓等于或超過在水合物體系中與天然氣的溫度對應的水的飽和蒸汽壓 3、天然氣的溫度必須等于或低于其在給定壓力下的水合物的形成溫度,除了以上三個生成水合物的內因外，還有加速生成的外因： 1、高流速、氣流擾動或壓力脈動 2、出現小的水合物晶種 3、天然氣中含有硫化氫和二氧化碳，因為這兩種氣體比烴類分子更容易溶解于水,在工程建設結束后，管道水壓試驗的殘留水可能導致水合物的生成，為了避免這種情況，在輸氣管道投產過程中一定要對管道執行嚴格的清掃和干燥程序，以徹底消除施壓過程中的殘存水。,防止水合物形成及消除水合物的措施： 1、干燥脫水 是防止水合物生成最有效、徹底的辦法，應用最為廣泛 2、添加水合物抑