油气集输课程设计---站内管径及壁厚设计

重庆科技学院

课程设计报告

院（系）:石油与天然气工程学院 专业班级:油气储运工程071 学生姓名: xxxxx x 学 号: 200744xxxx 设计地点（单位）_____ ___G304____ __ _______ __ 设计题目: 广安2﹟低温集气站的工艺设计

——站内管径及壁厚设计

完成日期：2010年7月2日

指导教师评语: _______________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________

成绩（五级记分制）:______ __________

指导教师（签字）:

广安2﹟低温集气站的工艺设计 —站内管径及壁厚设计

摘 要：本文根据课程设计任务书，进行广安2﹟低温集气站的工艺设计中站内管径及壁厚的设计。设计中我们主要通过气井产量、进站压力及进站温度等数据，并根据公式计算管径及壁厚，最后通过选型设计出合适的管道。 关键词：天然气 管径 壁厚

天然气从井口出来，计量后进行一次节流。一次节流后的天然气必须满足不生成水合物的最低温度和压力的条件（此前为第一段管道的设计）。此后的天然气在管道内注入适量的抑制剂，并进行换热器换热作业，在进入分离器之间进行二次节流（此前为第二段管道的设计）。二次节流的后，使天然气压力达到出站压力6MPa ，并使天然气的温度进一步降低（此为第三段管道的设计）。

在此次设计中，我们是通过压力和密度来确定管道的经济流速，再根据流量和经济流速来确定管径，管道壁厚。最后根据管径和一系列参数来选型并确定合适的管道。

1 相对密度

1.1天然气相对分子质量

根据课程设计任务书中气体组成（%）：

C 1-82.3，C 2-2.2，C 3-2.0，C 4-1.8，C 5-1.5，C 6-0.9，H 2S -7.1，CO 2-2.2由气体

的相对分子质量公式：

即：M 天 M C 1+MC 2+MC 3+MC 4+MC 5+MC 6+MH 2S +MCO 2

得出：M= 16×82.3﹪＋30×2.2﹪＋44×2.0﹪＋58×1.8﹪＋72×1.5﹪

＋86×0.9﹪＋34×7.1﹪＋44×2.2﹪

=13.168+0.66+0.88+1.044+1.08+0.774+2.414+0.968

=20.988

1.2空气相对分子质量

查表得到空气的相对分子质量是28.97。

1.3相对密度

天然气的相对密度用符号S 表示，则有：

2

ρM S=天=天 ρ空M 空

式中，ρ天、M 天分别为天然气的密度和相对分子质量；

ρ空、M 空分别为空气的密度和相对分子质量。

20.988

=0.724 28.97

即计算出气体的相对密度S 为0.724。

代入数值，得出 ： S =

2 第一段管道的设计（第一次截流降压前） 2．1压缩因子的确定

表1 基础资料：每口井的产量、进站压力及进站温度。

由井口1、2、3、4、5、6的相对密度均为S=0.724；对于凝析气藏气，当相对密度S ≥0.7时根据公式：

P pc =5.102-0.689S T pc =132.2+116.7S

带入S=0.724计算得： P pc =4.603 MP a

T pc =216.69 K

2.1.1井号1、2、3天然气的压缩因子Z

根据公式可算得天然气的拟对比压力及拟对比温度:

P pr =

P

， P pc

3

T pr =

T T pc

对于井号1、2、3的进站压力及温度均相等，则根据公式可得它们的压缩因子也相同。代入数值可算得：

P pr =

17

=3.7 ， 4.603305T pr ==1.41

216.69

查图1，当P pr =3.7；

T pr =1.4 时，Z =0.71 T pr =1.45 时，Z =0.75

由内插法得出当 T pr =1.41 时，

0.75-0.71

=0.72 5

对于井口1、2、3可得天然气一次节流的压缩因子为：

有： Z =0.71+

Z 1 =Z2 =Z3 = 0.72

2.1.2井号4、5、6天然气的压缩因子Z

由1表：井号4的进站压力P 4=12MPa 及温度T 4=32℃ 由公式带入算出： P pr4=

P 412==2.61 ； P pc44.603T 4305

==1.4 T pc4216.69

T pr4=

由1表：井号5的进站压力P 5=12MPa 及温度T 5=30℃ 由公式带入算出： P pr5=

P 512==2.61 ； P pc54.603T 5303==1.4 T pc5216.69

T pr5=

由1表：井号6的进站压力P 6=12MPa 及温度T 6=31℃

4

由公式带入算出： P pr6=

P 612==2.61； P pc64.603T 6304

==1.4 T pc6216.69

T pr6=

对于井口4、5、6查图1得：

当 P pr =2.61, T pr =1.4时 ，Z 4=Z 5=Z 6=0.73。

拟对比压力

Ppr

拟对比压力Ppr

图1 天然气压缩因子图版

2.2流量的确定

由：

PQ P 0Q g

=

ZT Z 0T 0

⇒Q =

0.101325TZ

⨯

86400P 293

⨯

5

Q g

根据表格1的数据代入公式：

3900000.1013250.72⨯305

井口1： Q 1=⨯⨯=0.020m 3/s

[**************]00.1013250.72⨯305

井口2: Q 2=⨯⨯=0.015m 3/s

[**************]00.1013250.72⨯305

井口3： Q 3=⨯⨯=0.0134m 3/s

[**************]00.1013250.73⨯305

井口4： Q 4=⨯⨯=0.0097m 3/s

[**************]0.1013250.73⨯303

井口5： Q 5=⨯⨯=0.0066m 3/s

[**************]00.1013250.73⨯304

井口6： Q 6=⨯⨯=0.0089m 3/s

8640012293

2.3密度的确定

由在某压力和温度下的密度公式为：

PM

8.314ZT

对于井号1、2、3的进站压力及温度均相等，所以它们密度都相同为：

17000⨯20.988ρ1==195.4kg /m 3

8.314⨯0.72⨯30512000⨯20.988

对于井口4： ρ4==136.1kg /m 3

8.314⨯0.73⨯30512000⨯20.988

对于井口5： ρ5==137.0kg /m 3

8.314⨯0.73⨯30312000⨯20.988

对于井口6： ρ6==136.5kg /m 3

8.314⨯0.73⨯304

ρ=

2.4流速的确定

由经济流速公式

:

V =

2.4.1对于井号1、2、3的进站压力、温度及密度都相等的情况下有：

V 1=V 2=V 3=

=13.2m /s

2.4.2对于井号4、5、6有：

V 4=

=13.28m /s

6

V 5=

=

13.24m /s

=13.26m /s

V 6=

2.5管径的确定

由进气管道直径公式：

D =

，

可得：

D 1=

=

=0.044m ；

同理得：

D 2=

=0.038m ；

=0.036m ；

=0.031m ；

=0.025m ；

=0.029m

D 3=

D 4=

D 5=

D 6=

2.6壁厚的确定

由进气管壁厚度公式：

δ=

Pd

+C 2σs F φ

δ---管线壁厚，mm

P---管线的设计工作压力，MP a ； d---管线内径，mm

φ---焊缝系数，无缝钢管，直缝管和螺旋焊缝钢管φ=1，螺旋埋弧焊钢管φ=0.9。δs --

7

钢材屈服极限，MP a F---设计系数

C---腐蚀余量，当所输油，气中不含腐蚀性物质时C=0；当油气中含有腐蚀性物质时可取C=0.5 1mm 。

σs 取优质碳素钢20的245Mpa ; F取0.5; C取0.8mm; φ取无缝钢管φ=1; 得出：δ1=

Pd 17000⨯0.044

+C =+0.8=3.85mm 2σs F φ2⨯245⨯0.5⨯1

同理： δ2=

17000⨯0.038

+0.8=3.44mm

2⨯245⨯0.5⨯117000⨯0.036δ3=+0.8=3.30mm

2⨯245⨯0.5⨯112000⨯0.031δ4=+0.8=2.32mm

2⨯245⨯0.5⨯112000⨯0.025δ5=+0.8=2.02mm

2⨯245⨯0.5⨯112000⨯0.029δ6=+0.8=2.22mm

2⨯245⨯0.5⨯1

3 第二段管道的设计（第二次截流降压前）

3.1第二段管道设计汇合前

第一次截流后目的是使从井口出来的天然气达到不生成水合物的最低温度和压力。

表2 一次节流后各井口出来的天然气的温度压力

8

3.1.1压缩因子的确定

对于井号1、2、3的压力及温度均相等，则根据公式可得它们的压缩因子也相同。将数值代入公式可算出：

P pr =

P T ， T pr = P pc T pc

P pr =

P 11==2.39 P pc 4.603T 288==1.33 T pc 216.69

T pr =

查图1得出： Z1 = 0.69

同理, 对于井号4、5、6经过二次截流后的压力及温度均相等，则根据公式可得它们的压缩因子也相同。将数值代入公式可算出：

P pr =

P 8==1.74 ； P pc 4.603T 290==1.34 T pc 216.69

T pr =

查图1得: Z4 = 0.75

3.1.2流量的确定

PQ P 0Q g

=由:

ZT Z 0T 0

⇒Q =

0.101325TZ

⨯

86400P 293

⨯

Q g

根据表格1的数据代入公式：

3900000.1013250.69⨯288

井口1： Q 1=⨯⨯=0.028m 3/s

[**************]00.1013250.69⨯288

井口2: Q 2=⨯⨯=0.021m 3/s

8640011293

9

2600000.1013250.69⨯288

⨯⨯=0.019m 3/s

[**************]00.1013250.75⨯290

井口4： Q 4=⨯⨯=0.014m 3/s

[**************].1013250.75⨯290

井口5： Q 5=⨯⨯=0.01m 3/s

[**************]0.1013250.75⨯290

井口6： Q 6=⨯⨯=0.013m 3/s

864008293

井口3： Q 3=

3.1.3密度的确定

由在某压力和温度下的密度为：

PM

8.314ZT

对于井号1、2、3的压力及温度均相等，所以它们密度都相同为：

11000⨯20.988ρ1==139.74kg /m 3

8.314⨯0.69⨯288

对于井号4、5、6的压力及温度均相等，所以它们密度都相同为：

8000⨯20.988ρ4==92.85kg /m 3

8.314⨯0.75⨯290

ρ=

3.1.4速度的确定

由经济流速公式

:

V =

对于井号1、2、3的压力、温度及密度都相同的情况下，它们管道中气体速度相等为：

V 1=V 2=V3=

=

=12.55m /s

对于井号4、5、6的压力、温度及密度都相同的情况下，它们管道中气体速度相等为：

V 4=V 5=V 6=

=

=13.13m /s

3.1.5管径的确定

管道直径公式：

D =

得：

D 1=

=

=0.053

10

同理：

D 2=

=0.046

=0.044

D 3=

D 4=

=0.037

=0.031

=0.036

D 5=

D 6=

3.1.6管壁的确定

根据2.6同理，由管壁厚度公式：

δ=

可得：

Pd

+C 2σs F φ

δ1=

同理: δ2=

Pd 11000⨯0.053

+C =+0.8=3.18mm 2σs F φ2⨯245⨯0.5⨯1

11000⨯0.046

+0.8=2.87mm

2⨯245⨯0.5⨯111000⨯0.044δ3=+0.8=2.78mm

2⨯245⨯0.5⨯18000⨯0.037δ4=+0.8=2.01mm

2⨯245⨯0.5⨯18000⨯0.031δ5=+0.8=1.81mm

2⨯245⨯0.5⨯18000⨯0.036δ6=+0.8=1.98mm

2⨯245⨯0.5⨯1

3.2 第二段管道设计汇合后 3.2.1流量的确定

当管道1、2、3汇合成一条管路后：其流量变为：

Q 总1=Q 1+Q 2+Q 3=0.028+0.021+0.019=0.068m 3/s

当管道4、5、6汇合成一条管路后：其流量变为

Q 总2=Q 4+Q 5+Q 6=0.014+0.01+0.013=0.037m 3/s

3.2.2汇管管径和管壁的确定：

因为第二段管道（二次截流前）汇合前后，管道中的压力，温度没有变化，故管道中气体的密度和流速也没有变化。 由管道直径公式：

D =

及管壁厚度公式： δ=得出汇合后： 管线1：

D 1=

Pd

+C 2σs F φ

=0.083m ；

δ1=

管线

2: D 2=

11000⨯0.083

+0.8=4.53mm

2⨯245⨯0.5⨯1

=0.06m ；

δ2=

8000⨯0.06

+0.8=2.76mm

2⨯245⨯0.5⨯1

4 第三段管道的设计（第二次截流降压后）

4.1压缩因子的确定

表3 二次节流降压后天然气温度及压力

根据公式： P pr =

P T ， T pr = P pc T pc

可得管线1： P pr1=

P 6T 258

==1.3 , T pr1===1.19 P pc 4.603T pc 216.69

查表1: S1 = 0.72 同理可得管线2： P pr2=

P 6T 271

==1.3 ； T pr2===1.25 P pc 4.603T pc 216.69

查表1得： S2 = 0.76

4.2密度的确定

由在某压力和温度下的密度为：

PM

ρ=

8.314ZT

6000⨯20.988

可得： ρ1==81.54kg /m 3

8.314⨯0.72⨯2586000⨯20.988ρ2==73.54kg /m 3

8.314⨯0.76⨯271

4.3速度的确定

由经济流速公式

: V =

得出：

V 1=

=

=

12.13m /s

=12.77m /s

V 2=

=

4.4流量的确定

由流量公式：

PQ P 0Q g

=

ZT Z 0T 0

⇒Q =

0.101325TZ

⨯

86400P 293

⨯

Q g

根据表格1的数据代入公式：

9400000.1013250.72⨯258

管线1： Q 1=⨯⨯=0.116m 3/s

[**************]0.1013250.76⨯271

管线2： Q 2=⨯⨯=0.047m 3/s

864006293

4.5管径及壁厚的确定

由管道直径公式：

D =

及管壁厚度公式： δ=

Pd

+C 2σs F φ

管线

1: D 1=

=0.11m

δ1=

管线

2 : D 2=

6000⨯0.11

+0.8=3.49mm

2⨯245⨯0.5⨯1

=0.068m

δ2=

6000⨯0.068

+0.8=2.47mm

2⨯245⨯0.5⨯1

5 管道的选型

参照附表选用范围内的管道：

附表 钢管、铸铁管计算内径（mm ）

选型结果：

5.1一次截流前

六管道分别选取管道为： φ50⨯4.0，φ40⨯3.5，φ40⨯3.5，φ30⨯2.5，φ30⨯2.5，φ30⨯2.5。

5.2二次截流前

二次截流汇合前6管道选型分别为：φ50⨯3.5，φ50⨯3.0，φ40⨯3.0，φ40⨯2.0，φ30⨯2.0，

φ40⨯2.0。

二次截流汇合后2管道选型分别为：φ100⨯5.0，φ70⨯3.0。

5.2二次截流后

二次截流后2管道选型分别为：φ100⨯3.5，φ70⨯2.5。

6 小结

本次为期一周的课程设计（广安2﹟低温集气站的工艺设计），我们从开始的初定流程，到自己小组配合拟定计算步骤，再到最后自己设计报告的完成。每一个步骤，我们都学到很多很多，这不仅培养了我们的团队精神，还锻炼了自我的自学能力。忙忙碌碌的一周过得很快，但是我们过得很非常充实。

参考文献：

[1]梁平，王天祥．天然气集输技术M ．北京：石油工业出版社．2008．5（1）； [2]曾自强，张育芳．天然气集输工程M ．北京：石油工业出版社．2001．11（1）；

[3]《油田油气集输设计技术手册》编写组．油田油气集输设计技术手册．北京：石油工业出版社．1994．12；