致謝天津市某地區(qū)城市燃?xì)忾T站的設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14966天津市某地區(qū)城市燃?xì)忾T站的設(shè)計(jì)案例 1279451.1門站功能 1193551.2設(shè)計(jì)參數(shù) 1205011.3工藝流程 263701.4平面布置 2232261.5站內(nèi)管線 391251.5.1站內(nèi)鋼管選材 3133071.5.2管徑選擇 3159711.5.3管線壁厚設(shè)計(jì) 4140461.6主要設(shè)備選型計(jì)算 5267561.6.1除塵裝置 571001.6.2調(diào)壓閥 774971.6.3安全閥 8112531.6.4清管器 9223121.6.5計(jì)量裝置 9236381.6.6加臭裝置 101.1門站功能城市燃?xì)忾T站是自長輸管道進(jìn)入城市管網(wǎng)的關(guān)鍵途徑，是天然氣輸配系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其任務(wù)是接收上游長輸管道輸送來的燃?xì)?，在站?nèi)經(jīng)過濾、調(diào)壓、計(jì)量、加臭、分配后送入下游城市管網(wǎng)。1.2設(shè)計(jì)參數(shù)天津市河西區(qū)遠(yuǎn)期用氣量135.56×104m3d。港清三線設(shè)計(jì)壓力10MPa，靜海分輸站送來的天然氣進(jìn)入門站時(shí)壓力為6.3MPa，經(jīng)門站過濾、調(diào)壓、計(jì)量、加臭后輸送到城區(qū)管網(wǎng)。門站設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)如下表表1.1門站主要參數(shù)設(shè)計(jì)壓力6.2MPa進(jìn)站壓力5.4MPa出站壓力0.4MPa設(shè)計(jì)每日供氣量135.56×104m1.3工藝流程門站主要工藝流程為：從上游長輸管道輸送的氣體，進(jìn)站壓力為6.10MPa，經(jīng)匯管1進(jìn)行除塵處理，輸送至匯管2整流，再經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.4MPa以及計(jì)量后進(jìn)入?yún)R管3并輸送至下游管網(wǎng)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)擬選用氣源管道進(jìn)行儲(chǔ)氣，所以門站中不涉及儲(chǔ)氣罐。為滿足安全要求，門站進(jìn)出口管線應(yīng)設(shè)置切斷閥門與絕緣法蘭，站內(nèi)根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置安全保護(hù)與放散裝置。注意工藝流程中的分離器、調(diào)壓閥及其所在管段均為一備一用。流程框圖如下。圖1.1門站工藝流程圖1.4平面布置門站平面布置應(yīng)符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》第6.5.5節(jié)的相關(guān)規(guī)定。根據(jù)該規(guī)范要求參考其他設(shè)計(jì)手冊繪制出天津市河西區(qū)門站平面布置圖如下圖所示。門站的占地面積一般為400~8000m2。一般北方的門站有供熱系統(tǒng)占地面積可達(dá)7000m2左右。門站不同功能區(qū)域應(yīng)盡可能布置緊湊，除綜合辦公區(qū)應(yīng)建設(shè)為室內(nèi)建筑，工藝裝置區(qū)和其他功能區(qū)域都應(yīng)該露天布置。綜上，天津市河西區(qū)門站總面積為5644m2，具體平面布置圖如下所示。圖1.2門站平面布置圖1.5站內(nèi)管線1.5.1站內(nèi)鋼管選材輸配站場站內(nèi)管線通常選用無縫鋼管，因?yàn)槠鋸?qiáng)度及焊接性能較強(qiáng)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性、使用地區(qū)等因素確定管材。擬選用屈服強(qiáng)度的無縫鋼管。1.5.2管徑選擇參考《石油和化工工程設(shè)計(jì)工作手冊：第五冊輸氣管道工程設(shè)計(jì)》與《石油和化工工程設(shè)計(jì)工作手冊：第三冊氣田地面工程設(shè)計(jì)》，進(jìn)行天然氣壓縮系數(shù)與管道內(nèi)徑的計(jì)算。 （1.1）式中——?dú)怏w絕對(duì)壓力，MPa；——?dú)怏w溫度，K；—— （1.2）式中——操作條件下的氣體流量，m3/d——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體流量，m3/d——操作條件下的絕對(duì)溫度，K；——標(biāo)準(zhǔn)條件下的絕對(duì)溫度，K；——操作條件下氣體的絕對(duì)壓力，MPa；——標(biāo)準(zhǔn)條件下氣體的絕對(duì)壓力，MPa；——?dú)怏w壓縮氣數(shù)；——管內(nèi)徑，m；——管內(nèi)氣體流速為15m/s根據(jù)以上公式算出管道內(nèi)徑，由《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》選用公稱管道，選取結(jié)果見下表1.2。表1.2站內(nèi)管道管徑計(jì)算表管段操作壓力（MPa）壓縮因子氣體流量(104m3/d)管道內(nèi)徑(m)管道公稱直徑（mm）管道外徑（mm）進(jìn)站干管5.40.74108.070.019DN200194匯管2之前5.40.74108.070.019DN200194匯管2至調(diào)壓閥1-15.40.74108.070.019DN200194調(diào)壓閥1-1至下游管網(wǎng)0.50.97108.070.261DN3002991.5.3管線壁厚設(shè)計(jì)參考《燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊》第節(jié)，鋼管壁厚計(jì)算公式如下： （1.3）式中——鋼管壁厚，mm；——設(shè)計(jì)壓力，MPa；——鋼管外徑，mm；——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，按照地區(qū)進(jìn)行分級(jí)，取0.4（四級(jí)地區(qū)）；————焊縫系數(shù)，取1。計(jì)算得出管線壁厚選擇如下表所示。表1.3站內(nèi)管道壁厚計(jì)算表管段設(shè)計(jì)壓力（MPa）管道外徑（mm）鋼管最低屈服強(qiáng)度（MPa）計(jì)算壁厚（mm）選用壁厚（mm）進(jìn)站干管6.11942456.0411匯管2之前6.11942456.0411匯管2至調(diào)壓閥1-16.11942456.0411調(diào)壓閥1-1至下游管網(wǎng)0.52992456.761.5選用壁厚大于計(jì)算壁厚，這說明站內(nèi)管線管道選型是合理的。1.6主要設(shè)備選型計(jì)算門站內(nèi)設(shè)備按照門站供氣調(diào)壓能力以及功能的不同而有所區(qū)別，主要設(shè)備包括調(diào)壓閥、安全閥、計(jì)量儀器、除塵裝置、清管裝置、加臭裝置等設(shè)備。1.6.1除塵裝置除塵裝置的目的在于對(duì)來氣中粉塵進(jìn)行處理。天然氣在鋼質(zhì)管道內(nèi)長距離輸送后，氣體內(nèi)常混有許多來自管道本身或者來自氣源的雜質(zhì)，通常為固體粉末，為保證設(shè)備正常運(yùn)行，進(jìn)入城市輸配管網(wǎng)之前都應(yīng)在門站內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的除塵裝置，對(duì)上游來氣進(jìn)行再次凈化。輸配站場的除塵設(shè)備要求結(jié)構(gòu)簡單、可靠、分離效率高，不用經(jīng)常更換或清洗，氣流通過壓降小。目前，輸配站場中經(jīng)常采用的除塵設(shè)備包括多管干式除塵器、旋風(fēng)分離器、過濾分離器。旋風(fēng)除塵器適用于小氣量、粉塵粒徑大于5μm的天然氣除塵，多管干式除塵器適用于大氣量、粉塵粒徑大于5μm的天然氣除塵，過濾分離器適用于粉塵粒徑小于5μm的天然氣除塵。本設(shè)計(jì)中門站處理氣量為135.56×104m3（1）計(jì)算軸向近期面積，由《石油地面工程設(shè)計(jì)手冊》第五冊292頁公式（1.4）式中旋風(fēng)子外管內(nèi)直徑，m；旋風(fēng)子內(nèi)管外直徑，m；n旋風(fēng)子的導(dǎo)向葉片數(shù)，n=8；δ旋風(fēng)子的導(dǎo)向葉片進(jìn)氣口端部的厚度，m；一個(gè)旋風(fēng)子的軸向進(jìn)氣面積，m選用108/76規(guī)格旋風(fēng)子（直筒型），旋風(fēng)子外管為無縫鋼管，其內(nèi)管為無縫鋼管。旋風(fēng)子的阻力系數(shù)、旋風(fēng)子葉片數(shù)n=8片，旋風(fēng)子導(dǎo)向片進(jìn)氣口端部的厚度，代入式中計(jì)算得旋風(fēng)子的軸向進(jìn)氣面積為0.00284m2。（2）計(jì)算旋風(fēng)子根數(shù)，假設(shè)旋風(fēng)子軸向進(jìn)氣速度選擇，旋風(fēng)子個(gè)數(shù)計(jì)算公式如下。（1.5）式中N——旋風(fēng)子的根數(shù)，根；F1——一個(gè)旋風(fēng)子的軸向進(jìn)氣面積，mq——操作條件下氣體流量，；v1——（3）計(jì)算除塵器進(jìn)出口管徑，根據(jù)《天然氣長輸管道工程設(shè)計(jì)》第290頁式（4-3-10）和式（4-3-11）（1.6）式中d1進(jìn)口管直徑，m；d2出口管直徑，m；u1進(jìn)口管內(nèi)氣體流速，取10m/su2出口管內(nèi)氣體流速，取15m/s取除塵器出口流速u2取除塵器進(jìn)口流速u1按照計(jì)算結(jié)果，選出旋風(fēng)子多管干式除塵器設(shè)備具體參數(shù)如下表。表格1.4多管干式除塵器參數(shù)表旋風(fēng)子個(gè)數(shù)軸向進(jìn)氣面積導(dǎo)向葉片數(shù)旋風(fēng)子高度80.00326350圓筒部分高度圓錐體高度外管內(nèi)徑內(nèi)管外徑180200100761.6.2調(diào)壓閥調(diào)壓閥的工作目的是對(duì)管道來氣進(jìn)行降壓和穩(wěn)壓，本設(shè)計(jì)擬選用自力式調(diào)節(jié)閥，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)靈敏，不需要依靠外部能源即可穩(wěn)定閥后管道介質(zhì)壓力。調(diào)壓閥選型根據(jù)《石油地面工程設(shè)計(jì)手冊》第五冊《天然氣長輸管道工程設(shè)計(jì)》調(diào)節(jié)閥流通能力C計(jì)算公式：當(dāng)時(shí)： （1.7）當(dāng)時(shí)： （1.8）式中——主調(diào)節(jié)閥的流通能力，t/h；————?dú)怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3——?dú)怏w流動(dòng)溫度，℃；——?dú)怏w的壓縮系數(shù)；——調(diào)壓閥前的絕對(duì)壓力，MPa；——調(diào)壓閥后的絕對(duì)壓力，MPa；天然氣的的壓縮系數(shù)由本設(shè)計(jì)1.5.2得：已知站內(nèi)總管的操作壓力P=6.1MPa，操作溫度T=20℃。由于，計(jì)算出門站所需調(diào)壓閥流通能力如下表所示。表1.5調(diào)壓閥所需流通能力表調(diào)壓閥調(diào)壓閥前絕對(duì)壓力（MPa）調(diào)壓閥后絕對(duì)壓力（MPa）壓縮系數(shù)流量(104m3/d)流通能力（t/h）1-93108.0774.95本設(shè)計(jì)擬選用T22-40型調(diào)壓閥，其基礎(chǔ)參數(shù)表如下表所示。表格1.6調(diào)壓閥參數(shù)表流通能力（t/h）公稱直徑（mm）閥芯直徑（mm）穩(wěn)壓精度（％）最大工作壓力（MPa）價(jià)格（元）8010080±5625401.6.3安全閥安全閥是用于受壓設(shè)備、容器和管路上，作為超壓保護(hù)的設(shè)置。當(dāng)設(shè)備、容器或管路內(nèi)的壓力升高超過允許值時(shí)，閥門自動(dòng)開啟，繼而全量排放，以防止設(shè)備、容器或者管路內(nèi)的壓力繼續(xù)升高；當(dāng)壓力降低到規(guī)定值時(shí)，閥門應(yīng)及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，從而保護(hù)設(shè)備、容器或管路的安全運(yùn)行。本設(shè)計(jì)擬選用先導(dǎo)式氣體安全閥，參考《石油地面工程設(shè)計(jì)手冊》第五冊進(jìn)行計(jì)算。（1）安全閥最大泄放量： （1.9）式中——————表1.7最大泄放量計(jì)算表標(biāo)況流量（Nm3/d）天然氣密度（kg/Nm3）最大泄放量(kg/h)15.690.7284759.3（2）安全閥通道截面積： （1.10）式中————————流量系數(shù)，取0.9；——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg/kmol；——安全閥進(jìn)口絕對(duì)溫度，K；——?dú)怏w壓縮系數(shù)；——?dú)怏w特性系數(shù)。（3）氣體特性系數(shù)： （1.11）式中——?dú)怏w絕熱指數(shù)，取1.4。經(jīng)計(jì)算，安全閥具體參數(shù)見下表。表1.8安全閥通道截面積計(jì)算表氣體絕熱系數(shù)氣體特性系數(shù)最大泄放量(kg/h)流量系數(shù)氣體壓縮系數(shù)氣體摩爾質(zhì)量（kg/kmol）安全閥通道截面積（cm1.426547216.281.16擬選用A42F-16C安全閥，具體參數(shù)如下。表格1.9安全閥參數(shù)表材質(zhì)鑄鐵公稱通徑（mm）100連接形式法蘭結(jié)構(gòu)形式彈簧式價(jià)格（元）8400~96001.6.4清管器清管器的主要目的是清除施工和試壓期積存在管道內(nèi)的雜質(zhì)，主要包括清除管線內(nèi)部積水、輕質(zhì)油、甲烷水合物、氧化鐵、碳化物粉塵、二硫化碳、氫硫酸等雜質(zhì)。清管器的具體形式有有三大類，分別為清管球、皮碗清管器和塑料管器類。皮碗清管器較清管球最大的缺點(diǎn)是它們?nèi)菀自竭^小的雜質(zhì)達(dá)不到清管效果以及容易被較大的物體擦碰而失去密封性。因此，本設(shè)計(jì)選擇清管球作為門站的清管裝置并確定該站選擇清管接受裝置收球筒的直徑設(shè)置為比主管大兩級(jí)的DN400。1.6.5計(jì)量裝置本設(shè)計(jì)擬選用渦輪流量計(jì)，其特點(diǎn)是測量精度高、測量范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、壓力損失小。根據(jù)設(shè)備說明書，氣體渦輪流量計(jì)操作條件下的流量計(jì)算公式如下：（1.12）式中Qg——操作條件下的氣體流量，NmQn——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體流量，NmPg——操作條件下的絕對(duì)壓力，MPa；Pn——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體壓力，取0.101325MPa；Tg——操作條件下的氣體溫度，293.15K；Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體溫度，273.15K；Z——?dú)怏w壓縮系數(shù)，上述計(jì)算值為0.97。已知近期標(biāo)準(zhǔn)狀況用氣量為24930Nm3/h，遠(yuǎn)期標(biāo)準(zhǔn)狀況用氣量為45030Nm3/h，將數(shù)據(jù)代入公式（6.12）中，得：參考《氣體渦輪流量計(jì)選型手冊》以及門站管道管徑，本設(shè)計(jì)擬選用LWQ智能一體化顯示型氣體渦輪流量計(jì)，它具有現(xiàn)場指示工況流量功能，可將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出，該產(chǎn)品對(duì)比度高，功耗小，具體參數(shù)如下。表格1.10流量計(jì)參數(shù)表公稱通徑（mm）DN350連接方式法蘭連接量程范圍標(biāo)準(zhǔn)量程精度1％R工作環(huán)境常溫常壓傳感器材質(zhì)鑄鋁防爆ExdIIBT61.6.6加臭裝置由于天然氣具有易燃、易爆的特點(diǎn)，為了讓城鎮(zhèn)燃?xì)庠谛孤稌r(shí)容易察覺，對(duì)于無臭或者臭味不足的燃?xì)鈶?yīng)該加臭，加臭就是通過加臭設(shè)備將臭味劑輸送到燃?xì)夤艿?，使其與燃?xì)獬梢欢ū壤旌?。目前?duì)天然氣普遍使用的臭味劑是四氫噻吩（THT），它具有煤制氣的臭味。一般加臭裝置的加臭方式有滴入式和吸收式兩種。已知門站出站小時(shí)流量為45030Nm3/h，全天供氣20h，燃?xì)庠诳諝庵羞_(dá)到爆炸下限的體積分?jǐn)?shù)為5.05％，根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)饧映艏夹g(shù)規(guī)程》（CJJ/T148-2010），最小加臭量可用下式計(jì)算。（1.13）式中——加臭劑在空氣中達(dá)到警示氣味的最小濃度值，THT取0.08mg/Nm3；——燃?xì)庠诳諝庵羞_(dá)到爆炸下限的體積分?jǐn)?shù)，％。則最小加臭濃