油气储运概论-第四章--长距离输气管道及城市输配气工程课件

第四章第一节天然气的储运销一体化系统一、天然气的组成与用途一、天然气的组成与用途n工业与民用燃气：天然气、人工煤气、液化工业与民用燃气：天然气、人工煤气、液化 石油气和沼气石油气和沼气n用途：火力发电厂、民用、汽车、化工原料用途：火力发电厂、民用、汽车、化工原料n来源：气田气、石油伴生气、凝析气田气、来源：气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气。煤层气。n主要成分：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷主要成分：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷二、基本概念二、基本概念（一）标准状态与标准体积（一）标准状态与标准体积n天然气计量的标准状态：天然气计量的标准状态：20C，1标准大气标准大气压（压（101325Pa)n城市燃气行业的标准状态：城市燃气行业的标准状态：0C，1标准大标准大 气压（气压（101325Pa)n美国天然气行业：美国天然气行业：60F（15.6 C)，1标准标准大气压（大气压（101325Pa)n标准状态下的体积称标准体积标准状态下的体积称标准体积。（二）天然气组成的表示方法（二）天然气组成的表示方法n体积分数：各种组分的分体积在天然气体积分数：各种组分的分体积在天然气 的总体积中所占的比例；是的总体积中所占的比例；是 温度、压力的函数。温度、压力的函数。n摩尔分数：各种组分的摩尔数在天然气摩尔分数：各种组分的摩尔数在天然气 的总摩尔数中所占的比例。的总摩尔数中所占的比例。n1摩尔纯物质的质量在数量上等于该物质摩尔纯物质的质量在数量上等于该物质的分子量，单位：克。的分子量，单位：克。n质量分数：各种组分的质量在天然气的质量分数：各种组分的质量在天然气的 总质量中所占的比例。总质量中所占的比例。（三）天然气的密度与相对密度（三）天然气的密度与相对密度n密度：单位体积天然气的质量，温度、压力的密度：单位体积天然气的质量，温度、压力的 函数。函数。n物理标准状态：物理标准状态：0C，1标准大气压标准大气压(101325Pa)，密度为：分子量密度为：分子量/22.4，克，克/升升n相对密度：相同温度、压力下天然气的密度与相对密度：相同温度、压力下天然气的密度与 干空气的密度之比。因不是理想气干空气的密度之比。因不是理想气 体，是温度压力的函数。通常指标体，是温度压力的函数。通常指标 准状态的相对密度。准状态的相对密度。n气田气：气田气：0.580.62，伴生气：，伴生气：0.70.85（四）天然气的粘度（四）天然气的粘度n起因于：两层之间摩擦和两层之间分子起因于：两层之间摩擦和两层之间分子的热交换。的热交换。n液体的粘度随温度升高而降低，压力不液体的粘度随温度升高而降低，压力不高时气体粘度随温度升高而升高。高时气体粘度随温度升高而升高。n相同温度下，压力越高，天然气的粘度相同温度下，压力越高，天然气的粘度越大。越大。（五）天然气的节流效应（五）天然气的节流效应n正节流效应和负节流效应正节流效应和负节流效应n正节流效应：节流后压力下降、温度下降。正节流效应：节流后压力下降、温度下降。n负节流效应：节流后压力下降、温度升高。负节流效应：节流后压力下降、温度升高。（六）天然气的含水量和露点（六）天然气的含水量和露点n含水量：标准单位体积干气所含的水蒸汽质量，单含水量：标准单位体积干气所含的水蒸汽质量，单 位位kg/Nm3。n进入干线管道的含水量不应超过进入干线管道的含水量不应超过96128mg/Nm3n水露点：任一给定压力下，湿天然气中的水蒸气水露点：任一给定压力下，湿天然气中的水蒸气 分压等于某一温度下水的饱和蒸气压时分压等于某一温度下水的饱和蒸气压时 的温度。的温度。n天然气水露点：天然气在一定压力下析出液态水天然气水露点：天然气在一定压力下析出液态水 时的最高温度；时的最高温度；n天然气烃露点：天然气在一定压力下析出液态烃天然气烃露点：天然气在一定压力下析出液态烃 时的最高温度。时的最高温度。三、天然气供气系统的组成及特点三、天然气供气系统的组成及特点（一）天然气一体化供气系统（一）天然气一体化供气系统 从气田的井口装置开始，经矿场集气系从气田的井口装置开始，经矿场集气系统、气体净化系统、干线输气管道、再通过统、气体净化系统、干线输气管道、再通过配气管网到用户，天然气所通过的所有环节配气管网到用户，天然气所通过的所有环节构成了一个统一的、一体化的储运销系统。构成了一个统一的、一体化的储运销系统。它是一个密闭的、连续的水力系统。它是一个密闭的、连续的水力系统。（二）天然气供气系统的组成（二）天然气供气系统的组成n油气田矿场集输管网油气田矿场集输管网n天然气净化处理厂天然气净化处理厂n长距离干线输气管道或管网长距离干线输气管道或管网n城市输配气管网城市输配气管网n储气库储气库长距离输气管道的组长距离输气管道的组成及勘察设计成及勘察设计一、长距离输气管道的组成一、长距离输气管道的组成二、输气管道水力计算二、输气管道水力计算n水力计算的目的水力计算的目的 研究输气管的流量与压力之间的关系。研究输气管的流量与压力之间的关系。n管道的压降组成管道的压降组成 三部分：三部分：消耗于摩阻的压降消耗于摩阻的压降 气体上升克服高差的压降气体上升克服高差的压降 流速增大引起的压降（加速压降）流速增大引起的压降（加速压降）n输气管流量输气管流量 5.0*5220TLZDppCQZQ222ClQppZQ520*DCTZC直径对流量的影响直径对流量的影响若直径增大一倍，则若直径增大一倍，则Q2=5.66Q1加大直径加大直径是增加流量的好办法，也是增加流量的好办法，也是输气管向大口径发展的是输气管向大口径发展的主要原因。主要原因。长度（或站间距）的影响长度（或站间距）的影响若站间距缩小一半，流量若站间距缩小一半，流量Q2=1.41Q1倍增压倍增压气站，输气量只能增加气站，输气量只能增加41%。5.0*5220TLZDppCQZQ输气温度对流量的影响输气温度对流量的影响输气温度越低，输气能力越大。输气温度越低，输气能力越大。起、终点压力对流量的影响起、终点压力对流量的影响改变相同的压力时，提高起点压力对增大流量的影改变相同的压力时，提高起点压力对增大流量的影响大于降低终点压力的影响响大于降低终点压力的影响高压输气效率高；高压输气效率高；同时提高起终点压力，也能增大输气量。同时提高起终点压力，也能增大输气量。三、输气管道热力计算三、输气管道热力计算n为水力计算服务为水力计算服务n预测管段中出现凝析液和水合物情况。预测管段中出现凝析液和水合物情况。四、输气管段中水合物的形成四、输气管段中水合物的形成 规律及其预防措施规律及其预防措施（一）水合物的基本概念（一）水合物的基本概念n天然气中某些组分与液态水在一定温度、天然气中某些组分与液态水在一定温度、压力下所形成的外形像冰霜的物质。压力下所形成的外形像冰霜的物质。n节流处最易形成。节流处最易形成。（二）形成水合物的条件（二）形成水合物的条件n温度、压力、水分条件。温度、压力、水分条件。n临界温度：高于此温度不会形成水合物。临界温度：高于此温度不会形成水合物。（二）形成水合物的条件（续）（二）形成水合物的条件（续）n形成水合物的必要条件：形成水合物的必要条件：n必须有液态水与天然气接触必须有液态水与天然气接触n天然气中水蒸气分压等于或超过在水天然气中水蒸气分压等于或超过在水合物体系中与天然气的温度对应的水合物体系中与天然气的温度对应的水的饱和蒸汽压。的饱和蒸汽压。n天然气温度必须等于或低于其在给定天然气温度必须等于或低于其在给定压力下的水合物的形成温度。压力下的水合物的形成温度。（二）形成水合物的条件（续）（二）形成水合物的条件（续）n形成水合物的外因形成水合物的外因:n高流速、气流扰动或压力脉动高流速、气流扰动或压力脉动n出现小的水合物晶体出现小的水合物晶体n天然气中含有硫化氢和二氧化碳。天然气中含有硫化氢和二氧化碳。（三）防止水合物形成及（三）防止水合物形成及 消除水合物的方法消除水合物的方法1、干燥脱水、干燥脱水2、添加水合物抑制剂、添加水合物抑制剂-降低水合物形成降低水合物形成 温度，破坏形成水合物的温度条件；吸温度，破坏形成水合物的温度条件；吸 收天然气中水蒸气，破坏形成水合物的收天然气中水蒸气，破坏形成水合物的 水分条件。甲醇、乙二醇、二甘醇等水分条件。甲醇、乙二醇、二甘醇等3、加热、加热4、清管、清管清除液态水和已经形成的水合物清除液态水和已经形成的水合物。五、干线输气管道的工艺方案设计五、干线输气管道的工艺方案设计（一）工艺方案设计的基本步骤（一）工艺方案设计的基本步骤1、确定各管段的管材、管径、设计压力和管道壁厚。、确定各管段的管材、管径、设计压力和管道壁厚。2、确定每个压气站在设计流量下的压比。、确定每个压气站在设计流量下的压比。3、设每个压气站的出口压力等于所在位置管段的设、设每个压气站的出口压力等于所在位置管段的设 计压力。计压力。4、根据管道末段储气量的要求，确定末段管径和长、根据管道末段储气量的要求，确定末段管径和长 度，并确定最后压气站的位置。度，并确定最后压气站的位置。5、确定压气站的数量和位置。、确定压气站的数量和位置。6、确定压缩机组的配置方案。、确定压缩机组的配置方案。（二）管道末段的储气能力（二）管道末段的储气能力n管道最后一个压气站到管道终点的管段。管道最后一个压气站到管道终点的管段。n目的：平衡均衡供气与不均匀用气的矛盾。目的：平衡均衡供气与不均匀用气的矛盾。n利用气体的压缩性改变所储气体的数量。利用气体的压缩性改变所储气体的数量。n储气能力：最高压力与最低压力之间的储储气能力：最高压力与最低压力之间的储 气容量。与管道截面积、管道气容量。与管道截面积、管道 长度有关，但存在最优末段长长度有关，但存在最优末段长 度。度。（三）管道沿线压气站布置（三）管道沿线压气站布置1、压气站布置的前提条件、压气站布置的前提条件n管道入口天然气压力、温度、流量管道入口天然气压力、温度、流量n管道终点供气流量和压力管道终点供气流量和压力n管道分支点流入管道分支点流入/流出流量流出流量n每个压气站压比或压缩机组的配置每个压气站压比或压缩机组的配置n压缩机组原料天然气的消耗率压缩机组原料天然气的消耗率n各管段管材、管径和壁厚各管段管材、管径和壁厚n管道末段的起点位置管道末段的起点位置（三）管道沿线压气站布置（续）（三）管道沿线压气站布置（续）2、压气站布站的基本步骤、压气站布站的基本步骤n区域：从管道起点到管道末段起点区域：从管道起点到管道末段起点n正方向布站：从管道起点开始正方向布站：从管道起点开始n反方向布站：从管道管道末段起点开始反方向布站：从管道管道末段起点开始（三）管道沿线压气站布置（续）（三）管道沿线压气站布置（续）3、正方向布站的基本步骤、正方向布站的基本步骤n令每个压气站的出站压力等于管道设计压力令每个压气站的出站压力等于管道设计压力n将首站设为一个压气站（来气压力大于起点将首站设为一个压气站（来气压力大于起点设计压力时，不设首站）设计压力时，不设首站）n计算各点的温度和压力，逐步确定各站位置计算各点的温度和压力，逐步确定各站位置n站位置调整站位置调整第三节第三节 压缩机组与压气站压缩机组与压气站一、压缩机组一、压缩机组n压缩机组包括压缩机和与之配套的原动机压缩机组包括压缩机和与之配套的原动机n压缩机：往复式压缩机和离心式压缩机压缩机：往复式压缩机和离心式压缩机一、压缩机组（续）一、压缩机组（续）n原动机原动机n燃气轮机燃气轮机n燃气发动机燃气发动机类似内燃机类似内燃机n电动机电动机二、压气站二、压气站n功能：天然气增压、清管器收发、越站旁通输送、功能：天然气增压、清管器收发、越站旁通输送、安全放空、管路紧急截断、计量调压。安全放空、管路紧急截断、计量调压。n组成组成n主工艺系统主工艺系统：压缩机组、净化除尘设备、调压：压缩机组、净化除尘设备、调压 阀、流量计、天然气冷却器、事阀、流量计、天然气冷却器、事 故紧急切断系统、工艺阀门和管故紧急切断系统、工艺阀门和管 道。道。n辅助系统辅助系统：能源系统、冷却系统、润滑密封系：能源系统、冷却系统、润滑密封系 统、仪表、通信、通风、消防、放统、仪表、通信、通风、消防、放 空系统等。空系统等。三、压气站与管道的匹配与工况调节三、压气站与管道的匹配与工况调节n压缩机组水力特性与管道水力特性之间的匹配。压缩机组水力特性与管道水力特性之间的匹配。n工况调节工况调节n改变压缩机转速；改变压缩机转速；n压气站出口节流；压气站出口节流；n压气站进口节流调节；压气站进口节流调节；n进口导叶角度调节；进口导叶角度调节；n回流调节。回流调节。第四节第四节 城市燃气输配系统城市燃气输配系统一、燃气的种类及质量要求一、燃气的种类及质量要求（一）燃气的种类（一）燃气的种类n天然气（包括天然气（包括CNG、LNG）n人工燃气人工燃气o干馏煤气干馏煤气-利用干炉对煤进行干馏利用干炉对煤进行干馏o固体燃料气化煤气固体燃料气化煤气压力气化煤气、水煤气、压力气化煤气、水煤气、发生炉煤气等发生炉煤气等o油制气油制气燃油裂解燃油裂解o高炉煤气高炉煤气钢厂副产品钢厂副产品n液化石油气（液化石油气（LPG）沼气沼气（二）人工燃气的质量要求（二）人工燃气的质量要求n焦油与灰尘焦油与灰尘:=10mg/Nm3n奈奈n硫化物硫化物:=20mg/Nm3n氨氨:=50mg/Nm3n一氧化碳一氧化碳:=10%n氮氧化物氮氧化物（三）液化石油气的质量要求（三）液化石油气的质量要求n硫硫n水份水份n二烯烃二烯烃n乙烷和乙烯乙烷和乙烯n残液残液（四）城市燃气的加臭（四）城市燃气的加臭n目的是为了及时发现漏气目的是为了及时发现漏气三、城市燃气管网的基本结构三、城市燃气管网的基本结构（一）城市燃气管道的分类（一）城市燃气管道的分类1、按管道的功能分：分配管道、用户引入管、室、按管道的功能分：分配管道、用户引入管、室 内燃气管道、工业企业燃气管道。内燃气管道、工业企业燃气管道。2、按敷设方式分：埋地管道、架空管道。、按敷设方式分：埋地管道、架空管道。3、按燃气压力分：高压、按燃气压力分：高压A级：级：0.81.6MPa，高压高压B级：级：0.40.8MPa，中压中压A级：级：0.20.4MPa，中压中压B级：级：0.0050.2MPa，低压：低压：0.005MPa4、按管材分：钢管、铸铁管、塑料管、按管材分：钢管、铸铁管、塑料管（二）城市燃气管网的拓扑结构（二）城市燃气管网的拓扑结构n指管网的组成以及组成管网的各个部分指管网的组成以及组成管网的各个部分之间的联结关系。之间的联结关系。n主要组成部分为：主要组成部分为：n各种压力等级的燃气管道各种压力等级的燃气管道n城市燃气分配站、压气站、调压计量城市燃气分配站、压气站、调压计量站、调压室。站、调压室。n储气站储气站n计算机监控系统计算机监控系统（三）城市燃气系统（三）城市燃气系统n根据所采用的管网压力的级数，分为一级系统、根据所采用的管网压力的级数，分为一级系统、两级系统、三级系统和多级系统。两级系统、三级系统和多级系统。n一级系统：只有低压管网一级系统：只有低压管网n两级系统：低压和中压两级管网组成，两者之间两级系统：低压和中压两级管网组成，两者之间 设调压室。设调压室。n三级系统：由低压、中压和高压管网组成，高中三级系统：由低压、中压和高压管网组成，高中 压管网采用环状管网、低压采用环状压管网采用环状管网、低压采用环状 和支状。和支状。n多级系统：低压、中压、高压和超高压管网组成。多级系统：低压、中压、高压和超高压管网组成。第五节第五节 燃气计量燃气计量一、燃气计量仪表类型一、燃气计量仪表类型n瞬时流量和累计流量瞬时流量和累计流量n交接计量和过程监测计量交接计量和过程监测计量n发展方向为燃气能量计量。发展方向为燃气能量计量。二、差压式流量计二、差压式流量计n孔板、喷嘴和文丘里管孔板、喷嘴和文丘里管n主要采用孔板主要采用孔板n原理为压降原理为压降流量关系流量关系三、容积式流量计三、容积式流量计n膜式流量计：隔膜把计量腔室分成两部分。膜式流量计：隔膜把计量腔室分成两部分。n隔板式流量计：类似活塞隔板式流量计：类似活塞n湿式流量计湿式流量计四、速度式流量计四、速度式流量计n涡轮流量计涡轮流量计n涡街流量计涡街流量计n超声波流量计超声波流量计第六节第六节 供气调峰与储气设施供气调峰与储气设施一、用气量的时间不均匀性一、用气量的时间不均匀性n月用气不均匀性：季节变化月用气不均匀性：季节变化n日用气不均匀性：一个月内用气量的波动。日用气不均匀性：一个月内用气量的波动。n小时用气不均匀性：小时用气不均匀性：24小时内用气量的波动。小时内用气量的波动。二、调峰主要措施二、调峰主要措施n供气方：调整气源产量、调整输气管道供气方：调整气源产量、调整输气管道 运行方案、输气管道末段储气、运行方案、输气管道末段储气、储气库、储气罐和地下储气管储气库、储气罐和地下储气管 束、调峰型束、调峰型LNG厂。厂。n用气方：切换大型用气企业，居民备用用气方：切换大型用气企业，居民备用 加热装置。加热装置。n中长期调峰（大于中长期调峰（大于1月）和短期调峰月）和短期调峰三、储气方法三、储气方法n储气罐：高压罐和低压罐（分湿式和干式）。储气罐：高压罐和低压罐（分湿式和干式）。低压罐又称储气柜。低压罐又称储气柜。n地下储气库：枯竭油气田型、含水层型、盐地下储气库：枯竭油气田型、含水层型、盐 穴型、岩洞型和废弃矿井型。穴型、岩洞型和废弃矿井型。nLNG调峰：常压下调峰：常压下-163C液化。体积缩小液化。体积缩小为为 1/600。n固态储存：固态水合物，固态储存：固态水合物，1立方米立方米=164200 标准立方米甲烷气体。标准立方米甲烷气体。