固原压气站设计

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1、本科毕业设计题目：固原压气站工艺设计学生姓名李海永学号0901020321教学院系石油工程学院专业年级油气储运工程2009级指导教师陈利琼职称副教授单位油气储运教研室摘要压气站是以压力能的形式给天然气提供输送动力的作业站。按压气站在管道沿线的位置分为起点压气站、中间压气站和终点充气站。起点压气站位于气田集气中心或处理厂附近，为天然气提供压力能，并有气体净化、气体混合、压力调节、气体计量、清管器发送等作业。中间压气站位于运输管道沿线上，主要是给在输送中消耗了压力能的天然气增压。终点充气站位于储气库内，主要是将输来的天然气加压后送入地下储气库。压气站的流程由输气工艺、机组控制和辅助系统等三部分组成

2、。输气工艺部分除净化、计量、增压等主要过程外，还包括越站旁通、清管器接收及发送、安全放空与紧急截断管道等。机组控制部分有启动、超压保护、防喘振循环管路等。辅助系统部分包括供给燃料气、自动控制、冷却、润滑等系统。设计固原压气站时刻根据设计依据（相关规范和书册）查阅大量关于压气站的资料文献，总结不同城市压气站的设计方法，在此基础上，结合固原压气站自身的实际情况，设计正确合理的工艺设计方案。依据相关行业标准，进行工艺计算，绘制工艺流程图。关键词：压气站分类组成设计AbstractCompressor stations based on the pressure in the form of job

3、of conveying power to the gas station. The press gas station along the pipeline is divided into the starting point for compressor stations, gas compression stations in the middle and the end of filling stations. The starting point for gas compression stations located in the vicinity of the gas field

4、 gas gathering center or processing plant, gas pressure, and gas purification, gas mixture, pressure regulators, gas metering, pigging send operations. Intermediate compressor stations located along the pipelines, mainly to the consumption in the transportation of gas pressure booster. The end of fi

5、lling stations in the gas storage library, will lose to gas pressure into underground gas storage.The three parts of the flow of the gas compression stations by the gas process, unit control and auxiliary systems. In addition to the process of purification, measurement, booster gas technology sectio

6、n also includes and more stations bypass pigging receive and send safety vent and emergency truncated pipeline. The control section of the unit start, overpressure protection, anti-surge circulation line. The auxiliary parts of the system including the supply of fuel gas, automatic control, cooling,

7、 lubrication system.Design Guyuan pressure gas station time design basis (relevant norms and book volumes) access to a large number of compressor stations on the information literature, summarizes the different urban pressure gas stations design method based on the Guyuan pressure gas station to the

8、ir actual situation, correct and reasonable design process design. In accordance with relevant industry standards, process calculation, process mapping.Keywords: compressor stations sortcomposition design目录1 绪论11.1 设计目的11.2 压气站国内外现状11.3 本文研究内容22 设计说明书22.1 设计依据22.1.1 设计资料22.1.2 设计规范32.2 工艺流程设计32.2.1

9、工艺流程概述32.2.2 工艺流程设计原则52.3 主要工艺设备选型52.3.1 管道内径计算52.3.2 管道壁厚计算62.3.3 阀门选型72.3.5 原动机选型102.3.6 机组备用方式102.3.7 汇管选型102.3.8 流量计选型112.3.9 分离器选型132.4 站场控制保障系统142.4.1 概述142.4.2 主要功能142.5 压气站自动化控制142.6 站控天然气计量152.7 站控仪表152.8 通信控制162.9 站场防腐162.10 水电供应172.10.1 供电172.10.2 供水172.11 电防护与消防173 计算书193.1 天然气基本参数确定193.

10、1.1 天然气的分子量193.1.2 天然气相的对密度203.1.3 天然气的压缩系数Z203.1.4 天然气在操作条件下的密度203.1.5 天然气在操作条件下的粘度213.2分离器的尺寸设计22滤芯个数和分离器台数223.2.2 分离器进出口直径及壁厚计算公式233.2.3 气体通过丝网最大允许速度243.2.4 通过丝网除雾器的面积计算其直径253.2.5 计算结果253.3 调节阀253.3.1 调节阀实测流通能力计算253.3.2 计算结果及选型263.4 站内管线计算263.4.1 管径和管道壁厚计算公式263.4.2 速度校核公式273.4.3 计算过程、校核及结果273.5 流

11、量计的计算283.5.1 已知参数283.5.2 标准参比的体积流量公式293.5.3 流量计算中主要参数的确定293.5.4 辅助计算313.5.5 孔板开孔直径计算323.5.6 流量计选型333.6 安全阀的计算333.6.1 安全泄放量333.6.2 安全阀的泄放压力343.6.3 安全阀通道截面积公式343.6.4 安全阀内径的计算公式353.6.5 计算结果353.7 汇管计算353.7.1 汇管管径计算353.7.2 汇管壁厚计算363.8 压缩机的工艺计算363.8.1 排气量和进气量36压气机功率373.9 清管器收发筒计算选型373.9.1 规范373.9.2 清管器接收发

12、送筒设计结果383.10 其它阀门38结论39谢辞41参考文献42附录431 绪论1.1设计目的近年来，随着天然气需求量不断增加，在我国能源结构中的比例越来越大。据统计，2005年2015年，世界各地计划建造原油、成品油和天然气管道约9.6104，其中62是天然气管道。2002年以来我国管道压气站建设进入高峰期，相继投运的涩宁兰、西气东输、忠武线、陕京二线、冀宁和兰银等长距离天然气管道设计中均配置了一座或多座压气站。通过对固原压气站的工艺设计，学会压气站的设计思路、设计步骤、与其他各专业的联系与协调。掌握压气站工艺流程图的设计和绘制。掌握压气站主要设备与管道的计算。掌握压气站施工图的绘制方法。

13、1.2压气站国内外现状1986年8月我国第一座长输天然气管道压气站在中沧输气管道濮阳站建成投产,首次采用了燃气轮机驱动离心压缩机机组。1996年11月建成投产的鄯乌输气管道鄯善站,是我国首次采用天然气发动机驱动往复式压缩机机组的压气站。2000年11月投产的陕京管道应县压气站,是我国第一个采用变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心压缩机机组的压气站。2007年2月投产的西气东输管道蒲县压气站,是我国第一个投产的采用高速变频调速电机直接驱动离心压缩机机组的压气站。自20世纪50年代末以来，燃气轮机已成为中等功率到大功率范围天然气管道增压用最广泛的驱动机,较小功率的机组多采用燃气发动机驱动往复式压缩机

14、。随着我国天然气管道的不断延伸和电力电网的发展,一些靠近电力充足地区的压气站开始以大功率电动机驱动离心压缩机作为天然气增压方式,促进了我国天然气输送工业的发展。针对易维护性，远程控制以及环保要求不断提高的现状,在供电能力较高的地区,采用电动机驱动管道压缩机的机组将会越来越多。我国天然气管道使用的压缩机组有燃气发动机驱动往复式压缩机变频调速电机驱动往复式压缩机。变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心式压缩机，高速变频调速电机直接驱动离心式压缩机和燃气轮机驱动离心式压缩机等类型, 用恒速高压电机通过调速行星齿轮驱动离心式压缩机的机组,以及整体式磁悬浮电驱离心压缩机组。近年来，国外在输气增压方面广泛采用

15、了回热循环及联合循环系统工艺，提高了燃气透平的热效率。例如，阿意输气管道Messina压气站的燃气机组，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%。此外，国外还广泛采用离心式压缩机的机械干密封与磁性轴承技术和故障诊断技术，有效地延长了轴承的使用寿命，降低了压缩机的运行成本，提高了机组的可靠性和完整性。在我国，随着天然气需求量的不断增加，关于压气站的研究也逐渐被重视起来。压气站的选址、压气站的压缩机的选择、原动机选型、机组备用方式、机组配置、分离设备的的选择、压气站的安全性等方面的研究日益重要。1.3本文研究内容（1）了解压气站设计的最新方法与技术。（2）

16、确定主要设备包括管线、汇管、控制阀、阀门、压缩机和计量仪表等的选型；（3）确定压气站流程和设计参数；（4）画出压气站的工艺流程图、平面布置图。2 设计说明书2.1设计依据2.1.1设计资料压气站内设计参数包括压力、流量、温度运行参数及设备的参数，列出如下：（1）压气站设计压力应为10MPa，运行压力为9.59.85MPa。（2）站内压降站内压力应为0.2Pa，其中入口压力为0.15MPa,出口压力为0.05MPa，安全阀设定压力为10.5MPa。（3）按规范要求，压气站出口温度不应超过60。（4）旋风分离器的过滤精度，额定工况下的除尘效率达到10m以上为99 % (绝对过滤精度)，在工况点15

17、%范围内，分离效率为97%。（5）过滤分离器的过滤精度对于粉尘，直径为1m 的过滤效率为 99 %（绝对过滤精度），直径不大于3m的过滤效率为99.1 %(绝对过滤精度)，直径不大于5m 的粉尘过滤效率为99.9 %（绝对过滤精度）。对于液滴，直径为1m过滤效率为98 %（绝对过滤精度），直径不大于3m 的液滴过滤效率为98.6%(绝对过滤精度)，直径不大于5m的液滴过滤效率为99.0%（绝对过滤精度）。首站来气400107m3/a压气站流量（104m3/d）进口压力（MPa）出口压力（MPa）压比进口温度（）出口温度（）计算功率（MW）耗气量固原1080.606.479.501.4715.4

18、46.613.17 2.1.2设计规范输油输气管道施工验收规范输气管道工程设计规范石油天然气设计防火规范石油地面工程设计手册输送流体用无缝钢管油气设计规范2.2工艺流程设计工艺流程概述.1 站场各区块的布置为使压气站的设计既要满足生产的需要、有利于操作和控制,又要工艺流程简洁、美观,所以应对对压气站采用分区设计,即将压气站分为干线进出站（含清管系统）区过滤分离区、压缩机区、压缩空气区、排污区、放空区、辅助区和综合值班室。在设计中应将过滤分离区尽量靠近压缩机区，压缩机的进出口管道尽量少拐弯，以使站场能耗最小，合理布置各区相对位置。压气站的设计必须满足防火规范的要求，规范中明确规定,进出厂、站的天

19、然气总管应设紧急切断阀。在设计中将干线进出站区(含清管系统)作为干线的一部分,并把该进出站区管道作为进出压气站的天然气总管，在进出站管道上设置紧急切断阀，并设置越站旁路，这样既符合规范要求，又能保证该站发生事故关闭后的全线正常运行，保持全线运行最大程度的连续性。.2压气站的安全保护（1）变转速输出压缩机组：所选压缩机组为燃气轮机驱动或变频调速电机驱动,可以通过调节转速来控制输出压力,机组自带压力报警和超压紧急停车系统, 每台压缩机组排气端设有紧急放空阀,ESD停车时自动打开。（2）出站紧急截断( ESD):压气站出口设紧急截断阀,在压缩机出口至出站截断阀之间设自动放空阀，与出站ESD紧急截断联

20、锁。压力检测与监控压气站出站紧急截断阀前设压力报警和压力开关，当出站压力达到设定值时，站控系统自动报警或紧急停车。（3）安全泄压阀:压缩机出口至出站紧急截断阀之间设置安全阀，当压力达到设定值时自动起跳放空。（4）西气东输管道工程设计的压力安全保护系统由压缩机组超压保护、站控系统超压保护和安全泄放保护组成，各系统保护相互独立，互不干扰。.3辅助设施(1)空气冷却器有关输气规范规定：压气站天然气出站温度不应大于60。在系统分析时分别取冬季平均地温、年平均地温、夏季平均地温对推荐输送方案进行计算。对于压缩机出口温度不超过60的站只设循环空冷器 ,用于压缩机的启停、喘振和站内循环工况。对于压缩机出口温

21、度超过60的站设置工艺空冷器 ,以保证天然气出站温度不大于60, 同时兼有循环空冷器的功能。(2)压气站消防设施压气站的消防重点在压缩机区,燃气轮机机罩内自带火焰监测和CO2自动消防系统,当机罩内检测到天然气浓度超高,有火焰或有烟雾时，系统会发出报警信号并启动消防设备。除机组自带的消防系统外,压缩机厂房采用固定消防,并配备一定数量的移动式消防设施。(3)图像监视及周边防范系统一般压气站在压缩机厂房内设工业电视,将压缩机组的现场图像实时传送至站控中心和调度控制中心。(4)电源系统压气站正常运行需要有可靠的电源保障,要求备用电源投入快、性能稳定、可靠性高。电机驱动压气站属一级用电负荷,均有可靠的双

22、路外电源作为保证，燃气轮机驱动的压气站属二级用电负荷,均有双电源作为保证。哈密和红柳压气站为无人站,没有外电依靠,必须自备发电机作为主电源,实现电源供给无人值守,自动切换,因此要求发电设备具有更高的可靠性。工艺流程设计原则（1）严格执行国家及是有天然气行业的各种标准、规范。（2）工程设计以及建设过程中应充分的考虑QHSE因素，优化设计和施工。（3）为提高工程质量和输配水平，尽量采用成熟可靠、先进、实用的技术。(4) 站址选择在遵循城市规划要求的前提下，尽量节约工程投资。(5) 在满足安全和工艺技术要求的情况下，力争节约投资，提高经济效应。(6) 工程设计中应尽量采用国产材料和设备，以节约工程费

23、用。(7) 根据用气规模，考虑今后的发展，本设计应留有适当的余地。2.3主要工艺设备选型 管道内径计算油气集输管道选用的钢管、管道组件的材质选择，应该符合现行国家标准输送流体用无缝钢管GB/T8163-1999。并且应根据设计压力、设计温度、介质特性、使用地区等因素，经技术经济比较后确定。采用的钢管和钢材，应具有良好的强度和焊接性能。当选择管线尺寸时，必须要考虑压力降和流动速度两个因素。管线需要有足够大的直径以便在有效的压力情况下能驱动流体通过管线。在生产设施的管线系统中，压力降通常不是起支配作用的标准，因为压力降极大部分发生在通过控制阀门的地方。与生产过程有效压力降数值相比较，管线内的压力降

24、相对来说是比较小的。站内管线管径计算根据天然气管道输送得：（2.1）式中：d管子内径， m ；u管内气体流速， m/s； Q操作条件下的气体流量，； 标准状况下的气体流量，； 操作条件下气体的绝对压力，； 操作条件下气体的绝对温度，； 标准状况下气体的绝对温度，； 气体压缩系数；由美国加利福尼亚天燃气协会公式：（2.2）式中：p气体压力，（绝）。 T气体温度根据气田集气工程设计规范SY/T0010-96，可得：（2.3）式中：qv管线计算流量，m3/d；d管线内径，cm；P1管线起点压力（绝对压力），MPa；P2管线终点压力（绝对压力），MPa；气体的相对密度（对空气）；Z气体在计算管段平均压

25、力下的压缩因子；T气体的平均热力学温度，K；L管线计算长度，km。管道壁厚计算集气管线管道壁厚计算根据油气集输设计规范GB50350-2005得：（2.4）式中：P 管线设计压力；MPa ；D 钢管外径；F 强度设计系数；F=0.5（站场内部）； 焊缝系数；无缝=1；s 钢管的最小屈服强度；MPa，本集气站选用的是屈服强度s245MPa的20无缝钢管；C腐蚀系数； C =0（轻微腐蚀）。阀门选型阀门的类型有：球阀，止回阀，清管阀，截止阀，调节阀，旋塞阀等。阀门的选择应当符合现行国家标准工业金属管道设计规范GB50316-2000和相关规定。在防火区内关键部位使用的阀门，必须具有耐火性能。需要通

26、过清管器的阀门，应选用全通径阀门。为确保安全，并且方便操作管理和自控水平与全线SCADA系统一致，站场进站阀门采用电动紧急截断球阀。排污阀拟采用双密封导轨阀，对口径较大的截断用阀门采用电动球阀。一般截断用阀门采用性能好的平板闸阀，计量装置切换的阀门拟选用轨道球阀。站内一般截断用阀门采用密封性能好的平板闸阀。为提高分离器、清管接收装置、汇气管等设备上的排、放空阀的密封性及使用寿命，拟采用噪声小，耐冲刷的排污阀和节流截止放空阀。.1安全阀选型安全阀被用于受压设备、容器和管路上，为了能当压力超过规定数值时自动排除介质的过剩压力，保证安全生产而设置的：（1）确定安全阀的类型，对于站场一般用全封闭弹簧安

27、全阀；（2）根据工艺要求，确定安全阀的最大泄放量；（3）根据工艺设计，确定安全阀的泄放压力（定压）；（4）计算安全阀通道截面积；（5）根据计算的通道面积计算通道直径，在安全阀样本手册上选用大于且接近计算通道直径的安全阀。.2 调节阀选型调节阀是利用降压原理来控制管道系统流体压力或流量的阀门。在天然气输配系统中常用的调节阀，有气动薄膜调节阀、自力式调节阀和针形节流阀三种。自力式调节阀是由主调节阀、指挥阀和阻尼嘴等组成，用mm导压管连接成工作控制系统。自力式调节阀不需要外来能源而直接利用管道流体介质自身所具有的压能进行压力（流量）等工艺参数的调节，它结构简单、维修方便、调节灵敏，适用于缺电地区，因

28、此在天然气输配系统目前广泛使用自力式调节阀。自力式调节阀主要用于阀后压力调节，稳定阀后管道介质压力。将指挥器作适当改装亦可作阀前压力调节，保持调节器前面管道或设备压力为稳定值。联入孔板可作恒差压调节，保持流过孔板前后的差压为恒定值。使用时，调节指挥阀给定螺钉，给定阀后压力值。当被调介质的压力升高，并且高于给定值时，升高的阀后信号通过导压管传递到指挥阀下膜腔，迫使喷嘴挡板关小，从而主阀工作膜腔内的操作压力下降。主阀自动关小阀芯开度，于是通过调节阀的气量降低，使调节阀的压力降低到给定值为止。当调节阀后压力降低至给定压力以下时，指挥器接受压力信号后立即增大输出量，使主阀工作膜腔内的操作压力增加，阀芯

29、自动增大，直到压力升高至给定值为止。无论用户负荷怎么变化，都能始终保持调节阀阀后压力恒定。当时（2.5a）当时（2.5b）式中：调节阀的实测流通能力，；气体流动温度，；气体在标准状态下的密度，；调节阀前的压力，；调节阀前的压力，；气体在标准状态下的流量，；气体在调节阀前的压缩系数。.3放空阀选型放空主要选用放空阀，放空阀不仅具有节流还有截止作用，节流部位与密封面分开，减小了气流对密封面的冲刷。阀门能在开启关闭全压差条件下稳定操作，操作扭矩小、耐气流冲刷、耐磨损、泄漏量为零。.4 排污阀选型站内排污选用排污阀，排污阀采用喷嘴与阀套开窗口的结构形式，可满足站场设备或装置的节流降压排污。阀芯与阀座采

30、用软硬双质密封，阀门开启轻便灵活，具有耐冲刷、使用寿命长的特点。.5截止阀截止阀是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。根据阀瓣的这种移动形式，阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。因此，这种类型的阀门非常适合作为切断或调节以及节流使用。压缩机选型压缩机的作用是给气体提供输送压力，因此常常将压气机比喻成管道输送的心脏。压缩机的种类很多。按工作原理可分为容积型、动力型和热力型三种。容积型压缩机中，气体压力升高是通过将气体体积进行压缩实现的。动力压缩机中，

31、压力升高是通过压缩机高速旋转叶轮对气体作用提高气体动能，并将动能转化为压能来实现的。热力型压缩机是通过喷射的高速气体在扩压器中与增压气体混合，将动能转化为压力能的。容积型压缩机又可分为往复式压缩机和旋转式压缩机。动力型压缩机可分为离心式压缩机和轴流式压缩机等。目前，天然气管道中用得较多的是往复式压缩机和离心式压缩机。往复式压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动变为活塞运动往复运动，从而使气体在气缸内完成压缩，排气过程。往复机的汽缸有单作用和双作用形式。单作用是只有气缸一侧才进、排气阀，活塞经过一次循环，只能压缩一次气体。双作用则是气缸的两侧都由进、排气阀，活塞往复运动时，都可以压缩气体。往复压

32、缩机可以有单级和多级压缩。往复压缩机的压力范围十分广泛，其进气压力从真空到排气压力达210KPa以上超高压，其排气范围为3400m3min。往复机的优点是排出压力稳定，能适用于广泛的压力范围和较宽的流量调节范围；但它的结构复杂，易损件较多，运转中振动和噪声大。一般而言，往复压缩机适用于要求增压较高和输量不大的场合。本站设计压力为10 MPa，运行压力为9.59.85 MPa。所以，压缩机应选用往复式压缩机。原动机选型原动机按能量转换性质的不同分为第一类原动机和第二类原动机。第一类原动机包括蒸气机、柴油机、汽油机、水轮机和燃气轮机；第二类原动机包括电动机、液动机（液压马达）和气动机（气动马达）。

33、天然气管道所经地区为我国水电资源极为丰富的地区，具备电机驱动所需要的可靠的双回路外电源，经比选，中国境内段各压气站初步推荐全部采用电驱方案。机组备用方式由于本项目为单管、长距离和多用户输气，对可靠性要求很高；管道沿线均为山路，交通不便；并考虑到要保证输气管道运行的安全可靠性，结合目前的西气东输工程采用的是机组备用方式，还有陕京输气管线在投产后也在申请备机等情况，因此，综合考虑本管道采用站内机组备用方式。2.3.7汇管选型汇管设计需要考虑以下因素：最大流量、现场位置、流量未来的发展、可建设性、操作和维护、政府法规、环境影响、减少震动、减少噪声等。（1）确定汇管的尺寸，从经验来看汇管的截面积是进口

34、或出口截面积的1.5倍，或更大。汇管壁厚按管壁计算方法确定。（2）确定汇管的入口并确定汇管是在地下还是在地上。当入口是连接在汇管的一端而不是侧面时，应充分考虑降低干扰和噪声。进、出口面积：（2.6）式中：A进出口面积mm2；D管道内径，mm；圆周率。根据经验有汇管的截面积应为管道进口面积或者出口面积总和的1.5倍。由第一强度理论得汇管的壁厚计算公式：（2.7）式中：P 设计压力；MPa ；D 汇管外径； 焊缝系数；无缝=1； 钢管的最小屈服强度；MPa，=s本集气站选用的是屈服强度s245MPa的20无缝钢管；故此处取=147 MPa。C腐蚀系数； C =0.0mm（轻微腐蚀）。本工程分别设置

35、2台汇气管。本次设计的汇气管采用底部排污，汇气管顶部设注水口，并在汇气管中部设清污口。2.3.8流量计选型按照重要性的递减次序，计量管道的有如下原因：收益、管道控制和使用寿命管理。密闭输送计量装置主要有：孔板流量计、涡轮流量计、超声波流量计、旋转式流量计、膜式流量计和科里奥利力流量计。各种流量计优缺点比较：孔板流量计设计容量：流量计导管尺寸范围：NPS 2NPS 30。最大值：，。最小值：，。优点：准确度高、结构坚固、维护简单，容易、装置经验证，广泛应用缺点：单板的流量范围较低（3：1）、孔板需要更高公差加工，且容易损坏（规范要求更换孔板）、压降高于其它流体计量装置、大流量结构增加了计量的不准

36、确性。涡轮流量计设计能力：最大值：制造商规定的最小压力下的涡轮流过能力的80%。最小值：制造商规定的最大压力下的涡轮流过能力的最小值。优点：良好的流量范围（10：1）、准确性高、压降低、可校准的设计。缺点：受气流中固体或液体的危害、需要上游滤网、对摩擦力负荷敏感，可能造成测量误差、必须定期对涡轮流量计进行校准、接触超过量程的流量会造成危害，以致局部或完全失去计量能力、需要流量控制（控制阀，声速喷管或声空）、大多数设计都需要止回阀。超声波管道流量计设计能力：最大值：80 ft/s （24m/s）最小值：10 ft/s （3m/s）优点：良好的计量范围和准确性、一般情况下可以很好地适应污染物、几乎

37、零压降、容量特别大、部分设计有“清管作业能力”、多声束流量计可以自我检测、有些事双向设计。缺点：使用历史不长，因此对非理想环境下的运行状况认识有限、足够尺寸的校准设施少、污染物容易积聚在超声波脉冲发射器上。科里奥利力流量计设计能力：最大值：在最小压力下为规定能力的80%。最小值：在最大压力下的最小规定能力。优点：准确地多项流体测量、不会被流体污染物损坏、测量范围广和准确度高、可用于混合流体密度测量。缺点：需要公认的校准机构提供密闭输送校准服务、不适用与低密度流体（更适用于液体，不适用于气体）、气体测量会出现高压降、必须安装牢固并固定。经分析应采用孔板流量计，因其具有坚固耐用性能可靠，维修方便等

38、优点，在大流量主干线的管道计量上使用广泛。综合考虑经济因数和国内现状，采用孔板流量计也较好。测量流经管道介质流量的方法有多种，但其中应用最广泛、最普通的是压差式流量计。它由节流装置和差压计或者由节流装置与差压变送器连同二次表共同组成。节流装置的使用历史悠久，在国际，国内都已标准化。节流装置是差压测量时的一次元件，人们利用它在管道内使流体产生压差。利用导压管把节流装置前后产生的压差传送归差压变送器，再输入到二次仪表，便显示出管道内流体的瞬时流量或累计流量。利用调节仪表也可以对流量进行调节。节流装置结构简单，测量准确，使用可靠，检修、维护都很方便。天然气的计量采用标准的孔板流量计量，需符合国家现行

39、标准天然气流量的标准孔板计量方法SY/T6143-2004的规定。根据用标准孔板流量计测量天然气流量（SY/T6143-2004），得：（2.8）式中：天然气在标准参比条件下的体积流量，；体积流量计量系数，=；流出系数；渐近速度系数；孔板开孔直径，；相对密度系数； 可膨胀性系数；超压缩系数；流动温度系数；孔板上游侧取压孔气流绝对静压，；气流流经孔板时产生的差压，。 分离器选型.1 旋风式多管分离器多管适用于气量大、压力较高、含尘粒度分布甚广的干天然气除尘，除尘效率高而稳定、操作弹性大、噪音小、承压外壳磨损小。含尘气体由进气总管进入气体分布室随后进入旋风子外管与导向叶片之间的环形空隙。导向叶片使

40、气体产生旋转并使粉尘分离出来，被分离的粉尘经排灰口进入总灰斗。被净化的气体经旋风子排气管进入排气室，由总排气口排出。2.4站场控制保障系统概述该系统由站控计算机、远程终端RTU/PLC，通信设施及相应的外部设备组成。站控系统具有独立运行的能力，当站控系统与DCC的通信中断时，不会影响站控系统数据采集和控制功能；当站控计算机发生故障时，RTU/PLC也能独立完成其全部站控功能。主要功能站控计算机为站控系统提供灵活、良好的人机界面和操作手段，站控计算机必须具如下功能：（1）对站控所属的工艺装置参数和相关数据进行集中显示、记录、报警。（2）显示运行状态、动态趋势、历史趋势、工艺模拟流程图。（3）向D

41、CC传送实时数据，同时也接受DCC的控制和设定指令。（4）显示天然气瞬时和累计流量、打印报表。（5）打印报警、事件信息。（6）对所属各工艺单元进行安全联锁。（7）通过站控计算机遥控电动截断球阀。（8）实现RTU/PLC的编程组态和数据修改。2.5压气站自动化控制压气站的自动化控制分为站控制室和调度中心控制两种方式，通常情况下由调控中心通过站控制室对站内设备进行控制。调控中心对压气站需要控制的每一个设备、阀门均能进行远程自动监控、故障诊断、远方自动启停控制。在紧急情况下(如站内失火、地震等)发出ESD指令关闭压气站进、出站ESD阀门，同时打开旁通阀门，并且放空站内的天然气。压缩机组自带机组控制盘

42、控制系统(纳入全线SCADA系统)，可远程启停机组。机组的扫线、加载、降载、阀门开关、放空等动作纳入机组控制系统，可自动完成。同时，当运行的机组出现故障时，机组控制盘会发出停车指令，关闭机组进、出口阀门 ,并放空机组内的天然气，同时将信号传到站控中心和调控中心。运行机组与备用机组联锁，实现机组间自动切换。压缩机进口天然气的分离过滤管路能够实现自动切换，当其中一路分离设备发生堵塞而导致分离效果下降时，分离设备可以自动切换，不影响管道正常运行和维修。2.6站控天然气计量根据计量法，对计量器具进行定期检验、标定。现有计量装置是经过标定检验的装置，本站要求选用高精度（0.075%）的智能变送器和高级孔

43、板阀式节流装置，能适应不停气状态定期检查、清洗和更换孔板，满足计量要求。采用精度较高的超声波流量计。执行标准为中华人民共和国石油天然气行业标准天然气流量的标准孔板计量方法（SY/T6143-2004），应用计算机对天然气进行全参数的补偿运算来计量天然气的商品量，提高商品计量的精度。分离后的天然气、水及凝液应分别计量，以满足气田开发和生产的要求。站场出站天然气应计量；站内的生产用气和生活用气应分别计量。天然气的计量宜采用标准孔板计量，并应符合国家现行的天然气计量的标准孔板计量方法（SY/T6143-2004）中的规定。2.7站控仪表为适应SCADA系统对现场仪表的要求，现场仪表的选型首先在性能上

44、必须稳定可靠，在技术上先进而又经济合理的高品质产品，使用和操作简单，维护方便，并具有适应恶劣环境的能力。（1）由于生产装置区的防爆等级按区设计，根据防爆标准规定，现场电动仪表及电动执行机构按隔爆设置。（2）因智能变送器精度高、量程范围广、调整方便、性能价格比合理，在国内已得到广泛应用，故推荐选用智能型电容式压力及差压变送器。（3）在商品气交接处的流量检测装置，若采用节流方式，即选用高级孔板阀式节流装置，以适应不停气状态检查、定期清洗及更换孔板的需要，以达到流量规范要求。（4）用于天然气计量，进行温度补偿运算的温度检测元件选用测量精度高的A级Pt100铂电阻，采用三线制直接接入PLC。（5）选用

45、的在线式分析仪器应性能稳定，且经过国内使用证明质量可靠的产品，该部分内容也列入世行国际招标采购。2.8通信控制根据工艺需求，该站建成后将纳入全线SCADA系统由输气处调度控制中心（DCC）统一管理。因此，本设计中该站至输气处调度控制中心之间的通信方式与全线SCADA系统工程中的通信方式一致，即在该站内设置VSAT卫星通信终端站一座，配置一条话音电路（用于调度话音通信）和一条数据电路（用于SCADA系统数据传输）。同时安装公网 一部并配调制解调器，作为卫星数据电路的备用传输通道。SCADA系统数据接口为RS-232，采用透明信道传输。为避免雷击对设备及操作人员造成危害，VSAT卫星天线的引入线均

46、加装避雷器。2.9站场防腐钢质设备和管道外防腐的任务是控制大气和土壤的电化学腐蚀，鉴于埋地管道表面积较小，加上站内必须对设备管道作防静电接地，故埋地管道和露空设备管道仅采用涂层防腐。站内露空管道设备采用醇酸瓷漆防腐；考虑到若站内阀门已经涂漆，致使站内露空设备管道不宜采用喷砂除锈工艺，本设计推荐钢铁的表面预处理采用先电动钢丝刷除锈至ST3级，再用带锈磷化液处理的工艺。醇酸瓷漆在磷化处理钢表面12后，涂刷底漆中间漆面漆，每道涂漆间隔3，涂装颜色执行行业标准油气田地面管线和设备涂色标准（SY004396）的规定。涂膜总厚度不小于。本工程埋地管道的特点是管径规格多，各规格管子长度短，管道外防腐层不便预

47、制，根据实际情况，推荐埋地管道采用石油沥青特加强级防腐，石油沥青补口补伤。2.10水电供应供电该工程电气部分的设计范围为本站的动力和照明配电及防雷、防静电接地的设计。根据输气管道工程设计规范（GB50251-2003）及城镇燃气设计规范（GB50028-1998）的要求，该站按二级负荷考虑。该站内有杆上变电站一座作为主供电源，一台30KW的柴油发电机作为备用电源；低压配电间内设有两台 GGD1配电柜，照明动力各一台，均留有备用回路。工艺装置区照明电源由原路灯回路引至，设4套防爆路灯BW-125；在工艺装置区内设室外防爆配电箱两台，电源从低压配电间动力盘P-14回路引出（原断路器更换为63A），

48、作为电动阀的电源；仪表用电由低压配电间动力盘P-13回路引出；因仪表控制室改吊顶，将原有6套荧光灯更换为嵌入式格栅灯；仪表控制室和机柜间空调由P-4回路引出；放空区的电源由P-8回路引出，供放空阀和电点火用电。仪表及自控系统采用了不间断电源UPS供电，其断电保持时间按30分钟考虑。供水该站应建设完善的供水系统。本工程各站站场给水主要为生活和生产用水，其中生产用水包括少量不定期设备清洗水及场地冲洗水。供水水质执行生活饮用水卫生标准。利用站内排水设施，少量不定期场地冲洗水沿场地边沟排放。本工程站场排水主要为生活污水及场地冲洗水，另有生产过程中分离器排出的少量气田饱和水，检修时排出的部分检修污水和设

49、备清洗水。生活污水进入化粪池经消化处理后排出站外；场地冲洗水及设备清洗水仅含泥沙不需处理，直接汇入站内雨水沟内排出站外；气田饱和水及检修污水排入污水池中，定期运往污水回注站统一处理。2.11电防护与消防该站应根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB50058）的要求划定爆炸危险场所，并根据爆炸危险场所分区等级的要求选择和安装电气设备。3 计算书设计中所选设备及管线材质（特殊件除外）均采用20号优质碳素钢，屈服强度。3.1天然气基本参数确定天然气的分子量天然气中组分i的摩尔组成yi（或者体积组成），以及各组分的分子质量则由下式可求得天然气分子质量M：（3.1）表3.1 固原压气站原始设计参数

50、T=293 K序号组分Mol%1甲烷99.072乙烷0.123丙烷0.034正丁烷0.015正戊烷0.02 6异戊烷0.01 7己烷0.02 8庚烷0.039H2O0.0110CO20.5011N20.1812合计100.0013水露点-5 在10 MPa下14烃露点-5 在6.9 MPa下15高热值1015 btu/cf（37.838 MJ/m3）M=15.8512+0.036+0.0132+0.0058+0.0116+0.0172+0.03+0.0018+0.22+0.0504=16.2012 kg/mol天然气相的对密度天然气的相对密度是在相同压力和温度条件下天然气的密度和空气密度之比，

51、天然气的相对密度用符号表示（3.2），分别是天然气的分子质量，重度和密度。，分别是空气的分子质量，重度和密度，一般取29=0.5593.1.3天然气的压缩系数Z天然气的的压缩系数计算采用天然气管道输送中美国加利福尼亚天然气协会（CNGA）公式 （3.3）式中 P气体压力(绝)，MPa；T气体温度，K气体相对密度。在操作压力P为6.47MPa，操作温度T为15.4时解得：天然气的压缩系数Z=0.89天然气在操作条件下的密度取空气密度为空=1.205m3，标准状况下天然气的密度：0=空=1.2050.559=0.674m3所以在操作压力P=6.47MPa，操作温度288.4K条件下，根据气体状态方

52、程得：式中操作条件下的密度，；标况下温度，取T0=293K；标况下压力，取P0=0.101325MPa；P 操作压力，MPa；T 操作温度，K；Z 操作条件下的压缩系数。天然气在操作条件下的粘度依据天然气集输工程图1-4（第19页）查得天然气在大气压力下和20条件下的粘度为0.0106mPas。天然气的相对密度=0.559，相对密度在0.50.9范围内，可用经验公式结算天然气临界值：=4.652MPa=191.4K在天然气混合物中：视对比压力（3.4a）视对比温度 =1.51（3.4b）由，查天然气集输工程20页表1-5得=1.23=0.013mPas该种组分天然气在6.47MPa时的工作粘度

53、0.013 mPas。3.2分离器的尺寸设计过滤式分离器一般只要求限制最大过滤流速。本站中选用4台过滤分离器，以提高使用率，节约投资。该系统使用3台即可满足用户的用气要求。再设一台作为备用，经计算可知，4台分离器规格相同。当分离器清洗或发生故障时可相互切换，以确保向用户安全平稳供气。根据天然气长输管道工程设计过滤分离器滤芯处理计算公式（3.5）式中： 滤芯处理量， /（天.根）；M气体的平均分子量；T操作条件下气体的绝对温度，；P操作条件下气体的绝对压力，；qo=440103m3/d。3.2.1滤芯个数和分离器台数过滤式分离器是使含尘气体通过过滤材料达到分离气体中粉尘的一种高效除尘设备：由主体

54、和储液罐组成，其中主体由过滤段和分离段组成；过滤段中有由玻璃纤维（直径10m）制成的长筒型过滤元件。最大工作能力输气时总的滤芯个数（3.6）式中：滤芯处理量/d：气体的流量 /d分离器的过滤元件的开闭可以调节控制。所以，本站需要安装2台34根滤芯的过滤分离器，通过调节滤芯的开闭控制流量；2台用日常天然气过滤，一台作为备用过滤器：以便其它分离器拆卸清洗。3.2.2分离器进出口直径及壁厚计算公式根据天然气长输管道工程设计计算：（3.7）（3.8）式中：分离器进管内径，m；分离器出口管内径，m；Q工作条件下气体流量，/s；气体在进口管的流速；m/s；气体在出口管中的流速；m/s；根据现场实践经验，气

55、体进口速度取为15m/s，出口速度取为10m/s。=0.674=49.13=0.22m =0.27m因为计算出的进口内径为220mm，查石油化工装置工艺管道安装设计手册第二版附表15（143页）得：（3.9）式中：输气管道管壁厚度，mm；P 输送管道设计压力，MPa；D输气管道管径，mm； 管道的最低屈服强度，245 MPa；F设计因素，取0.5；管子的纵向焊缝系数，对于无缝钢管，=1.00mm；双面埋弧焊，=0.85；单面埋弧焊，=0.80Kt管道强度的温度减弱系数，当气体温度在1230C下时，Kt=1；C腐蚀余量，对净化气 C=0mm，微腐蚀 C=1mm，中等腐蚀 C=2mm，强腐蚀 C=

56、3 mm。=220mm，公称直径250，设计压力6.47MPa，进口外径=273mm7.13mm圆整得9mm=270mm，公称直径300mm，设计压力6.47MPa，出口外径D2=323.9mm8.56mm圆整得9mm由手册得实际管材选型结果表3.2 进口处分离器管径公称直径mm内径mm外径mm厚度管号分离器1250258.22733.6Sch5S分离器2250258.22733.6Sch5S分离器3250258.22733.6Sch5S表3.3 出口处分离器直径公称直径mm内径mm外径mm厚度管号分离器1300314323.95.9Sch10s分离器2300314323.95.9Sch10s

57、分离器3300314323.95.9Sch10s3.2.3气体通过丝网最大允许速度天然分离器通过丝网的设计速度一般取丝网最大允许速度的75%，根据油气集输设计规范GB50350-2005 气体最大允许速度：（3.10）式中：最大允许速度 m/s；K 桑德斯-布朗系数，一般K取0.107m/s。据已知数据得通过丝网允许最大速度为：根据经验设计速度一般是通过丝网允许最大速度的75%，那么：Vg= Vmax75%=0.523m/s3.2.4通过丝网除雾器的面积计算其直径根据天然气集输工程，可根据操作条件下的气体处理量和其操作速度来确定其直径。丝网捕雾器是圆形，那么其直径D可按下式计算：（3.11）Q

58、=49387.34m3/d Vg=0.523 m/s3.2.5计算结果表3.4 分离器计算结果压力MPa温度K进管（mm）出管（mm）滤芯数滤芯处理量6.47288.42310.9787结果：通过计算得到应选用北京华油惠博普科技生产的的撬装天然气过滤分离器4台，型号：HBP-NG-FS-H-。3.3调节阀调节阀实测流通能力计算当时（3.12a）当时（3.12b）式中： 调节阀的实测流通能力，；气体流动温度，；气体在标准状态下的密度，；调节阀前的压力，；调节阀后的压力，；气体在标准状态下的流量，；气体在调节阀前的压缩系数。P1=9.5MPa , P2=6.47MPa , Z=0.89 ，0.67

59、4 , t=15.4 , Q0=450250 , =0.680.5 所以： =219.7计算结果及选型表3.5 调节阀计算结果序 号阀前压缩因子阀前温度流通能力实测流通能力阀芯直径公称直径调节阀0.89288.4450250219.7250250根据计算结果应选用杭州富阳良工仪表所制造的自力式ZZYP-16B调节阀。3.4站内管线计算管径和管道壁厚计算公式由上式2.1、2.4可求得管径壁厚求得管道内径为258.3mm，外径为273mm，壁厚为3.6mm速度校核公式；（3.13）式中：D钢管的管径，m；Q操作条件下天然气的标准流量，m3/s；（3.14）式中：Q 操作条件下气体的工况流量，m3/

60、s；QV标准状态下气体流量，Nm3/d；P0 标准状况下气体的绝对压力，0.101325MPa；T0 标准状况下气体的绝对温度，293K；T 操作条件下气体的绝对温度，K；P 操作条件下的气体绝对压力，MPa；Z 气体压缩系数。计算过程、校核及结果压气站入口 Z=0.89 P=6.47MPa T=288.4K =0.412mm13.4mm圆整得13.5mm、公称直径500mm速度校核：=8.74 m/s 符合要求表3.6实际管道选型表位置公称直径mm内径mm外径mm厚度mm管号500488.0508.010.0Sch20300312.1323.95.9Sch10350343.0355.66.3Sch10250265.8273.03.6Sch5S250265.8273.03.6Sch5S250265.8273.03.6Sch5S300315.9323.94.0Sch5S250265.8273.03.6Sch5S3.5流量计的计算已知参数