输气管道设计与管理
天然气输气管道设计与管理
一、天然气概况1、天然气定义：从地下开采出来的可以燃烧的气体2、天然气来源：气田气，油田气。
3、天然气组成：60%～90%为甲烷和乙烷，10%～40%的丙，丁，戊烷及重烃，在工标状态下只有甲、乙、丙、丁烷为气态，其余都为液态。
二、输气管道概况1、输气管道分类：矿场集气管道，干线输气管道，城市配气管网2、世界著名大型输气管道:前苏联乌连戈依——中央输气管道，全系统由6条输气干线组成，最著名的属亚马尔输气管道。
该管道在苏联境内长4451km，建设了41座压缩机站和2座冷却站，经西西伯利亚地区穿越水域945km，穿越河流700余处。
3、中沧线是中国第一次采用燃气轮机驱动离心压缩机输送油田伴生气的输气管线。
4、西气东输管线包括：青海涩北至甘肃兰州（2000年开工，02年竣工投产），重庆忠县至武汉（2000年开工），塔里木至上海（02年7开工，全长400多千米，管径1016mm，操作压力10MPa）5、中国未来十年管网总体布局：两纵，两横，四枢纽(在北京，上海，信阳和武汉设立调度中心或分调度中心)，五气库（在北京，上海，大庆，山东，和南阳建立地下储气库）6、管道防腐技术：从简单的人工除锈刷漆发展到外涂层与阴极保护和牺牲阳极相结合的联合保护。
自1964年开始使用阴极保护到今天，所有的输气管道上都建有阴极保护站，单站保护长度可达50～80km.输气管道的主要工艺设备包括压缩机组，阀门，计量设备和调压设备。
三、天然气的性质1、天然气的分类（1）按矿藏特点分：纯气藏天然气（在天然气开发过程中，不论何阶段流体在地层中均成气体，采出地面后可能有部分液体析出），凝析气藏天然气（矿藏流体在地层原始状态呈气态，但开采到一定阶段，随地层压力减小有部分烃类在地层中呈液态析出），油田伴生天然气（与原油共存，开采时与原油同时被采出，经油气分离得到的天然气）（2）按烃类组分关系分：干气（地层中呈气态，开采出后在管线设备中也不会有液态烃析出），湿气（地层中呈气态，在一般地面设备的温度、压力下有液态烃析出），富气（丙烷级以上烃类含量大于100 ml/m3），贫气（丙烷级以上烃类含量小于100 ml/m3）（3）按硫化氢、二氧化碳含量分：酸性天然气（含有显著地以上成分，要经过处理才能达到管输商品天然气的标准的天然气），洁气（以上含量甚微，不需净化处理的天然气）2、工程标准状态：20℃（293.15K），1.01325×10^5Pa，这是中国计量气体体积流量采用的标准标准状态：0℃（273.15K），1.01325×10^5Pa3、理想气体状态方程：PV=nRTP——气体压力，PaV——m kg或n kmol气体体积，m^3n——气体千摩尔数，kmolR——气体常数，Kj/(kg·k)T——气体温度，k实际气体状态方程：PV=ZRTZ——压缩因子，在工标或是标态下认为Z=14、露点定义：在压力一定的情况下，逐渐降低气体温度，当天然气中水蒸气开始凝结时的温度。
输气管道设计与管理习题答案
输⽓管道设计与管理习题答案《输⽓管道设计与管理》综合复习资料⼀、填空题1、天然⽓是易燃、易爆物质，在常压下空⽓中含有5%-15% 体积浓度的天然⽓时，遇明⽕即可燃烧或爆炸。
172、输⽓系统从⽣产到使⽤各环节紧密相连，天然⽓从⽣产到使⽤⼤约有五个环节，采⽓、净⽓、输⽓、储⽓、供配⽓。
这五个环节有三套管⽹相连，即：矿场集⽓管⽹、⼲线输⽓管⽹和城市配⽓⽹。
这三套管⽹形成⼀个统⼀、连续、密闭的输⽓系统。
73、管输天然⽓最主要的三项质量指标为：⾼发热值、硫化氢含量、⽔含量和总硫含量。
784、沿线地形激烈起伏对输⽓管输量有影响，当线路纵断⾯图与通过管路起点⽔平线所围⾯积为正时，其输量减⼩；⾯积为负时，输量增⼤。
这是由于⽓体密度沿管长变化所致。
1195、输⽓管内能否形成⽔合物主要取决于：(1) 天然⽓是否有⾜够的含⽔量；(2) 输⽓管中的压⼒、温度曲线是否落⼊⽔合物的形成区内。
密度⼤的天然⽓易形成⽔合物。
1646、输⽓管内产⽣⽔合物堵塞事故时，采⽤降压⽅法最简便，可迅速使⽔合物分解，管路畅通。
1757、“输⽓管道⼯程设计规范(GB50251-2003)”中规定：进⼊输⽓管道的⽓体必须清除机械杂质，⽔露点应⽐输送条件下最低环境温度低5℃；烃露点应低于最低环境温度，⽓体中的硫化氢含量不应对于20mg/m3。
8、⾸站⼊⼝压⼒⼀定的多压⽓站输⽓⼲线，若某站停运，则停运站号愈⼩，输量下降愈多。
与正常运⾏相⽐，停运站上上升，停运站下游各站压⼒均下降，愈靠近停运站，压⼒变化幅度越⼩。
289-2939、为防⽌未经深度加⼯天然⽓输送管道中出现⽔化物，⼯业上常⽤甲醇和⽢醇作为防冻剂。
8510、当Q、D、P1max、P2min⼀定时，输⽓管末段的最⼤长度为：22 min22max1maxCQ PP L -=，此时管末段的储⽓能⼒为________。
储⽓能⼒最⼤的末段长度为L max的___________倍。
32811、在⾼压下，⽓体动⼒粘度随温度升⾼⽽降低，随⽓体密度的减⼩⽽降低。
天然气运输管道的设计与管理
天然气运输管道的设计与管理天然气作为一种清洁能源，在现代社会的能源供应中起着至关重要的作用。
而为了将天然气从产地输送到消费地，天然气运输管道的设计和管理则成为一个非常重要的环节。
天然气运输管道的设计首先需要考虑的是管道的安全性。
毕竟，天然气是一种高压气体，如果管道设计不合理或者管理不善，就可能引发严重的事故。
因此，管道的设计需要结合地质和气象条件进行综合考虑，确保管道能够承受的压力范围和温度范围，从而提高管道的安全性。
其次，管道的设计还需要考虑运输效率。
天然气是一种宝贵的能源资源，因此在运输过程中要尽量减少能源损耗和浪费。
这就要求管道的设计要尽量减少摩擦阻力，采用合理的管道材料和直径。
此外，还需要通过考虑管道的输送压力、流量和速度等参数，合理规划管道的布局和设备的放置，以提高运输效率。
除了设计方面，天然气运输管道的管理也是至关重要的。
管道的日常运营需要进行有效的监测和维护，以确保管道的运行状态良好。
监测方面，可以利用现代化的传感器和远程监控技术，对管道的压力、温度、流量等参数进行实时监测，并及时发现和处理异常情况。
维护方面，可以定期进行巡检和保养，维修和更换老化的管道设备和部件，确保管道的正常运行。
此外，天然气运输管道的管理还需要考虑环境保护。
天然气是一种清洁能源，但如果管道泄漏或发生事故，就可能对周围环境造成污染。
因此，在管理过程中需要加强监测和预警，及时发现和处理管道泄漏和事故，并采取相应的应急措施，防止环境污染的发生。
此外，还需要合理规划管道的走向，避免对生态环境和重要的自然资源产生破坏。
总之，天然气运输管道的设计和管理是确保天然气能够安全、高效地运输的关键。
优秀的设计和管理可以提高管道的安全性和运输效率，减少能源损耗和浪费，保护环境和生态资源。
因此，在天然气供应链的各个环节中，我们都需要重视并加强对天然气运输管道的设计和管理。
这样才能更好地推动天然气的发展与利用，为人类创造更美好的未来。
输气管道设计与管理习题
《输气管道设计与管理》习题1、某种天然气的摩尔分数如下表：组分 CH 4 C 2H 6 C 3H 8 C 4H 10 CO 2 N 2（%） 94 1 0.5 0.5 3 1分别使用实际气体状态方程（BWRS ）上机和通用压缩因子图两种方法计算天然气密度。
（1）P=101325 Pa ，t=0℃。
（2）P=101325 Pa ，t=20℃。
（3）P=101325 Pa ，t=60 F 。
（4）P=12 MPa ，t=20℃。
（5）P=20 MPa ，t=20℃。
2、根据第1题中给出的天然气组分数据，计算相应的天然气相对密度。
（1）P=101325 Pa ，t=0℃。
（2）P=101325 Pa ，t=20℃。
3、某水平输气管段长L=215km ，采用的钢管规格为Ф1220×17.5螺旋焊接管，在该管段停止流动状态下，其起点压力为P 1=7M Pa ，输气温度t=15℃，压缩因子Z=0.91，求该管段中的天然气标准体积（按中国石油行业标准状态）。
4、天然气中单位体积干空气所分摊的含水蒸汽质量称含水量，试证明：式中各符号意义见教材。
5、利用输运定理推导气体管流的连续性方程。
6、某输气管段长L=155km ，采用的钢管规格为Ф1016×15.9螺旋焊接管，起点压力P 1=10M Pa ，终点压力P 2=4M Pa ，输气温度t=17℃，天然气相对密度Δ=0.59，水力摩阻系数λ=1.059×10-2，压缩因子Z=0.92，求：（1）管段平均压力P cp ；（2）管段输气流量。
（3）管段起、终点的气体流速。
7、一条管内径为300mm 、长130km 的水平输气管段，起点压力P Q =58×105Pa ，终点压力P Z =40×105Pa 。
平均温度T CP =293K ，天然气压缩因子Z=0.85，相对密度Δ=0.6，试用Weymouth 公式、Panhandle-B 式（取E=0.9）和苏联近期公式（α=1、Ф=1、E=1）分别计算该管段的日输量。
输气管道设计与管理课程设计心得体会
输气管道设计与管理课程设计心得体会
1.设计阶段要充分考虑气体输送的实际情况，包括压力、流量、介质等因素；
2.在管道选择和布局方面，要根据输送气体的性质和输送距离，综合考虑管道材质、直径、壁厚等参数，从而保证输送效率和安全性；
3.在管道施工和安装阶段，要严格按照相关规范和标准进行操作，保证管道的质量和安全；
4.在管道投入使用后，要进行定期检测和维护，及时发现并处理管道存在的问题，从而防范管道事故的发生；
5.管理方面，应建立健全的管道运营管理体系，建立管道安全管理规程和制度，加强管道巡检与监控等工作，提高管道安全的管理水平。
总之，输气管道设计与管理是一门涉及面较广、技术含量较高的课程，在学习过程中需要认真对待，深入理解其理论和实践，在今后的工作中更好地应用所学知识，提高自身的专业素养和实践能力。
输气管道设计与管理：第九章 第2节 输气管道末段储气
第九章输气系统的调峰与
末段储气
1
对给定输气管，末段储气能力根据平均压力计算。
图9-19 输气管末段的压力变化
储气开始时压力曲线；C-储气结束时压力曲线
9
平均压力中有四个参数，其中p 1max 及p 2min 已知，另两个采用管路特性方程求解：
储气开始A 点（Q =q ）
储气结束C 点（Q =q ）
221min 2min Z p p Cl Q =
+2
22max 1max Z p p Cl Q =−22212p p ClQ
=+图9-19 输气管末段的压力变化
A-储气开始时压力曲线；C-储气结束时压力曲线
已知
已知
减小；
图9-19 输气管末段的压力变化
A-储气开始时压力曲线；C-储气结束时压力曲线
输气管末段储气能力
15
可见平均压力是末段起点与终点可由图表查出，与曲线
()ϕεε。
输气管道设计与管理
《输气管道设计与管理》综合复习题一、填空题1、天然气是指从地层内开发生产出来的、可燃的、烃和非烃混合气体，这种气体有的是基本上以气态形式从气井中开采出来的，称为 气田气 ；有的是随液石油一块儿从油井中开采出来的，称为 油田伴生气 。
2、对于长距离输气管线，当Q 、D 、P 1max 、P 2min 一定时，输气管末段的最大长度为：221max 2min max 2P P L CQ-=，此时管末段的储气能力为0。
储气能力最大末段长度为L max 的0.5倍。
3、为离心压气机配管时，常有出、入口相连的回流管路，其目的是避免压气机产生 喘振 。
8、首站入口压力一定的多压气站输气干线，若某站停运，则停运站号愈 小 ，输量下降愈 多 。
二、问答及分析题1、水合物的形成条件是什么？生产中如何防止水合物的形成？答：形成水合物的条件有三：（1）天然气中含有足够的水分；（2）一定的温度与压力；（3）气体处于脉动、紊流等激烈扰动之中，并有结晶中心存在。
这三个条件，前两者是内在的、主要的，后者是外部的、次要的。
防止生成水合物不外乎破坏水合物形成的温度、压力和水分条件，使水合物是去存在的可能，主要方法有（1）加热（2）降压（3）添加抑制剂（4）干燥脱水。
三、计算题1、已知输气管长100公里，内径900mm ，平均压力为5MPa ，平均温度为5℃，输送介质为甲烷，其临界压力为44.91×105Pa ，临界温度为191.05K ，求工程标准状态下输气管内气体的体积。
解：（1）气体临界压力=cm P 44.91×105Pa临界温度=cm T 191.05K（2）对比压力113.191.4450Pr ==对比温度456.105.19115.278==Tr （3）查图知：Z 1=0.88（4）求气体体积：输气管体积3221635851000009.0414.34πm L D V =⨯⨯=⨯= 标准状态下气体体积 3511011049140705.19188.010132515.2931091.4463585T PZ ZT P m V V =⨯⨯⨯⨯⨯== 式中，Z=12、如图示，已知压气站方程：P P Q 2212722334810=-⨯..，管路方程：P P Q L D Q Z 222521000-=/.。
《输气管道设计与管理》课程设计任务书.doc
2013—2014学年第二学期《输气管道课程设计》专业班级建环1102班姓名柴璐学号 11065221开课系室燃气工程系考试日期 2014年7月得分阅卷人设计书目录1.设计任务及要求 (4)2.参数设计及工艺计算 (7)2.1管道壁厚及内径 (7)2.1.1计算管道壁厚 (7)2.1.2管内径 (7)2.2工艺计算 (8)2.2.1天然气物性参数 (8)2.2.2天然气平均分子量M (8)2.2.3视临界压力Pc和视临界温度Tc (8)2.2.4平均压力ppj和平均温度Tpj (8)2.2.5对比压力pr和对比温度Tr (9)2.2.6压缩因子 (9)2.2.7混合气的密度和相对密度 (9)3.任务计算 (9)3.1第一问 (9)3.1.1初期向终点最大供气量（按潘汉德尔B式计算） (9)3.1.2 C语言程序设计 (10)3.2第二问 (12)3.2.1初期向终点供气10Mm³/d时起点的供气压力 (13)3.2.2 C语言程序设计 (13)3.3第三问 (14)3.3.1题设条件 (14)3.3.2管段末段储气长度L Z的确定 (15)3.3.3确定管段末段储气长度L Z的C语言程序 (17)3.3.4布设中间气站 (20)3.3.5校核计算 (22)3.3.6功耗计算 (22)3.3.7计算管道基建投资 (22)3.3.8图表整理见附表和附图 (23)附表1压气站各站数据指标 (24)附表2压缩机特性方程计算 (25)附图1 单台离心压缩机压缩机ε2-Q2关系 (26)附图2第一问压降曲线图 (27)附图3第二问压降曲线图 (27)附图4第三问压降曲线图 (27)4.主要参考文献与相关标准 (28)1.设计任务及要求一、课程设计的目的输气管道课程设计的目的是通过两周的设计训练，培养与检验学生综合运用已学专业基础课程和专业课程知识的能力，包括：1、巩固输气管道设计与管理的理论知识，培养运用所学知识进行工程设计的实践能力；2、掌握工程设计的内容、方法和步骤，学习设计方案确定、工程设计计算、图纸绘制、规范标准使用以及设计说明书编写的动手能力；3、熟悉最新国家标准《输气管道工程设计规范》及相关规范、标准的全部条文内容，以及规范所涉及的相关技术原则和理论基础；4、掌握输气管道与压气站的工艺计算和设备选型；5、掌握压气站布置的设计方法；6、掌握输气管道末段储气的设计方法；7、掌握输气管道工艺设计方案工况计算的方法。
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输送介质为甲烷，其临界压力为 44.91×105Pa，临界温度为 191.05K，求工
程标准状态下输气管内气体的体积。
解：(1)气体临界压力 Pcm 44.91×105Pa
临界温度Tcm 191.05K (2)对比压力 Pr 50 1.113
44.91
x0
pQ 2 p pj 2 pQ 2 pZ 2
L
当
pZ
0,
p pj
2 3
pQ 时，得：x0=5/9L≈0.55L
当
pZ
pQ 时，得： x0
lim
pQ 2 p pj 2 pQ 2 pZ 2
L
lim 9 pQ 2
pQ pZ 4 pQ2 pZ 2 pQ pZ 9 pQ pZ 2 pQ2 pZ 2
PQ2 PQ2 PZ2
x ，推导平均压力计算公
L
式以及平均压力点距起点的距离在 0.5L 附近变化的依据。
答：（1）输气管停止输气时，全线最终达到某一压力，即平均压力。根据
管内平衡前后质量守恒可得平均压力：
=2
3
pQ 3 pQ 2
pZ 3 pZ 2
=2
3
pQ
pZ 2 pQ pZ
（2）输气管道上压力为平均压力的点距起点的距离：
2、输气管的流量基本公式为：
Q0 C
(PQ2 PZ2 )D5 ZTL
分析管径、管长、温度对输量的影响。（10 分）
答：（1）管径。
8
Q1 Q2
D1 D2
3
输气管的通过能力与管径的 2.67 次方成正比。管径越大，输气量
越大。直径增大 1 倍，流量增大 6.4 倍。故加大直径是增加输气管流
量的好办法。
2
二、分析题
1、已知输气管流量基本公式为： Q C
PQ2 PZ2
D5 0.5
，分析管路的终点压
zTL
力对流量的影响。
答：根据流量计算公式，得
pQ 2
pZ 2
Q C
Hale Waihona Puke 2ZTL D5Q 2 C'
令 pZ pQ : 0 1, 代入上式中，
得：
C
Q ' pQ
2
2
1
若 pZ 0 ， 0 ， Q Qmax ，由上式得 C' P0 Qmax
特点：1. 从生产到使用各环节紧密相连。
主要有采气、净气（除尘、脱水、脱硫等）、输气、储气、
4
供配气 5 个环节。
2.气体可压缩性对输气和储气的影响。
（1）上下站输量不等时，压力变化较为平缓。
（2）输气管中体积流量沿着管长而改变，起始流量小，终
点流量大。
（3）输气管末端储气。
3.可充分利用地层压力输气。
P2 2 min
CQ2
，此时管末段的储气能力为
0
。储气能力最大
的末段长度为 Lmax 的 0.5 倍。
8、对下图所示的两条简单管路，如果起点压力相同，在任一长度 x 处，线
路 1 的各点流速（小于） 线路 2 的流速，线路 1 的终点压力（大于）线路
2 的终点压力。这主要是由于气体的 可压缩性 造成的。
L
根据求极限的洛必达法则，以 pZ 为变量求导，得：
x0
36 pQ3 72 pZ 3 L 72 pQ3
0.5L
故 pZ 从 0 变化到 pQ , x0 从 0.55L 变化到 0.5L。
三、问答题
1、 输气系统的组成及特点有哪些？
答：整个输气系统是由矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配
气管网和与这些管网相匹配的站、场装置组成。
（2）管长。
Q1 Q2
L2 L1
0.5
流量与长度的 0.5 次方成反比。长度越短，输气能力越大。长度减
小 1 半，流量增加 41.4%。
（3）温度。
5
Q1 Q2
T2 T1
0.5
流量与输气温度的 0.5 次方成反比。输气温度越低，输气能力越大。
四、计算题
1、已知输气管长 100 公里，内径 900mm，平均压力为 5MPa，平均温度为 5℃，
(1) 压力和温度 ； (2) 足够的水分 。密度 大 的天然气易形成水合物。 11、输气管内产生水合物堵塞事故时，采用 降压 方法最简便，可迅 速使水合物分解，管路畅通。 12、首站入口压力一定的多压气站输气干线，若某站停运，则停运站号愈 小 ，输量下降愈 大 。与正常运行相比，停运站上游各站压力均 上升 ，停运站下游各站压力均 下降 ，愈靠近停运站，压力变化幅度 大。 13、 为 防 止 未 经 深 度 加 工 天 然 气 输 送 管 道 中 出 现 水 化 物 ， 工 业 上 常 用 甲醇 和 乙二醇 作为防冻剂。
《输气管道设计与管理》综合复习资料
一、填空题 1、天然气是一种混合气体，混合气体的物理性质决定于天然气组成和各组 分气体的性质。天然气的组成有三种表示方法：即容积组成、摩尔组成和 质量组成。
2、对于长距离输气管线，当 Q、D、P1max、P2min 一定时，输气管末段的最大
长度为： Lmax
P2 1max
线路 1
起点 线路 2
终点
3、为离心压气机配管时，常有出、入口相连的回流管路，其目的是避免压 气机产生 湍振 。 4、北美、西欧有关的管道标准已规定，20 英寸以上的气管应加内涂层，长 距离输气管内壁一般涂敷有机树脂涂层的主要优点有：提高管线输气量、 增强防腐性能。
1
5、工程上用压缩因子来表示真实气体与理想气体 PVT 特性之间的差别，该 值偏离 1 愈远，表明气体的 PVT 性质偏离理想气体性质愈远。 6、天然气的相对密度是指同一压力和温度下气体密度与空气密度之比，无 量纲。 7、单位体积干天然气中所含水蒸汽的质量称 含水量，它与天然气的 压 力 、 温度 有关。当天然气被水饱和时，其温度也称为 露点 。 8、管输天然气最主要的三项质量指标为： 热值 、 含水量 、 H2S 和 CO2 含量 。 9、沿线地形激烈起伏对输气管输量有影响，当线路纵断面图与通过管路起 点水平线所围面积为正时，其输量 减小 ；面积为负时，输量 增大 。 这是由于气体 密度 沿管长变化所致。 10、输气管内能否形成水合物主要取决于：
故
Q Qmax
2
2
1，将
Q Qmax
与
看作变量，上式为圆方程，如图所示：
由图可以看出：
（1）终点压力 pZ 在高压范围内的变化对 Q 影响很大。
（2）终点压力 pZ 在低压范围内的变化对 Q 影响不大。
（3）
pZ
一般保持在
1 2
pQ
左右，这样不但节省功率，降低输气成本，还
能降低能耗。
3
2、已知输气管压力分布方程为： Px