1、第三章 燃气的长输系统当气源离城镇和工业区等燃气用户较远时，需要利用长距离输气管线输送燃气，送至远离气源的用气区。本章主要介绍燃气长输系统的构成和主要功能、工艺设计与计算及输气线路。学习提示：（1）理解几个概念（2）了解燃气长输系统的构成和主要功能，工艺流程（3）了解燃气加臭知识（4）理解长输管线的工艺设计与计算（5）燃气输气线路3.1 长距离输气系统的构成 长输系统的作用 将气源的燃气(天然气、液化石油气或人工燃气)输送到远离产地的使用地(城镇和工业区)。集输管网的任务是将气田各气井生产的天然气进行杂质分离、集输管网的任务是将气田各气井生产的天然气进行杂质分离、计量，集中起来输送到天然气处理
2、厂或直接进入输气管线。计量，集中起来输送到天然气处理厂或直接进入输气管线。3.1.1长输系统的构成长输系统的构成 1、集输管网两种形式（1）按单井进行处理的集气管网，每口井具有自己完整的预处理设备。从气井开采的天然气在井场装置中经节流后，在分离器中清除油、游离水及机械杂质等，经计量后，经过集气站或直接通过气田的总输送站，输送到天然气净化厂或输气干线。（2）成组型集气管网，天然气的预处理和计量在各集气站进行。各集气站均连接到气田内部的集气干线上，经过一个或几个气田总站，将天然气输送到净化厂或输气干线起点站。某地多功能LNG站基本框图2、矿场集输系统指的是从井口开始对天然气的采集和输送。(1)井场
3、工艺流程：单井集气：所有用来调节气井工况、分离气体杂质、测量气体流量的设备都直接安装在距气井不远的地方，单独对天然气进行初次净化(在分离器中清除游离水、油和其他机械杂质)、计量和调压。多井集气：将每口井除采气井口装置以外的所有设备都安装在集气站内，统一对天然气进行初次净化、计量和调压。(2)矿场集输系统的形式 直线型矿场输气系统:对于单井集气、气井不多时采用。环型、放射状输气系统：对于单井集气、气井多或排数多时采用。（比较环状、放射状系统和直线型系统的优点）(3)矿场压气站 在气田开采后期(或对于低压气田)，地层压力不足以满足输送要求时，用矿场压气站对低压天然气增压到所需压力，然后输送到天然气
4、处理厂或输气干线。2.净化处理厂 当天然气中硫化氢、二氧化碳、凝析油的含量和含水量超过一定标准时，需设置净化处理厂进行净化。除尘（门站）3.1.2输气站 输气站是管道输气过程中各类工艺站场的总称：一般包括：输气首站，输气末站、压气站、气体接收站和气体分输站等站场。各类输气站的站址选择输气站的设置：应符合线路走向和输气工艺设计的要求输气站的平面布置要求：（1）起点站 作用 除尘(除去固体悬浮物和游离水)、调压、计量。主要任务是保持输气压力平稳，对燃气压力进行自动调节、计量以及除去燃气中的液滴和机械杂质。基本流程：见图3-2 首站典型工艺流程发球装置末站典型工艺流程（2）清管系统目的清除管线施工后
5、积存在管内的杂物和管线运行过程中积存的凝析物、污垢和灰尘等。除此之外，还可用于查找管径偏差、测厚、检漏、灌注和输送试压水、置换管道介质和为管内壁做涂层等。清管设施主要有清管器、清管器收发筒、清管器指示器及清管器示踪仪。清管设施宜设置在输气站内，其间距一般在100Km左右。清管球接收装置管道清洁技术示意图清管器的具体形式：要求具有可靠的通过性能、足够的机械强度和良好的清管效果。注意事项：确认清管段内的线路截断阀处于全开状态。运行速度：4-8km/h清管合格后测径：采用铝质测径板，直径为试压段中最大壁厚钢管或者弯头内径的90%。测径板通过管段后，无变形、褶皱为合格。清管器的通过指示器安装在进出站的
6、管段上，按清管自动化操作的需要在站外安装指示器，并将指示信号传至站内。清管器收发筒上的快开盲板设置：清管用的旁通管：（3）压气站（输气干线设施）是输气干线系统的一个重要组成部分，在输气干线上，每间隔一定的距离设置一个中间压气站。主要是中间压气站(为了满足远距离输气，需设加压设施)，中间压气站的数量和出口压力，要经过技术经济计算确定。通常两个压气站间的距离为100-150km。压气站工艺流程应满足气体的除尘、分液、增压、冷却、越站，试运作业和机组的启动、停机、正常操作及安全保护等要求。压缩机组及辅助设备布置要求：其它附属设备如清管球收发装置、阴极保护站以及遥控中心站等也可与压气站联合设置。（4）
7、燃气分配站 亦称为城市门站。是长输管线的终点站，也是城市、工业区分配管网的气源站。其任务是接收长输管线的燃气，经过除尘、调压(将燃气压力调至城市高压环网或用户所需的压力)、计量和加臭后送入城市和工业区的管网。储气罐站可单独设置，也可与燃气分配站合并设置。城市燃气输配系统中储存和分配燃气的设施。其主要任务是根据燃气调度中心的指令，使燃气输配管网达到所需压力和保持供气与需气之间的平衡。燃气燃气储配站储配站的工艺流程的工艺流程应根据气源厂的性质、城市规模、负荷分布和管网压力级制等因素，通过技术经济比较后确定。燃气燃气储配站站址储配站站址的选择的选择要考虑工艺、动力、给排水、土建安装、防火防爆、环境保
8、护等方面的要求及其对投资和运行费用的影响，并和城市总体规划相协调。燃气储配站的工艺布置应保证工作可靠、安全生产和便于运行管理。各建筑物和构筑物之间应满足安全防火距离的要求，应设环绕全站的消防道路，压送、调压等生产车间的用电设备应考虑防火防爆要求，站内燃气管道宜连成环状并设有检修和事故时使用的越站旁通管道。燃气供应系统示意图流程：见图3-3若储气罐站和燃气分配站合并设置，则称燃气储配站。也可单独设置。3.1.3燃气加臭加臭剂加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味，不应对人体、管道或与其接触的材料有害，其燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料。加臭剂溶解于水的程度
9、不应大于2.5%（质量分数）。加臭剂应有在空气中能察觉的加臭剂含量指标。剂量要求：一般对气味的敏感程度随温度升高而增大，因而应按照季节变化改变加臭剂的用量。一年中最冷月与最热月加臭剂单位耗量的比值大约为2:1。气候炎热地区的加臭剂耗量应少于寒冷地区加臭剂耗量。投产初期短期检漏：乙硫醇：乙硫醇：高毒，对狗，在1%以下能引起血压下降、呼吸困难。人体大量吸入会引起血压降低、呼吸困难，并有呕吐、腹泻、血尿等症状。轻者及时离开现场即可逐步痊愈；重者立即送医院治疗。空气中最高容许浓度为0.5ppm。生产设备应密闭，操作现场要强制通风，操作人员穿戴防护用具。四氢噻吩：四氢噻吩：四氢噻吩主要用作城市煤气、天然
10、气等气体燃料的赋臭剂即警告剂。也可用作医药、农药和光化学品生产的原料。目前，按国际标准要求，城市煤气、天然气等气体的赋臭剂必须使用四氢噻吩，取缔了原来使用的乙硫醇等赋臭剂。本品具有麻醉作用。小鼠吸入中毒时，出现运动性兴奋、共济失调、麻醉，最后死亡。慢性中毒实验中，小鼠表现为行为异常、体重增长停顿及肝功能改变。对皮肤有弱刺激性。对水体可造成污染。丙烯酸酯。单独使用或混合使用。加臭方式滴如式 从观察管观察每分钟流入的加臭剂滴数，液滴数的调节由针形阀进行，优点是构造简单，缺点是加臭剂的流量难以扭制。注入式加臭剂通过储罐由计量加臭泵导人加臭管线，再由加臭阀将加臭剂注人燃气管道中与燃气混合进行加臭。加臭
11、剂的流量由计量加臭泵调节，凋节依据来源于控制器，控制器根据从被加臭管道输送介质中获取的加臭浓度采样.吸收式 主要形式有如下三种 绒芯式；燃气支流位于加臭剂液面的上方，穿过其下部浸人加臭剂液体中的绒布条组成的帘子，由于绒布条上吸满了加臭剂，燃气在通过的过程中很容易进行质交换，而被加臭剂饱和，为了增大蒸气压，还可以对加臭剂的液相迸行加热。喷淋式：燃气支流通过一个装有拉氏环的专门容器，向拉氏环k喷洒加臭剂，加臭剂的蒸发表面很大。鼓泡式：燃气支流以鼓泡的形式通过液体加臭剂层，同样可以增加燃气与加臭剂的接触面。加臭（门站）3.2 长输管线的工艺设计与计算3.2.1输气工艺设计3.2.1.1主要内容工艺设
12、计应根据气源条件、输送距离、输送量及用户的特点和要求，经综合分析和技术经济比较后确定。输气工艺设计应确定下列主要内容：（1）确定总工艺流程；（2）确定输气站的工艺参数和流程；（3）确定输气站的数量和站间距；（4）确定输气管道的直径、设计压力及压气站的站压站压比比（出站和进站压力之比）。压缩机的选择3.2.1.2工艺设计一般要求（1）管道输气应合理利用气源压力，当采用增压输送时应合理选择压气站的站压比和站距离。（2）压气站特性应和管道特性相协调，在正常输气条件下，压缩机组应在高效区内工作。（3）输气管道的强度设计应满足运行工况变化的要求。（4）输气站均应设置越站旁通，进出站管线须设置截断阀。（5
13、）具有输气功能的分配站的分配气体管线上，宜设置气体限量、限压设施。（6）输气首站和接受站的进气管道上应设置气质检测设施。（7）输气管道应设清管设施，有条件的地方宜采用管道内涂技术。3.2.2输气工艺计算工程设计和计算所需要的主要基础资料和数据，应由管道建设单位根据工程建设条件和任务提出。输气管道工艺设计应具备下列资料。（1）管输气体组成；（2）气源的数量、位置、供气量及其可调范围；（3）气源的压力及其可调范围，压力递减速度及上限压力延续时间；（4）沿线用户对供气压力、供气量及其变化要求。当要求利用管道储气调峰时，应具备用户的用气特性曲线和数据；（5）沿线自然环境条件（如站场海拔高程、大气压、环
14、境温度、沿线土壤传热系数等）和管道埋设处地温。3.2.2.1输气量计算长输管线的输气量受气源供气波动、用户负荷变化、季节温差及管道维修等因素影响，其设计输送能力应按年或日最大输气量计算，并尽量使管线在设计能力下工作，以提高管线的利用率。（1）当输气管道沿线的相对高差h200m时，且不考虑高差影响时，可按式3-1或3-2计算。5.052221)(1051ZSTLdPPQV51.0961.0222153.2)(11522ZTLSPPEdQVQv：气体的流量（p0=0.101325MPa,T0=293K,m3/d）P1：输气管道计算段起点的绝对压力，P2：终点E：管道的效率系数（2）当考虑输气管道纵
15、断面的相对高差影响时，按式3-3或3-4计算。5.01152221)(21)1)(1051iniiiVLhhLZSTLdhPPQ51.011961.0222153.2)(21)1)(11522iniiiVLhhLZTLShPPEdQ)(0683.02ZTSTZRgS水力摩阻系数)Re51.271.3(011.21dKg3.2.2.2 厚壁计算长输管线均采用钢管，连接方法为焊接，选用的钢管应具有良好的韧性和焊接性能。凡选用国产钢管的输气管道，应符合国家现行标准石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB/T9711、输送流体用无缝钢管GB/T 8163、高压锅炉用无缝钢管GB5130及化肥设备用高压无
16、缝钢管GB6479的有关规定。一、输气干管的管材和壁厚确定 对管壁厚度或设计压力计算的必要性，在于长输管线的高压和大口径，使得二者之间存在相互约束。即某一管径的钢管只能输送多大压力的气体，或者是要输送某一压力的燃气，其管径必须小于某值。这一点与高中压管网选择管径时(三因素是管径、压力和流量)不同。CkfPDts2钢管的公称壁厚应大于并接近于计算所得壁厚。同时，输气管道的最小公称管壁厚度应符合表3-1 最小公称管壁厚度DRDRmmb244弯头和弯管的管壁厚度按式3-8计算，即：强度设计系数f，按表3-2和表3-3选取。地区等级：为了发生事故时使恶性事故减少或将损失控制在极小范围内，保障管道自身安
17、全的最重要设计方法是在确定管壁厚度时，按管道所在地区不同级别，采用不同的强度设计系数。地区等级是按照输气管道通过的地区沿线居民户数和建筑物的密集程度划分的，即沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分成长度为2km并能包括最大聚居居民数的若干地段，按地段内的户数划分为四个等级。在农村、人口聚集的村庄、大院、住在楼，应以每一独立户作为一个供人居住的建筑物计算。当划分地区等级边界线时，边界线距最近一幢建筑物外边缘应大于或等于200m。四级地区划分方法一级地区：户数15户及以下。二级地区：15户-100户之间的用户三级地区：100及以上，包括市郊居住区、商业区、工业区、发展区以及不够四级地区条件的人
18、口稠密区。四级地区：四层及四层以上楼房（不计地下室层数）普遍集中、交通频地下设施多的区段。3.3燃气输气线路1输气线路的确定燃气输气线路的走向应根据地形、工程地质条件、沿线主要进气、供气点的地理位置以及交通运输、动力等条件，经多方案对比后，确定最优线路。大中型河流穿（跨）越工程和压气站的位置的选择，应符合线路走向。局部走向应根据大中型穿（跨）越工程和压气站的位置进行调整。还应符合下列要求：必须避开军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物保护单位的安全保护区。宜避开飞机场、火车站、海河码头、国家级自然保护区等。宜避开多年生经济作物区域和重要的农田基本设施建设，宜避开不良工程地质地段。2、线路选择原则
19、 线路选择及敷设应遵循最小安全防火距离。(见表3-2)此外，还应遵循以下原则：线路力求取直，其转折角不应小干120；避免穿越矿藏区，风景名胜区，需要灌溉的种植园；避免不良工程地质地段；避免穿越大型河流和大面积湖泊水网区、沼泽区、沟壑、盐碱区、坍塌地段，水淹地段等；尽量靠近现有公路，避免新修公路，少占用良田好地；尽量靠近含气构造和储气构造以及工业区和城镇，以利于把燃气纳入输气干线和进行储气；输气管线压气站、燃气分配站至建（构）筑物的距离应遵守有关规定；通过天然或人工障碍物，应视具体情况敷设单线或复线；当穿越重要铁路和公路时，平行的燃气管道之间的距离应不小干30m，通过水域障碍时为30-50m；燃
20、气管穿越铁路或公路时，其管线中心线与铁路或公路中心线交角一般不得小干60；与埋地电力电缆交叉时，其垂直净距不应小于0.5m，与其他管线的交叉垂直净距不应小于0.2m；管线中心线两侧各5m划定为“输气管线防护地带”，防护地带内严禁种植深根植物，严禁修建任何建筑物或构筑物，严禁进行采石、取土和建筑安装工作；水下穿越的输气管线，防护地带应加宽至管中心两侧各150m。在该区内严禁设置码头或抛锚、加深等工作；为方便管线的维修，每隔一定距离设置阀室，以在事故和抢修时及时切断气源，一般为20-30km。对于沿线人口稠密、交通频繁和工矿企业较多地区，其间距可缩短为20-25km；山区、旷野地区为25-30km
21、；阀室位置应选择在地形开阔、地势较高、便于施工和管理的地方，同时应尽量能与阴极保护站位置结合；阀室分地上式和半地下式两种。地上式阀室具有通风良好、操作检修方便和室内无积水等优点；半地下阀室则有工艺管线简单的优点，但应防止地下水渗漏。也可将阀门直接埋地敷设，地面上的操作装置及仪表等应用围护结构保护；要进行清管工艺的线路、阀室，必须采用直通球阀，而不准采用闸板阀；干管引出的每个支管处要设置阀门。当穿越河流及铁路干线时要在两侧设置阀门。为排空两个阀门之间管段中的气体，在阀门的上下游均设有放散管。放散管管径一般为主管直径的l/4-1/2倍。放散管应选在阀室的下风口，并离开阀室和附近建筑物至少40m。放
22、散管的高度应高于附近的建筑物，并不低于3m。放散管管口不允许加装弯头，最好切成45的斜口，以减少噪声；直接埋地敷设的高压球阀可直接焊在输气管上，以防漏气。管道上设有旨在便于阀门开启的压力平衡管，以使阀门两侧压力逐渐平衡。在平衡管两侧应装压力表；输送未经脱水净化处理的天然气，为排除管道中的水分，在管线的最低点应设置排水器；管线穿越铁路和重要公路时，需设保护套管。套管可用钢管或钢筋混凝土管，钢套管要防腐绝缘。套管内径至少比输气管外径大200mm。套管两端与输气管之间要用填料密封。穿越一般公路时，套管可不设放散管。穿越铁路时应在套管一端装设放散管。3.3.2输气管道的安全泄放及阀门设置3.3.2.1
23、输气管道的安全泄放泄压放空系统是对超压泄放、紧急放空及开工、停工或检修时排放出的可燃气体进行收集和处理的实施。由泄压设备（放空阀、减压阀、安全阀）、收集管线和处理设备（如分离罐、火炬）或其中一部分设备组成。泄压或限压装置：压力可能超过其最大容许操作压力时，应装设适当的泄压或限压装置。放空管：输气站应在进站截断阀上游和出站截断阀下游设置泄压放空设施。输气干线截断阀上、下游均应设置放空管。安全阀：输气站存在超压可能的受压设备和容器，应设置安全阀，安全阀泄放的气体可引入同级压力的放空管线。安全阀的定压应小于或等于受压设备和容器的设计压力。安全阀的定压P0应根据管道最大允许操作压力P确定。当P1.8M
24、Pa时，P0=P+0.18MPa，当1.8MPaP7.5MPa时，P0=1.1MPa，当P7.5MPa时，P0=1.05P。3.3.2.2输气管道的阀门设置输气站均应设置越站旁通越站旁通，进、出站必须设置截断阀截断阀。在发生事故或抢修时，及时切断气源，沿线每隔一定距离应设置线路截断阀。截断阀的位置应选择在地势开阔、地势较高、交通方便的地方。截断阀最大间距依管线所处地区不同而异：在以一级地区为主的管段不大于32km，在以二级地区为主的管段不大于24km，在以三级地区为主的管段不大于16km，在以四级地区为主的管段不大于8km，阀门间距可做调整，使阀门安装在容易接近的地方。燃气管道阀门的选用应符合国家现行有关标准。选用适用于燃气的手动或自动阀门。需要通过清管器或电子检管器的阀门应选用通径阀门。
