输气管道设计培训

输气管道设计与施工介绍主要内容第1页1.设计前期2.设计深度3.施工1.压力、管径确定2.管材选择3.选线与勘查1.可研深度2.初设深度3.施工图深度项目施工所有阶段全面介绍设计前期任务第2页设计压力的选择与确定管径选择及壁厚的计算输气能力及储气能力要求设计压力的选择第3页设计压力考虑因素起点场站供应压力设计重点确定管道设计压力是否是城市规划区域部分专用管线根据用气压力需要结合储气、输气能力综合比较1.上游压力2.沿线区域3.用户需求4.经济比较*综合考虑所有影响因素确定*设计压力的选择是输气管线设计的基础输气及储气能力第4页输气能力：（GB50251-2003)123储气能力：（GB/T50680-2012)管道储气的定义：在系统的最大运行压力下，通过管道内压力的变化储存燃气的方式计算：输气能力：用高（中）压管道水力计算公式或软件计算长燃（郑重）与哈工大联合开发DOS版水力计算软件-------已经不常用兰州燃气、沈阳煤气热力、甘肃正天科技合作软件川东开发公司工艺设计计算软件中国市政工程西北设计研究院黄珍的天极水力计算软件储气能力：长输管道末端储气计算公式（自编excel文件）)(2211000ZPZPTPTVVmm)(32max2max12max2max11PPPPPm)(32min2min12min2min12PPPPPm管径选择与壁厚计算————以外环天然气高压管网为例第5页方案名称方案一方案二方案三设计压力4.0MPa2.5MPa4.0MPa输气量1049万m3/d1049万m3/d1049万m3/d管径Φ813mmΦ1016mmΦ1016mm首站压力3.50MPa2.2MPa3.5MPa末站压力3.2MPa2.0MPa3.409MPa压降0.3MPa0.2MPa0.091MPa管道规格Φ813×11.9mmΦ1016×8.7mmΦ1016×14.3mm管长115km115km115km工程费用224万元/km204万元/km276万元/km储气能力142.60万m3127.53万m3248.27万m3优点投资低，运行压力较高,能充分利用气源压力，末站交接压力高，满足城市储气调峰需求。运行压力偏低，运行压力较高,能充分利用气源压力，末站交接压力高，储存能力强。缺点无投资稍高、气源压力不能充分利用、储气能力偏低投资高壁厚计算中应注意的几点第6页1.δ=(PD)/(2σsØFt)公式中腐蚀余量等均已考虑在内，只有无缝钢管12.5%负偏差需考虑；2.当量应力校核和管道稳定性校核3.最小壁厚(GB50251/GB50028)注：最小壁厚只是规范组当时提出的极限值，建议在选择壁厚时要比最小壁厚大1~2个级别最小管壁厚度（mm）钢管公称直径最小壁厚钢管公称直径最小壁厚100、1502.5/4.0600、650、7006.5/7.12003.5/4.8750、800、850、9006.5/7.92504.0/4.8950、10008.0/8.73004.5/4.81050、1100、1150、12009.0/9.5350、400、4505.0/5.21300、140011.5500、5506.0/6.41500、160013.0当量应力校核————以外环高压管网为例第7页对于埋地管道必须进行当量应力校核。校核条件为：受约束热胀直管段，按最大剪切应力强度理论计算的当量应力必须满足下式要求：σe=σh-σl0.9σs式中：σe－当量应力，MPa；σh－管内压引起的环向应力，σh＝Pd/(2δ)，MPa；其中，P－设计压力，P＝4.0MPa；d－管子内径，d（mm）；δ－管子壁厚(按最小考虑)，δ＝11.9mm；σl－内压和温度引起的轴向应力，σl＝μσh＋Eα(t1-t2)，MPa；其中：μ－泊桑比，μ＝0.3；E－钢材弹性模量，E＝1.94×105MPa；α－钢材线膨胀系数，α＝1.112×10-5；t1－管道下沟回填时温度，0℃(按保守考虑)；t2—管道的工作温度，最高温度取压缩机出口处温度60℃；σs－管子规定的最小屈服强度，360MPa。对三级地区，使用温度较高的最不利管道进行强度校核：取：t1=0℃(管道施工最低温度)t2=60℃(天然气压缩机站的最高出站温度)经计算：σe=170MPa0.9σs=324MPa；经对不同地区等级采用的钢管进行强度校核，用管均能满足强度要求。管道稳定性校核————以外环高压管网为例第8页为保证刚度要求，输气管道的壁厚均满足GB50251-2003《输气管道工程设计规范》中最小公称壁厚的要求。并经计算分析，管径与厚度（813/11.9＝68）比远小于140。因此，在本项目中钢管不存在圆截面失稳问题，满足管道稳定性的要求。长春市外环高压输气管道全长115km。沿线地区地震烈度均为7度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，设计特征周期值为035s。按照石油天然气行业标准《输油(气)埋地钢质管道抗震设计规范》(SY/T0450-97)的规定，管道通过此地区是安全的，可不采取特殊的抗震措施。注：GB50251-2003中5.1.4条规定，当管道埋设较深和外载荷较大时，应进行管子圆截面失稳性校核，要求钢管水平方向最大变形量不应超过管子外径的3%，详见5.1.4中计算公式。弯头及弯管的管壁厚度计算第9页mbDRDRm244b弯头和弯管的管壁厚度应按下式计算：——弯头或弯管的管壁计算厚度（mm）；——弯头或弯管所连接的直管段管壁计算厚度（mm）；m——弯头或弯管的管壁厚度增大系数；R——弯头或弯管的曲率半径（mm）；D——弯头或弯管的外直径（mm）。管材选择主要考虑因素压力使用地区介质特性温度技术经济比较钢管良好的韧性钢管管材应具备：良好的焊接性能管材选择执行标准第11页《石油天然气工业输送钢管交火技术条件》GB/T9711GB/T8163GB5310GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》《输送流体用无缝钢管》《高压锅炉用无缝钢管》常用管材第12页直缝电阻焊管(ERW)螺旋埋弧焊管(SSAW)直缝埋弧焊管(LSAW)无缝钢管中国最早生产；应用范围最广；生产机组最多（国内2000多家），产量占国内焊管80%左右；规格20~610mm;因其投资少，见效快，应用范围广而发展迅猛。随着板材生产工艺的发展，为其提供了低成本、质量可靠的原料。这部分产品已由流体输送、结构领域向无缝管应用领域的油井管、管线管发展设备投资较少，因采用价格较低的窄带(板)卷连续焊接生产大口径(直径1016至2400mm)焊管，生产工艺简单、运行费用低，具有低成本运行优势。目前，中国油气输送螺旋焊管已形成了以石油系统所属钢管厂为主的基本格局。采用低残余应力成型等先进技术和严格质量控制的螺旋焊管在质量上可与直缝焊管相媲美，是中国油气长输管道工程采用的主要管型。直缝埋弧焊在中国是较晚发展起来的先进制管技术。直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。该焊管机组由于投资相对较大，使用的原材料为成本较高的单张宽厚板，工艺较复杂，生产效率低，产品成本较高。无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成；热轧无缝管外径一般大于32mm，壁厚2.5-200mm，冷轧无缝钢管处径可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外径可到5mm壁厚小于0.25mm，冷轧比热轧尺寸精度高。钢管壁厚精度：与管坯的加热质量，各变形工序的工艺设计参数和调整参数，工具质量及其润滑质量等有关管材钢级第13页L245/APIBL290/X42L320/X46L360/X52GB/T9711GB/T8163GB5310GB6479常用牌号：10#、20G、Q345、Q390、10MoVNb、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo常用牌号：10#、20#、Q295、Q345常用牌号：20G、20MnG、25MnG、15MoG、20MoG、12Cr1MoVG、15CrMoVG、12Cr2MoG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiBL390/X56L415/X60L450/X65L485/X70注：目前已投入生产的X80（L556）级管线钢质量也达到了国际先进水平，X100级及X120管线钢已经研制出来，尚未投入批量生产。选线的基本原则第14页选线是长输管道勘察设计中的一项重要工作。线路的走向、长短和通过的难易程度，对整个输气管道工程的材料消耗、投资和施工都有很大影响。12•大型穿（跨）越地点和输气站址的确定是选线中最重要的工作之一。可以认为，一条输气管线就是起点、终点、输气站址和各穿（跨）越点之间的连线。所以，大型穿（跨）越点和输气站址的选择应服从线路的总走向，在这个前提下，线路的局部走向应服从穿（跨）越点和站址的确定线路勘查第15页它是在设计任务书下达以后，初步设计开始之前，根据踏勘报告选择几个线路方案，加深勘察，为技术经济比较确定最优线路方案提供资料。初步选择首、末站和中间站站址，确定穿（跨）越点。踏勘是在正式设计任务书下达之前进行的，是为进行可行性研究或编制方案设计提供资料。要求提交踏勘报告。它是在初步设计批准后，施工图设计前进行。是根据批准的初步设计和上级审批意见，对全线进行复查、修改。定线和地形测量，并做工程地质和水文地质勘察，尤其要进行输气站和穿（跨）越点的地形测量和地质勘察，取得有关资料，作为施工设计的依据。踏勘初测初步设计勘查定测施工图勘查•注：较小的管道或沿线自然条件简单或工期紧迫时也可简化为踏勘与详细勘察两个阶段。管道设计阶段主要内容第16页可行性研究是分析、评价各种建设方案和生产经营决策的一种科学方法。它要对新建、扩建项目的一些主要问题，如市场需要，资源条件，燃料、动力供应条件，建设规模，以及设备选型等，从技术、经济和工程等方面进行调查研究，分析比较，并对项目建成后可能取得的技术经济效果进行预测。从而提出该项目可否建设和如何进行建设的意见，为项目决策提供可靠的依据。要求提交可行性研究报告。根据可行性研究报告及其审批意见编制设计任务书。设计任务书是编制设计文件的主要依据。可研初设初步设计是在工程项目确立后，根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。它是安排建设项目和组织工程施工的主要依据。深度应满足项目投资包干、招标承包、材料与设备订货、土地征购和施工准备等要求，并能据以编制施工图和总概算。初步设计编制的总概算是控制工程项目总投资的主要依据。设计单位应严格保证设计质量，每项设计要作多方案比较，合理地确定设计方案；设计必须有充分和准确可靠的基础资料施工图施工图勘查是在初步设计批准后，施工图设计前进行。主要是根据批准的初步设计和上级审批意见，对全线进行复查、修改。定线和地形测量，并做工程地质和水文地质勘察，尤其要进行输气站和穿（跨）越点的地形测量和地质勘察，取得有关资料，作为施工设计的依据。可研勘查测绘成果第17页1.线路遥感正射影像图2.2线路走向断面图2.1线路走向示意图3.岩土工程可行性研究勘察报告线路遥感正射影像图线路走向断面线路走向示意图线路走向示意图第22页13456782初步设计阶段数字摄影测量产品注：输气管道初步设计勘察可以不写专门的综合报告书，有关内容可编在初步设计的总说明部分。GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统GIS辅助设计系统施工图勘查（定测）带状地形图定测成果：勘察之后应交付综合勘察报告，主要内容包括：管道及穿跨越点的纵断面图输气站场工程地质勘察报告输气站的地形图等局部成果展示：设计深度第31页•可研•详细按《输气管道工程项目可行性研究报告编制规定》执行•初步设计•详细按《油气管道工程初步设计工作内容及深度规定（第一版）》执行•施工图设计•线路施工图深度没有统一规定•穿越部分按《油气管道穿越工程设计文件编制规定》执行输气管线设计中石油系统有很完善的设计编制规定输气管道施工过程1、设计交桩：由设计单位