城市高壓管道儲氣能力分析

盧春茂

摘要：城市高壓輸氣管道是長距離輸氣管線末端的延伸，它具有輸氣和儲氣的雙重功能，在其內(nèi)部流動的氣體由于受到末端用戶用氣規(guī)律的變化呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的流動狀態(tài)。本文分析了城市高壓管道儲氣能力的準(zhǔn)動態(tài)算方法，對高壓管道內(nèi)的不穩(wěn)定工況進(jìn)行了模擬計(jì)算分析比較，并探索了給定調(diào)峰比例的情況下，城市天然氣高壓外環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：城市高壓管道；儲氣能力；準(zhǔn)動態(tài)分析

中圖分類號：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-153-01

前言

長距離輸氣管線工程的建設(shè)是推動我國天然氣下游市場蓬勃發(fā)展的主要因素，天然氣是城市生活及生產(chǎn)的主要能源供應(yīng)，它的消費(fèi)總量在不斷的持續(xù)攀升，城市內(nèi)部供需矛盾也因此而不斷加。大城市高壓輸氣管道是長距離輸氣管線末端的延伸，它具有輸氣和儲氣的雙重功能，在其內(nèi)部流動的氣體由于受到末端用戶用氣規(guī)律的變化呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的流動狀態(tài)。目前，我國多個城市周邊均敷設(shè)了長輸管線，并且通過管線供氣來為城市提供主要?dú)庠?。因此，要合理?yōu)化配置資源，利用上游供氣壓力和城市高壓管道首末壓差，來使城市高壓管道承擔(dān)部分儲氣功能。

1.城鎮(zhèn)天然氣儲氣調(diào)峰概況

在城市中，不同用戶的用氣情況是隨月、日、時而呈不均勻變化的，而城市燃?xì)夤?yīng)的氣源供氣流量變化則不太明顯，這就使燃?xì)猱a(chǎn)生了均勻供氣與不均勻用氣的矛盾，為了使這個矛盾得到有效解決，就必須通過合適的方法讓燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)供需達(dá)到平衡狀態(tài)，儲氣調(diào)峰技術(shù)是城市燃?xì)獠捎玫奶幚砉┬杵胶獾囊环N主要方法，它通過建設(shè)具有一定容積的相應(yīng)數(shù)量的儲氣設(shè)施來調(diào)節(jié)用氣平衡，在用氣處于低峰時，儲存起多余的氣體，在用氣處于高峰時，用釋放氣體的方式來補(bǔ)充管網(wǎng)中所需的不足氣體，通過這種方式可以有效保證下游各類燃?xì)庥脩粲凶銐蛄髁亢驼毫Φ娜細(xì)?。為適應(yīng)用氣量的實(shí)時變化、保證下游用戶用氣量，就要預(yù)測好儲氣量，也就是確定好調(diào)峰量。常用的儲氣調(diào)峰主要有：以高低壓球罐、液化天然氣和高壓管束儲氣調(diào)峰為代表的短期調(diào)峰和以地下儲氣庫和上游氣田調(diào)峰為主的長期調(diào)峰。這些液態(tài)、氣態(tài)或是地上、地下的調(diào)峰技術(shù)都遵循了在用氣低峰時儲存管內(nèi)多余氣體，而在用氣高峰時向管內(nèi)補(bǔ)充所需氣體的基本原理，它們都保證了下游用戶的用氣量需求和用氣設(shè)備前的壓力要求。

2.高壓燃?xì)夤艿纼饽芰τ?jì)算

城市高壓輸氣管道即輸氣管線末端是指最后一個壓縮機(jī)站與城市配氣站之間的管段，它的起點(diǎn)流量是不變的，而終點(diǎn)流量卻是隨時變化的，而且該管段作為長輸管線末端的延伸壓力較高，了解和掌握天然氣負(fù)荷的變化規(guī)律可以有效解決城鎮(zhèn)天然氣供需矛盾，用戶的類型及各類用戶在總用氣負(fù)荷中所占的比例是決定城市燃?xì)庳?fù)荷的變化規(guī)律的主要因素，通常我們采用不均勻系數(shù)法和預(yù)測法兩種方法來推測需用工況的變化規(guī)律，城鎮(zhèn)高壓管道一般根據(jù)下游城市日常用氣負(fù)荷的波動情況來進(jìn)行城市負(fù)荷儲氣能力調(diào)節(jié)，目前高壓燃?xì)夤艿赖膬饧夹g(shù)方法主要有穩(wěn)態(tài)流動方法和不穩(wěn)定流動方法，穩(wěn)態(tài)流動儲氣量的計(jì)算方法比較保守，它一般是通過假定設(shè)置管道的儲氣高峰和低谷點(diǎn)，來計(jì)算管道的平均最高壓力和平均最低壓力。非穩(wěn)態(tài)流動儲氣量的計(jì)算是以非穩(wěn)態(tài)流動工況水力計(jì)算為基礎(chǔ)的，由于管內(nèi)燃?xì)獾姆欠€(wěn)態(tài)流動，使得燃?xì)獾拿芏?、壓力和流量都產(chǎn)生了一定的變化，這就需要運(yùn)用非穩(wěn)態(tài)方法來進(jìn)行計(jì)算。非穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法將管內(nèi)氣體流動看作非穩(wěn)定流動，由于氣體具有波動陛，所以采用準(zhǔn)動態(tài)計(jì)算法，這是一種通過每個小時的穩(wěn)態(tài)計(jì)算來近似替代不穩(wěn)定計(jì)算的方法，這樣基本可以精準(zhǔn)的計(jì)算出不穩(wěn)定流動的氣體的壓力。

3.用于儲氣調(diào)峰的天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

城市管道天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)是保證工業(yè)廠區(qū)的正常生產(chǎn)和居民正常生活的重要因素，由于城市用氣市場需求的增長過快，以及月、日、小時用氣量的不均勻性。天然氣調(diào)峰矛盾日益突出，為了使這個矛盾得到有效解決，就必須設(shè)計(jì)合理有效的儲氣調(diào)峰方案，通過合適的方法讓燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)供需達(dá)到平衡狀態(tài)。在確定城市輸配系統(tǒng)的同時，要結(jié)合城市實(shí)際情況，充分利用城市輸配系統(tǒng)中的高壓管道，根據(jù)調(diào)峰要求，優(yōu)化高壓管道工藝參數(shù)，使其滿足儲氣調(diào)峰要求的同時達(dá)到金屬耗量最小。高壓干線輸氣管道的氣體流態(tài)處于阻力平方區(qū)，因此管道輸氣量一般以威莫斯公式來計(jì)算，通過計(jì)算可知：管道輸氣起點(diǎn)與終點(diǎn)的壓力比s=2時，金屬耗量最小。這種方法僅適用于短距離、無壓縮機(jī)站的輸氣管道，對于沿線有壓縮機(jī)站的輸氣管道則不適用。輸配系統(tǒng)整體方案是由系統(tǒng)中有無高壓管道來制定的，對于系統(tǒng)中需要多點(diǎn)供氣的可以利用高壓管道對多座高中壓調(diào)壓設(shè)施進(jìn)行高壓輸氣：高等級壓力輸氣則適用于分片區(qū)域供氣。在優(yōu)化輸配系統(tǒng)方案的同時，還可以通過減少中壓或次高壓管道以及按期檢查和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的投資、盡量少建設(shè)其他儲氣設(shè)施和增設(shè)高中壓或高次高壓調(diào)壓站的方式來對城市高壓管道管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

4.結(jié)束語

城市高壓輸氣管道是長距離輸氣管線末端的延伸，它具有輸氣和儲氣的雙重功能，在其內(nèi)部流動的氣體由于受到末端用戶用氣規(guī)律的變化呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的流動狀態(tài)。要合理優(yōu)化配置資源，利用上游供氣壓力和城市高壓管道首末壓差，來使城市高壓管道承擔(dān)部分儲氣功能。