某長(zhǎng)輸天然氣管道工藝分析

李 朝 陽(yáng)

（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 西南分公司, 四川 成都 610041）

塔里木盆地天然氣資源儲(chǔ)量豐富，是我國(guó)主要的天然氣產(chǎn)地之一。預(yù)計(jì)到 2020年，大北氣田、克深氣田、克拉2氣田將順利建成，具有300×108m3/a的產(chǎn)能規(guī)模。經(jīng)過(guò)不斷的探索和總結(jié)，各氣田的儲(chǔ)量得到了進(jìn)一步的落實(shí)，并形成了勘探、開(kāi)發(fā)、地面集輸、凈化等系列配套技術(shù)，最大限度降低整體開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

塔里木盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源，是全國(guó)天然氣生產(chǎn)的重要基地。塔中Ⅰ號(hào)氣田奧陶系自上往下可分為三套儲(chǔ)蓋組合，第三套儲(chǔ)蓋組合主要發(fā)育于塔中I號(hào)氣田西部整體開(kāi)發(fā)工程的主建產(chǎn)區(qū)。主建產(chǎn)區(qū)儲(chǔ)量申報(bào)始于2008年，截止2011年1月，區(qū)內(nèi)有中古8、中古43二個(gè)探明區(qū)塊，周邊為評(píng)價(jià)、穩(wěn)產(chǎn)接替區(qū)。氣田面積大，油氣當(dāng)量400×104t/a。建產(chǎn)期3年，第4年開(kāi)始穩(wěn)產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)期8年。其為塔中地區(qū)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供了豐富的資源保障，塔中Ⅰ號(hào)氣田具備形成復(fù)式大油氣田或油氣田群的有利條件。

按照股份公司的整體規(guī)劃，為促進(jìn)塔里木盆地天然氣資源的勘探開(kāi)發(fā)，補(bǔ)充西氣東輸工程的天然氣氣源，加快塔中Ⅰ號(hào)氣田西部整體開(kāi)發(fā)的建設(shè)步伐已十分迫切。本著“整體規(guī)劃、分步實(shí)施，滾動(dòng)認(rèn)識(shí)、優(yōu)化方案，把握節(jié)奏、降低風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)新管理、技術(shù)，突出經(jīng)濟(jì)效益” 的總原則進(jìn)行開(kāi)發(fā)，前景可觀，在工程開(kāi)發(fā)前期需要對(duì)投資方案做比選。

1 數(shù)學(xué)模型[1-7]

1.1 水力計(jì)算公式

式中：qv—?dú)怏w體積流量（P0=0.101 325 MPa，T=293 K），m3/d；

P1—起點(diǎn)壓力（絕），MPa；

P2—終點(diǎn)壓力（絕），MPa；

d —管道直徑，cm；

Z —?dú)怏w的壓縮系數(shù)；

Δ—?dú)怏w的相對(duì)密度；

T —?dú)怏w的平均溫度，K；

L —管道長(zhǎng)度，km；

a —系數(shù)，m－1，a=0.068 3（Δ/(ZT)）；

Δh—終點(diǎn)和起點(diǎn)的標(biāo)高差，m；

n—沿線高差變化所劃分的計(jì)算段數(shù)；

hi，hi－1—各分管段終點(diǎn)和起點(diǎn)的標(biāo)高，m；

LI—各分管段長(zhǎng)度，km；

λ—水力摩阻系數(shù)。

式中：k—管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度，m；

d—管道內(nèi)徑，m；

Re —雷諾數(shù)。

1.2 沿線溫度計(jì)算公式

式中：tx—管道沿線任意點(diǎn)的氣體溫度，℃；

t0—管道埋深處的土壤溫度，℃；

t1—管道計(jì)算段起點(diǎn)的氣體溫度，℃；

e—自然對(duì)數(shù)底數(shù)，e=2.718；

x—管道計(jì)算段起點(diǎn)至沿線任意點(diǎn)的長(zhǎng)度，km；

J—焦?fàn)枺瓬愤d效應(yīng)系數(shù)，℃/MPa；

△Px—x長(zhǎng)度管段的壓降，MPa

式中：K—輸氣管中氣體到土壤的總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；D—輸氣管外徑，m；

qv—輸氣管流量（P0=0.101 325 MPa，T=293 K），m3/d；

Δ—?dú)怏w的相對(duì)密度；

CP—?dú)怏w的定壓比熱，J/(kg·℃)。

1.3 壁厚計(jì)算公式

式中：δ—鋼管壁厚,mm；

P—設(shè)計(jì)壓力,MPa；

D—鋼管外徑,mm；

σS—鋼管最低屈服強(qiáng)度,MPa；

φ—焊縫系數(shù)；

F—強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)；線路管道取0.6；

C—鋼管腐蝕裕量,mm，本設(shè)計(jì)取3 mm。

2 工程方案比選

根據(jù)規(guī)劃，某處理廠有 100×108m3/a的凈化氣產(chǎn)量。臨近該廠有一X處理廠，有每年有3×108m3/a凈化氣通過(guò)已建管道外輸，而該管道的最大輸送能力達(dá)到了76×108m3/a，因此，可以考慮將部分凈化氣經(jīng)新建管道通過(guò)X管道輸送至輪南西氣東輸首站，但需新建Y管道。其余部分凈化氣通過(guò)新建M管道輸送。可以分3種方案輸送某廠處理后天然氣，方案分別為：通過(guò)Y管道輸送20×108m3/a 、50×108m3/a 、73×108m3/a的凈化氣到X管道首站。

2.1 方案1

通過(guò)計(jì)算Y選擇DN400管內(nèi)流速12.4 m/s，對(duì)管道沖蝕作用過(guò)大；選擇DN500管道流速5 m/s，造成投資浪費(fèi)。DN450末點(diǎn)壓力與流速均適合，故Y管道選擇DN450管道。

通過(guò)計(jì)算可知M管道選擇 DN900管內(nèi)流速過(guò)大，且管內(nèi)壓力高，在發(fā)生停泵事故時(shí)，水擊壓力易超設(shè)計(jì)壓力。故X管道選擇DN1000管道。

2.2 方案2

通過(guò)計(jì)算Y管道選擇DN550管內(nèi)流速22 m/s，對(duì)管道沖蝕作用過(guò)大；選擇700管道流速6 m/s，造成投資浪費(fèi)。DN600末點(diǎn)壓力與流速均適合，故Y選擇DN600管道。

通過(guò)計(jì)算可知M管道選擇DN800管內(nèi)流速過(guò)大，且管內(nèi)壓力高，在發(fā)生停泵事故時(shí)，水擊壓力易超設(shè)計(jì)壓力。故Y管道選擇DN900管道。

2.3 方案3

通過(guò)計(jì)算Y管道選擇DN650管內(nèi)流速18 m/s，對(duì)管道沖蝕作用過(guò)大；選擇750管道流速5 m/s，造成投資浪費(fèi)。DN700末點(diǎn)壓力與流速均適合，故Y管道選擇DN700管道

通過(guò)計(jì)算可知M管道選擇 DN700管內(nèi)流速過(guò)大，且管內(nèi)壓力高，在發(fā)生停泵事故時(shí)，水擊壓力易超設(shè)計(jì)壓力。故北輪線選擇DN800管道。

經(jīng)以上分析在滿足工程水力學(xué)的基礎(chǔ)上，各推薦管徑均能滿足工程需求。還需對(duì)方案進(jìn)行投資分析。費(fèi)用因數(shù)包括管材、增壓設(shè)施、隧道工程、伴行路等。各方案投資表見(jiàn)表1。

表1 總投資比選表Table 1 Total investment choose table

通過(guò)經(jīng)濟(jì)投資分析可知，方案2所需資金最少投資26.83億元，故選擇方案2。

3 結(jié) 論

在充分利用現(xiàn)有管道輸送能力的基礎(chǔ)上，并滿足最低投資的前提下，通過(guò)英輪管道輸送 50×108m3/a的大北凈化氣，投資最低27.25億元。

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