某長輸天然氣管道工藝分析

李 朝 陽

（中國石油集團工程設計有限責任公司 西南分公司, 四川 成都 610041）

塔里木盆地天然氣資源儲量豐富，是我國主要的天然氣產地之一。預計到 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的產能規模。經過不斷的探索和總結，各氣田的儲量得到了進一步的落實，并形成了勘探、開發、地面集輸、凈化等系列配套技術，最大限度降低整體開發的風險。

塔里木盆地擁有豐富的天然氣資源，是全國天然氣生產的重要基地。塔中Ⅰ號氣田奧陶系自上往下可分為三套儲蓋組合，第三套儲蓋組合主要發育于塔中I號氣田西部整體開發工程的主建產區。主建產區儲量申報始于2008年，截止2011年1月，區內有中古8、中古43二個探明區塊，周邊為評價、穩產接替區。氣田面積大，油氣當量400×104t/a。建產期3年，第4年開始穩產，穩產期8年。其為塔中地區的開發生產提供了豐富的資源保障，塔中Ⅰ號氣田具備形成復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劃，為促進塔里木盆地天然氣資源的勘探開發，補充西氣東輸工程的天然氣氣源，加快塔中Ⅰ號氣田西部整體開發的建設步伐已十分迫切。本著“整體規劃、分步實施，滾動認識、優化方案，把握節奏、降低風險，創新管理、技術，突出經濟效益” 的總原則進行開發，前景可觀，在工程開發前期需要對投資方案做比選。

1 數學模型[1-7]

1.1 水力計算公式

式中：qv—氣體體積流量（P0=0.101 325 MPa，T=293 K），m3/d；

P1—起點壓力（絕），MPa；

P2—終點壓力（絕），MPa；

d —管道直徑，cm；

Z —氣體的壓縮系數；

Δ—氣體的相對密度；

T —氣體的平均溫度，K；

L —管道長度，km；

a —系數，m－1，a=0.068 3（Δ/(ZT)）；

Δh—終點和起點的標高差，m；

n—沿線高差變化所劃分的計算段數；

hi，hi－1—各分管段終點和起點的標高，m；

LI—各分管段長度，km；

λ—水力摩阻系數。

式中：k—管內壁絕對粗糙度，m；

d—管道內徑，m；

Re —雷諾數。

1.2 沿線溫度計算公式

式中：tx—管道沿線任意點的氣體溫度，℃；

t0—管道埋深處的土壤溫度，℃；

t1—管道計算段起點的氣體溫度，℃；

e—自然對數底數，e=2.718；

x—管道計算段起點至沿線任意點的長度，km；

J—焦爾－湯姆遜效應系數，℃/MPa；

△Px—x長度管段的壓降，MPa

式中：K—輸氣管中氣體到土壤的總傳熱系數，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—氣體的相對密度；

CP—氣體的定壓比熱，J/(kg·℃)。

1.3 壁厚計算公式

式中：δ—鋼管壁厚,mm；

P—設計壓力,MPa；

D—鋼管外徑,mm；

σS—鋼管最低屈服強度,MPa；

φ—焊縫系數；

F—強度設計系數；線路管道取0.6；

C—鋼管腐蝕裕量,mm，本設計取3 mm。

2 工程方案比選

根據規劃，某處理廠有 100×108m3/a的凈化氣產量。臨近該廠有一X處理廠，有每年有3×108m3/a凈化氣通過已建管道外輸，而該管道的最大輸送能力達到了76×108m3/a，因此，可以考慮將部分凈化氣經新建管道通過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

通過計算Y選擇DN400管內流速12.4 m/s，對管道沖蝕作用過大；選擇DN500管道流速5 m/s，造成投資浪費。DN450末點壓力與流速均適合，故Y管道選擇DN450管道。

通過計算可知M管道選擇 DN900管內流速過大，且管內壓力高，在發生停泵事故時，水擊壓力易超設計壓力。故X管道選擇DN1000管道。

2.2 方案2

通過計算Y管道選擇DN550管內流速22 m/s，對管道沖蝕作用過大；選擇700管道流速6 m/s，造成投資浪費。DN600末點壓力與流速均適合，故Y選擇DN600管道。

通過計算可知M管道選擇DN800管內流速過大，且管內壓力高，在發生停泵事故時，水擊壓力易超設計壓力。故Y管道選擇DN900管道。

2.3 方案3

通過計算Y管道選擇DN650管內流速18 m/s，對管道沖蝕作用過大；選擇750管道流速5 m/s，造成投資浪費。DN700末點壓力與流速均適合，故Y管道選擇DN700管道

通過計算可知M管道選擇 DN700管內流速過大，且管內壓力高，在發生停泵事故時，水擊壓力易超設計壓力。故北輪線選擇DN800管道。

經以上分析在滿足工程水力學的基礎上，各推薦管徑均能滿足工程需求。還需對方案進行投資分析。費用因數包括管材、增壓設施、隧道工程、伴行路等。各方案投資表見表1。

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

通過經濟投資分析可知，方案2所需資金最少投資26.83億元，故選擇方案2。

3 結 論

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

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