輸氣管道適應(yīng)能力模擬計(jì)算

摘 要：為了滿足天然氣長(zhǎng)輸管道輸氣量和適應(yīng)能力的要求，以某天然氣管道設(shè)計(jì)為例，利用TGNET仿真模擬軟件進(jìn)行管道最大輸氣量模擬計(jì)算，地溫對(duì)輸氣量的影響的模擬計(jì)算和自救時(shí)間模擬計(jì)算，得出該管道的最大輸氣量是140×108m3/a；地溫對(duì)輸氣量成反比影響，管道的末端儲(chǔ)氣量越大，自救時(shí)間越長(zhǎng)。通過合理控制壓力和溫度等參數(shù)，能夠增強(qiáng)管道的適應(yīng)能力，同時(shí)也能減少項(xiàng)目投資。

關(guān)鍵詞：天然氣；壓力；地溫；自救；管道

引言

隨著我國(guó)石油天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，天然氣作為一種清潔能源，在目前的能源結(jié)構(gòu)中，占據(jù)著舉足輕重的地位。天然氣長(zhǎng)輸管道的建設(shè)是國(guó)內(nèi)發(fā)展的必然趨勢(shì)，將天然氣通過長(zhǎng)輸管道從原產(chǎn)地輸送到各地用戶，由于距離遠(yuǎn)、地形起伏大[1]、壓力波動(dòng)大、輸氣量變化范圍大等特點(diǎn)，這就使得天然氣長(zhǎng)輸管道在各種輸氣工況下所面臨的適應(yīng)性的問題，文章以某輸氣管線為例進(jìn)行對(duì)其適應(yīng)能力進(jìn)行了分析。

1 基礎(chǔ)參數(shù)

1.1 天然氣組分

四川境內(nèi)某長(zhǎng)輸管道輸送的商品天然氣組分包括：甲烷體積含量97.018%，乙烷體積含量0.152%，丙烷體積含量0.04%，氮?dú)怏w積含量0.756%，氦氣體積含量0.017%，氫氣體積含量0.027%，二氧化碳體積含量1.99%；硫化氫含量小于6mg/m3，總含硫量小于200mg/m3。

1.2 管線基礎(chǔ)參數(shù)

天然氣長(zhǎng)輸管道示意圖見圖1。

長(zhǎng)輸管道沿線各站場(chǎng)的距離和管徑見表1。

2 長(zhǎng)輸管道適應(yīng)性分析

輸氣工藝計(jì)算采用ENERGY SOLUTIONS INTERNATIONAL 公司開發(fā)的TGNET[2]、[3]軟件，該軟件主要用于氣體管網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)水力分析，包括管徑計(jì)算、最大輸氣量計(jì)算、管道自救時(shí)間計(jì)算、用戶用量的波動(dòng)對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)的影響等方面，曾應(yīng)用于西氣東輸、川氣東送管道工程等大型項(xiàng)目[3]。

2.1 最大輸氣量計(jì)算

該管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸氣量為110×108m3/a，有2個(gè)氣源（輸氣首站1和輸氣首站2）和2個(gè)用戶（末站）。在計(jì)算管道系統(tǒng)最大輸氣量的限制條件有末站1的天然氣的進(jìn)站壓力不小于8.0MPa，末站2天然氣的進(jìn)站壓力不小于6.3MPa。輸氣首站1和輸氣首站2的最大外輸壓力是9.5MPa。

計(jì)算長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)最大輸氣量時(shí)，將末站（用戶）最小壓力需要和氣源最大供氣壓力設(shè)定后，由TGNET軟件算出末站流量，即為管道系統(tǒng)的最大輸氣量。通過計(jì)算，末站1最小壓力需要8.0MPa，下載氣量95×108m3/a，末站2最小壓力需要6.3PMa，下載氣量45×108m3/a，兩個(gè)末站合計(jì)下載氣量140×108m3/a，因此，模擬計(jì)算該管道的最大外輸氣量140×108m3/a。

2.2 地溫對(duì)管道最大輸氣量的影響

管道埋深為管頂距地面1m左右，所處地溫變化范圍在11℃～24℃之間。為了比較地溫對(duì)管道最大輸氣量的影響，在11℃、15℃、20℃、24℃不同地溫下，計(jì)算管道的最大輸氣量，計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2中能夠看出，地溫對(duì)管道最大輸氣量有一定的影響。以11℃地溫的管道最大輸氣量142.1×108m3/a作比較：地溫為15℃時(shí)，管道最大輸氣量為141.2×108m3/a，降低了0.63%；地溫為20℃時(shí)，管道最大輸氣量為138.3×108m3/a，降低了2.7%；地溫為24℃時(shí)，管道最大輸氣量為137.1×108m3/a，降低了3.5%[4]，由此可以得出結(jié)論，輸氣管道的最大輸氣量隨著溫度上升而降低。

2.3 管道自救能力模擬計(jì)算

自救時(shí)間是指當(dāng)上游氣田出現(xiàn)事故或者壓氣站發(fā)生事故停輸，氣源被切斷時(shí)，利用該管道自身的儲(chǔ)氣能力，保證下游用戶的最低需求量下的供氣時(shí)間。本文管道自救能力分析只考慮氣源中斷一種情況。由于管道是兩個(gè)氣源進(jìn)氣，兩個(gè)輸氣站外輸天然氣，所以氣源中斷存在幾個(gè)方面。本文考慮氣源1和氣源2同時(shí)中斷。

使用TEGNET軟件建立動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，末站1保證外輸天然氣10×108m3/a（正常外輸氣量是80×108m3/a），末站2保證外輸天然氣5×108m3/a（正常外輸氣量是30×108m3/a）。輸氣首站1正常供氣量為30×108m3/a，輸氣首站2正常供氣量為80×108m3/a，末站1要求正常供氣壓力為8.2MPa，末站2要求正常供氣壓力為6.3MPa，當(dāng)兩個(gè)氣源中斷時(shí)，由于管道是貫通的，為滿足外輸要求，兩個(gè)末站的壓力最低要求為8.0MPa。通過反復(fù)模擬試算，當(dāng)兩個(gè)末站壓力低于8.0MPa時(shí)，兩個(gè)氣源開始正常供氣。兩個(gè)末站的流量和壓力曲線圖見圖2～5。

從圖3中可以看出，氣源中斷后，壓力由正常壓力的8.2MPa逐漸升高，30分鐘后，壓力升到最大值8.67MPa，原因是此時(shí)外輸氣量變小，管道中存在“憋壓”，隨時(shí)間變化壓力逐漸變小，第3小時(shí)后氣源正常輸氣，此時(shí)壓力稍有升高，在3.3小時(shí)末站1由原來外輸氣量2857km3/d（10×108m3/a）變?yōu)檎］敋饬?2857km3/d（80×108m3/a），壓力繼續(xù)下降，直到降到8.0MPa，然后壓力升高到正常輸氣量時(shí)的壓力8.2MPa，此時(shí)末站1達(dá)到穩(wěn)定輸氣狀態(tài)。由此可得出自救時(shí)間為3.0小時(shí)。

從圖5中可以看出，氣源中斷后，壓力由正常壓力的7.77MPa逐漸增加，1.2小時(shí)達(dá)到最大值8.38MPa，此后壓力逐漸降低，在7.5小時(shí)壓力最低7.68MPa。此時(shí)氣源一直在供氣，壓力逐漸向正常壓力接近，因此末站2能滿足天然氣輸送要求。

4 結(jié)束語

通過對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道的最大輸氣能力、末端儲(chǔ)氣、地溫對(duì)輸氣量的影響、管道自救時(shí)間的模擬計(jì)算和分析，可以得出結(jié)論，設(shè)定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以提高管道的多種工況下的適應(yīng)能力，以便于滿足用戶的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]田云祥，呂莉，王志宏.靖西輸氣管道主要環(huán)境影響因素分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2007，26（11）：59-61.

[2]姚麟昱，駱彬，孟慶華.TGNET仿真軟件敏感參數(shù)研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2011（2）：10-12.

[3]杜培恩，劉建武.SPS與TGNET軟件在輸氣工藝計(jì)算應(yīng)用中的差異[J].石油工程建設(shè)，2009，35（3）：19-21.

[4]江國(guó)業(yè)，吳先策.溫度參數(shù)對(duì)輸氣管道工藝設(shè)計(jì)的影響[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29（9）：669-672.

作者簡(jiǎn)介：蔡志剛（1978-），男，遼寧阜新人，工程師，碩士，研究方向：天然氣儲(chǔ)運(yùn)與設(shè)計(jì)工作。