輸氣管道適應能力模擬計算

摘 要：為了滿足天然氣長輸管道輸氣量和適應能力的要求，以某天然氣管道設計為例，利用TGNET仿真模擬軟件進行管道最大輸氣量模擬計算，地溫對輸氣量的影響的模擬計算和自救時間模擬計算，得出該管道的最大輸氣量是140×108m3/a；地溫對輸氣量成反比影響，管道的末端儲氣量越大，自救時間越長。通過合理控制壓力和溫度等參數，能夠增強管道的適應能力，同時也能減少項目投資。

關鍵詞：天然氣；壓力；地溫；自救；管道

引言

隨著我國石油天然氣工業的迅速發展，天然氣作為一種清潔能源，在目前的能源結構中，占據著舉足輕重的地位。天然氣長輸管道的建設是國內發展的必然趨勢，將天然氣通過長輸管道從原產地輸送到各地用戶，由于距離遠、地形起伏大[1]、壓力波動大、輸氣量變化范圍大等特點，這就使得天然氣長輸管道在各種輸氣工況下所面臨的適應性的問題，文章以某輸氣管線為例進行對其適應能力進行了分析。

1 基礎參數

1.1 天然氣組分

四川境內某長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%，氮氣體積含量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 管線基礎參數

天然氣長輸管道示意圖見圖1。

長輸管道沿線各站場的距離和管徑見表1。

2 長輸管道適應性分析

輸氣工藝計算采用ENERGY SOLUTIONS INTERNATIONAL 公司開發的TGNET[2]、[3]軟件，該軟件主要用于氣體管網進行穩態和瞬態水力分析，包括管徑計算、最大輸氣量計算、管道自救時間計算、用戶用量的波動對整個管道系統的影響等方面，曾應用于西氣東輸、川氣東送管道工程等大型項目[3]。

2.1 最大輸氣量計算

該管道系統設計輸氣量為110×108m3/a，有2個氣源（輸氣首站1和輸氣首站2）和2個用戶（末站）。在計算管道系統最大輸氣量的限制條件有末站1的天然氣的進站壓力不小于8.0MPa，末站2天然氣的進站壓力不小于6.3MPa。輸氣首站1和輸氣首站2的最大外輸壓力是9.5MPa。

計算長輸管道系統最大輸氣量時，將末站（用戶）最小壓力需要和氣源最大供氣壓力設定后，由TGNET軟件算出末站流量，即為管道系統的最大輸氣量。通過計算，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，兩個末站合計下載氣量140×108m3/a，因此，模擬計算該管道的最大外輸氣量140×108m3/a。

2.2 地溫對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。為了比較地溫對管道最大輸氣量的影響，在11℃、15℃、20℃、24℃不同地溫下，計算管道的最大輸氣量，計算結果見表2。

從表2中能夠看出，地溫對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，管道最大輸氣量為141.2×108m3/a，降低了0.63%；地溫為20℃時，管道最大輸氣量為138.3×108m3/a，降低了2.7%；地溫為24℃時，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算

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

使用TEGNET軟件建立動態模擬計算，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，當兩個氣源中斷時，由于管道是貫通的，為滿足外輸要求，兩個末站的壓力最低要求為8.0MPa。通過反復模擬試算，當兩個末站壓力低于8.0MPa時，兩個氣源開始正常供氣。兩個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，原因是此時外輸氣量變小，管道中存在“憋壓”，隨時間變化壓力逐漸變小，第3小時后氣源正常輸氣，此時壓力稍有升高，在3.3小時末站1由原來外輸氣量2857km3/d（10×108m3/a）變為正常輸氣量22857km3/d（80×108m3/a），壓力繼續下降，直到降到8.0MPa，然后壓力升高到正常輸氣量時的壓力8.2MPa，此時末站1達到穩定輸氣狀態。由此可得出自救時間為3.0小時。

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小時達到最大值8.38MPa，此后壓力逐漸降低，在7.5小時壓力最低7.68MPa。此時氣源一直在供氣，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 結束語

通過對天然氣長輸管道的最大輸氣能力、末端儲氣、地溫對輸氣量的影響、管道自救時間的模擬計算和分析，可以得出結論，設定合理的設計參數，可以提高管道的多種工況下的適應能力，以便于滿足用戶的需求。

參考文獻

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

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

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

[4]江國業，吳先策.溫度參數對輸氣管道工藝設計的影響[J].油氣儲運，2010，29（9）：669-672.

作者簡介：蔡志剛（1978-），男，遼寧阜新人，工程師，碩士，研究方向：天然氣儲運與設計工作。