天然氣長輸管道放空時間的探討

韋煥杰 （中石化石油工程設計有限公司 山東 東營 257026）

天然氣長輸管道放空時間的探討

韋煥杰 （中石化石油工程設計有限公司 山東 東營 257026）

本文首先對長輸管道內天然氣放空所需要的時間進行計算方式的推導，并與其他計算方式進行比較分析，得出最優計算方式。為今后的生產調度與事故搶修等工作的組織與開展，提供有效的理論依據。

天然氣；放空量；放空時間

一、前言

天然氣管道長輸是天然氣工業的基礎產業之一，其安全性、環保性以及高效性一直備受關注。因而天然氣長輸管道的科學生產管理，保證輸氣的平穩，預防發生事故，并能在突發事故出現后，將事故損失減到最小，這是一個非常值得探討的課題[1]。本文首先對管道內天然氣放空所需要的時間進行演算推理，得到相應的計算公式，再結合工程實際情況，與通過其他計算方式得到的結果進行比較，得出最終結論，從而為今后的生產調度，事故搶修等工作的組織與開展，提供有效的理論依據。

二、放空時間推導

由氣體狀態方程

（1）

得（2）

假設放空前管道內壓力為，放空后管道內壓力為，則：

放空量（3）

按0.5馬赫流速核定的流量，由，假設放空速度保持恒定，由放空量除以放空速度可得到放空時間：

（4）

式中：t——放空時間（s）；

——放空管道的體積（m3）；

d——放空總管內徑(m)；

——放空前管道內壓力（M Pa）；

——放空后管道內壓力（M Pa）；

——標準大氣壓力，0.101325M Pa。

《天然氣長輸管道工程設計》[2]中提到，放空管徑通常為輸氣干線直徑的1/3-1/2。假設某段管道設計壓力為4.0M Pa，管徑為φ914×11mm，閥室間距為24km，放空管管徑取φ323.9×10mm，將管內天然氣全部放空，直到與大氣壓力相同，根據（4）式計算得出的放空時間為6.6h。

三、《天然氣長輸管道工程設計》的計算方式

在《天然氣長輸管道工程設計》[2]中，放空時閥門全部打開，因而放空時間計算公式為：

（5）

式中：t—放空時間/s；

—選擇系數：理想孔F為1.0，直通閘閥F為1.6，普通閘閥F為1.8，涂潤滑脂旋塞閥F為2.0；

—管道放空的初始壓力/M Pa；

—管道的內徑/mm；

—天然氣的相對密度；

—截斷閥的間距/km；

d—為放空總管內徑(mm)

根據（5）式，選用普通閘閥計算，得放空時間為1h，此時平均放空速度58.5×104/h，放空管流速遠不止0.5馬赫，因此實施上無法實現。

四、其他計算方式

文獻《對管線內天然氣放空時間及放空量的探討》[1]中，推導了放空時間的計算公式：

（6）

式中：t—放空需要的時間/s；

—放空管道的體積/m3；

M—放空氣體相對分子質量；

R—848K g×m/K g×K；

K—絕熱指數；K=CP/CV，對于天然氣：K為1.3，對于空氣：K 為1.4；

F—放空閥全開時的截面積/M2；

μ—閥門開度；根據閥門開啟高度計管徑之比（h/d）查圖。

P1—放空前管道內絕對壓力/M Pa；

P2—放空后管道內的絕對壓力/M Pa；

T—管線溫度/K，g為9.8；

Z—天然氣的壓縮系數。

根據（6）式，放空閥全開時截面積按0.07M 2考慮，管線溫度20℃，天然氣壓縮系數取0.7，算的放空時間為1.2h，此時平均放空速度47.4×104/h，放空管流速亦遠超0.5馬赫。

五、結論

GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》[3]中對放空火炬出口的馬赫數有如下規定：當站內發生事故時，需要將原料或產品氣體全部排放，按照最大的排放量計算，馬赫數可以取到0.5。”通過三種計算方式的結果分析，（5）式、（6）式的計算結果的馬赫數偏大，筆者建議采用（4）式對長輸天然氣管道的最小放空時間進行估算。得出放空時間，當事故發生時，業主根據自身的搶維修能力及長輸管道用戶重要性的不同，及時組織搶維修工作。

［1］孔吉文，對管線內天然氣放空時間及放空量的探討，石油化工應用，2005，1672-3058（2005）03-03

［2］中國石油天然氣總公司，石油地面工程設計手冊：天然氣長輸管道工程設計。山東東營.石油大學出版社，1995

［3］GB 50183-2004,石油天然氣工程設計防火規范