城區燃氣管網故障工況適應性分析

梁光川，李慶，彭星煜

西南石油大學石油與天然氣工程學院（四川成都610500）

■質量安全論壇

城區燃氣管網故障工況適應性分析

梁光川，李慶，彭星煜

西南石油大學石油與天然氣工程學院（四川成都610500）

近年來，由于城市人口大幅度增長，工業迅猛發展，導致城區燃氣負荷不斷增加，現有城區燃氣管網供氣能力面臨巨大的挑戰，在此情況下開展城區燃氣管網故障工況適應性分析具有積極意義。建立了M市城區燃氣管網水力計算模型，借助于TGNET水力計算軟件完成了該市城區燃氣管網的故障工況水力計算，分析了城區燃氣管網在故障工況下的適應性。研究結果表明：城區燃氣管網在故障工況下具有很高的適應性，在未來很長一段時間內都能較好地滿足城區燃氣負荷需求。此研究模型與方法能為其他同類型城市燃氣管網故障工況適應性評價提供有效的借鑒。

燃氣負荷；天然氣管網；水力計算模型；故障工況

城市燃氣是城市進程化過程中城區基礎建設的核心組成元素，不但影響到城區居民生活質量的提高、自然環境的保護以及社會環境的穩定，而且事關城市商業和工業的健康穩步發展，影響當地經濟社會的良性發展[1]。城市燃氣現已發展成了國民經濟中占有先導性和全局性地位的基礎產業之一，并且是M市當前重點培育和鼓勵的一項項目[2-6]。

M市位于川中地區，能夠極大地享受川渝管網帶來的方便[7]。近年來，M市城區人口增長迅猛，該市工商業大步發展，城市規劃建設勢頭良好，社會經濟高速發展。城區居民用戶用氣量、工商業用戶用氣需求量保持逐年增加的勢頭，加之該市工業化進程加快，很多化工企業生產過程中需要大量的天然氣作為燃料或原料來加工生產新產品，對燃氣的需求提出了更高的要求。該市燃氣輸配管網系統已經建成運行了多年，在未來城市化發展加快的過程中，現有的城區燃氣管網將有可能不能滿足各類用戶對燃氣的需求，使得該市城區燃氣供需之間產生了不可避免的矛盾。因此，對該市城區燃氣管網系統的適應性開展研究成為了目前亟待解決的關鍵問題。

1 M市城區燃氣管網模型建立

M市城區燃氣管網比較復雜，需要運用專門的水力計算軟件進行模擬，比如TGNET軟件。在復雜環狀天然氣管網水力計算中TGNET軟件能夠顯示出很大的優越性，在天然氣管網水力計算中具有良好的適用性[8-11]，因而選擇TGNET軟件作為分析城區燃氣管網的水力計算軟件。

目前，M市共有供氣點2處，分輸點共15處，以2個供氣點到分輸點的天然氣管網作為研究對象。根據該市天然氣管網的拓撲關系及管網基本數據，以該市當前統計的天然氣需求數據為依據，輸入天然氣物性參數中溫度、燃氣管道參數等數據（表1），以及2個供氣點的出站壓力和分輸點的輸量，借助TGNET軟件建立該市城區燃氣管網的仿真模型。

表1 天然氣物性參數表

2 M市城區燃氣管網供氣點失效工況模擬

根據M市城區燃氣管網實際運行情況，運用TGNET軟件模擬了城市燃氣管網供氣點常見的2種失效工況，M市城區燃氣管網1號配氣站失效情況，如圖1所示。根據圖1所示的水力計算模型，分別計算了在天然氣出站壓力為0.34 MPa下，總供氣量分別為3 115.5、1 041和832 m3/h時，各片區管道節點末端壓力值在城區1號供氣點發生事故前后的變化情況，具體數據見表2。

通過表2可以得出，在M市城市輸配環網中，環網中的某一個供氣點發生事故后，對于M市整個城區民用氣輸配管網的壓力影響不是很大，在保證原始輸量的前提下，各節點處的壓力變化情況非常小，幾乎不會影響到城區居民用戶用氣，并且能夠預測在未來一段時間內M市燃氣管網都能較好地適應城區各類燃氣用戶的用氣需求。

3 M市燃氣管網系統管道失效工況模擬

M市燃氣管網系統管道某一條管道發生故障失效時的水力計算圖，如圖2所示。

根據圖2所示的水力計算模型，分別計算了在天然氣出站壓力為0.34 MPa下，總供氣量分別為3 115.5、1 041和832 m3/h時，各片區管道節點末端壓力值在城區某條燃氣管道發生事故前后的變化情況，具體數據見表3。

通過表3可以得出，在M市城市輸配環網中，環網中的管段發生事故后，對于M市整個城區民用氣輸配管網的壓力影響不是很大，在保證原始輸量的前提下，各節點處的壓力變化情況非常小，幾乎不會影響到城區居民用戶用氣。

表2 事故后燃氣管網節點處壓力數據變化統計表(故障一)

表3 事故后燃氣管網節點處壓力數據變化統計表(故障二)

4 結論及建議

根據對M市城區燃氣管網2種故障工況運用TGNET軟件所進行的模擬計算過程，可得研究結論及建議如下：

1)在城市天然氣管網建設初期，對城市燃氣管網進行合理地規劃，有預見性地采用管徑稍大的天然氣管道以及合理組合管網在目前及將來很長一段時間內能夠很好地滿足城市各類用戶的用氣需求，能夠較好地提高城市天然氣管網的適應性。

2)具有多個供氣點的城市天然氣管網具有較高的供氣適應性。當管網系統中某一個供氣點及某條管道發生故障停輸時，也能較好滿足城區各類用戶的用氣需求。因此，建議在規劃燃氣管網時盡可能設置多個供氣點，保證城市各類用戶能夠安全可靠地用氣。

3)所提供的城市燃氣管網故障工況適應性評價方法，在一定程度上能夠為其他同類型城市燃氣管網的故障工況適應性分析提供相應的借鑒。

4)雖然主要以城市燃氣管網系統為研究對象，但所提供的管網適應性分析方法和思路同樣可以運用于城區供水、供暖以及油氣田地面集輸系統中。

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In recent years,the substantial increase of urban population and the rapid industrial development result in the gas load of cit?ies increasing,the gas supply capacity of the existing urban pipeline network faces enormous challenges,and in this case it is of impor?tant significance to carry out the adaptability analysis of city gas pipeline network in fault condition.The hydraulic calculation model of the gas pipeline network of M city is established,the hydraulic calculation of the gas pipeline network of the city is completed by means of TGNET hydraulic calculation software,and the adaptability of the city gas pipeline network in fault condition is analyzed.The results show that,the gas pipeline network of M city in fault condition is high adaptability,and it can better meet the needs of city gas load for a long time in the future.The research on the model and method can provide effective reference for the adaptability evaluation of the gas pipeline network of other similar cities in fault condition.

gas load;natural gas pipeline network;hydraulic calculation model;fault condition

王梅

2015-12-06

梁光川（1972-），男，博士，教授，主要從事油氣田節能降耗、儲氣庫地面工藝等方面的科研及教學工作。