長(zhǎng)輸管線輸氣能力簡(jiǎn)便計(jì)算

趙　翔　焦金改　韓　怡

[摘要]以陜西省天然氣股份有限公司長(zhǎng)輸管線為例,介紹利用威莫斯公式對(duì)長(zhǎng)輸管線輸氣能力的簡(jiǎn)便計(jì)算方法,強(qiáng)調(diào)該計(jì)算方法的簡(jiǎn)便、快捷。

[關(guān)鍵詞]長(zhǎng)輸管線 輸氣能力 簡(jiǎn)略計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào):TE8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0810112-01

目前,天然氣行業(yè)對(duì)長(zhǎng)輸管道輸氣能力、各種工況模擬多采用管道模擬軟件進(jìn)行,這樣得到的結(jié)果最為接近真實(shí)情況。但很多時(shí)候,我們不需要利用管道模擬軟件建立一個(gè)模型來(lái)模擬具體的壓力、流量情況,只需要計(jì)算出一個(gè)大致的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)我們的工作方向。所以,簡(jiǎn)便、快捷在此時(shí)就更為重要。下面,我將以我公司靖西一、二線為例,為大家介紹一下管道輸氣能力的簡(jiǎn)便計(jì)算方法。

輸氣干線的水力計(jì)算隨著輸氣系統(tǒng)組成的不同,管道經(jīng)過(guò)地形的差別,輸氣管的水力計(jì)算比較復(fù)雜,詳細(xì)計(jì)算可參考有關(guān)專(zhuān)業(yè)的書(shū)籍,如《輸氣管道工程》、《天然氣工程手冊(cè)》等。

我們?cè)谶x用水力計(jì)算公式時(shí)應(yīng)考慮天然氣管中的流態(tài)和管子本身的粗糙度及氣體的凈化情況,當(dāng)計(jì)算的流態(tài)屬非阻力平方區(qū)時(shí),應(yīng)用前蘇聯(lián)近期公式為宜;對(duì)螺旋焊縫管,宜采用威莫斯公式;對(duì)于新設(shè)計(jì)的大口徑長(zhǎng)輸管道,因管子焊縫處理得好,可認(rèn)為是光滑管,大都采用潘漢德修正式,我國(guó)的長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)規(guī)范也推薦采用此公式①。我公司管道為螺旋焊縫管,故管道輸氣能力計(jì)算公式采用威莫斯公式。根據(jù)管道實(shí)際情況引入系數(shù)K(經(jīng)驗(yàn)值1.065)。因?yàn)槲覀兊囊笫欠奖?、快?只是對(duì)穩(wěn)流狀態(tài)下管道輸氣能力的簡(jiǎn)略計(jì)算,所以不考慮管道沿線高差、溫度等因素的影響。

Q=5033.11Kd8/3[(p12-p22)/(ZΔTL)]1/2

式中:Q-輸氣管流量,m3/d;d-管道內(nèi)徑,cm;p1-輸氣管起點(diǎn)絕對(duì)壓力,MPa;p2-輸氣管終點(diǎn)絕對(duì)壓力,MPa;Δ-天然氣相對(duì)密度;Z-天然氣壓縮系數(shù);T-氣體絕對(duì)溫度,K;L-管道長(zhǎng)度,km。

為了計(jì)算方便,我們可以建立EXCEL表格如下,將場(chǎng)站、公式、沿線參數(shù)帶入表格內(nèi)。

計(jì)算舉例:

1.某段管道自輸氣能力的計(jì)算。以靖邊-涇河一線管道為例,將此區(qū)間距離449.4km、靖邊設(shè)計(jì)壓力4.5MPa、涇河設(shè)計(jì)壓力2.75MPa代入表中,可以得出此段管線輸氣量為140萬(wàn)方/日。但這并不是一線的自然輸氣能力,因我公司還接受長(zhǎng)慶三凈來(lái)氣,若一線由三凈進(jìn)氣,因化子坪設(shè)計(jì)壓力為5.4MPa,化子坪涇河管段距離更近而壓差更大,計(jì)算化子坪-涇河輸氣量,可以得出一線自然輸氣能力為202萬(wàn)方/日。

2.開(kāi)啟壓縮機(jī)時(shí),管道的輸氣能力的計(jì)算。輸氣干線與壓氣站是一個(gè)統(tǒng)一體,壓氣站是輸氣管道系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分,兩者的工況緊密相聯(lián)、互相制約、互相影響,某管段或壓氣站工況變化將會(huì)引起整條管線甚至與之相連的整個(gè)供氣系統(tǒng)的工況變化。以延安壓氣站對(duì)二線加壓為例,延安壓氣站內(nèi)四臺(tái)壓縮機(jī),每臺(tái)排氣量為230-300萬(wàn)方/日、進(jìn)氣壓力低限為2.7MPa、排氣壓力高限為5.8MPa,壓比1.3。若要計(jì)算延安壓氣站對(duì)二線加壓時(shí)的二線輸氣能力,將延安出站5.8MPa、涇河2.75MPa代入,得到輸氣量為631萬(wàn)方/日,但因壓縮機(jī)壓比限制,此時(shí)進(jìn)站壓力不能低于4.46MPa,計(jì)算得到靖邊延安段輸氣量為112萬(wàn)方/日,上下游輸氣量不匹配,故此工況不存在,需要調(diào)整壓力數(shù)值至匹配為止。

經(jīng)過(guò)調(diào)整計(jì)算,當(dāng)延安站進(jìn)氣壓力為3.69MPa,排氣壓力為4.8MPa時(shí),上下游輸氣量均為485萬(wàn)方/日,此即為二線在延安壓氣站加壓下的輸氣能力。與此類(lèi)似,我們可以計(jì)算出3座加氣站中的每一個(gè)對(duì)某條管線加壓時(shí)的輸氣量,但每條管線的輸氣能力必然是某幾個(gè)壓氣站聯(lián)合運(yùn)行的結(jié)果。

3.一二線某段管道故障時(shí)全線自輸氣能力的計(jì)算。對(duì)于任何一個(gè)利用管道輸送介質(zhì)的公司來(lái)說(shuō),單一的管道是最缺乏安全保證的,一旦其中某段管道甚至某個(gè)管件出現(xiàn)故障,如不能在一定時(shí)間內(nèi)修復(fù),都必然將影響到對(duì)下游的供應(yīng)。兩條管道就可以很好的避免這種情況的發(fā)生,除非有不可抗因素的出現(xiàn)。那么,在兩條管道同時(shí)輸送介質(zhì)的情況下,假設(shè)其中某段發(fā)生故障,介質(zhì)還可以由另外一邊繼續(xù)輸送,計(jì)算出管線此時(shí)的輸氣能力,才能確定下游維持正常供應(yīng)的時(shí)間即搶修時(shí)間。下面,就以一線化子坪-延安段故障為例計(jì)算此時(shí)全線自然輸氣能力。

當(dāng)一線化子坪-延安段發(fā)生故障時(shí),全線的輸氣能力受制于二線化子坪延安段的輸氣量,此段管道的最大輸氣量即為全線的輸氣能力。這樣,我們就需要將全線分為三段計(jì)算,即靖邊化-子坪一二線的輸氣量、化子坪-延安二線的輸氣量、延安-涇河一二線的輸氣量。

計(jì)算時(shí),將靖邊設(shè)計(jì)壓力4.5MPa,涇河設(shè)計(jì)壓力2.75MPa代入,經(jīng)過(guò)調(diào)整計(jì)算,得到當(dāng)化子坪站壓力4.28MPa、延安站3.93MPa時(shí),上下游三段管道輸氣量均為480萬(wàn)方/日,此即為當(dāng)靖邊、涇河都處于設(shè)計(jì)壓力點(diǎn)的情況下化子坪-延安段發(fā)生故障時(shí)的一二線全線自然輸氣能力。當(dāng)然,具體計(jì)算時(shí)長(zhǎng)輸管線首尾壓力不可能正好處于設(shè)計(jì)壓力點(diǎn),將實(shí)際壓力代入計(jì)算即可。

例3是計(jì)算了一二線某段管道故障時(shí)全線的自然輸氣能力,若要計(jì)算某段故障時(shí)全線最大的輸氣能力,必然需要將壓氣站考慮在內(nèi),進(jìn)一步分析輸氣管道和壓氣站的聯(lián)合工況。與例2類(lèi)似,計(jì)算時(shí)需要將每個(gè)壓氣站的壓縮機(jī)的排量、進(jìn)出口設(shè)計(jì)壓力、壓比等因素考慮在內(nèi),在這里就不贅述了。

總結(jié):以上,就是利用威莫斯公式對(duì)管道輸氣能力的簡(jiǎn)便計(jì)算,因?yàn)橹皇谴致杂?jì)算,所以計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在一定誤差。但是因?yàn)槠涫褂梅浅１憬?在很多不方便使用管道模擬軟件或者只需要一個(gè)大概數(shù)值的時(shí)候更節(jié)約時(shí)間,故仍有一定應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然,如果需要精細(xì)計(jì)算,還是選擇管道模擬軟件更為實(shí)際。

注釋:

①摘自《輸氣管道工程》.

參考文獻(xiàn):

[1]徐文淵、蔣長(zhǎng)安,《天然氣利用手冊(cè)》,中國(guó)石化出版社,2001.

[2]王志昌,《輸氣管道工程》,石油工業(yè)出版社,1997.