靖西天然氣管道末段儲(chǔ)氣調(diào)峰分析

田光 焦金改 鬲麗華（陜西省天然氣股份有限公司，陜西西安710016）

靖西天然氣管道末段儲(chǔ)氣調(diào)峰分析

田光 焦金改 鬲麗華（陜西省天然氣股份有限公司，陜西西安710016）

針對天然氣管道末段平穩(wěn)供氣和不穩(wěn)定用氣之間的矛盾，管道末段利用管道本身的儲(chǔ)氣能力給下游用戶調(diào)峰。為了深入研究管道末段儲(chǔ)氣量是否滿足實(shí)時(shí)調(diào)峰量的需求，探討了靖西天然氣管道末段儲(chǔ)氣調(diào)峰原理。并建立了復(fù)雜輸氣管道非線性方程組，得出穩(wěn)定過程的輸氣公式，該式反映出任意點(diǎn)壓力和流量的關(guān)系，由此推導(dǎo)出輸氣管道末段儲(chǔ)氣量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。結(jié)合靖西天然氣輸氣管道末段實(shí)際管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，列舉兩種工況，數(shù)值計(jì)算得到靖西天然氣管道末段全天儲(chǔ)氣量的變化，總結(jié)了提高靖西線管道末段儲(chǔ)氣調(diào)峰能力的方法。結(jié)果表明：提高起點(diǎn)壓力，增加儲(chǔ)氣庫及聯(lián)絡(luò)線，有效地提高了靖西天然氣管道末段的儲(chǔ)氣量，增強(qiáng)了調(diào)峰能力。

天然氣管道末段儲(chǔ)氣調(diào)峰數(shù)值模擬儲(chǔ)氣規(guī)律

1　管道末端儲(chǔ)氣調(diào)峰數(shù)學(xué)模型的建立

假設(shè)在儲(chǔ)氣高峰點(diǎn)時(shí)黃陵站出站最高壓力為P1max，在用氣高峰點(diǎn)時(shí)西安分輸站進(jìn)站最低壓力為P2min。假設(shè)上游輸氣量穩(wěn)定，P1max決定的管道沿線狀態(tài)Pmax的管道容積為Vmax，由終點(diǎn)最低允許壓力P2min決定的管道沿線狀態(tài)Pmin的管道容積為Vmin。則該狀況下輸氣管道末段管段儲(chǔ)氣量為［2］：

其中，推導(dǎo)輸氣管道不穩(wěn)定流動(dòng)方程組（3）、（4）：

同理，將第二種邊界條件P（x）=P（L）=P2，當(dāng)P2=P2min時(shí)，有P （L）=P2min代入方程組可得

將（2）、（6）、（7）代入（1）中，整理可得管道末段管段儲(chǔ)氣量表達(dá)式：

式中：V—輸氣管末段的儲(chǔ)氣量，m3；Vmax—輸氣管末段儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)的儲(chǔ)氣量，m3；Vmin—輸氣管末段儲(chǔ)氣開始時(shí)的儲(chǔ)氣量，m3；L—輸氣管末段的長度，m；P—?dú)怏w壓力，P0=101325Pa；T—?dú)怏w溫度，K；Z—壓縮因子；Q—?dú)怏w流量，m3/s；Q1、Q2—起點(diǎn)站、終點(diǎn)站流出、流入的氣體流量，m3/s；qi—沿線分輸氣量，m3/s；d—輸氣管道的直徑，m。各下標(biāo)為0的參數(shù)，為天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)，無下標(biāo)的參數(shù)為管道運(yùn)行狀態(tài)下參數(shù)。

2　管道末端儲(chǔ)氣量的計(jì)算及數(shù)值模擬

2.1黃陵壓氣站到西安分輸站沿線的負(fù)荷分布

圖1　靖西線管道末端管網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

天然氣從黃陵壓氣站分兩條管路輸送到到西安分輸站X，HCX段（管徑為426mm）為自然輸氣，HEX段（管徑為610mm）可加壓輸氣，兩條管線沿線A、B、C、D、E、F點(diǎn)都有分輸氣量，兩條管線同時(shí)給西安分輸站供氣。

2.2對HCX段和HEX段進(jìn)行數(shù)值模擬

工況一：黃陵壓氣站開啟天然氣壓縮機(jī)，HEX段加壓輸氣，HCX段自然輸氣，SE與HEX分開運(yùn)行，A、B、C、D、F處分銷氣量，以上工況和表1數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過公式（8）計(jì)算HCX段、HEX段的儲(chǔ)氣量如表1。

表1　全天HCX段和HEX段壓力

黃陵壓氣站以穩(wěn)定流量輸出，HCX起點(diǎn)輸出氣量為630萬方/日，HEX起點(diǎn)輸出氣量為150萬方/日。圖2中，儲(chǔ)存量呈上升趨勢時(shí)說明供氣量高于用氣量，儲(chǔ)存值呈下降趨勢時(shí)說明供氣量小于用氣量。當(dāng)日20：00末站X處壓力達(dá)到最低，用氣量達(dá)到最大值，之后X末站壓力開始反彈，全線用氣量也下降。因此，認(rèn)為20：00天然氣管道末端開始儲(chǔ)氣，到早上6：00儲(chǔ)氣量達(dá)到最大，兩條管線的儲(chǔ)氣量為28萬方，6：00過后儲(chǔ)氣量大幅回落，在8：00—18：00期間，儲(chǔ)氣量在18：00達(dá)到最低，只有10萬方。

圖2　管道末段儲(chǔ)氣量與時(shí)間變化曲線

工況二：黃陵壓氣站未開天然氣壓縮機(jī)，在用氣高峰期時(shí)段14：00—23：00，SE與HEX連通，并控制SE出口壓力不大于3.0Mpa，提高HEX段供氣壓力，A、B、C、D、F處分銷氣量，通過公式（8）、（9）對表2中管段參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，HCX段和HEX段的儲(chǔ)氣量如表2。

表2　全天HCX段和HEX段壓力

見圖3，當(dāng)日22：00X末站壓力達(dá)到最低，用氣量達(dá)到最大值，之后X末站壓力開始反彈，用氣量也下降。因此，認(rèn)為22：00天然氣管道末端開始儲(chǔ)氣，到早上4：00儲(chǔ)氣量達(dá)到最大，兩條管線儲(chǔ)氣量達(dá)到18萬方，在6：00—20：00期間，儲(chǔ)氣量降低，14點(diǎn)達(dá)到第一個(gè)低點(diǎn)，20點(diǎn)達(dá)到第二個(gè)低點(diǎn)。在14：00—20：00期間，天然氣管道末端儲(chǔ)氣量均值為3萬方/時(shí)，最小值為1.5萬方/時(shí)，X站在此期間所需調(diào)峰氣量均值為7000方/時(shí)，最大所需調(diào)峰氣量為1.1萬方/時(shí)，可以看出此時(shí)段管道調(diào)峰能力達(dá)到極限。

圖3　管道末段儲(chǔ)氣量與時(shí)間變化曲線

3　管道末端儲(chǔ)氣調(diào)峰能力分析

（1）設(shè)定參數(shù)下儲(chǔ)氣量的動(dòng)態(tài)求解。黃陵壓氣站設(shè)定HCX段和HEX段出站壓力最大值均為5.5MPa，西安分輸站設(shè)定HCX段和HEX段天然氣最小允許進(jìn)站壓力為1.5Mpa，管長分別為167Km和172Km，管道設(shè)計(jì)流量分別為143×104Nm3/d，855× 104Nm3/d，忽略管線沿線分銷的氣量，通過公式（8）計(jì)算得到管段HCX和HEX的儲(chǔ)氣量分別為92.6×104Nm3和195.6×104Nm3。

（2）工況一中開啟了黃陵站天然氣壓縮機(jī)，提高了HEX段的起點(diǎn)壓力，由4.2Mpa增壓至4.9Mpa（全天平均值），儲(chǔ)氣量增加了約33×104Nm3，較大的提高了管道末端的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力。工況二中利用連通SE段管線提高HEX段壓力，SE段管線設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，管輸能力850萬方/日，此段管線擔(dān)負(fù)起了儲(chǔ)氣庫的職責(zé)，為HEX段的調(diào)峰起到了保障作用。上述兩種工況分別使用提高管道末端出站壓力和連通SE段管線（相當(dāng)于儲(chǔ)氣庫）。

（3）從黃陵壓氣站至西安分輸站，除首末站以外，B、D兩處都可以將管線HEX和HCX連通，可以均衡兩段管線壓力，安全輸氣。另一方面，HCX段分輸用戶較多，連通后可以提高其管段壓力，增強(qiáng)管段儲(chǔ)氣調(diào)峰能力，保障下游用戶供氣。

［1］李猷嘉.長輸管道末段儲(chǔ)氣的計(jì)算與分析［J］.煤氣與熱力，2002，22（1）：8-11.

［2］唐建峰，段常貴，李玉墨.燃?xì)忾L輸管道動(dòng)態(tài)模擬及末段儲(chǔ)氣研究［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2000，19（7）：24-27.

田光（1982-），工程師，于2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)碩士，現(xiàn)從事天然氣工藝技術(shù)工作。