某分輸支線管道工程不同管徑調(diào)峰儲氣能力的計(jì)算

劉偉 郝瑞梅

(1．華港燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，河北任丘062552；2．中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552)

某分輸支線管道工程不同管徑調(diào)峰儲氣能力的計(jì)算

劉偉1郝瑞梅2

(1．華港燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，河北任丘062552；2．中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552)

分輸支線管道工程，一般由城市燃?xì)膺\(yùn)營商建設(shè)或運(yùn)行，可充分利用其管徑及壓力起到調(diào)峰儲氣的作用。通過對不同管徑、壓力的管道計(jì)算表明,對儲氣調(diào)峰能力影響最大的為壓力，其次為管徑。建議在滿足安全及規(guī)劃的前提下，盡量提高管道的設(shè)計(jì)壓力，以充分的利用管道的壓力能。

分輸支線;調(diào)峰;儲氣;不均勻系數(shù)

1 調(diào)峰的產(chǎn)生

該分輸支線管道的上游管道為西氣東輸冀寧聯(lián)絡(luò)線，該線屬于中石油管理，而本項(xiàng)目屬于城市燃?xì)膺\(yùn)營范圍，按照一般的供氣職責(zé)劃分，上游考慮季節(jié)調(diào)峰，城市燃?xì)膺\(yùn)營商考慮日、小時調(diào)峰[1]。

上游的供氣方式為：在不同季節(jié)日、小時均勻供氣。分輸站出站流量恒定（3.28×104m3/h），但出站壓力隨著用戶的不均勻用氣不斷變化，但要求最高壓力不能超過4.0 MPa。

下游日、小時用氣不均勻，因此需要建設(shè)一定的儲氣設(shè)施，以滿足用氣低谷、高峰時的輸氣需求。本文主要分析是否可充分利用分輸支線管道滿足用戶的調(diào)峰需求。

2 需要的調(diào)峰氣量

因無日不均勻系數(shù)，因此不測算日調(diào)峰氣量。

24小時用氣量及不均勻系數(shù)見表1、圖1。

按照上表計(jì)算，則在一天內(nèi)該項(xiàng)目需要的調(diào)峰氣量為：19.62×104m3/d。

24小時實(shí)時用氣量見圖1。

圖1 某分輸支線用戶24小時用氣量

表1 某分輸支線用戶24小時用氣量

3 不同管徑的計(jì)算

計(jì)算時，按照管徑從小到大、同時匹配不同的壓力等級。采用英國ESI公司的輸氣管網(wǎng)瞬態(tài)模擬軟件PIPELINE STUDIO 3.5版對各工況進(jìn)行模擬。

（1）方案1：選取管徑為Φ219.1（起點(diǎn)流量恒定，終點(diǎn)分輸站出站流量恒定（3.28×104m3/h），出站壓力不超過4MPa）：

從圖2、圖3可以看出，由于受到出站壓力的限制，軟件自動更改了分輸站的分輸流量和用戶的小時不均勻性，實(shí)際上為目前城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)行單位經(jīng)常采取的手段，即在冬季儲運(yùn)設(shè)施不滿足調(diào)峰的情況下，要求工業(yè)用戶限時生產(chǎn)，縮小峰值。

（3）鉆井液處理劑加量的數(shù)字化。對每種藥品的性能及配伍性進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)每個井段加入量的數(shù)字化。避免處理劑不配伍，反復(fù)加入處理劑等問題的出現(xiàn)，節(jié)省成本，降低勞動強(qiáng)度。

（2）方案2：管徑為Φ219.1（起點(diǎn)流量恒定，終點(diǎn)分輸站出站流量恒定（3.28×104m3/h），但出站壓力隨著用戶的不均勻用氣不斷變化）。

圖2 方案1起點(diǎn)、終點(diǎn)流量變化圖

圖3 方案1起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力變化圖

圖4 方案2起點(diǎn)、終點(diǎn)流量變化圖

圖5 方案2起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力變化圖

由圖5可以看出，要滿足調(diào)峰的要求，在選取Φ219.1管徑時，出站壓力需達(dá)到約19.9MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了管道的設(shè)計(jì)壓力，方案不可行。因此需要繼續(xù)放大管徑。

3）方案3：管徑為Φ406.4，設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa。

圖6 方案3起點(diǎn)、終點(diǎn)流量變化圖

圖7 方案3起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力變化圖

圖8 方案4起點(diǎn)、終點(diǎn)流量變化圖

圖9 方案4起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力變化圖

由圖6看出，在管徑選擇Φ406.4、設(shè)計(jì)壓力6.3MPa時，管道分輸流量不能實(shí)現(xiàn)均衡供氣，有較小波動。仍然不能完全滿足調(diào)峰儲氣的要求。因此繼續(xù)加大管徑。

4）方案4：管徑為Φ457，設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa。

從圖8、圖9可以看出，設(shè)計(jì)壓力提高至6.3MPa，管徑Φ457可滿足調(diào)峰的需求。

為進(jìn)行方案對比，選取管徑提高、壓力降低進(jìn)行對比。管徑提高至Φ610、壓力降為4MPa進(jìn)行對比。

5）方案5：管徑為Φ610，設(shè)計(jì)壓力為4MPa。

圖10 方案5起點(diǎn)、終點(diǎn)流量變化圖

圖11 方案5起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力變化圖

從上圖可以看出，當(dāng)管徑達(dá)到Φ610、設(shè)計(jì)壓力降為4MPa時，供氣量、用氣量、壓力均滿足分輸站和用戶的要求。

4 方案對比

通過方案1和方案2的對比可以看出，在管徑較小的情況下，若考慮滿足調(diào)峰儲氣的要求，壓力會急劇上升。

方案4和方案5的線路投資對比如下：

方案4（Φ457、6．3MPa、20．98km）方案5（Φ610、4MPa、20．98km）耗鋼量（t）1469．02投資（萬元）2622．5 2214．64 3568．3

方案4明顯投資較低，但設(shè)計(jì)壓力超過了上游給定的最高分輸壓力。

5 結(jié)語

調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)：因單獨(dú)征地建設(shè)高壓球罐費(fèi)用較高，因此城鎮(zhèn)燃?xì)饨ㄗh考慮利用分輸站～門站段管道進(jìn)行儲氣，門站后中低壓管道由于壓力較低，儲存能力較小。

從上文可以看出，管道的儲氣能力最敏感的因素為壓力，其次為水容積。在該項(xiàng)目中，在設(shè)計(jì)壓力4MPa時，管徑必須達(dá)到Φ610才能勉強(qiáng)滿足小時調(diào)峰的需要，若將設(shè)計(jì)壓力提高至6.3MPa，則管徑降低Φ457時基本滿足該項(xiàng)目小時調(diào)峰需要。冀寧聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)壓力10MPa，分輸站的分輸壓力完全具備提高的可行性，因此充分利用上游管道的高壓能量，盡可能多地為下游城市提供調(diào)峰用氣，會大大減少下游城市調(diào)峰設(shè)施的投資[2]。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[3]，氣源壓力為1.6MPa時，選用高壓球罐儲氣比較經(jīng)濟(jì)；氣源壓力為1.6～3.5MPa時，應(yīng)進(jìn)行高壓管網(wǎng)和球罐儲氣比較；氣源壓力大于3.5MPa時，應(yīng)選高壓管網(wǎng)儲氣調(diào)峰。

[1] 城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范GB50028-2006[S].

[2] 吳創(chuàng)明.城市天然氣輸配方案的選擇[J].煤氣與熱力，2004,5(24-5).

[3] 王學(xué)軍,林敬民,沈永良.管道儲氣調(diào)峰的投資與經(jīng)濟(jì)分析[J].煤氣與熱力，2003,23（4）225-227.