干线输气管道的工况分析与末段储气
输气管线末端管存量影响因素分析
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2023, 45(1), 21-28 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/jogt https:///10.12677/jogt.2023.451004输气管线末端管存量影响因素分析付 林1*，康 瑄1，徐高峰21贵州天然气管网有限责任公司，贵州 贵阳 2浙江中控技术股份有限公司，浙江 杭州收稿日期：2023年1月3日；录用日期：2023年3月1日；发布日期：2023年3月8日摘要天然气长输管线下游市场用气具有不均匀性，使得调峰的要求越来越高，目前我国天然气长输管线调峰主要还是依靠长输管线末端管存量调节，故很有必要对不同压力、管径管存量的影响因素进行定性的研究并总结规律。
本文中基于陕京一线西气东输一线的设计参数用SPS 仿真软件建立一管段，并仿真出不同管段长度、起点压力、管径、输气量以及高程差计五个因素的管存量并总结规律。
规律显示：起点压力、管段长度和管径对管存量影响较大，而管输量与高程差对管存量影响较小；管线设计参数等级不同时，相同影响因素下管存量变化速率不一样。
这些规律将会有助于判断不同设计参数天然气末端管段的管存量，继而对天然气长输管线下游用气调峰提供有效的帮助。
关键词输气管线末端，管存量，影响因素，SPS 软件，调峰The Analysis for Gas Inventory Influence Factors in Terminal PipeLin Fu 1*, Xuan Kang 1, Gaofeng Xu 21Guizhou Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd., Guiyang Guizhou 2Zhejiang Zhongkong Technology Co., Ltd., Hangzhou ZhejiangReceived: Jan. 3rd , 2023; accepted: Mar. 1st , 2023; published: Mar. 8th, 2023AbstractThe inhomogeneity of the long-distance gas pipeline downstream gas market makes the demand of the downstream gas peaking more and more increasing, China mainly use gas inventory in ter-*通讯作者。
长输管线末段储气系统的研究
即储 气 结 束 时终 点 压 力 ，ａＰｍ 为 管 道 起 点 最 低 压 Ｐ ； ｌｉ ｎ
力， 即储 气开 始 时 起点 压 力 ， ａ ｐ ｍ 为 管 道 终 点 最 低 Ｐ ； ２ｉ
段 管道 恒定 的起 点 流量 ， 多余 的燃气 就 积 存 在 末 段 管
路中； 当城市 用气 处 于 高 峰 时 ， 市 的用 气量 （ 段 管 城 末 道 终点 流量 ） 于 末 段 管 道 恒 定 的起 点 流 量 ， 足 的 大 不
流 量也 和其 他各 站 间管 段 一 样 保 持不 变 ， 而其 终 点 流
量 却是 变化 的 ， 等 于 城 市 的用 气 量 。 当城 市 用 气 处 并 于低 峰 时 ， 市 的用 气 量 （ 段 管道 终 点 流 量 ） 于末 城 末 小
时管 道 内平 均压 力 ， ａ ｐ 一 为管 道 起 点 最 高 压 力 ， Ｐ；ｌ 即 储气 结束 时起 点压 力 ， ａ ｐ 一 为 管 道 终 点 最 高 压 力 ， Ｐ ；２
值 为 ２３Ｋ； ７ Ｔ为天 然气 实际温 度 。
由上式计算出 Ｖ值后， 可根据式 Ｖ ｛７ 来 ＝ ｒＬ Ｄ
确 定管 道 内径 （ 和管 束 根数 （ Ｄ） 由管 束 总 长 ￡来 定 ） 。 根 据实 际运 行情 况 ， 以把管 束 的体积 适 当增大 。 可
４ 末 段 管道储 气
关 键词 ： 段管 道 ； 然气 ； 输 管线 ； 末 天 长 管束 中 图分 类 号 ： Ｕ ９ Ｔ ９６ 文献 标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ４—９ １ （０ ５ ０ —０ ０ —０ １０ ６ ４ ２ ０ ）６ ０ １ ２
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ Ｌ ｎ － ｉｌ ｎ ｅ Ｐｉ ｅｉ ｅ Ｅ ｄ Ｓ ｇ ｎ ｔ ｒ ｇ Ｇａ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｆｔ ｏ ｇ ｄｓ ａ ｃ ｐ ｌ ｎ ｅ ｍｅ ｔＳ ｏ ｉ ｓ Ｓ ｓ ｈ ｎ ｎ ｅ Ｍ Ａ ａ ｇ ｔ ｏ， ＮＧ ｉｌ Ｌｉｎ － ａ ＹＡ Ｈａ － ｎ ｉ
输气干线运行PPT课件
一、 管线试压
试压分强度试压和严密性试压两个阶段。强度 试压（使管道内压力升到一定的值以充分暴露 管线的隐患和缺陷）合格后方可进行严密性 （排除管道内的可能漏气点）实验。根据管线 设计要求和实际条件，可以整体也可分段试压， 一般先进行强度试压，后进行严密性试压。
输气管线应以气体作试压介质（虽然水试压安 全，但考虑到以后的生产运行，水试压会留下 极大的隐患。现在管材、制管、焊接等方面水 平的提高，环焊缝100%无损检测，管道试压
对于第三种因素，水合物形成的堵塞，一方面对 天然气进行脱水处理。另一方面，提高输气温度， 对天然气加热，防止水合物形成。
11
五、输气管线严密性 天然气的输送是在一密闭系统中进行的，严密
不漏是安全输气的基本条件。必须经常检查线 路的严密性，发现漏气立即进行抢修。 由于天然气管道埋在地下，处于隐蔽状态，如 果发生漏气，泄漏的气沿地下土层孔隙扩散， 使查漏工作很困难，可以根据天然气浓度的大 小确定大致的漏气范围。一般用以下方法。
当已知输气管线起、终点压力和管线长度时， 某点压力可由公式计算
3
Px²=P1²-(P1²-P2²)X/L
由此可绘出输气管线压力变化曲线。压力降曲线表 示输气管线内天然气压力的变化规律，在输气管理 工作具有重要意义。把实测管线压力降曲线与理论 计算压力降曲线相比较，可以发现输气管线是否正 常，哪些管段正常，哪些不正常，哪些管段有堵塞 或漏气，以便及时采取措施，排除故障。
1
（2）管线的天然气流量，由输气站定时 计量，流量大小由用气计划而定。由于 输气管线有一定的储气能力，用户与输 气量可以有一定差别，流量与管段两端 压差有关，如果两端压差大，则此管段 流量亦大，反之，则小。但管壁粗糙、 管内积水和污物堵塞，都会影响天然气 流动，造成流量减小。
输气管道站场故障工况分析
输气管道站场故障工况分析刘文泉2013年10月工况分析1：某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、3#，2#站值班人员发现（并确认）进站压力降低较快，请分析工况。
1.压力表或变送器引压管漏气，引起的误信号；2.1#压气站压缩机组停机；3.1#、2#压气站之间线路截断阀关闭；4.1#、2#压气站之间管线泄漏；5.1#、2#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管作业清管器发卡形成堵塞工况分析2：某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、3#，2#站值班人员发现（并确认）出站压力上升较快，请分析工况。
1.3#压气站压缩机组停机；2.2#、3#压气站之间线路截断阀关闭；3.2#、3#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管作业清管器发卡形成堵塞。
工况分析3：压缩机站停运或压缩机组停机对输气干线工况有何影响，请分析工况。
1.工作点流量：中间某站部分机组或全部机组停运，全线由于压缩比减小，流量减小。
2.中间站停运（部分机组或全部），停运后流量减小，停运站越靠近首站，流量减少越多；3.停运站前各站停运后进出口压力均上升，停运站越靠近首站，各站进出口压力上升越多；4.停运站后各站停运后进出口压力均下降，停运站越靠近首站，各站进出口压力下降越多。
工况分析4：输气干线分气或集气对干线工况有何影响，请分析工况。
1. 分集气对流量的影响当分气时，分气点以前管内流量要增大，分气点以后管内流量要减小；当分气量越大，上述变化趋势越明显；当集气时，集气点以前管内流量要减小，集气点以后管内流量要增大；当集气量越大，变化趋势越明显。
2.分气对沿线压力的影响分气点以前管内压力均将下降；越靠近分气点，压力变化越明显；分气后各管段压力均下降。
3.进气对沿线压力的影响进气点以前，流量将比进气前的流量减小，进气点之后流量将要增加；进气之后，全线压力将要上升，越接近进气点，压力上升得越多，距进气点越远，压力上升得越少。
工况分析5：某输气站场值班人员发现过滤器上下游压差过大，请分析可能原因。
长输高压天然气管道末端储气能力
2015年第8期 积存的气体。所有压缩机均应在不超过其最大允许功率的条件 下工作。 2）管道末段的起点压力，即最后一个压气站出口压力不 应高于压缩机站最大工作压力，并且应在钢管强度的允许范围 之内。 3）末段的终点压力不应低于城市配气管网的最小允许压 力。
2.3 高压管道储气
高压管道储气是利用本身需要建设的各种输气管道，在满 足输气能力的同时，适当增加管径，使其具有一定的储气能 力。 高压管道储气包括长输管线末段储气和城市高压管道储 气。长输管道末段储气是利用分输站至门站之间的长输管线径 向储气；城市高压管道储气是利用敷设在城市的高压管道进行 储气。 长输管线末段储气只限于管道末段，在城市外围高压储气 应用较多。高压管道储气充分利用长输管道末段压力较高的特 点，并且具有管径小，承压高的特点，高压管道末段储气节约 了地下建设空间，利用原有的输送管道具有输气和储气功能， 无需耗用其它费用，具有较好的经济性。但是高压管道储气要 根据高压输气管网的敷设长度、最高允许运行压力等决定其储 气能力，如果长度有限，压力不高时，一般只能作为储气设施 的补充。
The Storage Capacity of The Terminal of The Pipe in Long-distance Carriage of the high pressure Gas
Wang Lihua Baoji China Gas Development Co.Ltd Shaanxi Baoji 721000 Abstract：In order to settle the maldistribution on the urban gas delivering，the storage range needs to be adjusted regionally.The adjustment for the storage range on the latter part is both efficient and economical.The length，diameter and storage capacity need to be determined in optimization. Keywords：long-distance high pressure pipeline；natural gas；safe range；pipe diameter；pipe length；storage capacity 随着人们生活水平的不断提高及环保意识的增强，天然气 的需求量增长较快，利用天然气替代煤炭用于城市取暖、交通 运输和工业燃料等领域，由于城市化进程的加快，城市规模的 扩大，工业、商业及居民用气量增长较快，其城市周边的干、 支线输气管的逐步增多，为了满足城市用气提供保证。 月高峰系数为1.2，燃气空调运行时每日是相对稳定的，确定 日高峰系数为1.05，燃气空调的时不均匀系数与其运行时间有 关，大型公建中，宾馆、商场开启时间较长，符合大小通过变 频设备自动调节，商场在营业的10小时内运行，办公楼集中在 上班时间运行，综合考虑燃气空调运行按每天10小时计算，小 时高峰系数取1.8。 K月=1.20 K日=1.05 K时=1.80 4）天然气汽车不均匀系数 燃气汽车加气站用气受季节影响较小，其月、日用气比较 均匀，可近似认为月和日的不均匀系数都为1，汽车加气存在 着较大的时不均匀性，受加气站的储气容积、压缩机运行时 间、公交车和出租车的运行时间及交接班习惯的影响，根据城 市汽车加气站的运行情况，汽车加气每天的工作时间按16小时 计算，确定汽车加气站小时高峰系数为1.5。 K月=1.00 K日=1.00 K时=1.50 根据各类用户用气量的确定，最终确定年平均日用气量， 由于气源的供应量不能完全随用气量的变化而变，要考虑供气 和用气之间的平衡，这就是要考虑调峰问题。
浅谈天然气集输干线运行中存在的主要问题和对策探讨
2018年10月浅谈天然气集输干线运行中存在的主要问题和对策探讨张志鹏（长庆油田公司第六采气厂，陕西西安710000）摘要：近年来伴随着油气田的高速发展和社会用气需求的增加，各类型管网在各个地区中密集分布。
天然气管道的安全稳定运行关系着人民生活和生产活动乃至国家和社会的稳定。
天然气集输管道系统的每一次故障都有可能给社会造成无法估量的损失。
所以，保证天然气管道系统安全运行是天然气集输管理部门的首要任务之一。
对此，为了更好的提高天然气集输管网的运行安全性，本文分析了天然气集输干线运行存在的主要问题和对策。
关键词：天然气集输干线；主要问题；对策伴随着节能环保理念的普及，清洁能源显得越发重要，天然气是安全、高效的的清洁能源，加大天然气的开发和使用，能够改善能源消费结构，缓解环境污染的压力，而要保障天然气资源充足供应就必须要建设更多高效的天然气集输管道。
随着天然气集输管道建设工作的不断推进，集输管道覆盖面积也随之扩大，集输管道系统也越加复杂化。
集输管道呈现点多、面广、沿线地形地貌复杂多变等特征。
同时，天然气集输干线由于具有高压高能、易燃易爆、有毒有害、连续作业、点多线长、环境复杂等特点，同时具备较强的扩散性能，危害性较大，所以在天然气集输干线的安全问题显得非常重要，加强对天然气集输干线存在的问题及危险性分析，并采取相应的安全对策，对天然气集输干线安全运行具有重要的意义。
1天然气集输干线运行中的常见问题（1）管线管理缺乏规范性、违章占压、第三方施工损伤问题突出近些年，伴随着集输管线规模不断扩大，县镇、乡村地区的管线不断增多，尽管石油天然气管道保护法对管道占压有明确的规定。
但是，一些单位和个人为了自己的利益，常常忽视管线的安全生产和管理，在管道上方和管道附近修建公路、房屋及其它建筑物等，违章占压现象的大量存在，导致压管、安全距离不够等，而且一旦发生管线天然气泄露，极易造成爆炸伤亡事故，造成经济损失和人员伤亡，使管线运行存在巨大的安全隐患；同时，在管线管理方面缺乏规范性，导致许多第三方部门或者相关油气企业为了谋取便利或利润，在已有管线附近或者上方进行铺设油气水管道、打井、建筑施工等方面不根据规范进行，经常会出现损坏甚至铲破天然气集输管道的现象，再加上安全意识的薄弱，给天然气集输管道的安全运行造成很大的风险和隐患[1]。
干线输气的名词解释
干线输气的名词解释干线输气是指将天然气从产地输送到需要的地方的过程。
它是天然气行业中最重要的环节之一，对于能源的供应起到至关重要的作用。
下面将对干线输气的定义、基本原理、技术与运营进行详细解释。
干线输气的定义：干线输气是指把天然气从产地输送到市场、工业用气点以及生活用气点的管道运输系统。
干线输气通常包括主干管道、支线管道和配气站等组成部分。
它是天然气从生产地经过处理、压缩、净化等工艺后，通过管道进行长距离输送的过程。
干线输气的基本原理：干线输气的基本原理是利用压缩机将天然气压缩成高压气体，然后通过管道输送。
在干线输气中，天然气首先经过初步处理，除去杂质和含水量，并通过压缩机增加压力。
随后，天然气进入管道系统，以高速流动的方式进行输送。
在输送过程中，管道必须经过一系列的调压站和调节阀，以确保气体的压力和流量在合适的范围内。
干线输气的技术：干线输气的技术主要涉及管道的设计、施工、检测和维护等方面。
管道的设计需要考虑到输送量、压力、温度等因素，以确保管道的安全性和运行效率。
施工阶段需要注重管道的材料选择、焊接质量、管道的固定和防腐等工作。
而管道的检测和维护则包括定期巡检、修复漏损、更换老化设备等工作，以保证管道的稳定运行。
干线输气的运营：干线输气的运营涉及到管道运输系统的调度、管理和监控等方面。
调度员必须根据市场需求、天气变化等因素，合理安排天然气的输送量和压力，确保管道的正常运行和气源的供应。
同时，运营人员还需要进行管道的实时监控，及时发现和处理故障和泄漏等安全隐患。
他们还需要协调相关部门进行紧急维修和事故处理。
总结：干线输气是将天然气从产地输送到市场、工业用气点以及生活用气点的重要环节。
它通过压缩、净化和管道输送等技术手段，确保天然气的稳定供应。
干线输气涉及到管道的设计、施工、检测和维护等技术，以及调度、管理和监控等运营工作。
只有通过科学的技术和有效的运营，才能保证干线输气系统的安全运行和可靠供应，满足人们对能源的需求。
燃气长输管线分析与末段储气计算
燃气长输管线分析与末段储气计算作者：尤烁林来源：《科学导报·学术》2020年第20期摘 ;要：本文对燃气长输管线末段储气问题根据流体动力学规律建立长输管线的不稳定流动的数学模型，进行数值求解，可用于有变管径和有分输气的燃气长输管线的水力I况计算以及末段储气量的计算。
实例计算结果表明按不稳定流动方法计算的末段储气量比按稳定方法计算的值高出13.39%。
关键词：长输管线;末端储气;不稳定流动;数值求解目前，世界能源结构已经完成二次变革，正处于以石油为主向以天然气或可再生能源为主的时期过渡，这一时期天然气在一次能源中的地位越来越重要它作为城市燃气的最佳气源已形成全球性共识，而天然气气源大部分远离市区，为了充分利用气源，必须建立长距离输气管线。
而长输管线的运行由于采气生产的均衡性和用户用气的波动性，使其长期处于上游压力相对稳定而下游压力不断变化的矛盾之中这种燃气供需不平衡的唯一可行解决方法是考虑燃气储存。
城市用气有季节、日、时的不均衡性，而气源生产一般是均衡的。
这种在燃气系统中的供需不平衡使长输管线末段具有一定的储气功能。
用气低谷时，多余的燃气储存在管道内，用气高峰时储存的燃气供向用户。
若长输管道末段储气量不足以平衡用气的不平衡性，则需另设调峰气源或建储气设施以保证可靠供气。
1 长输管线不稳定流数学模型燃气在长输管线中的流动属于不稳定流动，长输管线末段储气的能力正是由于不稳定流动而形成。
计算机技术的发展，使复杂的长输管线的不稳定流动计算成为可能。
长输管线工程开发、建设较早的国家对长输管线用不稳定流动方法研究起步较早。
我国长输管线工程较少，时间也不长。
在以往的设计中均采用稳定流动的计算方法。
在哈依煤气工程中采用了不稳定流动方法计算，但没有考虑压缩因子的影响.而且使用的是美国“黑箱”软件。
国内对石油长输和水输送不稳定流动问题的研究较多，对燃气的长输研究则进行得较少。
上海煤气公司采用手算和电算方法对天然气长输管道不稳定流动方程的计算方法进行了定的探讨，西南石油学院采用有限傅立叶变换法，以三角插值函数作为边界情况，以分段抛物线表示初始条件，讨论了输气干线不稳定工况定解问题的解析解，后来又采用贝塞尔方程对天然气在管道内不稳定流动的解析解进行了一定的探讨。
2 末段储气()
p1max
(9-25) (9-26)
p 2 max = Q
ClZ ε 2 1
p1max = ε p2 max
(8) 校核 p1max 是否在最后一个压气站的最高出口压力和管子强度 的允许值之内。若不符合要求，则重新选定
lZ 和 D 计算之。
25
【例题9-1】某管道依靠地层压力输气，中间没有压缩机 站，管径为630×7 mm，全长150 km，起点最高工作压力 2.5 MPa，终点最高压力1.4 MPa，终点最低压力0.7 MPa， 试求该管道内最多能储气多少？ 解：
3
一、输气管末段储气能力的计算
动态末段储气量计算 静态末段储气量计算
4
通过长输管线不稳定流动的计算，已得到管线沿线各处的 压力、流量、密度等参数。
1、动态末段储气量计算
ρ ( ρω ) + =0 τ x
连续性方程：
运动方程：
能量方程：
( ρω ) h + ω 2 2 + gs Q ρ u + ω 2 2 + gs + ρω = x τ x
(9-22) (9-23)
p pj max
2 = Q ClZ (ε 2 ) 3
22
储气能力可改写为
VS =
π D T0lZ ClZ
6 PTZ
Q[ (ε 2 ) (ε1 )]
(9-24)
说明储气能力与流量之间存在一定关系，是确定末段长度和管径 的第二种方法的基础公式。
23
第二种方法计算步骤如下： (1) 预定末段长度 lZ 和管径 D ； (2) 计算储气开始时的起点压力p1min和平均压力 p pj min；
A =
π C02
干线输气管道优化设计
第25卷第5期 油 气 储 运干线输气管道优化设计王国付3 吴 明 王书淼 陈福权 王力勇 (辽宁石油化工大学机械工程学院) (山东省天然气管道有限责任公司)王国付 吴 明等:干线输气管道优化设计,油气储运,2006,25(5)23～25。
摘 要 通过分析输气管道设计参数与管道建设中的经济技术指标之间的关系,根据技术经济学原理,引入现值费用作为管道的经济指标,结合工程实际,提出了含末端储气的输气管道优化数学模型,并采用混合离散变量法进行模型求解。
结合我国的天然气管道工程,给出了一个优化算例,计算结果表明,采用该方法可得到一个合理的优化方案,具有实际应用价值。
主题词 输气管道 末端储气 工艺参数 优化设计 输气管道建设投资巨大,建设周期长,运营费用高,能否确定优化的方案直接关系到管道的经济性,通过优化设计可获得最佳的经济效益。
管道优化设计是在指定线路、输量Q和压缩比ε已知的条件下,求解变量输气管道的直径D、管道壁厚δ、管道全线的压气站数量N、输气站间距L、压气站起点压力p q和终点压力p z,确定在管道寿命期内现值费用最低。
对于输气管道的优化设计问题,已有很多学者从不同的角度建立了输气管道设计模型〔1～4〕。
由于长距离输气管道的设计输气量一般是按其供气对象的年平均用气量确定的,在输气管道末段,由于季、日、时不均匀的用气规律,造成下游用户的用气量随季节变化波动较大,而气源的供应量却不能完全随用气量变化而变化,为了保证不间断、稳定地向用户供气,必须在供气与用气之间增加一个环节———储气。
目前常见的储气方法有管道末段储气、储气罐储气以及地下储气库储气等。
在考虑末端的储气量满足储气调峰要求的基础上,综合考虑各设计变量,使管道在寿命期内总费用最低作为优化设计的最优准则。
一、优化模型的建立1、 基本假设(1)输气管道为水平管道,不考虑沿程高差变化,所输气体沿程流量不变,即气体在管道内作稳定流动。
(2)各压气站间气体的平均压缩系数均相同。
长输管道末段储气量的计算与分析
计算时从管始端用有限差分法算到管末端 。
在用不稳定法计算管道时 ,所得的流量要大于 稳定法 ,因此 ,在条件不具备时 ,也可采用稳定法手
Ξ 收稿日期 :2001 - 06 - 10 作者简介 :李猷嘉 (1932 - ) ,男 ,江苏常州人 ,中国工程院院士 ,教授级高级工程师 ,研究生毕业 ,从事燃气技术研究与开发工作 。
Δ —气体的相对密度 (一般在 0. 57～0. 63 的范
围内 ,计算中取Δ = 0. 6) 。
Q
= 480 ×0. 8 ×302. 53
4. 662 - 1. 422 0. 94 ×283 ×132 ×0. 60. 961
0. 51
= 59 179 m3/ h 。
计算表明 ,由上式计算所得的结果与实测数据
相当 日 供 气 量 的 比 例 为:
222 200 56 000 ×24
=
16. 5 % ,两者的误差是由管道的平均压力和所取的
压缩系数所引起 。
(5) 若管道始端压力 P1 的最大值为 5. 37 MPa , 未端压力 P2 的最小值为 1. 43 MPa ,按稳定流动计算 公式 求 管 道 的 储 气 量 。已 知 进 入 管 道 的 流 量 为
+
U gc
·d U dx
+
g gc
·d Z dx
=-
dQ dx
式中 : Q —单位质量气流的热损失 ;
H —焓值 ;
U —管中的平均流速 ;
Z —在基准点之上的高程 ;
g —重力加速度 ;
gc —换算系数 ;
P —绝对压力 ;
T —气体温度 ;
x —管线从起点的距离
+
第十二章 干线输气管道的运行管理
第二节 干线输气管道的自动调节系统
自动化水平较高的输气管道在有关站场一般均设置有自动调 节系统，用来调节管道工艺运行参数，保证管道在设置的允许工况
范围内安全平稳地运行。自动调节系统主要由调节闹与调节阀配套
的电动、气动、电液联动或气液联动执行机构以及检测被调参数的 仪表等组成。 以压力调节为例，天然气管道自动调节系统进行自动调节的原 理和过程为： 1）天然气管道调度控制中心的操作员从控制系统的人机界面 （简称监控终端）上设置被调压力设定值。
17
二、进气支线进入主干线的气压调节
如果有一条或多条进气支线与输气干线 连接，应对进气支线进入主干线的气压 进行调节，以保证干线与支线在进气点 处的压力平衡，并保证干线和进气支线 在希望的输量比例下运行，避免因进气 支线气压过低而导致支线内的天然气进 入不了干线或因支线气压过高而导致干 线进气点上游来气量下降，同时避免进 气支线超压运行。
11
第二节 干线输气管道的自动调节系统
2）调度控制中心主机系统模拟量数据库中对应于设置设定值的一个 模拟量输出（Analog Output，简称 AO）点，将该设定值输出传送 给站控系统。站控系统一般为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， 简 称 PLC）， 也 可 为 远 程 终 端 单 元 （ Remote Terminal Unit，简称 RTU）。 3）站控系统PLC（或RTU）中的PID（比例—积分—微分）自动调节 程序将接收到的设定值与通过压力变送器检测到的压力现行值进行 比较，再根据两数值之差（偏差）的大小和PID特性参数设置情况确 定调节输出信号的大小。
天然气管道的自动计量系统
输气干线首站、末端以及进气支线首站及分输支线末端等，均 需设置自动计量系统。对于输气公司而言，干线及进气支线首站的 自动计量系统用于买气计量，而干线及分输支线末站向城镇用气大 户供气的自动计量系统则是用于卖气计量。 自动计量系统的工作原理是，站控系统将现场检测到的瞬时流量实 时传送给调度控制中心的主机系统；主机系统将按收到的瞬时流量 值（按较短的时间间隔）连续地存入其历史数据库中；主机系统实 时运行的自动计量程序从历史数据库中取出相关瞬时流量数值进行 数据计算处理（如累积计算）；进而得出从某时刻开始后一小时， 一天，一月，甚至一季度或一年内的累计买气量或卖气量。 如果输气管道有关站场的站控PLC（或RTU）配置容量较大或配有专 门用于计量计算的计算机，则上述自动计量计算过程可以在站控系 统完成，不需在调度控制中心完成。
第四节 各种运行工况对干线输气管道影响
Ax 1 1 2 ΔpZx = y (Q 2 Qc2 ) > 0 A 1
Ax 1 1 y + B (Q 2 Qc2 ) > 0 Δp = A 1
2 Qx
上两式说明，停运站以前的各站进出口压力pZx、pQx均将 上升，其增加量△p2Zx、△p2Zx (或△pZx、△pQx)随站的标号x的 增大而增大，即愈靠停运站c则压力上升得愈多，故 ΔpQc1 和
2 2 pQc = Ac pZc BQc2 Ac = 1 Bc = 0
2 2 An 1 pZ 1 pZ An 1 A y + An c Cl + yn A 1
2 2 An 2 pQ1 pZ
Qc =
(8-43)
以 pQ1 表示为：Qc =
An 2 A y + ( An 2 + An c )Cl + yn A 1
Δ p Zc c 为最大。
8
c站停止工作时最大允许流量： (c-1)~n站，c站停运，c-1站出站压力 pQc1 = [ p] 时，由下式求 出c-1站的流量。
Qc =
2 2 An 2 pQ1 pZ
An 2 A y + ( An 2 + An c )Cl + yn A 1
令n=n-c+2, pQ1 = [ p] 得到c站停止工作时最大允许流 量值：
[Qc ] =
2 An c [ p]2 pZ An c A y + 2 An c Cl + yn A 1
流量调节依据
9
2）停运站以后管段的压力变化: (c+1)站~n站，各站进出口压力：
1 Ax n 2 2 x ( n +1) 2 x ( n +1) pZx = A pZ + y+ A yn Qc A 1
输气管道站场故障工况分析
输气管道站场故障工况分析刘文泉2013年10月工况分析1：某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、3#，2#站值班人员发现（并确认）进站压力降低较快，请分析工况。
1.压力表或变送器引压管漏气，引起的误信号；2.1#压气站压缩机组停机；3.1#、2#压气站之间线路截断阀关闭；4.1#、2#压气站之间管线泄漏；5.1#、2#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管作业清管器发卡形成堵塞工况分析2：某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、3#，2#站值班人员发现（并确认）出站压力上升较快，请分析工况。
1.3#压气站压缩机组停机；2.2#、3#压气站之间线路截断阀关闭；3.2#、3#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管作业清管器发卡形成堵塞。
工况分析3：压缩机站停运或压缩机组停机对输气干线工况有何影响，请分析工况。
1.工作点流量：中间某站部分机组或全部机组停运，全线由于压缩比减小，流量减小。
2.中间站停运（部分机组或全部），停运后流量减小，停运站越靠近首站，流量减少越多；3.停运站前各站停运后进出口压力均上升，停运站越靠近首站，各站进出口压力上升越多；4.停运站后各站停运后进出口压力均下降，停运站越靠近首站，各站进出口压力下降越多。
工况分析4：输气干线分气或集气对干线工况有何影响，请分析工况。
1. 分集气对流量的影响当分气时，分气点以前管内流量要增大，分气点以后管内流量要减小；当分气量越大，上述变化趋势越明显；当集气时，集气点以前管内流量要减小，集气点以后管内流量要增大；当集气量越大，变化趋势越明显。
2.分气对沿线压力的影响分气点以前管内压力均将下降；越靠近分气点，压力变化越明显；分气后各管段压力均下降。
3.进气对沿线压力的影响进气点以前，流量将比进气前的流量减小，进气点之后流量将要增加；进气之后，全线压力将要上升，越接近进气点，压力上升得越多，距进气点越远，压力上升得越少。
工况分析5：某输气站场值班人员发现过滤器上下游压差过大，请分析可能原因。
油气管道输送习题集
第一章天然气管道输送概述1、什么是天然气虚拟临界常数，在实际中有何应用？2、根据热力学稳定判据，推导RK、SRK和PR状态方程的2个参数a、b的表达式。
3、按压缩系数方程RK、SRK、PR和BWRS，编程计算不同压力和温度下的压缩系数，并说明它们的大致使用范围。
4、什么是气体的对比态原理，在实际中有何应用？5、根据气体焓和熵的热力学关系，利用RK、SRK、PR状态方程分别推导实际气体焓和熵的计算公式。
6、根据表1-1和表1-2所提供的不同气田天然气组分，分别按式1-95和1-102计算不同压力和温度下的气体焓和熵，并与按查图法得到的结果进行比较。
7、根据热力学关系，证明气体质量定压热容和质量定容热容满足式1-108。
8、根据气体热力学关系，证明气体焦耳—汤姆逊系数满足式1-119。
9、如何用RK、SRK、PR状态方程来计算气体的质量定压热容、质量定容热容和焦耳—汤姆逊系数？10、什么是燃气的燃烧值？在实际生产中为什么采用低热值而不是高热值？11、什么是燃气的爆炸极限？惰性气体含量对爆炸极限有何影响？12、定性说明温度对液体和气体粘度的不同影响。
13、根据粘度计算方法，编程计算天然气在不同压力和温度下的粘度。
14、什么是气体导热系数？给出计算实际气体导热系数的步骤并编程。
15、什么是天然气的水露点和烃露点？说明确定水露点和烃露点的几种方法。
16、如何根据平衡常数列线图计算天然气的烃露点？17、试说明气体流动连续性方程1-159、运动方程1-161和能量方程1-163的物理意义和适用条件。
第二章输气管水力计算1、在什么情况下，输气管的流量计算公式中可以忽略速度变化对流量的影响？2、为什么管路沿线地形起伏、高差超过200m以上，要考虑地形对工艺参数Q或P的影响？3、公式2-53~2-62适用于何种流态？若管内实际流动偏离该流态，应如何处理？4、为什么干线输气管道采用高压输气较为经济？5、对于已建成的一条输气管道，若要增大输量，其扩建工程可以采用哪些措施？6、流量系数法能解决哪些复杂输气管道的设计计算？7、用公式2-112、2-115、2-120、2-124计算的流量是整个输气管的通过能力，这一说法是否正确？试说明用上述任意一个公式计算沿线既有分气工况又有进气工况的流量时的步骤，并编写计算机程序。
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最后一段（末段）管路
p2 Qn
An
p2 Zn
BnM Q 2(n1) 2
p2 Qn
pZ2
CnlnM Q 2(n1) 2
4
由于干线输气管为统一的水动力学系统，上述特性方程就组成了
（8-13）方程组。令yi=Bi+Cili，由方程组中的每一对方程中可解出
各站的进口压力与首站进口压力 pZ1的关系：
第一节 多个压气站与干线输气管的联合工作
干线输气管存在多个压气站，每个站都要消耗一部分气体， 整条管线的输气量是逐段下降的，但就任一压气站而言， 压气站的生产能力仍然等于随后一个站间的输气量。
假设：①输气管为水平管；②输气量不随时间而变，为稳 定流；③各站特性不同；④站间管路的D、L不同；⑤各站 燃气轮机用气量为来气量的某一固定百分比，即 M Q出 Q进 一定。
i2
（8-15）
5
同理可得任一站出口压力
p
Q
与首站进口压力
x
pZ1
的关系通式
x
p2 Qx
A1
A2
Ax
p2 Z1
[
Ai Ai1 Ax yi1M 2(i2) Bx M 2(x1) ]Q2 (8-16)
i2
对于最后一段输气管（x=n+1），由式（8-15）可得末段的 终点压力
n
pZ2
A1
A2
n
( i2
Ai ) C1
l1
ynM
2 ( n 1)
（8-20）
11
Q
An1
p2 Q1
pZ2
An1M 2 AM 2(n1) A M 2
y
An1 C l
yn M 2(n1)
（8-21）
和
Q
An1
p2 Q1
pZ2
An1 A A 1
y
An1
C
l
yn
（8-22）
12
式（8-20）、（8-21）和（8-22）适用于首站没有压缩机车 间的情况。
B2M 2Q2
第三站
p2 Q3
A3
p2 Z3
B3M 4Q2
第二站间
p2 Q2
p2 Z3
C2l2M 2Q2
第三站间
p2 Q3
p2 Z4
C3l3M 4Q2
（8-13）
x站
p2 Qx
Ax
p2 Zx
BxM 2( Q x1) 2
x站间
p2 Qx
p2 Z x1
CxlxM 2( Q x1) 2
最后一站
p2 Z2
A1
p2 Z1
y1Q2
p2 Z3
A1
A2
p2 Z1
(A2 y1
y2M 2 )Q2
(8-14)
p2 Z4
A1
A2
A3
p2 Z1
(A2 A3 y1 A3 y2M 2
y3M 4 )Q2
任一站的进口压力p
Z
与首站进口压力
x
pZ1
的关系通式为
x1
p2 Zx
A1
A2
Ax1
p2 Z1
[
Ai Ai1 Ax1 yi1M 2(i2) yx1M 2( x2) ]Q2
13
式（8-15）、（8-16）
x1
p2 Zx
A1
A2
Ax1
p2 Z1
[
Ai Ai1 Ax1 yi1M 2(i2来自 yx1M 2( x2) ]Q2
i2
x
p2 Qx
A1
A2
Ax
p2 Z1
[
Ai Ai1 Ax yi1M 2(i2) Bx M 2(x1) ]Q2
i2
可用于确定任意一站进出口压力。若全线各站类型一致，站间管
路相同，该二式可简化为
p2 Zx
A p x1 2 Z1
(
A
x1 M 2( A M 2
x
1)
)
yQ
2
p2 Qx
Ax
p2 Z1
(
Ax
A
AM 2( x1) M2
y BM 2(x1) )Q2
（8-23）
（8-24）
14
若M=1，则
p2 Zx
A p x1 2 Z1
Ax1 1 yQ2 A 1
（8-25）
An1M 0 An2M 2 A2M 2(n3) AM 2n2 y An AM 2(n1)
AM2 y
9
n
i1
Ai
p2 Z1
pZ2
n
i2
n
j i
Aj
yi1
M
2(i2)
ynM
2 ( n 1)
式（8-17）改写为
Q
An
p2 Z1
pZ2
An
AM 2(n1) A M 2
y yn M 2(n1)
如果不考虑各站的自用气量，M=1，则
Q
An
p2 Z1
pZ2
An A
A 1
y
yn
（8-18）
（8-19）
10
若从首站的排出管汇开始计算，那么式（8-13）中减去第一 个方程，则式（8-17）、（8-18）和（8-19）相应为
n
i2
Ai
p2 Q1
pZ2
n
i3
n
ji
Aj
yi1
M
2(i2)
从式（8-17）至式（8-22）可以得出，干线输气管系统的输 气量Q首先取决于输气首站的压力pZ1或pQ1，由于A>>1，首 站进、出口压力pZ1或pQ1稍有下降，对整条管道系统的输气 量都会有较明显的影响。相反，输气管的终点压力pZ，即使 在较大范围内变化，对整个系统输气量的影响也不大。站数 愈多， pZ1、pQ1的影响愈大， pZ的影响愈小。
An
p2 Z1
[
Ai Ai1 An yi1M 2(i2) yn M 2(n1) )]Q2
i2
相当于PZn+1
6
所以干线输气管系统的起始流量为
Q
n
i 1
Ai
p2 Z1
pZ2
n
i2
n
ji
Aj
yi1
M
2(i2)
yn M
2 ( n 1)
（8-17）
7
如果压缩机站是同一类型的，站间管路的长度和管径也 相同（末段例外），即
所以
A1=A2=…=An=A B1=B2=…=Bn=B C1=C2=…=Cn-1=C l1=l2 =…= ln-1=l y1=y2=…=yn-1=y
yn-1=y≠yn 且y＜yn
n
Aj An
i 1
8
nn
i2
( j i
Aj
)
yi1
M
2(i2)
Sn
a1 anq 1 q
a1 An1M 0 an AM 2(n2) q A1M 2
Q
pQ1 pZ2
站2
pQ2 pZ3
站3
pQ3
p 站n-1 Qn1 站n
p p Zn1
Zn
pQn
pZ
图8-5 干线输气管工况示意图
3
根据公式（7-31）和（7-46）得各站的特性方程，综合如下
首站
p2 Q1
A1
p2 Z1
B1Q2
第一站间
p2 Q1
p2 Z2
C1l1Q2
第二站
p2 Q2
A2
p2 Z2
1
如图8-5的干线输气管，每站的自用气量可以认为与输 气量成正比，即自用气量q=（1-M）Q。设首站与第一 站间的输气量为Q，第二站与第二站间的输气量为MQ， 第三站与第三站间的输气量为M2Q，…，x站与x站间的 输气量为Mx-1Q，最后一个站与最后一段管路的输气量 为Mn-1Q。
2
pZ1
站1
p2 Qx
Ax
p2 Z1
( Ax A A 1
y B)Q2
（8-26）
由上述公式可知，即使站间管路一样，各压气站类型相同，各