管道输气的压力调节

管道输气的压力调节

引言

当今输气干线是运送天然气的主要途径，而作为输气干线上的主要组成部分，压气站与输气管道的一系列参数密不可分。压气站作为输气管道的接力站，主要功能是给管道增压，提高管道的输送能力。例如举世闻名的西气东输工程，不仅有首站及末站，沿途还有一系列中间站，多次加压，以确保天然气快速地运达目的地。为了克服管道摩擦力，压气站就要对天然气进行压缩加压，使首端和末端有一定的压力差，使天然气在管道中高效快速的运送。而由于管道的末端由于城市用气量的不同压力在不断变化，因此压气站就要进行调压。传统的人工调压费时，浪费人力，并且容易造成偏差。随着计算机技术的发展，实现了调压的自动化，使得实时性、精度方面有了巨大的飞跃。

计算分析

下面介绍一下计算压力差的主要原理。在此，我们仅介绍当管道是水平输送管道的情况（管道高程差小于200m亦可看做水平管道）

在稳定流动情况下，根据气体沿管道流动的伯努利方程，并将气体状态方程和连续性方程代入，得：

dl d

T

ZR G pdp g 5

228πλ=

-

设管道全线长度为L ，其起始点及中点压力分别为1P 和2P ，则对上式两端进行定积分得：⎰

⎰=

-L

p p g dl d

T

ZR G pdp 0

5

222

18πλ

解出G ，得：()

TL

ZR d P P

G g λπ

5

222

1

4

-=

（1）

其中G ——输气管质量流量，kg/s;

d ——输气管内径，m ；

1P 、2

P ——输气管起始端、末端压力，Pa ； λ——水力摩阻系数；

Z ——气体压缩因子；

g R ——气体常数，J/（kg ·K ）

； T ——气体绝对温度，K ；

L ——管长，m ；

上式即为水平输气管道的基本方程式，它表示输气管各种参数之间的关系。但是在实际应用上通常采用工程标准状态（压力s p =101325⨯a P 510，温度

s T =293K ）下的体积流量s Q 代替质量流量G ，可得两者的换算式

G=S s p Q

式中S ρ为工程标准状态下的气体密度，由克拉伯龙方程PV=nRT 推出PV=（

M m ）RT ，其中M

R 记为g R ，g R =2（kg ·K ）记为

分别列出天然气及空气的状态方程进行比较，则空气气体常数a R 与天燃气气体常数g R 之间有如下关系：

∆

==l

R R s a g a ρρ，∆=a g R R ，则有：

s

g s

s T R p =

ρ 其中a ρ为天然气对空气的相对密度，a ρ=1.205kg/3m

用上述关系式替代（1）中的G 和g R ，则有：

()

TL

Z d p p

p T R Q s

s a s ∆-=

λπ

5

2221

4

再令C=

s

s

a p T R 4

π

代入式中，得： Q =C

()

TL

Z d p p

∆-λ5

2221

22

21p p -=2

5

21Q d

TL Z C λ∆

其中Kg

sK

m C 2

1

22

5

10848.31001325.11

.2872934-⨯=⨯=π 结论

（1） 当Q 、d 、T ∆、λ不变时，增大1P 时，应增大2P ，且1P 增大量大于2

P 增大量；

（2） 当其它条件不变时，Q 增大，应增大1P 或减小2P ；

（3） 当其它条件不变时，d 增大，应增大2P 或减小1P ；

（4） 当其它条件不变时，T ∆增大，应增大1P 或减小2P ；

（5） 当其它条件不变时，λ增大，应增大1P 或减小2P ；

（6） 计算机调节是一个，实时，连续的过程，一般参数24小时连续变化，

其它参数已知，再利用计算机的计算技术来算出始端和末端的压力差，再根据计算机反馈的信息，去调节压气站的泵阀，达到相应的压

力差，避免压力过低时输送效率不高，和压力过高时的安全隐患，将天然气的运送效率和安全可靠有机的统一起来，快速高效安全的运送天然气，而且此法中可以有效的根据下游城市的用气量来调节天然气在管道内的体积流量，使得天然气得到最大化的利用。