城市天然气管道安全运行压力确定

城市高压天然气管道安全运行压力确定
作者：何亮、程优良、叶年强
摘要
城市天然气管网的稳定供气事关国计民生，合适的管道运行压力对安全稳定供气至关重要。

城市高压天然气管道运行压力，建立在管道允许运行压力范围内，考虑调峰情况下，必须满足下游用户用气最低压力要求，同时在出现故障时，有足够的应急储气及启动应急供气的时间，保证下游用户用气不受影响。

本文以中山市域天然气管道（以下简称中山管道）为例，阐述了城市高压天然气管道运营公司如何考虑上游管道及下游用气、设备、应急供气能力等情况，对管道日常运行压力进行选择、管理和控制，满足城市天然气用户安全要求。

中山市域天然气管道（以下简称中山管道）设计压力为4.0MPa，实际运行最高压力不超过3.6MPa，下游用户最低运行压力为0.4MPa(除电厂用户以外)。

在上游发生故障停气时，启动LNG应急供气需要8小时准备，同时，在应急设备故障无法修复时，也可满足中山市下游用户一天用气需求。

在此原则下，综合考虑上游管道及下游用气、设备、应急供气能力等情况，管道日常运行压力选择在2.8-3.5MPa进行管理和控制，可满足中山市民用气安全要求。

同时，城市高压管道运行压力的选择还需要考虑自然灾害、高压管道设备故障等因素。

对运行压力选择的影响较大，管道调节作用有限，须与上下游建立联供联保机制，才能确保下游安全平稳用气。

关键词：天然气管道安全运行压力LNG 应急供气
1 中山管道一期工程概况
中山市域天然气利用项目一期工程于2006年全面开工建设，包括试验段工程、近期工程、中佛线工程、中江线工程。

2007年试验段投产，至2011年12月，一期工程顺利完工。

建成并投产高压管道约78公里，综合门站2座、高-中压调压站4座及分输站1座，主要向中心城区、火炬开发区、南朗、小榄、古镇、大涌等镇区及江门市供气，另外，采用高压直供的方式向下游客户的横栏调压站供气。

高压管道规格为D508×11.9、D508×9.5，设计压力4.0MPa，运行压力不超过3.6MPa。

一期工程系统示意图见图1-1。

目前，南朗综合站为唯一气源点，接气能力为8.0×104Nm3/h。

南朗综合站建有LNG气化站，采用LNG为应急气源，作为上游管道检修或事故期间保证安全供气的应急措施。

朗综合站设有CNG加气母站，主要通过气瓶车向市区周边城镇各卸气站供气，用以满足管道暂未到达地区的用气需要，同时可兼顾向天然气汽车加气的功能；站内还设有高-中压调压撬，向南朗镇区供应天然气。

图1-1 一期工程系统示意图
2 影响管道安全运行的因素
2.1由于用户用气的不均匀性，天然气管道担负着用户的调峰，导致管道压力变化较大，容易造成管道应力疲劳，缩短使用寿命01。

2.2根据上、下游供气协议，因海上开采风险和台风等不可抗拒因素，上游每年可能会出现连续几天停供，同时上游每年有15天的计划检修期，可能会连续几天停供。

2.3管道、设备事故有可能造成上游或者我司供气中断。

管道、设备事故主要包括泄漏、爆炸、着火及由此带来的人员伤亡、环境污染、社会影响等事故类型。

引起天然气泄漏、火灾、爆炸及人员伤亡事故的主要危险、危害因素主要有：
设计缺陷造成管道及附属设备的损坏；
制造质量、施工缺陷等；
管道内、外腐蚀及应力腐蚀开裂；
违章作业、误操作等；
第三方损坏（含违章占压、施工作业等）；
管道自然灾害（包括地震、洪水、山体滑坡等）造成的管道损坏。

3 中山管道一期工程下游用户用气分析
目前中山管道一期共有7个外输用户（将CNG用户全部归为南朗CNG，）详见表3-1，江门华润和信义玻璃为代输客户，其气量与上游供气签订（原则上我司无调峰及应急保供义务），需要上游供气确认是否给其代输及代输气量，若继续代输，则严格按上游供气计划给其代输，若停止代输，则停止给其供气。

上游供气压力3.5MPa，南朗综合站接气最大小时流量8 ×104Nm3/h。

3.1下游用户储气能力
中山港华有LPG混气站1座，供气能力10 ×104Nm3 /天。

正常情况下，5小时内可启备用气源。

小榄港华有LNG气化站，供气能力2 ×104Nm3 /天。

正常情况下，5小时内可启备用气源。

永宁工业园区有LNG气化站1座，储气能力约为94.5 ×104Nm3，应急情况下反输供气能力约为40×104Nm3 /天（不发电时）。

中山公用暂无备用气源，紧急情况下部分工业用户可停供或者租用临时LNG气化设备。

3.2应急情况时下游用气需求
南朗LNG从准备到启动正常情况下需要8小时，期间下游用户用气情况如表3-2。

应急准备期间多气源用户已全部停供。

若南朗LNG低温泵无法启动，自然气化能力12×104Nm3可满足中山民用需求，详见表3-3。

4 中山管道一期工程储气能力
4.1高压管道储气能力
目前中山高压管道78公里，按运行压力最高不超过3.5MPa、最低不小于0.5MPa计算，储气能力约为44 ×104Nm3。

管道储气量计算公式02如下：Ｑ储＝Ｖ（Ｐm。

max－Ｐm。

min）/ P0
式中：Ｑ储—管道储气量，m3;
V—管道容积，m3;
P0—大气压力，0.101325MPa；
P m。

max—气体最高平均绝对压力，MPa;
P m。

min—气体最低平均绝对压力；MPa。

4.2罐储气能力
南朗LNG储罐储气能力46万标方，储气能力按设计储量的85%计算，实际可用储量按设计储量的15%-85%计算，实际最大可用储量为38万方。

5 中山管道一期工程压力的确定
5.1确定管道运行压力遵循的基本原则
第一，既要保证上游出现故障时，下游用户有足够的反应时间，也要保证下游用户出现故障时上游有较长的反应时间，做到上下游统筹兼顾；
第二，根据管道设计参数，确定管道最大允许压力和最小允许压力，建立管道允许运行压力区间；
第三，根据用户需要的最高压力，考虑场站设备的正常压损，在保证设备正常工作的前提下，选定管道正常运行压力。

5.2中山管道一期工程运行压力确定
第一，应急情况下不考虑调峰电厂及CNG用户，中山管道供气用户最大供气压力为0.4MPa，考虑设备压损为0.1MPa，管道最低运行压力应为两者之和0.5MPa；
第二，中山市民用用户一天用气量为12.5×104Nm3，使用管道储气供气，压降为0.9MPa，在满足中山市民一天用气情况下，管道运行最低压力为1.4MPa；
第三，南朗LNG应急准备期间下游用气总量为21×104Nm3，使用管道储气供气，压降为1.4MPa，在满足南朗LNG启动准备且下游用户应急供气已全部启动情况，管道运行最低压力为2.8MPa；
第四，上游分输站供气压力设定为3.5MPa，满足中山市域天然气高压管道最高运行压力3.6MPa；
第五，通过中山管道一期工程水力计算02，在没有第二气源情况下，电厂只能作为调峰用户供气，江门代输用户（江门华润和信义玻璃）调峰和应急由上游负责。

综合上述：中山管道一期工程在满足设备正常运行、上下游应急反应的条件下，中山管道安全运行压力应控制在2.8-3.5MPa。

在上游中断供气时，启动应急供气准备需要8小时，压力从2.8 MPa降至1.4 MPa，管道储气可以足够满足应急准备期间中山市单气源用户用气。

出现应急供气系统无法正常启动，压力从1.4 MPa降至0.6MPa，管道储气也足够满足中山市民一天用气。

6 结论与建议
中山管道一期工程在满足各用户正常用气及应急准备期间用气的条件下，管道安全运行压力宜确定再2.8-3.5MPa之间。

在此压力范围内，既能满足应急供气准备时间需要，也能为应急供气系统出现故障提供充足的修复时间，保证中山市民用气不受影响。

随着各用户用气量增加，为保证中山市域天然气用户安全平稳用气，应加快中山管道二期项目建设和争取其他供气气源；下游用户小榄港华将中压管道与永宁工业园区LNG气化站联网，中山公用租用临时LNG气化设备；中山天然气与上下游建立联供联保机制，确保中山市安全平稳用气。

参考文献：
01 姚华堂，王正东．压力容器疲劳寿命的简化评定方法[J]．压力容
器，2006'23(3)：46-48．
02 段常贵，王民生．燃气输配[M]．北京：中国建筑工业出版社2001'12(3)：221-222．。