管道末段储气调峰分析方法

针对管道不能满足储气调峰需要的问题 ,在管 道结构和用户分输量不变的条件下可以采用三种方 法解决 。一是降低终点最小允许压力值 ;二是采用 第二气源或储气库采气方式 ;三是增大管径 。现只 讨论前两种方法 。
从上述分析可以看出 ,采用降低终点压力的方 法 ,应该考虑到用户用气条件的限制 ,需认真研究 、 核算后选择 。当然 ,从管道运营的角度考虑 ,在可能 的情况下 ,应尽量减小终点最小允许压力值 。
对式 (7) 求导可得管道末段最优储气长度为 :
图 1 输气管道沿线用气负荷分布
1 、 管道基础参数 已知管道直径为 1 016 mm ,最后一座压气站出
口压力为 10 M Pa ,输气温度 T 为 20 ℃,最后一座压 气站至管道终点的末段长度为 885 km 。系统的季 节性和日调峰由储气库完成 ,管道仅解决用户的小 时调 峰 问 题 , 每 日 累 积 调 峰 量 为 220. 72 ×104 m3 / h 。此时 ,管道起点流量 Q1 为 392. 24 m3 / s ,经沿 线分输后 ,终点剩余流量 Q2 为 78. 68 m3 / s 。现在 要研究的是该管道系统的末段储气调峰能力 。
气管道末段管段储气量为 :
∫ ∫ L
L
V = V max - V min = A Pmax d x - A Pmin d x (2)
0
0
关于 Pmax 和 P min 的取值 ,可以采用下列方程〔4〕:
n
∑ P ( x) = P1 max - k1 Q1 x + k1 qi ( x - xi ) + (3) i =1
n
∑ +
1 2
A ( k1
-
k2 )
qi
x
2 i
i =1
(9)
将式 (10) 代入式 (3) 和式 (4) 得到对应于 P1 max
和 P2 min 的管段两端的压力 ,并整理得到 :
n
∑ P2 max = P1 min - k2
qi x i
(10)
i =1
式 (10) 是输气管道末段最大储气能力的判断条
n
∑ V max = A
P1 max -
1 2
k1 Q2 L
-
k1 qi x i
i =1
∑ +
1 2
k1
i
n
qi
=1
x
2 i
L
L
(5)
∑ V min = A
P2 min
+
1 2
k2 Q2 L
+
1 2
k2
i
n
qi
=1
x
2 i
L
LFra Baidu bibliotek
(6)
将式 (5) 和式 (6) 代入式 (2) ,整理后得到复杂输
气管道末段储气能力计算方程 :
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油 气 储 运
道沿线状态 Pmin 的管道容积为 V min 。则该状况下输
2 、 管道末段储气调峰能力分析 在确定上述参数的基础上 ,利用式 (7) ～式 (9) 将管道末段现有的储气能力 、最优储气长度及所对 应的最大储气能力等随终点压力的变化而变化的情 况绘制成曲线 ,见图 2 。
图 2 管道储气能力分析
从图 2 中可以看出 ,在管道储气段起点压力不 变时 ,管道终点压力的变化对管道储气能力的影响 很大 。
(2) 对管道实际储气能力的影响 从计算储气 量的公式中可以看出 ,计算的管道储气量将随着终 点压力的降低而增加 。当终点压力 P2 为 4 M Pa 时 ,管道不但不能完成调峰任务 ,而且无法完成此工 况下的任务输量 ;当管道末段最小允许压力为 3. 66 M Pa 时 ,管道末段计算储气能力曲线降至 a 点 ,管 道刚好能完成所设计的稳定输量 ;而终点压力约为 3. 2 M Pa 时 ,管道末段计算储气能力增至 b 点 ,恰好 与需求曲线相交 ,此时 ,管道的储气能力等于需求储 气量 ,可以满足储气调峰的要求 。
(1) 对管道最大储气能力的影响 管道最优储 气长度及所对应的最大储气量 (仅进行储气对比分 析 ,不考虑其工艺和应用问题) 随着终点压力的降低 而增加 。当终点压力降低至 1. 5 M Pa 时 ,管道实际 储气长度达到最优储气长度 ,管道系统末段储气量 最大 ;而当终点压力为 4 M Pa 时 ,管道末段储气长 度应在 380 km 左右 ,此时能够满足管道小时调峰 的要求 。这也说明 ,在一定压力流量下 ,终点压力越 高 ,管道储气能力越差 ,即管道最优储气长度越短 。
件 ,满足这个条件 ,管道系统就处于最大储气能力状
态 。当管道沿线没有分输时 ,末段最大储气能力的 判断 条 件 就 演 变 为 常 用 的 判 别 方 法〔2 ,5〕 P2 max =
。 P1 min
为了说明该方法的适用性 ,现选择一个输气管
道工程案例进行分析 。所选管道结构复杂 ,用户繁
多 ,用气负荷变化较大 ,具有复杂输气管道的代表
在模型的应用中 ,关键是管道摩阻系数λ、平均 压缩系数 Z 和方程线性化系数 k1 、k2 的计算 。由于 沿线压力流量的变化 ,需根据分输站的位置 、分输量
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3 、 储气库用于小时调峰 由式 (7) 可知 ,减少用户分输量同样也可以增加 管道的储气能力 ,采用第二气源或储气库供气等效 于减少分输量 。在所有用户气量不变的情况下 ,采 用这种方法 ,能够使第二气源或储气库上游管段的 流量减少 ,降低管道阻力 ,提高储气库下游管段起点 压力 P2 max 值 ,降低储气库上游管段终点压力 P1 min 值 ,从而增加管道储气量 。 图 3 给出了在图 1 所示储气库位置情况下 ,管 道工程的终点压力为 4 M Pa 时 ,该管道末段储气能 力与储气库采气量增加的变化规律 。
P ( x) = P2 min + k2 Q1 ( L - x)
n
∑ - k2 qi [ ( L - x i ) - ( x - x i ) + ] (4) i =1
n
考虑 Q1 = Q2 + ∑qi 的关系 (式中 Q1 和 Q2 为管 i=1
道入口和出口流量 , qi 为沿线分输流量) ,可得 :
的变化对储气能力的影响 。
2005 年
n
∑ P1 max - P2 min - k1
qi x i
Ly =
i =1
( k1 + k2 ) Q2
(8)
相应的管道末段最大储气量为 :
n
∑ A ( P1 max - P2 min - k1
qi x i ) 2
V max =
i =1
2 ( k1 + k2 ) Q2
性 ,其沿线用气负荷分布见图 1 。
三 、方法的推延及应用
由式 (7) 可以看出 ,在管长 、输量和管段起点最 大压力一定的条件下 ,管道末段允许压力越高 ,管道 储气能力越低 ,当高于一定值时 ,甚至不能完成任务 输量 。同样 ,管道越长 ,管道容积越大 ,有利于储气 能力的增加 ,但同时也增大了阻力 ,相同压力下又减 少了储气量 。因此 ,管道末段储气并不是管道越长 越好 ,而是存在一个优化的问题 。对应一定的管道 系统 (承压 、管径 、输量等一定) ,必将存在一个长度 , 使得管道末段储气能力最大 。而这个长度往往是合 理选择最后一座压气站的依据 。
图 3 储气库采气量对管道储气能力的影响
由 图 3 可 以 看 出 , 在 储 气 库 采 气 量 接 近 35 ×104 m3 / d 时 ,管道刚好能满足稳定输气的要求 ,
不具备调峰能力 。这也说明 ,要完成提及的稳态输 量 ,必须要有第二气源或储气库的参与 。随着储气 库采气量的增加 ,管道储气能力也在增长 。当采气 量增至 b 点 ,流量为 90 ×104 m3 / d 时 ,计算的管道 储气量与需要的储气量相等 ,可以满足用户调峰需 要 。然而 ,采用这种方法增加管道储气能力 ,会引起 储气库容量的增加 。因此 ,对于此种输送情况下的
第 24 卷第 6 期 姜笃志等 :管道末段储气调峰分析方法
·21 ·
的大小 ,通过迭代的方法求得上述参数 ;由于分析的 是管道终点压力对管道系统末段储气调峰能力影 响 ,不同的终点压力 ,其各系数取值也不相同 ,各状 态下的管道相关参数〔4〕通过编程计算获得 。
式中 P ———管段 x 点的压力 ; Z ———压缩系数 ;
d ———管道内径 ;
T ———管段 x 点的温度 ;
R ———气体常数 。 上述各下标为 0 的参数 ,为天然气标准状态下
的参数 ,无下标的参数为管道运行状态下参数 。为
简化分析方法 ,现将压缩系数 Z 取为定值 (根据所
主题词 天然气管道 末段储气 调峰工艺 计算方法
一 、前 言
利用管道本身具有的储气能力 ,调节平稳供气 和不稳定用气之间的矛盾 ,是一种便捷灵活的方法 。 然而 ,面对连接用户越来越多 、系统结构越来越复杂 的输气管道 ,如何准确分析判断管道储气调峰能力 、 恰当设定管道系统压力和合理确定管道设计输量等 问题 ,一直受到人们的关注 。对于输气管道系统的 运行 ,目前已经有许多相当好的分析方法和手段 ,然 而 ,这些手段和方法大多数基于数值方法并依赖于 计算机技术 。对于管道运行中的物理现象 、各种运 行参数之间的物理关系等缺乏简单 、直观 、清晰的反 映 。有些方法虽然简单清晰 ,但是对于复杂输气管 道运行工况的描述缺乏全面性和准确性 。
V = A
P1 max -
P2 min -
1 2
k1 + k2 Q2 L
∑ ∑ n
-
k1 qi x i
i =1
+
1 2
k1 -
k2
i
n
qi
=1
x
2 i
L
L
(7)
式 (7) 反映了管道末段储气能力与该管段流量
(包括分输量) 、压力 、管道末段长度等关系 。根据这
一方程 ,可以容易地分析出在稳定状态下各个参数
针对这一问题 ,根据由样条函数插值法所建立 的复杂输气管道运行分析方程 ,对输气管道末段储 气调峰过程进行了分析 ,提出了复杂输气管道末段 储气调峰工艺的简便计算方法 。
二 、建立方程
以管道进行储气调峰 ,就是当用气量少时将多 输入的天然气存管道中 ,当用气量多的时候将存
3 102249 ,北京市昌平区府学路 18 号 ;电话 : (010) 89733804 。
第 24 卷第 6 期 油 气 储 运
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油气储存
管道末段储气调峰分析方法
姜 笃 志 3 宫 敬
(石油大学 (北京) 石油天然气工程学院)
姜笃志 宫 敬 :管道末段储气调峰分析方法 ,油气储运 ,2005 ,24 (6) 19～21 ,37 。
摘 要 在复杂输气管道稳定过程分析方法的基础上 ,建立了输气管道储气能力分析方法 。 该方法可以根据管道起点或终点的压力限制条件和稳态输量 ,确定管道末段储气调峰的能力和用 储气库参与小时调峰的需求 ,能够系统地分析复杂输气管网工艺过程 ,确定管道末段储气调峰能 力 ,是一种简便 、实用的近似方法 。在瞬态分析前 ,可对管网系统末段储气调峰能力进行预测和判 断 。经计算比较 ,提出的方法与 SPS 系统分析结果吻合很好 ,可用于预测管道的储气能力 。在实 际应用中 ,特别是在管道可行性研究和设计阶段具有重要的价值 。
入在管道内的天然气输送出去 。显然 ,管道的储气
能力可以理解为某一时段内管段流入气体总量与流
出气体总量之差 。
设距管道末段储气管段的长度为 L ,管段起点 为零 ,管段中任意点距起点的距离为 x ,则整个管段 气体标准状况下的体积 V〔1～3〕为 :
∫L
V = A Pd x 0
(1)
A
π =4
Z0 R T 0 d2 ZR T P0
分析的管道状态 ,取其平均参数下的值 ,该值将通过 迭代获得〔4〕) 。
设管道储气段的起点最高允许压力为 P1 max , 终点最低允许压力为 P2 min ,在某一输量下 ,由起点 最高允许压力 P1 max 决定的管道沿线状态 P max 的管 道 容积为V max ,由终点最低允许压力 P2 min 决定的管