第三章 天然气管输系统

输气量Q取决于下列参数：管径、管长、温度、相对密度、起点 和终点压力。 1) 在T、L、G、P1 、P2 不变时，管径d的影响 Q1/Q2=(d1/d2)8/3 即输气量与管径的8/3次方成正比，若管径增加一 倍，即d2=2d1，则Q2为Q1的6.3倍.
2) 在T、d、G、P1 、P2 不变时,管线长度的影响 Q1/Q2=(L2/L1)1/2 即输气量与管长的0.5次方成反比,若管长缩小一半, 即:L2=0.5L1,则Q2=1.41Q1,如在原有两加压站间再增设一个加压站,输
天然气管输系统示意图
矿场 集气 支线 集气 站 加压站 配气 站 输 气 干 线 输配气 站 配气管 线
矿场 集气 集气 干线 净化 站 厂 首站 集气 站 集气 站 加压站
配气 站
1、矿场集气
气田集气从井口开始，经分离、计量、调压、净化和集中等一 系列过程，到向干线输气为止。包括井场、集气管网、集气站、天 然气处理厂、外输总站等。
2、干线输气
输气干线从矿场附近的输气首站开始，到终点配气站为止。长 距离管线管径大，压力高，距离长。

3、城市配气
城市配气从配气站开始，通过各级配气管网和气 体调压站根据用户的要求供气。 储气库以调节输气和供气之间的不平衡。
第二节 输气干线的工艺计算
一、一般输气管道通过能力公式及分析
1. 通过能力公式（潘汉德公式） 1)一般输气管指管线敷设在平坦地区，管线沿线地形起 伏的高差在200米以内。 Q=11500Ed2.53〔 (P12-P22)/(ZTLG0.961) 〕0.51
2 2
l输气管线运行的几项基本技术指标 运行操作参数
表征输气管线内气流状况的基本指标是压力、流 量、温度等，用以表明严密性、管内有无积液、污物、 水化物的堵塞。
1. 压力 1)输气管线中压力变化规律是呈抛物线状降落，开始降 落缓慢，距起点越远压力降落越快，一般输气管线前 四分之三管段压力损失占一半，另一半消耗在后四分 之一管段上。 2)沿线随压力的降低，管线内气体流速增大，末段管线 流速最大。 3）求管线任意点的压力公式。
的摩损失也增加。这也说明高压输气节省能量，经济性好。
2、平均压力 输气管线停止输气时，管内压力并不象输油管那样 立刻消失。而是高压端的气体逐渐流向低压端，起点压 力逐渐下降，终点压力逐渐升高，最后全线达到某一压 力值，即平均压力。根据管内平衡前后质量守恒可得平 均压力。
p 2 p pj ( p1 ) 3 p1 p2
气量可增加41%.
3)温度T和相对密度G对输气量的影响（其他条件不变） Q1/Q2=(T2/T1)1/2 Q1/Q2=(G2/G1)1/2
流量与输气的绝对温度的0.5次方成反比。输气温度越低，输气 能力越大。同样道理，相对密度越低，输气能力越大。
4)起点压力P1和终点压力P2 的影响（其他条件不变） 储气量与起终点压力的平方差的 0.5 次方成正比，改 变起终点压力都能影响流量，但效果是不同的。 如增加P1和减少P2的数值P相同时，则得： (P1+ P)2- P22= P12+2 P1 P- P22+ P2 P12 -(P2- P)2= P12+2 P2 P- P22-P2 两式两边相减得： 2 P(P1- P2)+2 P2＞0
5.输气管线的严密性 1)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。 2)管线发生爆炸时出现的现象及采取的措施。 现象： 压力急剧下降，天然气流速加快，输气站内设备中 气流声响突变，并发生振动。 爆炸点上游流量计差压升高至100格以上（即差压变 送器超量程），爆炸点下游流量计因气体倒流，差压下 降至0格以下。
7.
管道输送能力利用率计算式
1
Q实 Q设
100 ％
式中：η 1——管道年输送能力利用率，％；
Q实——管道实际输送气量（标态），m3/a;
Q设——管道设计输送气量（标态），m3/a。
8. 管道输送效率计算式
2
Q实 Q计
100 ％
式中：η 2——管道输送效率，％； Q实——管道实际输送气量（标态），m3/a; Q计——在同一工况下，管道计算输送气量（标态），m3/a。 规范规定管道的输送效率不应低于90%。
采取的措施： 值班人员要立即向上级生产部门（如调度室）汇报。 采取果断措施切断干线阀，并放空事故段管线余气， 防止事故扩大。保存管内储气，想办法维持用户用气。 主动与供气单位联系暂停供气，与用户联系要求给 予配合。
6. 输差 1)输差计算式 输气量差值计算式
Q (V1 Q1 ) (Q2 Q3 Q4 V2 )
第三章 天然气管输系统
第一节 天然气输送系统的组成 天然气的输送基本为三种方式： 1、液化输送 2、管道输送 3、固化输送
我国是最早使用管道输送的国家 之一。
天然气输送系统是一个联系气井与用户间的由复 杂而庞大的管道及设备组成的采、输、供网络。其基本 过程为： 气井（油田） 油气田矿场集输管网 天然 气增压及净化 输气干线 城镇或工业区配气管 网 用户 整个系统由矿场集气管网、干线输气管道 （网）、城市配气管网和与这些管网相匹配的 站、场装置组成。
供气系统调峰目的：是为了平
衡供气和用气之间的矛盾，适应用 户工况的变化，满足用户的用气需 求。 当管道输气量大于用户用气量 时，多余的天然气储存在储气设施 中，而在用气高峰时，这些储存的 天然气又被补充进天然气输配系统 中以弥补输气干线输气量的不足。
• 2、事故工况
1)当管线发生 局部堵塞时， 如流量不变， 则堵塞点以前 的管段压力增 高，在堵塞点 之后，压力很 快降落。
2
P 2’
堵塞原因有三种： 1)管线施工时带进的泥土、石块、 工具等被气流或清管器在急转 弯处挤到一起造成堵 塞。 2)输气过程中将气井或净化厂的 水分、污物带到管线，在低洼 处或高坡下方集聚造成阻力。 在严寒地区还容易结冰堵塞。 3)在严寒地区，高压输送天然气 容易造成水合物堵塞。
2) 当 管 线 某 处 漏 失很大时，如流 量不变，则在起 点压力降低，在 漏失点压降较大， 漏失点后又恢复 正常曲线状态。
显然，供气流量与用气流量并不是在任何时候都是 平衡的，由此就提出了所谓供气调峰问题：设法消除供气 流量与用气流量的不平衡。用气量的变化往往具有多种周 期性，相应于这种周期性，可以将调峰划分为中长期调峰 和短期调峰。中长期调峰一般是指周期达到或超过一个月 的调峰，而短期调峰是指周期短于一个月的调峰。根据用 气量变化的周期，也可直接将调峰分为季节性调峰、 月调峰、周调峰和日调峰。一般来说，所 考虑的用气量变化周期越长，调峰需付出的 代价越大。
4. 输气管线的堵塞 堵塞原因有三种： 1)管线施工时带进的泥土、石块、工具等被气流或清管器在急转弯 处挤到一起造成堵塞。 2)输气过程中将气井或净化厂的水分、污物带进管线， 在低洼处或 高坡下方积聚造成阻力，在严寒地区还容易结冰堵塞。 3)在严寒地区，高压输送天然气容易造成水合物堵塞。生成水合物 的主要条件是水分、温度和压力，在一定条件下，水合物总是在 低温高压下形成，形成的必要条件是高速、紊流、脉冲、急剧转 弯等。预防和消除水合物最根本的方法是天然气脱水， 即把气体的露点降低到低于输气管线任何一点的温度。 其他办法还有：降压、加热天然气、向输气管中加入化 学反应剂（如甲醇）等。
2.输气管线的储气量 输气管线可以作为储气容积储存气量，解决供气高峰时调节用 户用气量之用。储气能力是指储气终了与储气开始两个时刻内输气管 中存气量之差。
Vr
VTb pm max pm min ( ) pb T Z 1 Z2
式中 Vr－－管道的储气能力; V－－管道的容积; Tb,pb－－标准状态下的温度和压力; pmmax－－管段的最高平均压力； pmmin－－管段的最低平均压力； Z1,Z2－－对应和的气体压缩因子。
二、输气管线的压力分布和平均压力
1、沿线压力分布
x p x p1 ( p1 p2 ) L
2 2 2
ｐ
L
上式说明压力Px与x的关系为一抛物线。 由上图看出，靠近起点压力降落比较慢，距起点越远，压力降落 越块，坡降越陡。在前3/4的管段上，压力损失约占一半，另一半 消耗在后面的1/4管段上。因为随着压力下降，流速增大，单位长度
式中：Q——某一时间输气管道内平衡输气量之差值，m3； Q1——同一时间内的输入气量，m3； Q2——同一时间内的输出气量，m3； Q3——同一时间内输气单位生产生活用气量，m3； Q4——同一时间内放空气量，m3； V1——计算时间开始时，管道计算段内的储存气量，m3； V2——计算时间终了时，管道计算段内的储存气量，m3。
上式说明，改变相同的P时，提高起点压力对流量 增大的影响大于降低终点压力的影响。提高起点压力比 降低终点压力有利。 压力平方差还可以写为： P12- P22＝ (P1+ P2) (P1- P2)＝ (P1+ P2) P 该式说明，如果压力差不变，同时提高起、终点压力， 也能增大输气量，所以高压输气比低压输气 有利。因为高压下，气体密度大，流速低， 摩阻损失小。
2)相对输差计算式
Q 100% V1 Q1
式中：η ——相对输差，％ 输差是由一定精度的仪表计量的结果，故管道的输差是气体的 实际损失与仪表误差的综合反映。管道漏失等因素，可能使输差为正值， 也可能为负值；减少输差的根本措施应包括防止管道泄漏和提高计量精 度两方面。规范规定长输管道年相对输差应小于±3%范围内。
具有储存能力的末端管道应满足以下条件： a) 在储存和消耗过程中，管段一直能容纳稳定的输气 量； b) 有足够的储存容积； c) 管段的始点最高工作压力不高于输入压力； d) 管段的机械强度应能承受储气压力。
3、管线温度 温度太低引起管内形成水化物或积液 结冰造成 管线堵塞而影响输气，温度太高会破坏管道防腐层。 天然气的温度在长输管线中开始时随着距离的增加而 降低，最后与管线周围土壤平衡。