范云鵬 毛平平 朱 明 劉少山 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

輸氣管道季節(jié)調(diào)峰措施

范云鵬 毛平平 朱 明 劉少山 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

通過對(duì)輸氣管道季節(jié)調(diào)峰分析方法及步驟的探討，結(jié)合實(shí)際工程的應(yīng)用可知，準(zhǔn)確計(jì)算各用戶的調(diào)峰總需求是輸氣管道調(diào)峰分析的前提和基礎(chǔ)，根據(jù)儲(chǔ)氣庫有效工作氣量來統(tǒng)籌系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)是模擬計(jì)算的關(guān)鍵。由輸氣規(guī)模冬季工況Da—Shen線、Qin—Shen線、Ha—Shen線聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行工藝計(jì)算結(jié)果可知，在冬季典型月，Daq和shuangy儲(chǔ)氣庫按最大日采氣能力進(jìn)行采氣，通過減少向華北轉(zhuǎn)供氣量，sheny聯(lián)絡(luò)站的壓力為6.01 MPa，此時(shí)Da—Shen、Qin—Shen和Ha—Shen3條管道沿線各站分輸壓力均能夠滿足用戶用氣壓力和調(diào)峰的需求。

天然氣管網(wǎng)；季節(jié)調(diào)峰；儲(chǔ)氣庫；不均勻系數(shù)；模擬計(jì)算

1 輸氣管道季節(jié)調(diào)峰分析原則

承擔(dān)下游用戶的季節(jié)調(diào)峰是天然氣管道系統(tǒng)的重要功能，管道系統(tǒng)季節(jié)調(diào)峰能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系到系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和下游用戶的用氣安全。輸氣管道調(diào)峰以安全平穩(wěn)供氣為目標(biāo)，以下游用戶用氣安全為原則，綜合利用地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰、管網(wǎng)調(diào)峰等多種方式，統(tǒng)籌管道與管道之間、管道與儲(chǔ)氣庫之間聯(lián)合調(diào)峰，最大限度地增強(qiáng)系統(tǒng)的供氣和調(diào)峰能力。

2 調(diào)峰分析方法及步驟

2.1 確定各用戶用氣的月不均勻系數(shù)

充分調(diào)研下游用戶逐年用氣需求量、接氣壓力等參數(shù)，根據(jù)各用戶現(xiàn)有用氣的不均勻特點(diǎn)，確定各用戶用氣的月不均勻系數(shù)Km。月不均勻系數(shù)體現(xiàn)一年中各月用氣的不均勻情況。

影響用戶的月不均勻性主要因素是各季節(jié)氣候變化。我國(guó)北方地區(qū)冬季的月不均勻系數(shù)較大，夏季的月不均勻系數(shù)較?。荒戏降貐^(qū)與之相反。

2.2 計(jì)算下游用戶季節(jié)調(diào)峰需求量

根據(jù)各用戶月不均勻系數(shù)和逐年用氣總量計(jì)算全部用戶每月的實(shí)際用氣量，月實(shí)際用氣量與月平均用氣量之差即為每月管網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰平衡量Q

若計(jì)算出的調(diào)峰平衡量Q＞0（即Q為正值），表明管道供氣量大于用戶用氣量，因此，此階段為儲(chǔ)氣庫注氣階段；反之，Q＜0則表示儲(chǔ)氣庫為采氣階段。通過對(duì)全年365天（或12個(gè)月）的調(diào)峰平衡量進(jìn)行分析，得出全年儲(chǔ)氣庫最大的注氣量Qmax和最大采氣量Qmin（負(fù)值），兩值之差即為管網(wǎng)系統(tǒng)的總調(diào)峰需求量Qtotal

2.3 計(jì)算下游用戶應(yīng)急保安需求量

管道系統(tǒng)依據(jù)全部用戶最大日不可中斷用氣量，一般按3天（72小時(shí)）保證安全供氣時(shí)間計(jì)算應(yīng)急需求量Qsafe

2.4 確定下游用戶所需調(diào)峰庫容要求

下游用戶總調(diào)峰需求量與應(yīng)急保證安全供氣量需求量之和即為所需調(diào)峰庫容要求Qeff

根據(jù)儲(chǔ)氣庫與管網(wǎng)之間的位置關(guān)系，統(tǒng)籌儲(chǔ)氣庫的調(diào)峰能力，合理確定具體的調(diào)峰方案；利用模擬軟件，對(duì)確定的調(diào)峰方案進(jìn)行模擬計(jì)算，確保管網(wǎng)系統(tǒng)和儲(chǔ)氣庫設(shè)施在正常和應(yīng)急工況下的平穩(wěn)安全運(yùn)行及用戶的用氣安全。

3 Ha—shen管道調(diào)峰

3.1 各用戶月不均勻系數(shù)的確定

根據(jù)前期對(duì)各用戶用氣量和用氣不均勻性特點(diǎn)的調(diào)研，首先確定管道各用戶的月不均勻系數(shù)。由于東北地區(qū)冬季采暖，Ha—Shen管道除工業(yè)用戶以外，大多數(shù)民用燃?xì)庥脩舻脑虏痪鶆蛳禂?shù)在0.7～1.4之間變化，波動(dòng)范圍較大，必然給上游管道帶來巨大的季節(jié)調(diào)峰壓力。

3.2 計(jì)算管道下游用戶的季節(jié)調(diào)峰需求

基于各用戶年分輸量及月不均勻系數(shù)，以輸氣規(guī)模工況為例，根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰平衡量Q計(jì)算方法，Ha—Shen管道沿線用戶季節(jié)調(diào)峰需求計(jì)算中，平衡量為負(fù)數(shù)的月份表示需要從儲(chǔ)氣庫采氣，平衡量為正數(shù)的月份表示需要向儲(chǔ)氣庫注氣，采氣量之和或注氣量之和即為所需的調(diào)峰總量。通過計(jì)算，輸氣規(guī)模工況下Ha—Shen管道所需季節(jié)調(diào)峰量為9.5×108m3，其他年份所需季節(jié)調(diào)峰量如表1所示。

表1Ha—Shen管道各年所需季節(jié)調(diào)峰量108m3

3.3 計(jì)算下游用戶應(yīng)急保安需求量

根據(jù)調(diào)研各用戶的用氣需求量，以2020年輸氣規(guī)模為例，Ha—Shen管道最大用氣月份（1月份）沿線各用戶總用氣量為3 685.5×104m3/d，保證安全供氣量時(shí)間按3天（72小時(shí)）考慮，Ha—Shen管道所需應(yīng)急氣量為1.11×108m3，其他年份所需應(yīng)急氣量同理可得，見表2。

表2Ha—Shen管道應(yīng)急保證安全供氣量108m3

3.4 下游用戶的需求總庫容分析

通過以上計(jì)算可知，輸氣規(guī)模工況下Ha—Shen管道沿線用戶所需最大調(diào)峰庫容為10.61×108m3，其他年份所需最大調(diào)峰庫容同理可得，見表3。

表3Ha—Shen管道所需儲(chǔ)氣庫庫容分析108m3

3.5 模擬計(jì)算

Ha—Shen管道是東北天然氣管網(wǎng)的組成部分，該管道與附近管線相連形成一個(gè)水力系統(tǒng)，因此，開展聯(lián)網(wǎng)模擬水利系統(tǒng)分析。以輸氣規(guī)模工況為例，結(jié)合Ha—Shen線、Da—Shen線和Qin—Shen線沿線各用戶分輸量和儲(chǔ)氣庫的最大日注采能力，在滿足各用戶最低壓力需求的前提條件下，利用SPS水力模擬軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)在冬季和夏季典型月聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。聯(lián)網(wǎng)計(jì)算所得各管道壓力—流量曲線見圖1、圖2、圖3。

根據(jù)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算結(jié)果可知，在冬季典型月，Daqing和Shuangy儲(chǔ)氣庫按最大日采氣能力進(jìn)行采氣，通過減少向華北轉(zhuǎn)供氣量，Sheny聯(lián)絡(luò)站的壓力為6.01 MPa，此時(shí)Da—Shen、Qin—Shen和Ha—Shen 3條管道沿線各站分輸壓力均能夠滿足用戶用氣壓力和調(diào)峰需求。

圖1 Ha—Shen管道壓力流量曲線

圖2 Da—Shen線壓力流量曲線

圖3 Qin—Shen線壓力流量曲線

4 結(jié)語

（1）分析可知，準(zhǔn)確計(jì)算各用戶的調(diào)峰總需求是輸氣管道調(diào)峰分析的前提和基礎(chǔ)，根據(jù)儲(chǔ)氣庫有效工作氣量來統(tǒng)籌系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)是模擬計(jì)算的關(guān)鍵。

（2）考慮到儲(chǔ)氣庫構(gòu)造本身的特點(diǎn)，需要結(jié)合儲(chǔ)氣庫的最大日注采能力進(jìn)行應(yīng)急調(diào)峰分析，以進(jìn)一步確定保安措施。

（3）在管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各管道間的連接，充分利用管道間的調(diào)配氣功能，統(tǒng)籌沿線儲(chǔ)氣庫參與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)峰，優(yōu)化調(diào)峰和設(shè)計(jì)方案，保障各用戶在正常及應(yīng)急工況下的用氣安全。

（4）利用該調(diào)峰分析方法完成的Ha—Shen管道可行性研究報(bào)告和初步設(shè)計(jì)報(bào)告已得到中石油集團(tuán)公司的批復(fù)，目前正在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)工作。該分析方法同樣適用于單條管道的季節(jié)調(diào)峰研究。

（欄目主持李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.005