田光 焦金改 鬲麗華(陜西省天然氣股份有限公司,陜西西安710016)
靖西天然氣管道末段儲氣調(diào)峰分析
田光 焦金改 鬲麗華(陜西省天然氣股份有限公司,陜西西安710016)
針對天然氣管道末段平穩(wěn)供氣和不穩(wěn)定用氣之間的矛盾,管道末段利用管道本身的儲氣能力給下游用戶調(diào)峰。為了深入研究管道末段儲氣量是否滿足實時調(diào)峰量的需求,探討了靖西天然氣管道末段儲氣調(diào)峰原理。并建立了復(fù)雜輸氣管道非線性方程組,得出穩(wěn)定過程的輸氣公式,該式反映出任意點壓力和流量的關(guān)系,由此推導(dǎo)出輸氣管道末段儲氣量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。結(jié)合靖西天然氣輸氣管道末段實際管網(wǎng)結(jié)構(gòu),列舉兩種工況,數(shù)值計算得到靖西天然氣管道末段全天儲氣量的變化,總結(jié)了提高靖西線管道末段儲氣調(diào)峰能力的方法。結(jié)果表明:提高起點壓力,增加儲氣庫及聯(lián)絡(luò)線,有效地提高了靖西天然氣管道末段的儲氣量,增強(qiáng)了調(diào)峰能力。
天然氣管道末段儲氣調(diào)峰數(shù)值模擬儲氣規(guī)律
假設(shè)在儲氣高峰點時黃陵站出站最高壓力為P1max,在用氣高峰點時西安分輸站進(jìn)站最低壓力為P2min。假設(shè)上游輸氣量穩(wěn)定,P1max決定的管道沿線狀態(tài)Pmax的管道容積為Vmax,由終點最低允許壓力P2min決定的管道沿線狀態(tài)Pmin的管道容積為Vmin。則該狀況下輸氣管道末段管段儲氣量為[2]:
其中,推導(dǎo)輸氣管道不穩(wěn)定流動方程組(3)、(4):
同理,將第二種邊界條件P(x)=P(L)=P2,當(dāng)P2=P2min時,有P (L)=P2min代入方程組可得
將(2)、(6)、(7)代入(1)中,整理可得管道末段管段儲氣量表達(dá)式:
式中:V—輸氣管末段的儲氣量,m3;Vmax—輸氣管末段儲氣結(jié)束時的儲氣量,m3;Vmin—輸氣管末段儲氣開始時的儲氣量,m3;L—輸氣管末段的長度,m;P—氣體壓力,P0=101325Pa;T—氣體溫度,K;Z—壓縮因子;Q—氣體流量,m3/s;Q1、Q2—起點站、終點站流出、流入的氣體流量,m3/s;qi—沿線分輸氣量,m3/s;d—輸氣管道的直徑,m。各下標(biāo)為0的參數(shù),為天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù),無下標(biāo)的參數(shù)為管道運(yùn)行狀態(tài)下參數(shù)。
2.1黃陵壓氣站到西安分輸站沿線的負(fù)荷分布
圖1 靖西線管道末端管網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
天然氣從黃陵壓氣站分兩條管路輸送到到西安分輸站X,HCX段(管徑為426mm)為自然輸氣,HEX段(管徑為610mm)可加壓輸氣,兩條管線沿線A、B、C、D、E、F點都有分輸氣量,兩條管線同時給西安分輸站供氣。
2.2對HCX段和HEX段進(jìn)行數(shù)值模擬
工況一:黃陵壓氣站開啟天然氣壓縮機(jī),HEX段加壓輸氣,HCX段自然輸氣,SE與HEX分開運(yùn)行,A、B、C、D、F處分銷氣量,以上工況和表1數(shù)據(jù)為依據(jù),通過公式(8)計算HCX段、HEX段的儲氣量如表1。
表1 全天HCX段和HEX段壓力
黃陵壓氣站以穩(wěn)定流量輸出,HCX起點輸出氣量為630萬方/日,HEX起點輸出氣量為150萬方/日。圖2中,儲存量呈上升趨勢時說明供氣量高于用氣量,儲存值呈下降趨勢時說明供氣量小于用氣量。當(dāng)日20:00末站X處壓力達(dá)到最低,用氣量達(dá)到最大值,之后X末站壓力開始反彈,全線用氣量也下降。因此,認(rèn)為20:00天然氣管道末端開始儲氣,到早上6:00儲氣量達(dá)到最大,兩條管線的儲氣量為28萬方,6:00過后儲氣量大幅回落,在8:00—18:00期間,儲氣量在18:00達(dá)到最低,只有10萬方。
圖2 管道末段儲氣量與時間變化曲線
工況二:黃陵壓氣站未開天然氣壓縮機(jī),在用氣高峰期時段14:00—23:00,SE與HEX連通,并控制SE出口壓力不大于3.0Mpa,提高HEX段供氣壓力,A、B、C、D、F處分銷氣量,通過公式(8)、(9)對表2中管段參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬,HCX段和HEX段的儲氣量如表2。
表2 全天HCX段和HEX段壓力
見圖3,當(dāng)日22:00X末站壓力達(dá)到最低,用氣量達(dá)到最大值,之后X末站壓力開始反彈,用氣量也下降。因此,認(rèn)為22:00天然氣管道末端開始儲氣,到早上4:00儲氣量達(dá)到最大,兩條管線儲氣量達(dá)到18萬方,在6:00—20:00期間,儲氣量降低,14點達(dá)到第一個低點,20點達(dá)到第二個低點。在14:00—20:00期間,天然氣管道末端儲氣量均值為3萬方/時,最小值為1.5萬方/時,X站在此期間所需調(diào)峰氣量均值為7000方/時,最大所需調(diào)峰氣量為1.1萬方/時,可以看出此時段管道調(diào)峰能力達(dá)到極限。
圖3 管道末段儲氣量與時間變化曲線
(1)設(shè)定參數(shù)下儲氣量的動態(tài)求解。黃陵壓氣站設(shè)定HCX段和HEX段出站壓力最大值均為5.5MPa,西安分輸站設(shè)定HCX段和HEX段天然氣最小允許進(jìn)站壓力為1.5Mpa,管長分別為167Km和172Km,管道設(shè)計流量分別為143×104Nm3/d,855× 104Nm3/d,忽略管線沿線分銷的氣量,通過公式(8)計算得到管段HCX和HEX的儲氣量分別為92.6×104Nm3和195.6×104Nm3。
(2)工況一中開啟了黃陵站天然氣壓縮機(jī),提高了HEX段的起點壓力,由4.2Mpa增壓至4.9Mpa(全天平均值),儲氣量增加了約33×104Nm3,較大的提高了管道末端的儲氣調(diào)峰能力。工況二中利用連通SE段管線提高HEX段壓力,SE段管線設(shè)計壓力8.0MPa,管輸能力850萬方/日,此段管線擔(dān)負(fù)起了儲氣庫的職責(zé),為HEX段的調(diào)峰起到了保障作用。上述兩種工況分別使用提高管道末端出站壓力和連通SE段管線(相當(dāng)于儲氣庫)。
(3)從黃陵壓氣站至西安分輸站,除首末站以外,B、D兩處都可以將管線HEX和HCX連通,可以均衡兩段管線壓力,安全輸氣。另一方面,HCX段分輸用戶較多,連通后可以提高其管段壓力,增強(qiáng)管段儲氣調(diào)峰能力,保障下游用戶供氣。
[1]李猷嘉.長輸管道末段儲氣的計算與分析[J].煤氣與熱力,2002,22(1):8-11.
[2]唐建峰,段常貴,李玉墨.燃?xì)忾L輸管道動態(tài)模擬及末段儲氣研究[J].油氣儲運(yùn),2000,19(7):24-27.
田光(1982-),工程師,于2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué),油氣儲運(yùn)工程專業(yè)碩士,現(xiàn)從事天然氣工藝技術(shù)工作。