干線(xiàn)輸氣管壓氣站的布置與工藝參數(shù)選擇課件

1、1在進(jìn)行壓氣站的布置時(shí)需要考慮的問(wèn)題： 為充分利用地層能量可以省去首站； 注意末段儲(chǔ)氣的要求； 使運(yùn)行壓力接近管線(xiàn)承壓； 對(duì)于初期流量較小的管線(xiàn)，應(yīng)分期建造壓氣站。2第一節(jié) 預(yù)先不固定站址的壓氣站布置干線(xiàn)輸氣管上布置壓氣站既要詳盡地考慮工藝問(wèn)題、地理地質(zhì)問(wèn)題，也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，甚至與其它部門(mén)相聯(lián)系的社會(huì)問(wèn)題，力求做到方便于壓氣站的建設(shè)與管理，讓整條管線(xiàn)發(fā)揮出最大的效益。站址不預(yù)先固定的壓氣站布置意味著僅僅根據(jù)水力條件來(lái)計(jì)算，其結(jié)果必然是理想化的，但其優(yōu)點(diǎn)是便于我們了解布置壓氣站的基本方法和一般規(guī)律。 第八章式（8-17）指出，壓氣站布置愈是接近輸氣管的起點(diǎn)，輸氣管的輸氣能力就愈大。因?yàn)椋旱谝唬?/p>

2、壓氣站向起點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)站3 壓力增高，壓縮機(jī)進(jìn)口條件下的流量變小，壓力比要增大，若保持壓力比不變，則可增大輸氣能力；第二，壓氣站向前移動(dòng)之后，站間平均壓力增高，平均流速下降，克服摩阻所需的能量減小，允許站間通過(guò)能力進(jìn)一步提高。以站2為例pL站1站2站3站4移動(dòng)前壓降線(xiàn)移動(dòng)后壓降線(xiàn)移動(dòng)后壓氣站4一、壓氣站的站間距 實(shí)際工作中，由于壓縮機(jī)最大工作壓力和管子強(qiáng)度的限制，中間壓氣站不可能無(wú)限制地移向起點(diǎn)。在壓氣站數(shù)一定的情況下，各站的出站壓力都達(dá)到最大工作壓力Pmax時(shí)，輸氣管則有最大的輸氣能力Qmax(即首站出站的最大流量)，這個(gè)最大流量是由全線(xiàn)的壓氣站特性和整條輸氣管各站間管路特性共同決定的。根據(jù)

3、式（8-13），對(duì)于一條沿線(xiàn)沒(méi)有分氣或進(jìn)氣的輸氣管，扣除各站的自用氣之后，流量是在逐漸減少的，5站1站2站3干線(xiàn)輸氣管各站的出站壓力均達(dá)到最大工作壓力Pmax站n-1站nQmax6第i+1個(gè)中間站的特性為第i個(gè)站間管路的特性為由上兩式消去 項(xiàng)可得出最大流量（或最大工作壓力）下站間距：（10-2）（10-1）（10-3）7首站出站的最大流量Qmax與末段的最大流量QZmax之間存在著下述關(guān)系：式中 n壓氣站數(shù)故站間距可改寫(xiě)為(10-4)(10-5)8若不考慮各站的自用氣，M=1，且Ci=C，各站間距相等，由（10-3）得二、壓氣站數(shù)的確定 輸氣管全線(xiàn)長(zhǎng)度(10-6)9壓氣站數(shù)式中 L輸氣管全長(zhǎng)；

4、 lZ末段管路長(zhǎng)度； li 第i站間距； 平均站間距。顯然，由于平均站間距不易求得，用式（10-7）求壓氣站數(shù)并不 方便。(10-7)10為此，令M=1，Ci=C，用l代 ，則可近似用下式來(lái)求壓氣站數(shù)：我們常常用已知的末段流量 代替首站出站的最大流量 ，當(dāng)M=1時(shí)，則由式（10-8）和（10-9）就可求得壓氣站數(shù)，實(shí)際上是 由此求得的壓氣站數(shù)一般應(yīng)向較大的方向化整。(10-8)(10-9)11三、輸氣管的最大流量當(dāng)站數(shù)確定并化整后，輸氣管的最大流量在管材一定的情況下也確定了。設(shè)有n個(gè)壓氣站，除末段外，有n-1個(gè)站間。由式（10-3）得12由于 ，故最大流量的平方值若Ci=C，則（10-10）（

5、10-11）13若M=1，則 ，故若M1（10-12）14故首站出站的最大流量的平方值（式10-11）末段最大流量的平方值（10-13）（10-14）15對(duì)于輸氣管末段，若其起點(diǎn)壓力也是Pmax，其終點(diǎn)壓力必為PZmax，兩者之間存在下述關(guān)系：由上式解出lZ,代入式（10-10）得（10-15）16由于 ，故末段最大流量（10-16）17 四、各站的進(jìn)站壓力對(duì)于任意一站（i+1）的進(jìn)站壓力，根據(jù)站特性公式（10-1）：或根據(jù)管路特性式（ 8-13 ）（10-18）18 五、壓氣站布置的基本步驟 根據(jù)上面討論，歸納出壓氣站布置的基本步驟如下：（1）根據(jù)末段儲(chǔ)氣要求確定末端參數(shù)：P1max、P2m

6、in、和lZ；（2）根據(jù)任務(wù)流量和式（10-8）、（10-9）或（10-6）初步確定壓氣站數(shù)，并化整（向上）；（3）由于站數(shù)化整，需根據(jù)式（10-10）至（10-16）復(fù)核最大工作壓力Pmax下的最大流量Qmax（或QZmax），或者根據(jù)任務(wù)流量Q核算該流量下的最高工作壓力Pmax；19（4）根據(jù)式（10-3）或（10-5）計(jì)算各站間的站間距，并布置壓氣站；（5）計(jì)算各站其余的工藝參數(shù)：如進(jìn)站壓力PZi、壓力比、壓頭H、功率N和出站溫度T2等等。（6）根據(jù)計(jì)算成果和實(shí)際需要對(duì)某些站進(jìn)行調(diào)整，并重新核算。20上面討論的基礎(chǔ)是使各站的出站壓力都為最高工作壓力Pmax ，實(shí)質(zhì)上也就是使輸氣管處于消耗

7、能量最少的狀態(tài)。首站也不例外，但首站的進(jìn)站壓力決定于氣田的供氣壓力，當(dāng)首站的進(jìn)站壓力隨著氣田供氣壓力而下降時(shí)，為了保持出站壓力仍為Pmax，也就是在最少能耗下最大限度地發(fā)揮輸氣管的輸氣能力，在首站前增建附加的壓氣站或提高首站的壓力比（亦要增加功率和能耗）的辦法是必要和合理的。對(duì)于中間站，基于同樣的道理，在一定的輸量下，也應(yīng)該保持允許的最大出站壓力Pmax。21一條大型輸氣管，各個(gè)時(shí)期的輸氣量不會(huì)相同，從投產(chǎn)初期的不滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行到全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的滿(mǎn)負(fù)荷工作。同樣可以從前面介紹的計(jì)算中，找到輸氣管不同時(shí)期的壓氣站數(shù)。這時(shí)，必須注意到壓氣站在不滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，不一定是全部機(jī)組投入運(yùn)行，壓氣站特性方程中A和B的數(shù)

8、值將有所變化。22 例題10-1 某輸氣管干線(xiàn)全長(zhǎng)1234km，送至某城市的輸氣量為5106m3/d。末段管徑為6308mm，其余站間為5297mm。最大工作壓力Pmax=5.5106Pa，進(jìn)配氣站的最低壓力P2min=106Pa。試布置全線(xiàn)壓氣站，并決定末段最大儲(chǔ)氣能力和全線(xiàn)各站的工藝參數(shù)。2324已知：所輸天然氣的相對(duì)密度*=0.58，壓縮因子Z=0.93，平均溫度T=288K。管道的水力摩阻系數(shù)=0.0121。壓氣站特性系數(shù)A=4.5388，B=9.479109。自用氣系數(shù)M=0.995解：1、末端參數(shù)輸氣量Q= 5106m3/d=57.87m3/s由表4-1查得C0=0.03848。由

9、式（9-6）得25最優(yōu)末段長(zhǎng)度為由式（9-17）26最大儲(chǔ)氣能力為終點(diǎn)最大壓力與末段起點(diǎn)最小壓力，由式（9-18得）27平均站間距，由式（10-9）28壓氣站數(shù)按大值取整，故n=8，除末段外尚有7個(gè)站間。293、各站及站間參數(shù)30各站間長(zhǎng)度li由式（10-5）得式中i=17。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-1 表10-1 各站間長(zhǎng)度站間i1234567站間距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.231各站的進(jìn)站壓力PZ和壓力比，由式（10-18）得計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-2站號(hào) i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69壓力

10、比1.4641.4681.4721.4751.481.4841.488324、最大工作壓力Pmax=5.5106Pa時(shí)的參數(shù) 壓力升至最大值時(shí)，Pmax=5.5106Pa，由式（10-14）得末段最大流量為： QZmax=57.977m3/s=5.009106m3/d 各站出站壓力Pmax增大，站間流量也增大。由式（10-14）可知QZmax2/Pmax2=常數(shù)，代入式（10-5）和式（10-18）可以看出站間距l(xiāng)i和各站的壓力比將不發(fā)生變化。但各站的進(jìn)口壓力PZi+1將略有上升，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-3.33 表10-3 最大工作壓力對(duì)各站的進(jìn)站壓力站號(hào) i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa

11、3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.69634第二節(jié) 預(yù)先固定某些站址的壓氣站布置實(shí)際工作中，由于地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展各方面的需要，往往事先規(guī)定某些站的位置。剩下的問(wèn)題就是如何布置其余的壓氣站。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，我們一般事先知道下列條件：（1）線(xiàn)路的起、終點(diǎn)和全長(zhǎng)，某些規(guī)定站的站址，各進(jìn)氣點(diǎn)和分氣點(diǎn)的位置；（2）各段的任務(wù)輸氣量，各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量和分氣點(diǎn)的分氣量，終點(diǎn)配氣站的耗氣量；35（3）首站的進(jìn)站壓力PZ1，終點(diǎn)配氣站進(jìn)站的最低壓力P2min；（4）已知或預(yù)選各段的管徑、壁厚和最高的工作壓力Pmax ；（5）可能選用的壓縮機(jī)類(lèi)型和技術(shù)參數(shù)。在上述已知條件下，

12、往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（例如，站間距約為110150km）初步確定壓氣站數(shù)和布置其余站的位置。這樣就等于初步確定全部站址，已知各站的站間距。結(jié)果，“預(yù)先固定某些站址的壓氣站布置”就轉(zhuǎn)化為一個(gè)工藝核算調(diào)整再核算的問(wèn)題。其步驟如下：36（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定全部壓氣站的站址和站間距。作出全線(xiàn)布置草圖，圖上表明各種站場(chǎng)的位置、站間距、各段輸氣量、各處的進(jìn)氣量和分氣量，以及已知的各點(diǎn)壓力等；（2）根據(jù)已知的流量和各站出站的最高壓力Pmax，進(jìn)行各段、各站間的水力、熱力計(jì)算，得出各站的進(jìn)站壓力PZi+1和各進(jìn)氣點(diǎn)、分氣點(diǎn)的壓力；37（3）計(jì)算各壓氣站工況，求出各站的出站溫度T2，壓頭H和功率N；（4）根據(jù)各站的變轉(zhuǎn)速

13、特性確定各站的調(diào)節(jié)方案；（5）檢查各站間和各站的工作參數(shù)是否符合要求和合理。38如上計(jì)算成果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則進(jìn)行調(diào)整，重新布站和核算。最后可能得到多個(gè)不同的布站方案，通過(guò)綜合比較選定之。上一節(jié)討論的“預(yù)先不固定站址的壓氣站的布置”亦可采用本節(jié)討論的方法解決。同理，上述步驟同樣可用于一條已建成的輸氣管的運(yùn)行方案的核算與編制，不過(guò)此時(shí)各站址已完全確定，不能作任何調(diào)整而已。39第四節(jié) 增加輸氣管的輸氣能力已投產(chǎn)的輸氣管，在生產(chǎn)過(guò)程中常常進(jìn)行擴(kuò)建或改造，其目的主要在于提高輸氣管的輸氣能力和降低能耗。當(dāng)一條輸氣管的最高工作壓力已達(dá)到管路強(qiáng)度允許的最大值時(shí)，提高輸氣能力實(shí)際上只有兩個(gè)辦法： 在站間鋪設(shè)副管；

14、增建新的壓氣站；40 一、鋪設(shè)副管某站間管路鋪設(shè)副管以前的管徑為D0，長(zhǎng)度為l，起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓力分別為PQ和PZ，輸氣能力為Q。鋪設(shè)的副管直徑為D1，長(zhǎng)度為x，輸氣能力增加為Q*。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假設(shè)鋪設(shè)副管前后，壓力為PQ和PZ保持不變。根據(jù)上述條件可由式（4-56）求得副管長(zhǎng)度。在該式中（10-19）（10-20）41并令將式（4-43）代入上式得式中0、1分別為主管（D0）和副管（D1）的水力摩阻系數(shù)。（10-21）42將式（9-19）、（9-20）和（9-21）代入式（4-56）代入43得副管長(zhǎng)度從式（10-22）可知副管長(zhǎng)度主要取決于要求增加的輸氣能力和副管管徑。若采用的副管管徑與主管

15、相同，則（10-22）44鋪設(shè)副管增大流量之后，一般勢(shì)必引起壓氣站的特性發(fā)生變化。故副管長(zhǎng)度與壓力的變化都與壓氣站的特性有關(guān)。當(dāng)全線(xiàn)壓氣站特性相同時(shí)，只要考慮站間管路和位于該站間終點(diǎn)的壓氣站之間的關(guān)系。站間管路和位于該站間終點(diǎn)的壓氣站一起研究時(shí)，可得聯(lián)解得（10-23）如何推導(dǎo)45由式（10-22）可得：對(duì)于原管路，其特性方程：46式（10-23）說(shuō)明，在其它條件相同時(shí)，副管長(zhǎng)度實(shí)際上決定于站間終點(diǎn)的壓氣站的特性，也就是系數(shù)A和B。47 二、倍增壓氣站從輸氣管的流量公式中可知，減小站間管路長(zhǎng)度，也就是在站間增建新的壓氣站，可以增加輸氣管的通過(guò)能力。倍增壓氣站前后的輸氣能力可表述如下：倍增前倍增后48若增建新站前后，PQ和PZ不變，則但是，只要倍增壓氣站之后，不管原有壓氣站是否進(jìn)行擴(kuò)建（照例需要擴(kuò)建并聯(lián)機(jī)組），壓氣站的進(jìn)站壓