干線輸氣管壓氣站的布置與工藝參數(shù)選擇

干線輸氣管壓氣站的布置與工藝參數(shù)選擇第1頁/共53頁2第一節(jié)預(yù)先不固定站址的壓氣站布置干線輸氣管上布置壓氣站既要詳盡地考慮工藝問題、地理地質(zhì)問題，也要考慮經(jīng)濟(jì)問題，甚至與其它部門相聯(lián)系的社會問題，力求做到方便于壓氣站的建設(shè)與管理，讓整條管線發(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)椋旱谝唬瑝簹庹鞠蚱瘘c(diǎn)移動時(shí)，進(jìn)站第2頁/共53頁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，允許站間通過能力進(jìn)一步提高。以站2為例pL站1站2站3站4移動前壓降線移動后壓降線移動后壓氣站第3頁/共53頁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)式（8-13），對于一條沿線沒有分氣或進(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，第4頁/共53頁5站1站2站3干線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nQmax第5頁/共53頁6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）第6頁/共53頁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)故站間距可改寫為(10-4)(10-5)第7頁/共53頁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)的確定輸氣管全線長度(10-6)第8頁/共53頁9壓氣站數(shù)式中L——輸氣管全長；

lZ——末段管路長度；

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)第9頁/共53頁10為此，令M=1，Ci=C，用l代，則可近似用下式來求壓氣站數(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)第10頁/共53頁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）得第11頁/共53頁12由于，故最大流量的平方值若Ci=C，則（10-10）（10-11）第12頁/共53頁13若M=1，則，故若M≠1（10-12）第13頁/共53頁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）第14頁/共53頁15對于輸氣管末段，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）第15頁/共53頁16由于，故末段最大流量（10-16）第16頁/共53頁17

四、各站的進(jìn)站壓力對于任意一站（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）第17頁/共53頁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)末段儲氣要求確定末端參數(shù)：P1max、P2min、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；第18頁/共53頁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ε、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)際需要對某些站進(jìn)行調(diào)整，并重新核算。第19頁/共53頁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。第20頁/共53頁21一條大型輸氣管，各個(gè)時(shí)期的輸氣量不會相同，從投產(chǎn)初期的不滿負(fù)荷運(yùn)行到全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的滿負(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)值將有所變化。第21頁/共53頁22

例題10-1某輸氣管干線全長1234km，送至某城市的輸氣量為5×106m3/d。末段管徑為Ф630×8mm，其余站間為Ф529×7mm。最大工作壓力Pmax=5.5×106Pa，進(jìn)配氣站的最低壓力P2min=106Pa。試布置全線壓氣站，并決定末段最大儲氣能力和全線各站的工藝參數(shù)。第22頁/共53頁23第23頁/共53頁24已知：所輸天然氣的相對密度Δ*=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)λ=0.0121。壓氣站特性系數(shù)A=4.5388，B=9.479×109。自用氣系數(shù)M=0.995解：1、末端參數(shù)輸氣量Q=5×106m3/d=57.87m3/s由表4-1查得C0=0.03848。由式（9-6）得第24頁/共53頁25最優(yōu)末段長度為由式（9-17）第25頁/共53頁26最大儲氣能力為終點(diǎn)最大壓力與末段起點(diǎn)最小壓力，由式（9-18得）第26頁/共53頁27平均站間距，由式（10-9）第27頁/共53頁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。第28頁/共53頁293、各站及站間參數(shù)第29頁/共53頁30各站間長度li由式（10-5）得式中i=1~7。計(jì)算結(jié)果見表10-1

表10-1各站間長度站間i1234567站間距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.2第30頁/共53頁31各站的進(jìn)站壓力PZ和壓力比ε，由式（10-18）得計(jì)算結(jié)果見表10-2站號i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69壓力比ε1.4641.4681.4721.4751.481.4841.488第31頁/共53頁324、最大工作壓力Pmax=5.5×106Pa時(shí)的參數(shù)壓力升至最大值時(shí)，Pmax=5.5×106Pa，由式（10-14）得末段最大流量為：

QZmax=57.977m3/s=5.009×106m3/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ε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)果見表10-3.第32頁/共53頁33

表10-3最大工作壓力對各站的進(jìn)站壓力站號i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.696第33頁/共53頁34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。剩下的問題就是如何布置其余的壓氣站。對于這類問題，我們一般事先知道下列條件：（1）線路的起、終點(diǎn)和全長，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；第34頁/共53頁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)類型和技術(shù)參數(shù)。在上述已知條件下，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（例如，站間距約為110~150km）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——再核算的問題。其步驟如下：第35頁/共53頁36（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定全部壓氣站的站址和站間距。作出全線布置草圖，圖上表明各種站場的位置、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；第36頁/共53頁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。第37頁/共53頁38如上計(jì)算成果發(fā)現(xiàn)問題，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，不過此時(shí)各站址已完全確定，不能作任何調(diào)整而已。第38頁/共53頁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；

增建新的壓氣站；第39頁/共53頁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，長度為x，輸氣能力增加為Q*。為了簡化起見，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）求得副管長度。在該式中（10-19）（10-20）第40頁/共53頁41并令將式（4-43）代入上式得式中λ0、λ1分別為主管（D0）和副管（D1）的水力摩阻系數(shù)。（10-21）第41頁/共53頁42將式（9-19）、（9-20）和（9-21）代入式（4-56）代入第42頁/共53頁43得副管長度從式（10-22）可知副管長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相同，則（10-22）第43頁/共53頁44鋪設(shè)副管增大流量之后，一般勢必引起壓氣站的特性發(fā)生變化。故副管長度與壓力的變化都與壓氣站的特性有關(guān)。當(dāng)全線壓氣站特性相同時(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)第44頁/共53頁45由式（10-22）可得：對于原管路，其特性方程：第45頁/共53頁46式（10-23）說明，在其它條件相同時(shí)，副管長度實(shí)際上決定于站間終點(diǎn)的壓