高壓儲(chǔ)氣管道運(yùn)行分析

高壓儲(chǔ)氣管道運(yùn)行分析摘要：通過(guò)對(duì)某儲(chǔ)氣管道的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，較為準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)了其在輸配系統(tǒng)中發(fā)揮的調(diào)峰功效，并提出了相應(yīng)建議，可供相似工程參考。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氣管道；運(yùn)行情況1高壓儲(chǔ)氣管道概況高壓管道儲(chǔ)氣能夠充分利用管道壓力能，在建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、管理難度、占地面積等方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，是目前常用的一種小時(shí)調(diào)峰儲(chǔ)氣方法。國(guó)內(nèi)部分儲(chǔ)氣管道案例見表1。表1部分城市供氣系統(tǒng)的高壓儲(chǔ)氣系統(tǒng)序號(hào)城市管徑（DN）設(shè)計(jì)壓力（MPa）長(zhǎng)度（km）備注1北京10004.0170即北京六環(huán)路高壓管道系統(tǒng)2鄭州800；5004.080DN800長(zhǎng)度50km；DN500長(zhǎng)度30km。連接鄭大調(diào)壓站、天河調(diào)壓站、花園路調(diào)壓站等8個(gè)調(diào)壓站向城區(qū)供氣3寧波500；4004.074.7DN500長(zhǎng)54.3km；DN400長(zhǎng)度20.4km4成都10004.086.3即繞城高速路天然氣高壓輸儲(chǔ)氣管道5濟(jì)南9004.030可見儲(chǔ)氣管道，一般管徑較大，設(shè)計(jì)壓力采用高壓A4.0MPa，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。某高壓儲(chǔ)氣管道，即小尚門站—高村門站—雪莊門站站高壓儲(chǔ)氣管道，總長(zhǎng)48.4km，管徑DN600、DN300，走向與廠站布局見圖1。各段管道基本情況見表2，其中2-4段為儲(chǔ)氣管道。為敘述簡(jiǎn)便，磨頭首站—小尚門站段簡(jiǎn)稱左段，小尚門站—高村門站段簡(jiǎn)稱中段，高村門站—雪莊門站段簡(jiǎn)稱右段。圖1某儲(chǔ)氣管道走向與廠站布局圖表1高壓管道基本情況表序號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)長(zhǎng)度（km）管徑（mm）壁厚(mm)設(shè)計(jì)壓力（MPa）投運(yùn)時(shí)間分段1磨頭首站小尚門站174066.44.02004.5左段2小尚門站高村門站326109.54.02013.12中段3高村門站3號(hào)閥室6323.97.94.02016.3右段43號(hào)閥室雪莊門站10.46109.54.02016.3右段該儲(chǔ)氣管道系統(tǒng)系統(tǒng)具有博愛(ài)首站、雪莊門站兩個(gè)供氣氣源?，F(xiàn)階段的運(yùn)行，為以高村門站為界，雪莊門站（接安洛線修武分輸站）來(lái)氣僅供應(yīng)高村門站，不通過(guò)儲(chǔ)氣系統(tǒng)管道向左段流動(dòng)。2高壓儲(chǔ)氣運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算方法2.1數(shù)據(jù)收集為了解該儲(chǔ)氣管道在建成投運(yùn)后的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確、客觀的分析其在輸配系統(tǒng)中發(fā)揮的調(diào)峰功效，并對(duì)將來(lái)相似工程提供參考，對(duì)該儲(chǔ)氣管道的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度，取近兩年（2015年6月-2016年6月、2016年6月-2017年6月），篩選出每年的用氣低谷月與用氣高峰月連續(xù)一周的運(yùn)行記錄。具體數(shù)據(jù)應(yīng)包括不同時(shí)期投運(yùn)的廠站（博愛(ài)首站、小尚門站、高村門站、雪莊門站）的進(jìn)出站壓力、進(jìn)出站溫度、單位小時(shí)累計(jì)流量等數(shù)據(jù)；2.2數(shù)據(jù)分析方法實(shí)際調(diào)研中，存在一些數(shù)據(jù)收集困難。如下：（1）2013年至2016年3月，中段投運(yùn)，但高村門站及右段暫未投運(yùn)，故2016年3月之前的運(yùn)行數(shù)據(jù)，無(wú)法取得小尚至高村段末端的具體壓力情況。（2）現(xiàn)階段高村門站已投運(yùn)，但其運(yùn)行方式為，小尚方向進(jìn)氣管道與雪莊方向進(jìn)氣管道，二者分別經(jīng)過(guò)高村門站的不同調(diào)壓計(jì)量裝置之后，再匯入中壓管道，具體見高村門站工藝流程示意見圖2。由于在進(jìn)站之前，左右兩個(gè)方向的管道不連通，故不能直接采用小尚—高村—雪莊整體系統(tǒng)進(jìn)行分析，只能采用分段分析的方法。圖2高村門站工藝流程示意圖（3）雪莊門站調(diào)壓計(jì)量撬設(shè)置于上游安洛線修武分輸站內(nèi)，由于設(shè)備原因，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳設(shè)備暫未運(yùn)行，故雪莊門站的運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)法收集到?；谝陨锨闆r，對(duì)于儲(chǔ)氣管道的運(yùn)行情況數(shù)據(jù)分析按照以下方法進(jìn)行：（1）分中段、右段兩段進(jìn)行分析。（2）在2015-2016年3月期間，中段的分析，通過(guò)博愛(ài)磨頭首站—小尚門站—高村門站的整體儲(chǔ)氣情況，減去磨頭首站—小尚門站的儲(chǔ)氣量的方法，間接進(jìn)行。（3）高村門站—雪莊門站段，即右段的情況采用結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的理論計(jì)算方法進(jìn)行。2.3計(jì)算方法（1）由供氣—用氣角度計(jì)算儲(chǔ)氣方法整體儲(chǔ)氣量的計(jì)算，從開始儲(chǔ)氣時(shí)刻，以及之后的24小時(shí)，作為一個(gè)計(jì)算儲(chǔ)氣周期，以儲(chǔ)氣周期內(nèi)每小時(shí)累計(jì)供氣量與累計(jì)用氣量相減得出差值，作為每小時(shí)的儲(chǔ)氣量，然后將每小時(shí)儲(chǔ)氣量的正最大值與負(fù)最小值的絕對(duì)值，二者之和即為一次儲(chǔ)氣周期的儲(chǔ)氣量[1]。開始儲(chǔ)氣的時(shí)刻取供氣系統(tǒng)的最小平均壓力的整點(diǎn)時(shí)刻。具體方法如下：Vj=max式中：Vj——整體系統(tǒng)的儲(chǔ)氣量，m3Qig——小時(shí)供氣量，mQiy——小時(shí)用氣量，m（2）由管道平均壓力角度計(jì)算高壓管道儲(chǔ)氣方法在一個(gè)儲(chǔ)氣周期內(nèi)，高壓管道儲(chǔ)氣量，是由管道的最高平均壓力與最低平均壓力所決定的。按照管道平均運(yùn)行壓力的波動(dòng)進(jìn)行計(jì)算[1][2]。具體方法如下：Vs=式中：Vsd——管道內(nèi)徑，m；L——管長(zhǎng)，m；pm,max、pp0T——溫度，K；Z——壓縮因子；在工程計(jì)算中，也可采用忽略壓縮因子與溫度的近似估算方法：Vs=管道中平均壓力的計(jì)算如下：pm=式中：pmp1p2——末站（或門站）壓力，即小尚門站進(jìn)站壓力，MPa；3算例及分析3.1左段與中段組成的整體系統(tǒng)的儲(chǔ)氣情況2015年8月29日—9月4日，為2015年6月—2016年6月一年中的用氣低谷周。本周內(nèi)博愛(ài)磨頭首站供氣共157.35萬(wàn)方，小尚門站用氣155.17萬(wàn)方。輸氣管道的運(yùn)行參數(shù)有明顯的周期現(xiàn)象，考察其中一個(gè)儲(chǔ)氣周期（9月3日20:00-9月4日19:00）的數(shù)據(jù)，計(jì)算并列表分析如下：表39月3日20:00-9月4日20:00儲(chǔ)氣周期情況計(jì)算表序號(hào)時(shí)刻磨頭首站流量（m3）首站出站壓力（MPa）小尚門站流量（m3）小尚門站進(jìn)站壓力（MPa）磨頭—小尚平均壓力（MPa）累計(jì)供氣量（m3）累計(jì)用氣量（m3）時(shí)刻末儲(chǔ)氣量（m3）120:00132962.7399552.982.861329699553341221:00210163.0193032.993.00343121925815054322:00217043.1276403.093.11560162689829118423:00211283.2274623.193.2177144343604278450:00140723.3372853.303.3291216416454957161:00134723.3365073.373.35104688481525653672:00123923.3763673.413.39117080545196256183:00115683.4166773.453.43128648611966745294:00115043.4569423.493.471401526813872014105:0070083.4873823.543.511471607552071640116:0031283.4895353.543.511502888505565233127:0010083.40121403.503.451512969719554101138:0014563.30114183.393.3515275210861344139149:0061763.23108943.293.26158928119507394211510:0056803.18114493.203.19164608130956336521611:0045603.13147513.173.15169168145707234611712:0032003.02139153.043.03172368159622127461813:0002.92113862.982.9517236817100813601914:0026882.9199532.902.91175056180961-59052015:0021442.7895272.822.80177200190488-132882116:0040962.70120542.762.73181296202542-212462217:0022402.62149502.682.65183536217492-339562318:0022242.52170162.542.53185760234508-487482419:0091282.42126572.402.41194888247165-522772520:00161922.7197452.362.54211080256910-45830表注：（1）20:00的流量，為20:00-21:00的小時(shí)累計(jì)流量值。（2）20:00的壓力，為20:00瞬時(shí)時(shí)刻的壓力值。（3）20:00時(shí)刻末的儲(chǔ)氣量，為20:00時(shí)刻末即21:00時(shí)刻初的管道儲(chǔ)氣量。（4）以儲(chǔ)氣周期開始時(shí)刻的儲(chǔ)氣量為零值計(jì)算。（1）在該儲(chǔ)氣周期的24小時(shí)內(nèi)，左段+中段組成的管道系統(tǒng)儲(chǔ)氣量最大值出現(xiàn)在9月4日4:00末，管道壓力狀況為最高3.51MPa，儲(chǔ)氣量72014方。（2）在該儲(chǔ)氣周期的24小時(shí)內(nèi)，左段+中段組成的管道系統(tǒng)的儲(chǔ)氣量最小值出現(xiàn)在9月4日19:00末，管道壓力狀況為最低2.41MPa，儲(chǔ)氣量-52277方。（3）該儲(chǔ)氣周期內(nèi)，左段+中段組成的管道系統(tǒng)的儲(chǔ)氣量根據(jù)公式（1）計(jì)算為124291方。3.2工作曲線繪制及分析根據(jù)計(jì)算，繪制供氣—用氣—儲(chǔ)氣工作曲線圖，并進(jìn)行分析。如下：圖3供氣—用氣—儲(chǔ)氣工作曲線（1）當(dāng)小時(shí)供氣量大于用氣量時(shí)，儲(chǔ)氣量增加，儲(chǔ)氣曲線上升，儲(chǔ)氣量最大值為72014方。（2）當(dāng)小時(shí)供氣量小于用氣量時(shí)，儲(chǔ)氣量減少，儲(chǔ)氣曲線下降，儲(chǔ)氣量最小值為-52277方。（3）管道系統(tǒng)在24小時(shí)周期內(nèi)，所能承受的儲(chǔ)氣量最大值與最小值之差，即為最終儲(chǔ)氣量，為124291方。根據(jù)計(jì)算，繪制管道平均圧力—儲(chǔ)氣工作曲線并進(jìn)行分析。如下：圖4管道平均圧力—儲(chǔ)氣工作曲線（1）在4：00-5：00，儲(chǔ)氣量達(dá)到最大值為72014方，該時(shí)段末，管道的平均圧力達(dá)到3.51MPa，為最大平均壓力值。（2）在19：00-20：00，儲(chǔ)氣量最小值為-52277方，該時(shí)段初，管道的平均圧力達(dá)到2.41MPa，為最小平均壓力值。（3）實(shí)際運(yùn)行中，按照理論，儲(chǔ)氣量最大值、最小值，應(yīng)分別對(duì)應(yīng)平均壓力的最大、最小值。但由于以小時(shí)為單位時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，且氣量是單位小時(shí)累積量，而壓力值是某時(shí)刻的瞬時(shí)量，故可認(rèn)為壓力值的最值與儲(chǔ)氣量的最值出現(xiàn)在同一單位時(shí)間段內(nèi)是符合實(shí)際的。（4）明顯可見，儲(chǔ)氣量與平均壓力是正相關(guān)關(guān)系。實(shí)際中正是由于儲(chǔ)氣量的變化，導(dǎo)致了管道平均壓力的變化。3.3分段儲(chǔ)氣情況計(jì)算根據(jù)公式（2），該段時(shí)間內(nèi)左段的最高、最低平均壓力分別為3.51MPa、2.41MPa，計(jì)算結(jié)果見表4。表4左段儲(chǔ)氣量計(jì)算最大平均圧力（MPa）最小平均壓力（MPa）管道外徑（mm）管道壁厚（mm）管道內(nèi)徑（m）管道長(zhǎng)度（m）管道幾何容積（m3）天然氣溫度（K）計(jì)算儲(chǔ)氣量（m3）3.512.414066.40.3932170002063.2228824415.81中段的儲(chǔ)氣量，為左段+中段的儲(chǔ)氣量減去左段的儲(chǔ)氣量，計(jì)算結(jié)果見表5。表5中段儲(chǔ)氣量計(jì)算左段+中段儲(chǔ)氣量（m3）左段儲(chǔ)氣量（m3）中段儲(chǔ)氣量（m3）中段儲(chǔ)氣量占比（%）12429124415.8199875.1980.4實(shí)際運(yùn)行中，中段的平均運(yùn)行壓力接近左段，采用公式（2）估算中段的儲(chǔ)氣量，并與表5中計(jì)算的中段儲(chǔ)氣量對(duì)比誤差，計(jì)算結(jié)果見表6。表6計(jì)算結(jié)果的誤差分析最大平均圧力（MPa）最小平均壓力（MPa）管道外徑（mm）管道壁厚（mm）管道長(zhǎng)度（m）管道幾何容積（m3）天然氣溫度（K）計(jì)算儲(chǔ)氣量（m3）誤差（%）3.512.416109.5320008773.9288103830.53.96根據(jù)不同計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果之間，誤差為3.96%，在工程計(jì)算誤差范圍之內(nèi)，認(rèn)為計(jì)算較為接近實(shí)際情況。4不同工況計(jì)算結(jié)果及分析4.1計(jì)算結(jié)果按照上述計(jì)算方法，略去具體計(jì)算過(guò)程，不同工況的計(jì)算結(jié)果見下表：表73種工況的計(jì)算結(jié)果工況儲(chǔ)氣周期系統(tǒng)儲(chǔ)氣量（m3）左段儲(chǔ)氣量（m3）/占比（%）中段儲(chǔ)氣量（m3）/占比（%）右段儲(chǔ)氣量（m3）/占比（%）備注12015年9月3日20:00—9月4日19:0012429124415.81/19.699875.19/80.4系統(tǒng)為左段+中段22016年1月25日11:00—1月26日11:0017594026449.08/15149490.92/85系統(tǒng)為左段+中段32017年1月8日13:00—1月9日12:0015394.7821117.66/13.2112158.34/70.426118.78/16.4系統(tǒng)為左段+中段+右段。該時(shí)間段內(nèi)高村門站僅使用右段來(lái)氣。4.2計(jì)算結(jié)果分析（1）在左段+中段運(yùn)行期間，中段的儲(chǔ)氣量在不同工況下表現(xiàn)為9.99-14.95萬(wàn)方，儲(chǔ)氣量占整個(gè)管道系統(tǒng)儲(chǔ)氣量的80.4-85%，承擔(dān)了絕大部分的儲(chǔ)氣功能。（2）在左段+中段+右段運(yùn)行期間，中段+右段在工況3下，儲(chǔ)氣量為13.83萬(wàn)方，儲(chǔ)氣量占整個(gè)管道系統(tǒng)儲(chǔ)氣量的87%，承擔(dān)了絕大部分的儲(chǔ)氣調(diào)峰任務(wù)。（3）在現(xiàn)階段運(yùn)行中，高村門站通常采用的是一天中部分時(shí)間采用右段來(lái)氣，部分時(shí)間采用左段來(lái)氣的調(diào)度控制方法，且以左段來(lái)氣為主。高村門站之前的中段與右段儲(chǔ)氣管道之間，暫未相互連通，連通后實(shí)際儲(chǔ)氣功能還可以進(jìn)一步提高。5結(jié)論及建議（1）對(duì)2015-2017的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，小時(shí)調(diào)峰需求，現(xiàn)階段表現(xiàn)為12.4-17.6