输气管线调峰能力分析

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【摘 要】针对长距离输气管线中，由于下游用户用气不均匀性导致的供气量与用气量不平衡问题，利用TGNET软件建模分析了管道下游用气量波动情况和环境温度对管道储气能力的影响。

【关键词】输气；调峰；储气

1.前言

在天然气供气系统中，供气量与用气量在时间分布上一般是不平衡的，这种不平衡主要是源于供气的相对平稳性与用气的不均匀性，因此为了最大限度的满足燃气用户的用气需求，需要采取调峰措施。在这种情况下，长输管道末段储气就是最为有效、方便、经济的短期调峰方式。本文以某输气管线为例进行对其储气能力和调峰能力进行了分析。

2.基本参数

2.1 天然气组分

表1 天然气组分

组分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12

Mole% 96.308 0.484 0.048 0.007 0.003

组分 C6H14 CO2 He N2 H2S

Mole% 0.001 2.65 0.028 0.047 ＜20mg/m3

2.2 管线基础参数

输气管线把4.82×108m3/a的天然气从首站输往输气末站，用气高峰期的最大用气量为6.0039×104m3/h。输气管道规格DN300，长度为23.8km，出站温度14.5℃，管道平均总传热系数取1.75W/m2•℃，管道内壁粗糙度取30µm，管线设计压力为4MPa，首站进气压力为3MPa。管线末端供气压力不小于1.6MPa。总体高峰系数为1.107，低谷时不均匀系数为0.893。

3.工艺分析

本文利用TGNET对管线进行分析。

3.1 工艺计算

对于基本设计规模4.82×108m3/a，按照平均输量5.7383×104m3/h，地层温度用18℃进行工艺计算最高输气量需满足6.0039×104m3/h。

表2 18℃时平均输量工艺计算表

场站 出站气量

104m3/h 出站压力MPa 出站温度℃ 出站流速m/s

首站 5.7383 3 14.5 6.2

末站 5.7383 2.47 14.4 7.35

表3 18℃时最高输气量工艺计算表

场站 出站气量104m3/h 出站压力MPa 出站温度℃ 出站流速m/s

首站 6.0039 3 14.5 6.5

末站 6.0039 2.42 14 8.14

由表2和表3对比可以看出随着输气量变大，输气管道末段压力变小，也就是管道压降变大，同时可以看出输气管道输送量越小，管道温度越接近环境温度，因此在夏季运行时，管线内天然气温度会变高，管线压降变大，同理在冬季运行时，管线内天然气温度会变低，管线压降会变小。

同时由表3可以看出，下游用户要求最高输气量计算时，末站压力为2.42MPa，远高于末站最低压力1.6MPa的要求，因此管线的最大输气能力要高于下游用户的最大用气量。

3.2 环境温度对输气能力影响

地温按3~18℃考虑，对管线压降变化和输量变化进行计算，计算结果如下：

表4 相同输量下压力降变化表

环境温度℃ 输气量104m3/h 压力变化MPa 温度变化℃ 流速变化m/s

3 5.7383 3~2.4828 14.5~3.58 6.2~7.35

8 5.7383 3~2.4793 14.5~7.2 6.2~7.44

13 5.7383 3~2.4757 14.5~10.8 6.2~7.5

18 5.7383 3~2.4722 14.5~14.4 6.2~7.6

表5 相同压力降下输量变化表

环境温度℃ 输气量104m3/h 压力变化MPa 温度变化℃ 流速变化m/s

3 5.6502 3~2.5 14.5~3.63 6.11~7.19

8 5.6324 3~2.5 14.5~7.27 6.11~7.24

13 5.6148 3~2.5 14.5~10.9 6.11~7.29

18 5.5973 3~2.5 14.5~14.6 6.06~7.34

由表4与表2对比可以看出，相同输气量下，首站压力相同的情况下，环境温度越低，末站压力越高，管线压降越低。同时由表5可以看出，在相同压降下，环境温度越低，管线的输气量越大。因此，可以认为在输气管线运行过程中，环境温度的变化对管线的输气能力是有一定影响的，只是影响相对较小，而且是随着温度的升高，输气能力变小。

3.3 管道储气能力计算

对于城市用户而言，冬季用气量远大于夏季，冬季环境温度也低于夏季，通过前面的分析，可以看出管线的输气能力主要取决于管线的压力降变化，同时也受环境温度的影响。因此管道最大输气能力按照首站压力不变，末站压力为1.6MPa，环境温度为3℃时计算。工艺计算如下

表6 管道最大输气能力计算表

场站 最大出站气量104m3/h 出站压力MPa 出站温度℃ 出站流速m/s

首站 8.6750 3 14.5 9.39

末站 8.6750 1.6 1.36 17.308

由表6可以看出，最大输气能力为8.675×104m3/h，大于管线下游用户高峰期的供气量，可以满足下游用户的需求。按照小时不均匀系数，以平均输量5.7383×104m3/h为脚本，计算最大储气能力如下：

表7 管道储气能力计算表

最大管存量104m3 最小管存量104m3 储气能力104m3

5.3277 5.1292 0.1985

末站压力MPa 末站压力MPa

2.46 2.59

由表7可以看出输气管道的最大储气能力为0.1985×104m3，压降越大管道管存量越大。可以看出首站压力相同时，则输量越大管存量越大，即较小输量对应较大的管存量。对于已有管道由于下游用户用气高峰系数较小，所以管道最大管存量较小，在小时不均匀系数波动小时，管道储气能力相对较小。用户小时用气调峰量为0.2656×104m3＞0.1985×104m3，管道调峰能力在单位小时内无法满足用户需求。因此，本管线需要考虑其他方式来满足用户需求。

4.结论

4.1运行管线的输气能力主要与管道末站的压力要求有关，压力要求越低输气能力越强，同时也受温度的影响，环境温度越低，输气量就越大。

4.2管线的储气能力主要受下游用户对天然气的需求波动影响，主要取决于用气高峰时和低谷时管道的管存量差值，差值越大，管线储气能力越强，则管线的调峰能力就越强。