输气管道储气稳态偏差分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇输气管道储气稳态偏差分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

长距离输气管道末段是指管道最末一个压气站和管道终点间的管段。对于管道全线不设压气站或仅在管道起点设置一个压气站的特殊情况，则整条管道都属于末段。对于城市供气管道，其输气流量往往是相对均衡的，而与管道终点相连的城市输配气系统的用气流量随时变化[1-2]，因此，输气管道末段兼具输气和储气功能，末段储气是应对城市小时用气不均衡的有效手段[3-6]。作为输气管道短期调峰的手段之一，末段储气的调峰效果与末段储气能力密切相关。因此，在输气管道设计与运行管理过程中，往往需要定量确定末段储气能力。对于输气管道，其任一管段在某时刻实际容纳的气体量（通常用标准状态下的体积表示）称为该管段在该时刻的管存，而末段储气能力是指在管道运行过程中，末段的最大管存与最小管存之差。为了简便起见，通常采用稳态计算法估算输气管道的末段储气能力，但是，相关文献报道指出，该方法的估算结果比实际值偏低10％~15％[7]。事实上，末段的最大管存和最小管存与运行期内管道终点流量随时间的变化规律有关。稳态计算法产生偏差的根本原因在于没有考虑管道终点流量随时间的变化规律，而只间接考虑了管道终点流量随时间的变化对末段稳态压力分布的影响。因此，其估算结果的偏差程度主要取决于管道终点流量随时间的变化规律。管道终点流量随时间变化将使管道末段始终处于非稳态工况，末段流量与压力随时间和空间的变化规律非常复杂[8]。因此，要准确计算某运行期间管道末段的储气能力，首先必须准确掌握该运行期间管道末段的工艺运行参数随时间和空间的变化规律。因此，采用管道仿真软件SPS对输气管道末段的运行过程进行动态仿真，得到末段储气能力，以此为基准，对稳态计算法的估算结果进行偏差分析。

1稳态计算法

估算输气管道末段储气能力的稳态计算法基于以下基本假设：①末段一直处于稳态工况；②末段沿线流量一致，且在所考虑的运行期内维持不变。通常取末段流量为管道设计流量，在所考虑的运行期内，若管道终点的平均流量不等于末段设计流量，则取末段流量等于管道终点的平均流量。利用稳态计算法估算末段储气能力，已知条件主要包括：末段长度lz、末段内径d、末段流量Q、末段起点的允许最大操作压力p1max、末段终点的允许最低压力p2min等。p2min取决于输气管道向城市输配气供气的允许最低压力，而后者由输气管道公司与城市输配气公司双方的供气合同约定。在所考虑的运行期内，若末段起点可以达到的最高压力低于其允许的最大操作压力，则以前者作为p1max；若末段终点达到的最低压力高于其供气允许最低压力，则以前者作为p2min。该方法的基本步骤如下：（1）根据末段起点最高压力p1max和流量Q计算对应的末段终点压力p2min；（2）计算末段最大平均压力：

2动态仿真结果与稳态估算值的对比

鉴于末段储气能力与所考虑的运行期内管道终点流量随时间的变化规律密切相关，针对极限工况和3种较典型的管道终点流量变化规律，采用管道仿真软件SPS对输气管道末段运行过程进行动态仿真，从而较准确地计算输气管道末段的储气能力，并与相应的稳态估算结果进行对比。一条末段向某城市供气的长输管道，其末段管道外径1012mm，壁厚14.6mm，长度300km，最大允许操作压力10MPa，末端最低允许供气压力4MPa。

2.1极限工况分析关闭末段管道出口，由进口注入极小流量的天然气，管内压差极小，当末段管道沿线各点均近似达到最大允许操作压力时，得到末段管道的最大管存，由SPS软件仿真可得其值为2790.83×104m3。关闭末段管道进口，天然气由出口以极小流量排出，管内压差极小，当末段管道沿线各点均近似达到最低允许供气压力时，得到末段管道的极限最小管存，由SPS软件仿真可得其值为1028.34×104m3，由此可得在极限情况下末段管道的实际储气能力为1762.49×104m3。将达到极限最大管存时的末段进口压力10MPa定为p1max，将达到极限最小管存时的末段出口MPa定为p2min，根据稳态计算法，求得极限情况下末段管道的储气能力为1359.6×104m3。因此，由稳态计算法求得的末段极限储气能力比末段实际极限储气能力低22.9％。

2.2典型工况分析

2.2.1工况1假设该城市一周的小时用气流量变化规律如图1所示，末段进口流量保持18×104m3/h不变，末段起点的初始压力为5MPa。采用SPS软件对其运行过程进行动态仿真（图2、图3），可以得到末段最大管存为1384.91×104m3，起点压力为5.42MPa，终点压力为5.14MPa；末段最小管存为1262.43×104m3，起点压力为5MPa，终点压力为4.78MPa。根据动态仿真结果，当末段管道达到最大管存时，末段起点压力达到最大值5.42MPa，将其定为p1max，当末段管道达到最小管存时，末段终点压力达到最小值4.78MPa，定为p2min，根据稳态计算法，求得在工况1下末段管道的储气能力为98.67×104m3。将末段最大管存与最小管存的仿真结果进行相减，得到末段管道的实际储气能力为122.48×104m3。因此，由稳态计算法求得的末段储气能力比末段实际储气能力低19.4％。

2.2.2工况2假设该城市一周的小时用气流量变化规律如图4所示，末段进口流量保持15×104m3/h不变，末段起点的初始压力为6MPa。采用SPS软件对其运行过程进行动态仿真（图5、图6），可以得到末段最大管存为1714.74×104m3，起点压力为6.55MPa，终点压力为6.25MPa；末段最小管存为1559.6×104m3，起点压力为6MPa，终点压力为5.76Mpa。根据动态仿真结果，当末段管道达到最大管存时，末段起点压力达到最大值6.55MPa，将其定为p1max，当末段管道达到最小管存时，末段终点压力达到最小值5.76MPa，定为p2min，根据稳态计算法，求得在工况2下末段管道的储气能力为127.52×104m3。将末段最大管存与最小管存的仿真结果进行相减，得到末段管道的实际储气能力为155.14×104m3。因此，由稳态计算法求得的末段储气能力比末段实际储气能力低17.8％。

2.2.3工况3假设该城市一周的小时用气流量变化规律如图7所示，末段进口流量保持90×104m3/h不变，末段起点的初始压力为8MPa。采用SPS软件对其运行过程进行动态仿真（图8、图9），可以得到末段最大管存为2344.66×104m3，起点压力为9.09MPa，终点压力为7.72MPa；末段最小管存为2025.12×104m3，起点压力根据动态仿真结果，当末段管道达到最大管存时，末段起点压力达到最大值9.09MPa，将其定为p1max，当末段管道达到最小管存时，末段终点压力达到最小值6.79MPa，定为p2min，根据稳态计算法，求得在工况3下末段管道的储气能力为255.8×104m3。将末段最大管存与最小管存的仿真结果进行相减，得到末段管道的实际储气能力为319.54×104m3。因此，由稳态计算法求得的末段储气能力比末段实际储气能力低19.9％。

3结论

根据管道末段不同运行工况的SPS动态仿真结果，在非稳态工况下，由稳态计算法求得的管道末段气能力比其实际储气能力低15％~25％，而在极限工况下二者偏差22.9％，说明文献指出的10％~15％的偏差范围偏窄，不具有普遍性。稳态计算法求得的末段储气能力与末段实际储气能力的偏差大小与末段终点用气流量随时间的变化规律有关。因此，当用气高峰来临时，如果依据稳态计算法求得的末段储气能力能够满足调峰需求，那么管道末段的实际储气能力可以保障调峰的安全。