（流体力学专业论文）天然气输配气系统运行优化分析与研究.pdf

i ， r e s e a r c ha n da n a l y s i so np e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n o fn a t u r a lg a st r a n s m i s s i o na n d d i s t r i b u t i o ns y s t e m at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：h a nm e n g y u a n s u p e r v i s o r ：p r o f n il i n g y i n g c o l l e g eo fp e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 、 1 _ 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 琏堇丝 昌期：钐订年1 7 月日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) 。，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：鱼堡垒日期：枷if 年舌月日 指导教师签名：j 铀 日期劲7 年否月1 日 亨! 蜉 i & 摘要 本文以海南省东方洋浦一海口天然气长输管道为研究对象，针对该管道的多年运 行状况，对管道的腐蚀、储气及改造方面进行了研究，这对东方洋浦海口天然气长 输管道后续的安全、稳定运行具有指导意义。本文的主要研究内容与结论如下： 对管输天然气的水露点进行了计算，以此来对管道的液态水凝结及腐蚀状况进行预 测，对管输天然气经过管道的特殊结构，如水平弯管、异径接头及三通结构时的水蒸汽 浓度分布进行了模拟分析，指出水平弯管及异径接头结构不会造成水露点的升高，进而 不会造成腐蚀。三通结构的流量分配影响了水蒸汽的浓度分布，低速流动有助于水蒸汽 浓度的富集，会引起水露点的局部上升，有可能造成露点腐蚀。 对单分支长输管道的储气能力进行了计算分析，对指定工况下首站压缩机停气，其 他站状态不变，满足用户需求的最大缓冲时间进行了计算，对不同首站输送压力下的最 大缓冲时间进行了探讨，指出高压输气有利于延长管道的缓冲自救时间。 针对长输管道不能满足用户需求的情况，对其进行了模拟改造，提出了两种改造方 案：在不满足要求节点之前的管段增设副管；在不满足要求的节点之前变换管路管 径，针对二期工程的预期工况给出了具体的改造方案。 采用v b n e t 编程工具编制运行软件，该软件可以实现天然气物性计算、沿程水力 参数计算、输气能力计算以及运行分析和调整改造等多方面功能，界面友好、可读性强、 使用灵活、精确度较高，可以作为现场应用的辅助工具。 关键词：长输管道，露点计算，自救时间，调整改造，软件 簟 一 ” p ， r e s e a r c ha n d a n a l y s i so np e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n o fn a t u r a lg a st r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m h a r tm e n g y u a n ( f “dm e c h a n i c s ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rn il i n g y i n g a b s t r a c t t h i sa r t i c l em a k e sd o n g f a n g - y a n g p u - h a i k o up i p e l i n ea sr e s e a r c ho b j e c t i v e i na l l u s i o n t oy e a r so p e r a t i o no ft h i sp i p e l i n e ，t h ea s p e c t so f p i p e l i n ec o r r o s i o n , g a ss t o r a g ea n da l t e r a t i o n a r ea n a l y s e d t h i sw o r ki si n s t r u c t i v ea n dm e a n i n g f u lt os a f e t ya n ds t a b l eo p e r a t i o no f d o n g f a n g - y a n g p u - h a i k o up i p e l i n ei nt h ef u t u r e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h ew a t e rd e wp o i n to fn a t u r eg a si sc a l c u l a t e d , i tc a np r e d i c tw a t e rc o n d e n s e sa n d c o r r o s i o ni np i p e l i n e s i m u l a t i o na n a l y s i si sp r o c e s s e df o rs p e c i a lc o n s t r u c t i o n s ，s u c ha s h o r i z o n t a lb e n dp i p e ，r e d u c i n gj o i n ta n dt e ej o i n ti np i p e l i n e ，i n d i c a t e st h a th o r i z o n t a lb e n d p i p ea n dr e d u c i n gj o i n tc a n ti n c f e a s et h ew a t e rd e wp o i n 4c 眦tc a u s ec o r r o s i o na sw e l l f l o wd i s t r i b u t i o no ft e ej o i n ta f f e c t sc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o no fw a t e rv a p o r , i n d i c a t e st h a t l o wv e l o c i t yc o n t r i b u t e st oc o n c e n t r a t eo fw a t e r v a p o r , c a nr i s ew a t e rd e wp o i n tp a r t l ya n dc a n c a u s ec o r r o s i o n t h eg a ss t o r a g ec a p a c i t yo fg a sp i p e l i n ew h i c hh a sas i n g l eb r a n c hi sc a l c u l a t e d f o rt h e s p e c i f i e dc o n d i t i o nt h a tt h ei n i t i a lc ( m l p r e s s o rs t a t i o ni sc l o s e da n do t h e rs t a t i o n ss t i l lw o r ka s u s u a l ，t h em o s tb u f f e rt i m et h a tc a r lm e e tu s e rr e q u i r e m e n t si sa l s oc a l c u l a t e d d i s c u s s i n gt h e m o s tb u f f e rt i m ei nt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n ti n i t i a ls t a t i o np r e s s u r ea n di n d i c a t i n gt h a th i g h d e l i v e r yp r e s s u r ed og o o dt ol e n g t h e nt h eb u f f e rt i m e a c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o nt h a tt h eg a ss t o r a g ec a p a c i t yc a r l tm e e tu s e rr e q u i r e m e n t s ， d o i n gs i m u l a t i o nr e f o r mf o rg a sp i p e l i n ea n dp r e s e n t i n gt w or e f o r mp r o g r a m ：( ) a d d i n g l o o p e dp i p e l i n eb e f o r ej o i n tw h i c hi sn o tm e e tr e q u i r e m e n t e x c h a n g i n go t h e rd i a m e t e r p i p e l i n eb e f o r ej o i n tw h i c h i sn o tm e e tr e q u i r e m e n t d e t a i l e dr e f o r mp r o g r a mi sp r e s e n t e df o r t h es e c o n dp h a s ep r o j e c t u s i n gv b n e tt om a k eo p e r a t i o ns o t b c c a r e ，i tc a l lr e a l i z es o m ef u n c t i o n ss u c ha s h y d r a u l i cc a l c u l a t i o n ，g a st r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , p e r f o r m a n c ea n a l y s i s ，a d j u s t m e n ta n d a l t e r a t i o na n ds oo n t h es o f t w a r eh a sf r i e n d l yi n t e r f a c e , a n di sr e a d a b l e ，f l e x i b l e ，a c c u r a c y , c a nb e c o m et h ea s s i s t a n tt o e li nt h e1 f i d du s e k e y w o r d s ：l o n gd i s t a n c ep i p e l i n e ，d e wp o i n tc o m p u t a t i o n , s a v et i m e ，a d j u s u n e n ta n d a l t e r a t i o n , s o f t w a r e 簟 、 啦 一 目录 第一章绪论。1 1 1 研究的背景、目的及意义。l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 水露点的计算与控制2 1 2 2 天然气的储气与调峰：2 1 2 3 运行优化与调整4 1 3 本文的主要研究内容5 第二章东洋海管道工程概况。7 2 1 东洋海输气管道概况7 2 1 1 术语及定义7 2 1 2 东洋海输气管道简述。7 2 1 3 东洋海输气管线路走向8 2 2 站场设计操作参数。9 2 2 1 东方站设计操作参数9 2 2 2 儋州站流程和设计操作参数：1 0 2 2 3 洋浦站流程和设计操作参数，1 0 2 2 4 老城站流程和设计操作参数1 0 2 2 5 海口站流程和设计操作参数1 l 2 - 3 气源组分及运行参数1 l 第三章输气管线水力模型1 3 3 1 输配气管线的物理模型1 3 3 2 输配气管线水力学模型的确定1 3 3 2 1 天然气的水力摩阻系数1 3 3 2 2 输气管流量方程。1 5 3 2 3 有进、分气支线的水平输气管的数学模型及求解1 6 3 2 4 水力学模型中主要物性参数的计算1 8 3 3 本章小结2 4 第四章影响水相聚集工况分析2 5 4 1 天然气水露点计算。2 5 4 1 1 水的饱和蒸汽压公式。2 5 4 1 2 混合气体分压定律2 5 4 2 天然气流经水平弯管的相特性2 6 4 2 1 几何模型建立与网格划分2 6 4 2 2 边界条件及参数设置2 7 4 2 3 多相流模型的选取2 8 4 2 4v m = 2m s 时的相分布特性。2 8 4 2 5v m - - 3 、4m s 时的相分布特性3 2 4 2 6 弯管最大浓度分布规律。3 6 4 3 天然气流经异径接头流动特性的数值模拟3 8 4 3 1 几何模型及网格划分3 8 4 3 2 边界条件及参数设置3 8 4 3 3 相分布特性数值模拟3 8 4 4 天然气经过t 形三通管道浓度分布的数值模拟。4 2 4 4 1 速度场及压力场分布4 2 4 4 2 浓度分布特性4 4 4 4 3 最大浓度分布4 7 4 5 本章小结，5 0 第五章东洋海管线储气能力及供气时间探讨5 l 5 1 储气时间计算模型。5 l 5 2 首站压力对供气时间的影响5 4 5 - 3 本章小结_ 5 5 第六章输气管网运行调整5 6 6 1 增设副管方案模型5 6 6 1 1 确定副管方案：5 6 6 1 2 水力计算5 7 6 2 变径调整方案模型5 8 6 2 1 变径方案确定。5 8 6 2 2 管径的确定5 8 6 3 东洋海管网系统模拟改造- 5 9 6 4 输气管网运行调整方案5 9 6 5 本章小结：6 2 第七章软件说明6 3 7 1 程序说明6 3 7 2 程序功能介绍6 3 7 3 本章小结6 8 结论6 9 培 p 。 ? 、 眢 参考文献7 l 致谢”7 4 v 镰 j 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的背景、目的及意义 据研究报道，截止2 0 0 9 年全球天然气探明储量接近1 8 0 万亿立方米，2 0 0 0 年以来 剩余储量每年保持在以1 5 以上的增幅进行，尽管近几十年来天然气探明储量的规模在 逐步缩小，但当年的发现量一直大于当年产量。1 0 0 多年以来人们对石油的大量开采和 使用，使其不得不面临石油资源减小、紧缺的严峻现实，为了人类经济社会的可持续发 展，低碳消费逐渐成为人们倡导的发展思路。而天然气作为一种清洁、高能的资源，其 在世界各国的应用比重正逐渐增大，北美、西欧、中东以及亚太等地区都开始着手进行 “以气代油 的能源发展计划，以此来改善能源消费结构，提高天然气在能源消费中的 比例，进而减少对石油消耗的压力。 截止目前，我国常规天然气资源量为5 6 万亿立方米，可采资源量为2 2 万亿立方米， 天然气产量也在大幅度增长，随之而来的天然气消费也一直保持快速增长的态势【4 7 1 。全 国各地区经济的发展使得天然气消费区域在不断扩大，这也促进了天然气储运设施建设 的快速发展。消费区域的增多导致新天然气管网的建设，用户消耗量的增大，对原有的 天然气管道又提出了新的要求。这种新的要求主要体现在两个方面，第一：随着原有管 网的多年持续投产运行，管道材料会因所处的自然环境以及输送介质的关系产生腐蚀及 老化现象，材质的承压能力下降，在高负荷运行的时候，很有可能导致管壁穿孔引发泄 漏及爆炸等事故，仪控处的腐蚀会造成计量精度的下降乃至功能失效。第二：输气管道 末站用户用气量不断增大，已经超出了管道设计预期，现有管道即便满负荷运行也不能 达到用户要求。对于输气管道的管理及运行部门来讲，对已有的运行管道这是两个急需 解决的关键问题。 输气管中的材料腐蚀与输送介质以及管道运行状态有很大关系，管道运行状态下的 露点在环境温度以下，会使天然气中的水蒸汽产生凝结，天然气中的酸气气体融入液态 水会加速管壁的腐蚀。天然气通过管道的局部结构包括阀门、仪表以及管道转向、分流 等，其水蒸汽浓度分布亦会发生变化，影响到局部水露点的大小，进而产生电化学腐蚀。 管道输气能力不足，在不增加新管道的前提下，就需要对已有管道进行调整改造，以满 足输气的需要，同时要提高经济效益。因此，本课题的研究目的就是针对已有管线输送 过程中，运行参数以及局部结构变化对水相的聚集工况影响，对管道的腐蚀进行预测， 对管道事故影响进行分析，对已有管道进行调整改造，以保证天然气输送管线安全、高 第一章绪论 效、稳定地运行。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 水露点的计算与控制 在一定的压力下，未饱和的湿天然气随着温度的降低，其中水的饱和蒸汽压会逐渐 地降低，湿天然气中的水蒸汽分压就相应地会逐渐接近水的饱和蒸汽压。在降温的过程 中总会降至某一温度时，使湿天然气处于饱和状态，在此刻如若继续降温，湿天然气中 将会有水滴析出。输气管道中的游离水是造成管道腐蚀的主要原因，因此湿天然气在进 入长输管道之前都要进行水露点控制。露点控制方案依据具体的输送介质而异，往往以 组合工艺的形式出现，采用制冷抑或其他干燥措施进行脱水分离，将干气进行外输【l 2 ，3 4 】。 露点控制的前提是要对露点进行确定，包括实验测定与公式计算两种方法，在g b t 1 7 2 8 3 1 9 9 8 中推荐应用冷却镜面凝析湿度计法来对天然气的水露点进行测定。通过仪器 手段进行测定虽然比较直观，但在工程设计应用过程中，由于与设计过程无法进行很好 的衔接以及测试过程繁琐，反而是公式法得到了比较广泛的应用。公式法求解水露点的 关键是对水蒸汽饱和蒸汽压公式的运用，李义仓【5 】对水蒸汽饱和蒸汽压的公式进行了总 结，常用的公式包括克拉柏龙一克劳修斯方程、卡末林昂尼斯方程、g o f f - g r a t t c h 公式、 w e x l e r - g r e e n s p a n 公式、饱和水汽压的简化公式等等，具体使用应该考虑到天然气所处 的环境，包括组分以及压力的范围。目前来讲关于天然气水露点的计算，多是用在天然 气长输管线之前，所做的水露点控制措施也多是在集输站场之中进行，关于天然气水露 点在长输管道中由于运行工况的变化所带来的影响以及相应的控制措施，目前文献中报 道较少。 1 2 2 天然气的储气与调峰 用户用气量的增多、用气规模的扩大以及用气工况的不稳定变化，这些都要求输气 管道应具有一定的储气调峰能力。调峰的手段很多，可以通过调峰设施进行调峰，包括： 管道上游调峰、管网调峰、l n g 调峰、地下储气库调峰以及管道末端储气调峰；也可 以通过用户管理进行调峰，包括：选择可中断用户以及实行峰谷气价等等【6 】。很多管道 在设计之初并没有对储气调峰进行专项设计，多是利用自身管段的储气能力进行调峰设 计，这也是本论文关注的问题。商丽艳r 7 】等人对调峰气量的确定以及管道储气调峰的方 法进行了研究。指出调峰气量的确定可以分为日、时调峰量的确定、季节调峰量的确定 以及事故调峰量的确定三种形式。总结了两种调峰分析方法：静态分析法、瞬态分析法。 2 夸 移， 廿 矗 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 其中的静态分析法表示在管道运行满足用户需求前提下，管道最大平均压力下输送气量 与最小平均压力下输送气量之差，基本方程如下： 蚱= 刀“厶一z , 一己嘲z 2 ) r r ( 1 1 ) 式中砟：管道的储气能力，m 3 ；阢管道的容积，m 3 ；t b ：标准状况下的温度，k ； 尸b ：标准状态下的压力，m p a g m a x - 管道最高平均压力，m p a ；p mi n i l l i 管道最低平 均压力，m p a ；死管道中储气的平均温度，可以近似地取弘死；z l ，z 2 - 相应储气开 始和储气结束时的平均压力与平均温度下的压缩因子。这种方法是一种比较原始的分析 方法，天然气的可压缩性使得管道起点的运行参数滞后于末端运行参数的变化，首端与 末端的运行参数不同步，因此，静态近似分析计算的储气量存在一定的误差，比实际要 低【8 】o 瞬态分析法【9 1 0 】是应用数学物理的方法对输气管道的动态运行过程进行精确描述， 通过计算机分析输气管道沿线的压力和流量各个时刻的变化规律，并校核管道的储气能 力。设管道末端平均供气量为q g ，末端随时间的用气量变化关系为q y ( f ) ，储气调峰随 时间的关系为q s ( 力，由储气调峰原理可以得到： q ( f ) 2 盯g q y ( f ) 础 ( 1 2 ) 瞬态分析时，将周期划分为玎个有限的时间间隔，每一时刻的理论储气调峰曲线可 以表示为： f q ( f ) = q g - q y u ) a t ( 1 3 ) j = o 式中& 为时间间隔，通过该方法可以求得每一时刻的理论储气量，计算出其中的最 大值和最小值，得到的差值即为一个周期内末段管道的储气量。 姜笃志、宫敬【1 1 1 在输气管道稳态运行基础之上，建立了输气管道储气能力计算方法， 该方法可对管网末端储气能力进行评估，计算结果与s p s 软件结果进行对比分析，吻合 较好，这对管道在设计研究阶段具有很好的指导作用。 针对具体管道的设计运行，众多学者都根据实际工程提出了储气调峰的策略，曹洪 伟蚴通过t g n e t 软件根据庆哈输气管道下游用户用气规律以及地下储气库的实际运行 状况，对两种典型工况下进行了短期调峰方案的研究，通过对不同调峰方案模拟结果的 对比和分析，以能耗费用最小为目标函数优选了最佳的调峰方案。孔吉民【1 3 】对长宁输气 管线在一个终端用户及两个终端用户两种情况下的最大储气能力及首站停输后的管道 自救时间进行了探讨。孙建刚【1 们对西北缘输气系统的最大储气能力、最小储气能力以及 气 第一章绪论 储气工况下的运行方案展开了研究，这对指导现场实际设计具有积极的推动作用。 对于要建立一个完整的天然气输配系统来讲，要进行长输管线工艺设计的过程中， 调峰分析是一个十分重要的组成部分，其终极目的就是保证长输管道在计划以及非计划 的条件下平稳地进行供气。 1 2 3 运行优化与调整 天然气管道系统的日益庞大，使得其运行管理过程也变得复杂起来，随之而来的是 巨大的运行管理费用及安全问题。对可能的事故工况进行分析，可以有效地制定应急预 案，对运行管网进行运行优化及调整可以有效地减少费用，提高管输天然气的经济效益。 李方郾1 5 】运用s p s 软件对川气东送输气干线的事故工况进行了分析，包括对不同站压缩 机组停运后，沿线其他压缩机的运行工况以及管道自救时间分析；管道堵塞之后的沿线 流量变化以及自救时间分析；以及气源中断后的管存流量随时间的变化规律。同时对地 温及管壁粗糙度等敏感性因素进行了分析，指出地温、分输量、管壁粗糙度等参数的敏 感变化对运行方案的影响较小，运行方案对上述参数的变化影响具有比较好的稳定性。 对于已确定输气管网系统，优化运行的方式大体分为三种 1 6 】：根据有、无压缩机 站，而进行有压缩机情况和无压缩情况优化；根据管网形式特点进行枝状、环状和混 合管网优化；根据运行状态进行稳态与非稳态的运行优化。天然气管道优化运行主要 有两个目的1 7 】：使管道沿线的流量与压力满足合同规定的要求；满足合同要求前提 下，使得压缩机站的能耗及管理费用最小。因此很多学者都将费用最少作为目标函数来 对管网运行进行优化。姚麟昱，孟庆华等人 1 8 】以水力、热力及流念等作为约束条件，并 考虑影响管道运行费用的各种因素以及沿线高程的影响，以管道运行最终费用最小作为 目标函数，建立管道运行优化模型。杨毅等人【1 9 】以管道强度、阀门和压缩机的影响等八 种因素作为约束条件，建立以天然气管网系统的最大收益和最大流量为目标函数的优化 模型。郑凤等人【2 0 】将经营部门的收益作为目标函数，建立了天然气管网系统输配气运行 方案优化的数学模型。李波【2 1 1 以天然气销售公司的最大经济效益为目标函数，建立输配 气管网运行方案的优化模型。 确定了优化模型以及边界条件，下一步便是对模型进行求解，根据不同的简化方式， 模型的求解方法大致分为两大类：运筹学方法；领域搜索算法。运筹学方法主要包 括线性规划、非线性规划、整数规划与动态规划等方法。w i l s o n 等人【2 2 】将流动方程、非 线性约束条件以及目标函数进行了线性化处理，将稳态优化问题化简成一个线性规划的 问题进行直接求解。李长俊【2 3 】等对自己建立的优化模型，以线性逼近法和单纯形法两种 4 擎 妒 0 钆 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 方法讨论了模型的求解。杨毅等人【2 4 】采用线性化法、复合形法、可行方向法三种方法对 优化模型进行了求解。领域搜索算法主要有遗传算法和模拟退火，采用遗传算法寻优的 主要步骤如下【2 5 ：对基因进行编码；生成初始群体：计算群体中的个体适应度； 对群体中个体进行选择、交叉和变异等遗传操作；适应度的二次计算；如果满足， 停止搜索判据，停止迭代，输出最优解；否则，转向步骤。g o l d b e r gd a v i de t 2 6 】最早 在天然气管道运行控制上应用遗传算法，研究利用计算机技术的人工智能和遗传算法对 天然气管道系统的运行进行控制，并对稳态连续单管和单个瞬态管道两种管道问题进行 运行优化。高松竹【2 7 】在遗传算法的研究基础之上，提出了一种改进遗传算法，采用适应 度函数动态定标，通过缩小相应适应度函数值方式来降低未成熟收敛现象异常个体的竞 争力。m e t r o p o l i s 等人最早提出了模拟退火思想， k i r k p a t r i c k 等将其用于组合优化，它 是基于m e n t e c a r l o 迭代求解策略的一种随机寻优算法，以物理中固体物质的退火过程与 一般组合优化问题之间的相似性作为出发点。杨毅和李长俊【2 4 】【2 8 】在研究遗传算法和模拟 退火算法的基础上，介绍了一种由模拟退火算法和遗传算法结合构成的混合遗传算法求 解最优化模型。高松竹等【2 9 】将遗传算法与模拟退火算法进行结合，创造出混合遗传算法， 对群体规模对遗传算法的限制、早熟以及爬山能力较差等问题进行了改善，并成功应用 于输油管道的优化运行。 对于已有运行多年的天然气长输管道，已经过了优化运行的前期阶段，随着运行时 间的增长，无预先计划的用气量的增加，导致输气管已不满足运行要求，老气源的枯竭 以及新气源的补充，这些都需要对天然气运行管道进行局部调整改造，这也是优化运行 的一部分，改造的目的是要保证输气管道满足运行的要求，而优化的目的则在满足运行 的前提下达到效益最好。常用的输气管道改造方案包括【3 0 】f 3 1 】：沿途管线增设压气站； 对某段管道进行增设副管改造；对某段管道进行管径撤换。通过这三种方法可以在 不对输气管道系统进行大幅度调整的前提下，而满足管输要求，这也是本文所要研究的 调整改造内容。 1 3 本文的主要研究内容 本文研究的主要内容是对输配气管网在已知管道、气源及用户等情况下，在对输气 管道系统进行精确模拟计算的基础上，能够准确分析由于系统的变化对环境、安全和可 靠性等造成的影响，达到优化运行天然气输送系统的目的。 1 ) 通过资料调研，了解国内外天然气管道运行研究现状；根据现场管道及设备建 立管道仿真模型，掌握管线的基本几何参数、设计参数、操作条件和介质性质，了解实 s 第一章绪论 际生产优化运行状况； 2 ) 进行输配气管道基本理论的研究，建立输配气管道数学模型，并进行水力模拟 计算； 3 ) 研究管道在不同输气量下的运行方案，优化各站运行参数，提高管道储气能力； 4 ) 对管道运行状态下的水露点以及管道局部结构对水露点的影响进行敏感性分析， 指出局部结构对水露点的影响关系； 5 ) 研究输气管道残存时间，即上游出现事故停止供气时，下游可供气时间； 6 ) 对已有管道在不满足输送条件下进行管道的调整改造，提出具体的改造方案； 7 ) 用v i s u a lb a s i c 编制输配气管网系统运行仿真软件，建立输配气管网系统参数数 据库，可视化程序，操作人员可以在此模型上实时、直观的监测每个节点的运行参数。 6 9 妒 0 镟 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 第二章东洋海管道工程概况 2 1 东洋海输气管道概况 2 1 1 术语及定义 1 ) 东洋海输气管道 东洋海输气管道是指东方一洋浦一海口输气管道工程。包括管道、阀室、站场和中 心控制室。 2 ) 东方站 位于东方市东方1 1 气田气体处理终端内，是东洋海输气管道的首站，负责接收上 游来气和向洋浦站发送清管器。 3 ) 儋州站 位于儋州市中和镇，是东洋海输气管道的分输站，接收东方站来气，向洋浦站、老 城站和附近用户分输供气并向老城站发送清管器。 4 ) 洋浦站 位于洋浦开发区深圳工业园内，是东方一洋浦管道的末站，也是洋浦开发区的门站， 负责接收儋州站来气，向洋浦开发区内工业供气，接收东方站发送的清管器和向洋浦电 厂发送清管器。 5 ) 老城站 位于老城开发区内，是东洋海输气管道的中间接收站。负责接收儋州站和福山油气 田的来气并负责调压混气，向老城开发区和海口市供气，接收儋州站发送的清管器和向 海口站发送清管器。 6 ) 海口站 位于海口市秀英村，是东洋海输气管道的末站。负责接收老城站来气，向海南民生 燃气股份有限公司门站供气，接收老城站发送的清管器。 2 1 2 东洋海输气管道简述 位于南海的东方1 1 气田探明天然气储量约9 9 6 8 x 1 0 8m 3 ，该气田第一期开发建设海 上采气平台两座，敷设海底0 5 2 91 1 1 1 1 1 管道约1 1 0k m ，在海南省东方市上岸进入东方1 1 气田终端处理站。该气田开发第一期计划开采天然气1 6 x 1 0 8m 3 a ，其中8 x 1 0 81 1 1 3 a 供中 海石油化学有限公司化肥厂，8 x l o sm 3 a 天然气在终端站脱除二氧化碳后供洋浦电厂和 海口市及沿线城市工业及民用气；第二期计划开采天然气总量至l j 2 4 x 1 0 8m 3 a ，开采时间 7 第二章东洋海管道工程概况 将根据下游用户的具体情况决定。东洋海输气管道项目是东方1 1 气田开采的配套项目， 管道主干线全长2 3 8 2 1 5 6k m ，用户支线3 3 1 2 3 2k m ，共2 7 1 3 3 8 8k m ( 其中洋浦站一洋 浦发电厂的7 4 3 4 7 5k m 由洋浦发电厂投资，洋浦站一金海浆纸厂的2 8 7 3 4k m 管道由金海 浆纸厂投资) 。全线设东方站、儋州站、洋浦站、老城站、海口站共5 座工艺站场、1 3 座线路截断阀室及海口调度控制中心l 座。东方站一儋州站一洋浦站管径为0 5 0 8m m ， 材质x 6 0 ，一二类地区用进i z l e r w 钢管，热煨及冷弯弯管以及三、四类地区、大中型河 流穿越用国产u o e 钢管，长1 3 0 8 5 0 7k m ；东方站一儋州站段设计压力6 6m p a ，长 11 3 5 9 5 3k m ，儋州站一洋浦站段设计压力为5 9m p a ，长1 7 2 5 5 4k m ；儋州站一老城站 一海口站管径为0 3 2 3 9m m ，材质x 5 2 ，线路用管主要为迸e l e r w 钢管，热煨及冷弯弯 管、大中型河流穿越、活动断裂带两侧用管为国产无缝钢管，长1 0 7 3 6 4 8k m ；儋州站一 老城站段设计压力5 9m p a ，长8 8 4 9 7 2k m ，老城站一海口站段设计压力2 5m p a ，长 18 8 6 7 6k m 。洋浦站洋浦发电厂管径0 5 0 8m m ，材质x 6 0u o e 钢管，长7 4 3 4 7 5k m ， 设计压力3 0m p a ；洋浦站一椰岛淀粉厂管径0 2 1 9m m ，材质l 2 4 5 e r w 钢管，长5 4k m ， 设计压力2 5m p a ；洋浦站一金海浆纸，管径0 5 0 8m m 和0 3 2 3 9m m ，材质x 6 0 和l 2 4 5 e r w 钢管，长2 8 7 3 4k m ，设计压力1 6m p a ；洋浦站一椰风保健厂，管径0 1 0 8m m ，材质2 0 # 无缝钢管，长0 9 9 2 k m ，设计压力1 6 m p a ；洋浦站一万德福厂，管径0 8 8 9m m ，材质 2 0 # 无缝钢管，长1 5k m ，设计压力1 6m p a ；老城站一中海油气，管径0 2 7 3 1m m ，长 1 1 9k m ，设计压力1 6m p a ；老城站一福山油田输气站，管径0 2 7 3 1m m 和0 2 1 9m m ， 材质l 2 4 5 e r w 钢管，长3 0 2 3k m ，设计压力2 5m p a 。东方站一儋州站洋浦站年输气 能力1 2 x 1 0 8m 3 a ，儋州站一老城站年输气能力4 1 0 8m 3 a 。东方站一洋浦站和儋州站一 老城站管道参与电厂的调峰。所有管道采用三层p e # t , 防腐，在东方站、儋州站、老城站 设三座阴极保护站，对管道施加强制电流阴极保护。输气管道采用以计算机为核心的监 视控制和数据采集系统( s c a d a 系统) ，对整个输气管道进行监视控制和调度管理。 在海口市设置调度控制中心l 座，在东方站、儋州站、洋浦站、老城站和海口站分别设 置站场控制系统1 套。同时，在7 群和1 0 # 线路截断阀室各设置1 套r t u 数据采集系统。以 上系统保证输气管道安全、可靠、平稳、高效、经济地运行，可在海口调度控制中心对 东洋海输气管道各站场进行监视、控制和调度管理，各站可达到无人值守。 2 1 3 东洋海输气管线路走向 东方1 1 气田天然气经终端站净化后进入东方首站，管道出站后沿富岛化肥厂围墙 边通过，穿越“三八 铁路、罗带河和海榆西线公路，向西穿越东方市二期规划区至西 8 p 矿 中国石油大学( 华东) 硕十学位论文 线高速公路连接路到l 号阀室，沿西线高速公路向北穿越北黎河、“石八 铁路到2 号阀 室，向北穿越昌化江、经3 号阀室、十月田公路、4 号阀室、5 号阀室后穿越珠碧江，经6 号阀室、海头公路、大江河进入具有压力信号远传的7 号阀室，穿越白马井公路、春江、 儋州林场及林场冲沟后进入8 号阀室，穿越北门江后进入儋州分输站，出站后折向西穿 越洋浦快速通道，穿越木棠开发区后沿洋浦快速公路进入洋浦站。向海口供气的输气管 道出儋州站后向北穿越洋浦快速通道、经蚂蝗岭水土流失区、穿越郭存河后进入9 号阀 室，沿西线高速公路向北穿越文澜河、临高公路后进入具有压力信号远传功能的l o 号阀 室，经1 l 号、1 2 号阀室后穿越美浪河、美伦河、老城工业大道进入老城站，与福山油田 来气汇合后向北穿越粤海铁路、1 3 号阀室和海榆中线后进入海口站。整条线路穿越东方 市、昌江县、白沙县、儋州市、洋浦开发区、i 临高县、澄迈县和海口市8 个市县和老城 开发区。穿越大型河流3 条，中型河流7 条，穿越公路2 9 条，小型跨越冲沟1 处，穿越铁 路3 条，图2 1 为其管路走向示意图。 东 图2 - 1 东洋海输气管道线路走向示意图 f i 9 2 - 1 r o u t ed i r e c t i o nd i a g r a mf o rd o n g - y a n g - h a ig a sp i p e l i n e 2 2 站场设计操作参数 2 2 1 东方站设计操作参数 。 来自东方终端站的天然气进入干线，进出站管道上均设有超压放空系统，进站管道 上设有超压自动放空装置。出站管道根据规范设有气液联动紧急截断阀，在站场或干线 发生故障时可自动截断。站场设计压力为6 6m p a ，一期进站压力( 3 3 1 ,