输气管第十章__干线输气管压气站的布置与参数优化设计

1、第十章 干线输气管压气站的布置与参数优化设计1第十章 干线输气管压气站的布置与参数优化设计n干线输气管是整个输气系统的重要组成部分，其参数受气源供气和城市消费两者的约束。n当干线输气管与输气系统的其它部分相联系的参数（如输气量、首站进站压力、终点配气站的最低压力和配气量等）确定后，其可作独立环节进行工艺设计，其所得到的数据可作为系统优化内容之一。n本章主要解决：干线输气管的最优参数选择与压气站布置。n在进行压气站的布置时需要考虑的问题：n 为充分利用地层能量可以省去首站；n 注意末段储气的要求；n 使运行压力接近管线承压；n 对于初期流量较小的管线，应分期建造压气站。第十章 干线输气管压气站的

2、布置与参数优化设计n第一节 预先不固定站址的压气站布置n第二节 预先固定某些站址的压气站布置n第三节 增加输气管输气能力的措施4内 容第一节 预先不固定站址的压气站布置n布置原则n仅仅根据水力条件计算n布置结果n理想化n优点n便于了解布置压气站的基本方法和一般规律 6n愈接近起点，输气能力愈大。原因：n进站压力增高，压缩机进口条件下的流量变小，压力比增大；若保持压力比不变，则输气能力增大n站间平均压力增高，平均流速下降，克服摩阻所需的能量减小，允许站间通过能力进一步提高pL站站1站站2站站3站站4移动前压降线移动前压降线移动后压降线移动后压降线移动后压气站移动后压气站第一节 预先不固定站址的压

3、气站布置7n一、压气站的站间距n实际工作中，由于压缩机最大工作压力和管道强度的限制，中间压气站不可能无限制地移向起点。n在压气站数一定的情况下，各站的出站压力都达到最大工作压力Pmax时，输气管则有最大的输气能力Qmax(即首站出站的最大流量)，这个最大流量是由全线的压气站特性和整条输气管各站间管路特性共同决定的。根据式（8-13），对于一条沿线没有分气或进气的输气管，扣除各站的自用气之后，流量是在逐渐减少的。第一节 预先不固定站址的压气站布置8第i+1个中间站的特性为第i个站间管路的特性为由上两式消去 项可得出最大流量（或最大工作压力）下站间距：2222max1maxiZiPAPBM Q（1

4、0-2）21222max1maxiZii iPPCl MQ（10-1）2222maxmaxmax2212122maxmax11iiiiiiiAPBM QAPBlMACAC MQAC MQ（10-3）21PZimaxpmaxp站1站2站i+1干线输气管各站的出站压力均达到最大工作压力Pmax站n-1站n1Zp2Zp3Zp1nZpnZpZpQmaxmaxpmaxpmaxp第一节 预先不固定站址的压气站布置9n首站出站的最大流量Qmax与末段的最大流量QZmax之间存在着下述关系：n式中 n压气站数n故站间距可改写为n若不考虑各站的自用气，M=1，且Ci=C，各站间距相等，由（10-3）得1maxm

5、axnZQMQ(10-4)21222maxmax222212maxmax11nn iiiiiZiiZAMPAMPBBlMMACACQACAC MQ(10-5)22maxmax2max1iAPBQlACQ(10-6)第一节 预先不固定站址的压气站布置10n二、压气站数的确定n输气管全线长度n压气站数n式中：L输气管全长； lZ 末段管路长度； li 第i站间距； 平均站间距。n显然，由于平均站间距不易求得，用式（10-7）求压气站数并不方便。111nZiZiLlllnl1ZLlnl(10-7)l第一节 预先不固定站址的压气站布置11n为此，令M=1，Ci=C，用 l 代 ，则可近似用下式来求压气

6、站数：n我们常常用已知的末段流量 代替首站出站的最大流量 当M=1时，则由式（10-8）和（10-9）就可求得压气站数，实际上是 由此，求得的压气站数一般应向较大的方向化整。l1ZLlnl(10-8)maxZQmaxQ22maxmax2max1ZZAPBQlACQ(10-9)maxmaxZQQ第一节 预先不固定站址的压气站布置12n三、输气管的最大流量n当站数确定并化整后，输气管的最大流量在管材一定的情况下也确定了。设有n个压气站，除末段外，有n-1个站间。由式（10-3） 得2222maxmaxmax2212122maxmax11iiiiiiiAPBM QAPBlMACAC MQAC MQ2

7、111max2221111max111nnniiiiiiiAPBlMAQACC M第一节 预先不固定站址的压气站布置13n由于 ，故最大流量的平方值n若Ci=C，则11niZilLl12max2112max121111niiinZiiAPC MQA LlBMC 12max2121max2111niiZAPMQAC LlnBM（10-10）（10-11）第一节 预先不固定站址的压气站布置14n若M=1，则 ，故n若M1121111niinM 2max2max111ZnAPQAC LlnB（10-12）2212421222221111111nninniMMMMMMMM 第一节 预先不固定站址的压气

8、站布置15n故首站出站的最大流量的平方值（式10-11）n末段最大流量的平方值 222max2max2222111nnZAPMMQAC LlnBMMM（10-13） 222max2max22111nZZAPMMQAC LlnBMM（10-14）22(1)2maxmaxnZQMQ第一节 预先不固定站址的压气站布置16n对于输气管末段，若其起点压力也是Pmax，其终点压力必为PZmax，两者之间存在下述关系：n由上式解出lZ, 代入式（10-10）得222(1)2maxmaxmaxnZZ ZPPC l MQ12(1)22maxmax2112max12(1)21111nnZZiiinnZZiiAAC

9、 MPAPC MQAC LMBC MC（10-15）第一节 预先不固定站址的压气站布置17n由于 ，故末段最大流量22(1)2maxmaxnZQMQ12(1)22maxmax2112max121111nnZZiiiZnZZiiAAC MPAPC MQAC LBC MC（10-16）第一节 预先不固定站址的压气站布置18四、各站的进站压力n任意一站（i+1）的进站压力，根据站特性公式（10-1）：n或根据管路特性式（ 8-13 ）22222(1)22maxmaxmaxmax1ii nZZiPBM QPBMQPAA 222(1)21maxmaxiZii iPPCl MQ（10-18）2max)(2

10、2maxzniiiQMlCP第一节 预先不固定站址的压气站布置19 五、压气站布置的基本步骤 压气站布置的基本步骤如下：n（1）根据末段储气要求确定末端参数：P1max、P2min、和lZ；n（2）根据任务流量和式（10-8）、（10-9）或（10-6）初步确定压气站数，并化整（向上）；n（3）由于站数化整，需根据式（10-10）至（10-16）复核最大工作压力Pmax下的最大流量Qmax（或QZmax），或者根据任务流量Q核算该流量下的最高工作压力Pmax；n（4）根据式（10-3）或（10-5）计算各站间的站间距，并布置压气站；n（5）计算各站其余的工艺参数：如进站压力PZi、压力比、压头

11、H、功率N和出站温度T2等等。n（6）根据计算成果和实际需要对某些站进行调整，并重新核算。第一节 预先不固定站址的压气站布置20n注意：n上面讨论的基础是使各站的出站压力都为最高工作压力P Pmaxmax ，实质上也就是使输气管处于消耗能量最少的状态。n首站的进站压力决定于气田的供气压力，当首站的进站压力随着气田供气压力而下降时，为了保持出站压力仍为P Pmaxmax，也就是在最少能耗下最大限度地发挥输气管的输气能力，在首站前增建附加的压气站或提高首站的压力比（亦要增加功率和能耗）的办法是必要和合理的。n对于中间站，基于同样的道理，在一定的输量下，也应该保持允许的最大出站压力P Pmaxmax

12、。n一条大型输气管，各个时期的输气量不会相同，从投产初期的不满负荷运行到全部运转时的满负荷工作。必须注意到压气站在不满负荷时，不一定是全部机组投入运行，压气站特性方程中A A和B B的数值将有所变化。第一节 预先不固定站址的压气站布置21n 例题10-1 某输气管干线全长1234km，送至某城市的输气量为5106m3/d。末段管径为6308mm，其余站间为5297mm。最大工作压力Pmax=5.5106Pa，进配气站的最低压力P2min=106Pa。试布置全线压气站，并决定末段最大储气能力和全线各站的工艺参数。已知：所输天然气的相对密度*=0.58，压缩因子Z=0.93，平均温度T=288K。

13、管道的水力摩阻系数=0.0121。压气站特性系数A=4.5388，B=9.479109。自用气系数M=0.995。第一节 预先不固定站址的压气站布置22n解：n1、末段参数n输气量Q= 5106m3/d=57.87m3/sn由表4-1查得C0=0.03848。由式（9-6）得*252500.0121 0.93 0.58 28814547.110.038480.614ZTCC Dn最优末段长度为2612221max2min225.5 1010300200.97300.222 14547.11 57.87ZPPlmkmCQ第一节 预先不固定站址的压气站布置23n由式（9-17）9222*22002

14、0*1045. 458. 00121. 093. 0288101325293603848. 06ZTPTCAn最大储气能力为n终点最大压力与末段起点最小压力，由式（9-18得）1.533221max2min1maxmin2max*20.707SPPPPVA DQ1.531818212129725.510100.7075.510104.45 100.61457.8731918983m212122max1min15.5101035041.482PP第一节 预先不固定站址的压气站布置24n平均站间距，由式（10-9）22maxmax2max1ZZAPBQlACQ269224.5388 15.5 10

15、9.479 1057.874.5388 35041.48 57.87141380141.4mkmn2、压气站数n按大值取整，故n=8，除末段外尚有7个站间。1234300.2117.6141.4ZLlnl 第一节 预先不固定站址的压气站布置25n3、各站及站间参数n任务流量下各站出口的实际最大压力，由式(10-14)得：222maxmax22111ZZnLlACnBMQMPAMM5489829.7Pa2162229995. 0995. 01995. 087.5715388. 4995. 010479. 9) 18(48.350415388. 41000)2 .3001234(第一节 预先不固定

16、站址的压气站布置26n各站间长度li由式（10-5）得n式中i=17。n计算结果见表10-1。 表10-1 各站间长度212max2212max1niiZAMPBlMACACMQ14292124.5388 10.9955489829.79.479 100.9954.5388 35041.484.5388 35041.48 0.99557.87i 站间i1234567站间距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.2第一节 预先不固定站址的压气站布置27n各站的进站压力PZ和压力比，由式（10-18）得n计算结果见表10-2。 表10-2 各站的进站压力及压力比2

17、8225489829.735041.480.99557.87iil 站号 i+12345678进站压力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69压力比1.4641.4681.4721.4751.481.4841.4882max)(22max1ZniiZiQMClPP第一节 预先不固定站址的压气站布置28n4、最大工作压力Pmax=5.5106Pa时的参数 压力升至最大值时，Pmax=5.5106Pa，由式（10-14）得末段最大流量为： QZmax=57.977m3/s=5.009106m3/d 各站出站压力Pmax增大，站间流量也增大。由式（10-14）可知QZma

18、x2/Pmax2=常数，代入式（10-5）和式（10-18）可以看出站间距li和各站的压力比将不发生变化。但各站的进口压力PZi+1将略有上升，计算结果见表10-3.站号 i+12345678进站压力，106Pa3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.696第一节 预先不固定站址的压气站布置n第一节 预先不固定站址的压气站布置n第二节 预先固定某些站址的压气站布置n第三节 增加输气管输气能力的措施29内 容已知条件：(1) 线路的起、终点和全长，某些规定站的站址，各进气点和分气点的位置；(2) 各段的任务输气量，各进气点的进气量和分气点的分气 量，终点配气站的耗气量；(

19、3) 首站的进站压力pz1，终点配气站进站的最低压力pmin；(4) 已知或预选各段的管径、壁厚和最高的工作压力pmax ；(5) 可能选用的压缩机类型和技术参数。第二节 预先固定某些站址的压气站布置n往往根据经验初步确定压气站数和布置其余站的位置。这样就等于初步确定全部站址，已知各站的站间距。结果，“预先固定某些站址的压气站布置”就转化为一个工艺核算调整再核算的问题。第二节 预先固定某些站址的压气站布置n第一节 预先不固定站址的压气站布置n第二节 预先固定某些站址的压气站布置n第三节 增加输气管输气能力的措施32内 容33第三节 增加输气管的输气能力n已投产的输气管，在生产过程中常常进行扩建

20、或改造，其目的主要在于提高输气管的输气能力和降低能耗。n当一条输气管的最高工作压力已达到管路强度允许的最大值时，提高输气能力实际上只有两个办法： 在站间铺设副管； 增建新的压气站。34 一、铺设副管n某站间管路铺设副管以前的管径为D0，长度为l，起点和终点的压力分别为PQ和PZ，输气能力为Q。铺设的副管直径为D1，长度为x，输气能力增加为Q*。为了简化起见，假设铺设副管前后，压力为PQ和PZ保持不变。根据上述条件可由式（4-56）求得副管长度。在该式中*QEQ22122121ZPPPP（10-19）（10-20）第三节 增加输气管的输气能力35n并令n将式（4-43）n代入上式得n式中0、1分

21、别为主管（D0）和副管（D1）的水力摩阻系数。1122LLLKKK0.550500LDQKQD25 21 2010111DD（10-21）第三节 增加输气管的输气能力36n将式（9-19）、（9-20）和（9-21）代入式（4-56）*QEQ22122121ZPPPP25 21 2010111DD代入112221222212111ZLLLPPLxEPPKKK2*11QQxl（10-22）第三节 增加输气管的输气能力37n从式（10-22）n可知：副管长度主要取决于要求增加的输气能力和副管管径。若采用的副管管径与主管相同，则2*11QQxl142*413QxlQ第三节 增加输气管的输气能力38n铺设副管，流量增大，压气站的特性也发生变化。当全线压气站特性相同时，只要考虑站间管路和位于该站间终点的压气站之间的关系。站间管路和位于该站间终点的压气站一起研究时，可得n联解得222*1QZPPCQlx222*QZPAPBQ22*2*111QAPBQxlACQ（10-23）说明： 其它条件相同时，副管长度决定于位于站间终点的压气站的特性，也就是系数A和B。第三节 增加输气管的输气能力39 二、倍增压气站n从输气管的流量公式中可知，减小站间管路长度，也就是在站间增建新的压气站，可以增加输气管的通过能力