高压储气管道运行分析

高压储气管道运行分析摘要：通过对某储气管道的运行数据进行分析，较为准确、客观的评价了其在输配系统中发挥的调峰功效，并提出了相应建议，可供相似工程参考。关键词：储气管道；运行情况1高压储气管道概况高压管道储气能够充分利用管道压力能，在建设投资、运营费用、管理难度、占地面积等方面具有较明显的优势，是目前常用的一种小时调峰储气方法。国内部分储气管道案例见表1。表1部分城市供气系统的高压储气系统序号城市管径（DN）设计压力（MPa）长度（km）备注1北京10004.0170即北京六环路高压管道系统2郑州800；5004.080DN800长度50km；DN500长度30km。连接郑大调压站、天河调压站、花园路调压站等8个调压站向城区供气3宁波500；4004.074.7DN500长54.3km；DN400长度20.4km4成都10004.086.3即绕城高速路天然气高压输储气管道5济南9004.030可见储气管道，一般管径较大，设计压力采用高压A4.0MPa，长度较长。某高压储气管道，即小尚门站—高村门站—雪庄门站站高压储气管道，总长48.4km，管径DN600、DN300，走向与厂站布局见图1。各段管道基本情况见表2，其中2-4段为储气管道。为叙述简便，磨头首站—小尚门站段简称左段，小尚门站—高村门站段简称中段，高村门站—雪庄门站段简称右段。图1某储气管道走向与厂站布局图表1高压管道基本情况表序号起点终点长度（km）管径（mm）壁厚(mm)设计压力（MPa）投运时间分段1磨头首站小尚门站174066.44.02004.5左段2小尚门站高村门站326109.54.02013.12中段3高村门站3号阀室6323.97.94.02016.3右段43号阀室雪庄门站10.46109.54.02016.3右段该储气管道系统系统具有博爱首站、雪庄门站两个供气气源。现阶段的运行，为以高村门站为界，雪庄门站（接安洛线修武分输站）来气仅供应高村门站，不通过储气系统管道向左段流动。2高压储气运行数据分析、计算方法2.1数据收集为了解该储气管道在建成投运后的运行情况，准确、客观的分析其在输配系统中发挥的调峰功效，并对将来相似工程提供参考，对该储气管道的运行数据进行分析。数据的时间跨度，取近两年（2015年6月-2016年6月、2016年6月-2017年6月），筛选出每年的用气低谷月与用气高峰月连续一周的运行记录。具体数据应包括不同时期投运的厂站（博爱首站、小尚门站、高村门站、雪庄门站）的进出站压力、进出站温度、单位小时累计流量等数据；2.2数据分析方法实际调研中，存在一些数据收集困难。如下：（1）2013年至2016年3月，中段投运，但高村门站及右段暂未投运，故2016年3月之前的运行数据，无法取得小尚至高村段末端的具体压力情况。（2）现阶段高村门站已投运，但其运行方式为，小尚方向进气管道与雪庄方向进气管道，二者分别经过高村门站的不同调压计量装置之后，再汇入中压管道，具体见高村门站工艺流程示意见图2。由于在进站之前，左右两个方向的管道不连通，故不能直接采用小尚—高村—雪庄整体系统进行分析，只能采用分段分析的方法。图2高村门站工艺流程示意图（3）雪庄门站调压计量撬设置于上游安洛线修武分输站内，由于设备原因，现阶段数据远传设备暂未运行，故雪庄门站的运行数据无法收集到。基于以上情况，对于储气管道的运行情况数据分析按照以下方法进行：（1）分中段、右段两段进行分析。（2）在2015-2016年3月期间，中段的分析，通过博爱磨头首站—小尚门站—高村门站的整体储气情况，减去磨头首站—小尚门站的储气量的方法，间接进行。（3）高村门站—雪庄门站段，即右段的情况采用结合实际运行的理论计算方法进行。2.3计算方法（1）由供气—用气角度计算储气方法整体储气量的计算，从开始储气时刻，以及之后的24小时，作为一个计算储气周期，以储气周期内每小时累计供气量与累计用气量相减得出差值，作为每小时的储气量，然后将每小时储气量的正最大值与负最小值的绝对值，二者之和即为一次储气周期的储气量[1]。开始储气的时刻取供气系统的最小平均压力的整点时刻。具体方法如下：Vj=max式中：Vj——整体系统的储气量，m3Qig——小时供气量，mQiy——小时用气量，m（2）由管道平均压力角度计算高压管道储气方法在一个储气周期内，高压管道储气量，是由管道的最高平均压力与最低平均压力所决定的。按照管道平均运行压力的波动进行计算[1][2]。具体方法如下：Vs=式中：Vsd——管道内径，m；L——管长，m；pm,max、pp0T——温度，K；Z——压缩因子；在工程计算中，也可采用忽略压缩因子与温度的近似估算方法：Vs=管道中平均压力的计算如下：pm=式中：pmp1p2——末站（或门站）压力，即小尚门站进站压力，MPa；3算例及分析3.1左段与中段组成的整体系统的储气情况2015年8月29日—9月4日，为2015年6月—2016年6月一年中的用气低谷周。本周内博爱磨头首站供气共157.35万方，小尚门站用气155.17万方。输气管道的运行参数有明显的周期现象，考察其中一个储气周期（9月3日20:00-9月4日19:00）的数据，计算并列表分析如下：表39月3日20:00-9月4日20:00储气周期情况计算表序号时刻磨头首站流量（m3）首站出站压力（MPa）小尚门站流量（m3）小尚门站进站压力（MPa）磨头—小尚平均压力（MPa）累计供气量（m3）累计用气量（m3）时刻末储气量（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，为20:00-21:00的小时累计流量值。（2）20:00的压力，为20:00瞬时时刻的压力值。（3）20:00时刻末的储气量，为20:00时刻末即21:00时刻初的管道储气量。（4）以储气周期开始时刻的储气量为零值计算。（1）在该储气周期的24小时内，左段+中段组成的管道系统储气量最大值出现在9月4日4:00末，管道压力状况为最高3.51MPa，储气量72014方。（2）在该储气周期的24小时内，左段+中段组成的管道系统的储气量最小值出现在9月4日19:00末，管道压力状况为最低2.41MPa，储气量-52277方。（3）该储气周期内，左段+中段组成的管道系统的储气量根据公式（1）计算为124291方。3.2工作曲线绘制及分析根据计算，绘制供气—用气—储气工作曲线图，并进行分析。如下：图3供气—用气—储气工作曲线（1）当小时供气量大于用气量时，储气量增加，储气曲线上升，储气量最大值为72014方。（2）当小时供气量小于用气量时，储气量减少，储气曲线下降，储气量最小值为-52277方。（3）管道系统在24小时周期内，所能承受的储气量最大值与最小值之差，即为最终储气量，为124291方。根据计算，绘制管道平均圧力—储气工作曲线并进行分析。如下：图4管道平均圧力—储气工作曲线（1）在4：00-5：00，储气量达到最大值为72014方，该时段末，管道的平均圧力达到3.51MPa，为最大平均压力值。（2）在19：00-20：00，储气量最小值为-52277方，该时段初，管道的平均圧力达到2.41MPa，为最小平均压力值。（3）实际运行中，按照理论，储气量最大值、最小值，应分别对应平均压力的最大、最小值。但由于以小时为单位时间进行统计，且气量是单位小时累积量，而压力值是某时刻的瞬时量，故可认为压力值的最值与储气量的最值出现在同一单位时间段内是符合实际的。（4）明显可见，储气量与平均压力是正相关关系。实际中正是由于储气量的变化，导致了管道平均压力的变化。3.3分段储气情况计算根据公式（2），该段时间内左段的最高、最低平均压力分别为3.51MPa、2.41MPa，计算结果见表4。表4左段储气量计算最大平均圧力（MPa）最小平均压力（MPa）管道外径（mm）管道壁厚（mm）管道内径（m）管道长度（m）管道几何容积（m3）天然气温度（K）计算储气量（m3）3.512.414066.40.3932170002063.2228824415.81中段的储气量，为左段+中段的储气量减去左段的储气量，计算结果见表5。表5中段储气量计算左段+中段储气量（m3）左段储气量（m3）中段储气量（m3）中段储气量占比（%）12429124415.8199875.1980.4实际运行中，中段的平均运行压力接近左段，采用公式（2）估算中段的储气量，并与表5中计算的中段储气量对比误差，计算结果见表6。表6计算结果的误差分析最大平均圧力（MPa）最小平均压力（MPa）管道外径（mm）管道壁厚（mm）管道长度（m）管道几何容积（m3）天然气温度（K）计算储气量（m3）误差（%）3.512.416109.5320008773.9288103830.53.96根据不同计算方法的计算结果之间，误差为3.96%，在工程计算误差范围之内，认为计算较为接近实际情况。4不同工况计算结果及分析4.1计算结果按照上述计算方法，略去具体计算过程，不同工况的计算结果见下表：表73种工况的计算结果工况储气周期系统储气量（m3）左段储气量（m3）/占比（%）中段储气量（m3）/占比（%）右段储气量（m3）/占比（%）备注12015年9月3日20:00—9月4日19:0012429124415.81/19.699875.19/80.4系统为左段+中段22016年1月25日11:00—1月26日11:0017594026449.08/15149490.92/85系统为左段+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系统为左段+中段+右段。该时间段内高村门站仅使用右段来气。4.2计算结果分析（1）在左段+中段运行期间，中段的储气量在不同工况下表现为9.99-14.95万方，储气量占整个管道系统储气量的80.4-85%，承担了绝大部分的储气功能。（2）在左段+中段+右段运行期间，中段+右段在工况3下，储气量为13.83万方，储气量占整个管道系统储气量的87%，承担了绝大部分的储气调峰任务。（3）在现阶段运行中，高村门站通常采用的是一天中部分时间采用右段来气，部分时间采用左段来气的调度控制方法，且以左段来气为主。高村门站之前的中段与右段储气管道之间，暂未相互连通，连通后实际储气功能还可以进一步提高。5结论及建议（1）对2015-2017的运行数据分析，小时调峰需求，现阶段表现为12.4-17.6