干線輸氣管壓氣站的布置與工藝參數(shù)選擇

1、1在進(jìn)行壓氣站的布置時(shí)需要考慮的問(wèn)題：在進(jìn)行壓氣站的布置時(shí)需要考慮的問(wèn)題：Z 為充分利用地層能量可以省去首站；為充分利用地層能量可以省去首站；Z 注意末段儲(chǔ)氣的要求；注意末段儲(chǔ)氣的要求；Z 使運(yùn)行壓力接近管線承壓；使運(yùn)行壓力接近管線承壓；Z 對(duì)于初期流量較小的管線，應(yīng)分期建造壓氣站。對(duì)于初期流量較小的管線，應(yīng)分期建造壓氣站。2第一節(jié)第一節(jié) 預(yù)先不固定站址的壓氣站布置預(yù)先不固定站址的壓氣站布置 干線輸氣管上布置壓氣站既要詳盡地考慮工藝問(wèn)題、地理地質(zhì)問(wèn)題，也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，甚至與其它部門(mén)相聯(lián)系的社會(huì)問(wèn)題，力求做到方便于壓氣站的建設(shè)與管理，讓整條管線發(fā)揮出最大的效益。站址不預(yù)先固定的壓氣站布置意味著

2、僅僅根據(jù)水力條件來(lái)計(jì)算，其結(jié)果必然是理想化的，但其優(yōu)點(diǎn)是便于我們了解布置壓氣站的基本方法和一般規(guī)律。 第八章式（8-17）指出，壓氣站布置愈是接近輸氣管的起點(diǎn)，輸氣管的輸氣能力就愈大。因?yàn)椋旱谝唬瑝簹庹鞠蚱瘘c(diǎn)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)站3 壓力增高，壓縮機(jī)進(jìn)口條件下的流量變小，壓力比要增大，若保持壓力比不變，則可增大輸氣能力；第二，壓氣站向前移動(dòng)之后，站間平均壓力增高，平均流速下降，克服摩阻所需的能量減小，允許站間通過(guò)能力進(jìn)一步提高。F以站2為例pL站1站2站3站4移動(dòng)前壓降線移動(dòng)前壓降線移動(dòng)后壓降線移動(dòng)后壓降線移動(dòng)后壓氣站移動(dòng)后壓氣站4 一、壓氣站的站間距 實(shí)際工作中，由于壓縮機(jī)最大工作壓力和管子強(qiáng)度的限制

3、，中間壓氣站不可能無(wú)限制地移向起點(diǎn)。 在壓氣站數(shù)一定的情況下，各站的出站壓力都達(dá)到最大工作壓力Pmax時(shí)，輸氣管則有最大的輸氣能力Qmax(即首站出站的最大流量)，這個(gè)最大流量是由全線的壓氣站特性和整條輸氣管各站間管路特性共同決定的。根據(jù)式（8-13），對(duì)于一條沿線沒(méi)有分氣或進(jìn)氣的輸氣管，扣除各站的自用氣之后，流量是在逐漸減少的，5maxpmaxp站1站2站3干線輸氣管各站的出站壓力均達(dá)到最大工作壓力Pmax站n-1站n1Zp2Zp3Zp1nZpnZpZpQmaxmaxpmaxpmaxp6第i+1個(gè)中間站的特性為第i個(gè)站間管路的特性為由上兩式消去 項(xiàng)可得出最大流量（或最大工作壓力）下站間距：2

4、222max1maxiZiPAPBM Q（10-2）21222max1maxiZii iPPCl MQ（10-1）2222maxmaxmax2212122maxmax11iiiiiiiAPBM QAPBlMACAC MQAC MQ（10-3）21PZi7 首站出站的最大流量Qmax與末段的最大流量QZmax之間存在著下述關(guān)系： 式中 n壓氣站數(shù) 故站間距可改寫(xiě)為1maxmaxnZQMQ(10-4)21222maxmax222212maxmax11nn iiiiiZiiZAMPAMPBBlMMACACQACAC MQ(10-5)8 若不考慮各站的自用氣，M=1，且Ci=C，各站間距相等，由（10

5、-3）得 二、壓氣站數(shù)的確定 輸氣管全線長(zhǎng)度22maxmax2max1iAPBQlACQ(10-6)111nZiZiLlllnl9 壓氣站數(shù) 式中 L輸氣管全長(zhǎng)； lZ末段管路長(zhǎng)度； li 第i站間距； 平均站間距。 顯然，由于平均站間距不易求得，用式（10-7）求壓氣站數(shù)并不 方便。1ZLlnl(10-7)l10 為此，令M=1，Ci=C，用l代 ，則可近似用下式來(lái)求壓氣站數(shù)： 我們常常用已知的末段流量 代替首站出站的最大流量 ，當(dāng)M=1時(shí)，則由式（10-8）和（10-9）就可求得壓氣站數(shù)，實(shí)際上是 由此求得的壓氣站數(shù)一般應(yīng)向較大的方向化整。l1ZLlnl(10-8)maxZQmaxQ22m

6、axmax2max1ZZAPBQlACQ(10-9)maxmaxZQQ11 三、輸氣管的最大流量 當(dāng)站數(shù)確定并化整后，輸氣管的最大流量在管材一定的情況下也確定了。設(shè)有n個(gè)壓氣站，除末段外，有n-1個(gè)站間。由式（10-3）得2222maxmaxmax2212122maxmax11iiiiiiiAPBM QAPBlMACAC MQAC MQ2111max2221111max111nnniiiiiiiAPBlMAQACC M12 由于 ，故最大流量的平方值 若Ci=C，則11niZilLl12max2112max121111niiinZiiAPC MQA LlBMC 12max2121max2111

7、niiZAPMQAC LlnBM（10-10）（10-11）13 若M=1，則 ，故 若M1121111niinM 2max2max111ZnAPQAC LlnB（10-12）2212421222221111111nninniMMMMMMMM 14 故首站出站的最大流量的平方值（式10-11） 末段最大流量的平方值 222max2max2222111nnZAPMMQAC LlnBMMM（10-13） 222max2max22111nZZAPMMQAC LlnBMM（10-14）22(1)2maxmaxnZQMQ15 對(duì)于輸氣管末段，若其起點(diǎn)壓力也是Pmax，其終點(diǎn)壓力必為PZmax，兩者之間存

8、在下述關(guān)系： 由上式解出lZ,代入式（10-10）得222(1)2maxmaxmaxnZZ ZPPC l MQ12(1)22maxmax2112max12(1)21111nnZZiiinnZZiiAAC MPAPC MQAC LMBC MC（10-15）16 由于 ，故末段最大流量22(1)2maxmaxnZQMQ12(1)22maxmax2112max121111nnZZiiiZnZZiiAAC MPAPC MQAC LBC MC（10-16）17 四、各站的進(jìn)站壓力四、各站的進(jìn)站壓力 對(duì)于任意一站（i+1）的進(jìn)站壓力，根據(jù)站特性公式（10-1）： 或根據(jù)管路特性式（ 8-13 ）22222

9、(1)22maxmaxmaxmax1ii nZZiPBM QPBMQPAA 222(1)21maxmaxiZii iPPCl MQ（10-18）2max)(22maxzniiiQMlCP18 五、壓氣站布置的基本步驟五、壓氣站布置的基本步驟 根據(jù)上面討論，歸納出壓氣站布置的基本步驟如下：根據(jù)上面討論，歸納出壓氣站布置的基本步驟如下： （1）根據(jù)末段儲(chǔ)氣要求確定末端參數(shù)：）根據(jù)末段儲(chǔ)氣要求確定末端參數(shù)：P1max、P2min、和、和lZ； （2）根據(jù)任務(wù)流量和式（）根據(jù)任務(wù)流量和式（10-8）、（）、（10-9）或（）或（10-6）初步確定壓氣站數(shù)，）初步確定壓氣站數(shù)，并化整（向上）；并化整（向

10、上）； （3）由于站數(shù)化整，需根據(jù)式（）由于站數(shù)化整，需根據(jù)式（10-10）至（）至（10-16）復(fù)核最大工作壓力）復(fù)核最大工作壓力Pmax下的最大流量下的最大流量Qmax（或（或QZmax），或者根據(jù)任務(wù)流量），或者根據(jù)任務(wù)流量Q核算該流量下的核算該流量下的最高工作壓力最高工作壓力Pmax；19 （4）根據(jù)式（10-3）或（10-5）計(jì)算各站間的站間距，并布置壓氣站； （5）計(jì)算各站其余的工藝參數(shù)：如進(jìn)站壓力PZi、壓力比、壓頭H、功率N和出站溫度T2等等。 （6）根據(jù)計(jì)算成果和實(shí)際需要對(duì)某些站進(jìn)行調(diào)整，并重新核算。20 上面討論的基礎(chǔ)是使各站的出站壓力都為最高工作壓力P Pmaxmax ，

11、實(shí)質(zhì)上也就是使輸氣管處于消耗能量最少的狀態(tài)。 首站也不例外，但首站的進(jìn)站壓力決定于氣田的供氣壓力，當(dāng)首站的進(jìn)站壓力隨著氣田供氣壓力而下降時(shí)，為了保持出站壓力仍為P Pmaxmax，也就是在最少能耗下最大限度地發(fā)揮輸氣管的輸氣能力，在首站前增建附加的壓氣站或提高首站的壓力比（亦要增加功率和能耗）的辦法是必要和合理的。 對(duì)于中間站，基于同樣的道理，在一定的輸量下，也應(yīng)該保持允許的最大出站壓力P Pmaxmax。21 一條大型輸氣管，各個(gè)時(shí)期的輸氣量不會(huì)相同，從投產(chǎn)初期的不滿負(fù)荷運(yùn)行到全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的滿負(fù)荷工作。同樣可以從前面介紹的計(jì)算中，找到輸氣管不同時(shí)期的壓氣站數(shù)。這時(shí)，必須注意到壓氣站在不滿負(fù)荷時(shí)

12、，不一定是全部機(jī)組投入運(yùn)行，壓氣站特性方程中A和B的數(shù)值將有所變化。22 例題10-1 某輸氣管干線全長(zhǎng)1234km，送至某城市的輸氣量為5106m3/d。末段管徑為6308mm，其余站間為5297mm。最大工作壓力Pmax=5.5106Pa，進(jìn)配氣站的最低壓力P2min=106Pa。試布置全線壓氣站，并決定末段最大儲(chǔ)氣能力和全線各站的工藝參數(shù)。2324 已 知 ： 所 輸 天 然 氣 的 相 對(duì) 密 度 * = 0 . 5 8 ， 壓 縮 因 子 Z = 0 . 9 3 ， 平 均 溫 度T=288K。管道的水力摩阻系數(shù)=0.0121。壓氣站特性系數(shù)A=4.5388，B=9.479109。自

13、用氣系數(shù)M=0.995 解： 1、末端參數(shù) 輸氣量Q= 5106m3/d=57.87m3/s 由表4-1查得C0=0.03848。由式（9-6）得*252500.0121 0.93 0.58 28814547.110.038480.614ZTCC D25 最優(yōu)末段長(zhǎng)度為 由式（9-17）2612221max2min225.5 1010300200.97300.222 14547.11 57.87ZPPlmkmCQ9222*220020*1045. 458. 00121. 093. 0288101325293603848. 06ZTPTCA26 最大儲(chǔ)氣能力為 終點(diǎn)最大壓力與末段起點(diǎn)最小壓力，由

14、式（9-18得）1.533221max2min1maxmin2max*20.707SPPPPVA DQ1.531818212129725.510100.7075.510104.45 100.61457.8731918983m212122max1min15.5101035041.482PP27 平均站間距，由式（10-9）22maxmax2max1ZZAPBQlACQ269224.5388 15.5 109.479 1057.874.5388 35041.48 57.87141380141.4mkm28 壓氣站數(shù) 按大值取整，故n=8，除末段外尚有7個(gè)站間。1234300.2117.6141.4

15、ZLlnl 29 3、各站及站間參數(shù)222maxmax22111ZZnLlACnBMQMPAMM5489829.7Pa2162229995. 0995. 01995. 087.5715388. 4995. 010479. 9) 18(48.350415388. 41000)2 .3001234(30 各站間長(zhǎng)度li由式（10-5）得 式中i=17。 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-1 表10-1 各站間長(zhǎng)度212max2212max1niiZAMPBlMACACMQ14292124.5388 10.9955489829.79.479 100.9954.5388 35041.484.5388 35041.48

16、 0.99557.87i 站間i1234567站間距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.231 各站的進(jìn)站壓力PZ和壓力比，由式（10-18）得 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-228225489829.735041.480.99557.87iil 站號(hào) i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69壓力比1.4641.4681.4721.4751.481.4841.4882max)(22max1ZniiZiQMClPP32 4、最大工作壓力Pmax=5.5106Pa時(shí)的參數(shù) 壓力升至最大值時(shí)，Pmax=5.5106Pa

17、，由式（10-14）得末段最大流量為： QZmax=57.977m3/s=5.009106m3/d 各站出站壓力Pmax增大，站間流量也增大。由式（10-14）可知QZmax2/Pmax2=常數(shù)，代入式（10-5）和式（10-18）可以看出站間距l(xiāng)i和各站的壓力比將不發(fā)生變化。但各站的進(jìn)口壓力PZi+1將略有上升，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10-3.33 表10-3 最大工作壓力對(duì)各站的進(jìn)站壓力站號(hào) i+12345678進(jìn)站壓力，106Pa3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.69634第二節(jié)第二節(jié) 預(yù)先固定某些站址的壓氣站布置預(yù)先固定某些站址的壓氣站布置 實(shí)際工作中，由于地形、地

18、質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展各方面的需要，往往事先規(guī)定某些站的位置。剩下的問(wèn)題就是如何布置其余的壓氣站。對(duì)于這類問(wèn)題，我們一般事先知道下列條件： （1）線路的起、終點(diǎn)和全長(zhǎng)，某些規(guī)定站的站址，各進(jìn)氣點(diǎn)和分氣點(diǎn)的位置； （2）各段的任務(wù)輸氣量，各進(jìn)氣點(diǎn)的進(jìn)氣量和分氣點(diǎn)的分氣量，終點(diǎn)配氣站的耗氣量；35 （3）首站的進(jìn)站壓力PZ 1，終點(diǎn)配氣站進(jìn)站的最低壓力P2min； （4）已知或預(yù)選各段的管徑、壁厚和最高的工作壓力Pmax ； （5）可能選用的壓縮機(jī)類型和技術(shù)參數(shù)。 在上述已知條件下，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（例如，站間距約為110150km）初步確定壓氣站數(shù)和布置其余站的位置。這樣就等于初步確定全部站址，已知各站

19、的站間距。結(jié)果，“預(yù)先固定某些站址的壓氣站布置”就轉(zhuǎn)化為一個(gè)工藝核算調(diào)整再核算的問(wèn)題。其步驟如下：36 （1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定全部壓氣站的站址和站間距。作出全線布置草圖，圖上表明各種站場(chǎng)的位置、站間距、各段輸氣量、各處的進(jìn)氣量和分氣量，以及已知的各點(diǎn)壓力等； （2）根據(jù)已知的流量和各站出站的最高壓力Pmax，進(jìn)行各段、各站間的水力、熱力計(jì)算，得出各站的進(jìn)站壓力PZi+1和各進(jìn)氣點(diǎn)、分氣點(diǎn)的壓力；37 （3）計(jì)算各壓氣站工況，求出各站的出站溫度T2，壓頭H和功率N； （4）根據(jù)各站的變轉(zhuǎn)速特性確定各站的調(diào)節(jié)方案； （5）檢查各站間和各站的工作參數(shù)是否符合要求和合理。38 如上計(jì)算成果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則進(jìn)行

20、調(diào)整，重新布站和核算。最后可能得到多個(gè)不同的布站方案，通過(guò)綜合比較選定之。 上一節(jié)討論的“預(yù)先不固定站址的壓氣站的布置”亦可采用本節(jié)討論的方法解決。同理，上述步驟同樣可用于一條已建成的輸氣管的運(yùn)行方案的核算與編制，不過(guò)此時(shí)各站址已完全確定，不能作任何調(diào)整而已。39第四節(jié)第四節(jié) 增加輸氣管的輸氣能力增加輸氣管的輸氣能力 已投產(chǎn)的輸氣管，在生產(chǎn)過(guò)程中常常進(jìn)行擴(kuò)建或改造，其目的主要在于提高輸氣管的輸氣能力和降低能耗。 當(dāng)一條輸氣管的最高工作壓力已達(dá)到管路強(qiáng)度允許的最大值時(shí)，提高輸氣能力實(shí)際上只有兩個(gè)辦法： 在站間鋪設(shè)副管； 增建新的壓氣站；40 一、鋪設(shè)副管一、鋪設(shè)副管 某站間管路鋪設(shè)副管以前的管徑

21、為D0，長(zhǎng)度為l，起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓力分別為PQ和PZ，輸氣能力為Q。鋪設(shè)的副管直徑為D1，長(zhǎng)度為x，輸氣能力增加為Q*。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假設(shè)鋪設(shè)副管前后，壓力為PQ和PZ保持不變。根據(jù)上述條件可由式（4-56）求得副管長(zhǎng)度。在該式中*QEQ22122121ZPPPP（10-19）（10-20）41 并令 將式（4-43） 代入上式得 式中0、1分別為主管（D0）和副管（D1）的水力摩阻系數(shù)。1122LLLKKK0.550500LDQKQD25 21 2010111DD（10-21）42 將式（9-19）、（9-20）和（9-21）代入式（4-56）*QEQ22122121ZPPPP25 21 20

22、10111DD代入112221222212111ZLLLPPLxEPPKKK43 得副管長(zhǎng)度 從式（10-22）可知副管長(zhǎng)度主要取決于要求增加的輸氣能力和副管管徑。若采用的副管管徑與主管相同，則2*11QQxl（10-22）142*413QxlQ44 鋪設(shè)副管增大流量之后，一般勢(shì)必引起壓氣站的特性發(fā)生變化。故副管長(zhǎng)度與壓力的變化都與壓氣站的特性有關(guān)。當(dāng)全線壓氣站特性相同時(shí)，只要考慮站間管路和位于該站間終點(diǎn)的壓氣站之間的關(guān)系。站間管路和位于該站間終點(diǎn)的壓氣站一起研究時(shí)，可得 聯(lián)解得222*1QZPPCQlx222*QZPAPBQ22*2*111QAPBQxlACQ（10-23）z如何推導(dǎo)45)1

23、 (1Q2*2wlxQ)1 ()1 (1P2*2*222wxlCQwlxClQClQPZQ2*11QQxl由式（10-22）可得：對(duì)于原管路，其特性方程：46 式（10-23）說(shuō)明，在其它條件相同時(shí)，副管長(zhǎng)度實(shí)際上決定于站間終點(diǎn)的壓氣站的特性，也就是系數(shù)A和B。47 二、倍增壓氣站二、倍增壓氣站 從輸氣管的流量公式中可知，減小站間管路長(zhǎng)度，也就是在站間增建新的壓氣站，可以增加輸氣管的通過(guò)能力。倍增壓氣站前后的輸氣能力可表述如下： 倍增前 倍增后2250*QZPPDQCZT l225*0*2QZPPDQClZT48 若增建新站前后，PQ和PZ不變，則 但是，只要倍增壓氣站之后，不管原有壓氣站是否

24、進(jìn)行擴(kuò)建（照例需要擴(kuò)建并聯(lián)機(jī)組），壓氣站的進(jìn)站壓力都有明顯的變化。 增建新站前 由上兩式得*21.414QQ222QZPPClQ222QZPAPBQ1ZClBPQA（10-24）49 增減新站和擴(kuò)建原有壓氣站之后 式中 新建站和原有站擴(kuò)建后的進(jìn)站壓力； 、 新建站和原有站擴(kuò)建后的特性系數(shù)。1QAQPAClB（10-25）222*2QZlPPCQ222*QZPA PB QZP*A*B50 由上二式得121ZClBPQA112QAQPAClB(10-26)(10-27)51 由式（10-25）、（10-27）可得 如 果 原 有 壓 氣 站 明 顯 不 滿 負(fù) 荷 （ 這 種 情 況 非 常 少

25、見(jiàn) ） ， 不 需 擴(kuò) 建 ，即 ， ，則1112QAAClBQAAClB（10-28）AABB212QAClBQAClB52 即使如此， 。 因?yàn)檩敋饬吭龃蠛笤姓镜膲毫Ρ纫獪p小，在PQ一定的條件下，進(jìn)站壓力PZ勢(shì)必增大，否則不能維持出站壓力PQ在最高值下工作。ZZPPZQPPBQ22A53 一、壓氣站的站間距 實(shí)際工作中，由于壓縮機(jī)最大工作壓力和管子強(qiáng)度的限制，中間壓氣站不可能無(wú)限制地移向起點(diǎn)。 在壓氣站數(shù)一定的情況下，各站的出站壓力都達(dá)到最大工作壓力Pmax時(shí)，輸氣管則有最大的輸氣能力Qmax(即首站出站的最大流量)，這個(gè)最大流量是由全線的壓氣站特性和整條輸氣管各站間管路特性共同決定的。根據(jù)式（8-13），對(duì)于一條沿線沒(méi)有分氣或進(jìn)氣的輸氣管，扣除各站的自用氣之后，流量是在逐漸減少的，54 若M=1，則 ，故 若M1121111niinM 2max2max111ZnAPQAC LlnB（10-12）2212421222221111111nninniMMMMMMMM 55 對(duì)于輸氣管末段，若其起點(diǎn)壓力也是Pmax，其終點(diǎn)壓力必為PZmax，兩者之間存在下述關(guān)系： 由上式解出l