靖西天然气管道末段储气调峰分析

田光 焦金改 鬲丽华（陕西省天然气股份有限公司，陕西西安710016）

靖西天然气管道末段储气调峰分析

田光 焦金改 鬲丽华（陕西省天然气股份有限公司，陕西西安710016）

针对天然气管道末段平稳供气和不稳定用气之间的矛盾，管道末段利用管道本身的储气能力给下游用户调峰。为了深入研究管道末段储气量是否满足实时调峰量的需求，探讨了靖西天然气管道末段储气调峰原理。并建立了复杂输气管道非线性方程组，得出稳定过程的输气公式，该式反映出任意点压力和流量的关系，由此推导出输气管道末段储气量的数学表达式。结合靖西天然气输气管道末段实际管网结构，列举两种工况，数值计算得到靖西天然气管道末段全天储气量的变化，总结了提高靖西线管道末段储气调峰能力的方法。结果表明：提高起点压力，增加储气库及联络线，有效地提高了靖西天然气管道末段的储气量，增强了调峰能力。

天然气管道末段储气调峰数值模拟储气规律

1　管道末端储气调峰数学模型的建立

假设在储气高峰点时黄陵站出站最高压力为P1max，在用气高峰点时西安分输站进站最低压力为P2min。假设上游输气量稳定，P1max决定的管道沿线状态Pmax的管道容积为Vmax，由终点最低允许压力P2min决定的管道沿线状态Pmin的管道容积为Vmin。则该状况下输气管道末段管段储气量为［2］：

其中，推导输气管道不稳定流动方程组（3）、（4）：

同理，将第二种边界条件P（x）=P（L）=P2，当P2=P2min时，有P （L）=P2min代入方程组可得

将（2）、（6）、（7）代入（1）中，整理可得管道末段管段储气量表达式：

式中：V—输气管末段的储气量，m3；Vmax—输气管末段储气结束时的储气量，m3；Vmin—输气管末段储气开始时的储气量，m3；L—输气管末段的长度，m；P—气体压力，P0=101325Pa；T—气体温度，K；Z—压缩因子；Q—气体流量，m3/s；Q1、Q2—起点站、终点站流出、流入的气体流量，m3/s；qi—沿线分输气量，m3/s；d—输气管道的直径，m。各下标为0的参数，为天然气标准状态下的参数，无下标的参数为管道运行状态下参数。

2　管道末端储气量的计算及数值模拟

2.1黄陵压气站到西安分输站沿线的负荷分布

图1　靖西线管道末端管网结构图

天然气从黄陵压气站分两条管路输送到到西安分输站X，HCX段（管径为426mm）为自然输气，HEX段（管径为610mm）可加压输气，两条管线沿线A、B、C、D、E、F点都有分输气量，两条管线同时给西安分输站供气。

2.2对HCX段和HEX段进行数值模拟

工况一：黄陵压气站开启天然气压缩机，HEX段加压输气，HCX段自然输气，SE与HEX分开运行，A、B、C、D、F处分销气量，以上工况和表1数据为依据，通过公式（8）计算HCX段、HEX段的储气量如表1。

表1　全天HCX段和HEX段压力

黄陵压气站以稳定流量输出，HCX起点输出气量为630万方/日，HEX起点输出气量为150万方/日。图2中，储存量呈上升趋势时说明供气量高于用气量，储存值呈下降趋势时说明供气量小于用气量。当日20：00末站X处压力达到最低，用气量达到最大值，之后X末站压力开始反弹，全线用气量也下降。因此，认为20：00天然气管道末端开始储气，到早上6：00储气量达到最大，两条管线的储气量为28万方，6：00过后储气量大幅回落，在8：00—18：00期间，储气量在18：00达到最低，只有10万方。

图2　管道末段储气量与时间变化曲线

工况二：黄陵压气站未开天然气压缩机，在用气高峰期时段14：00—23：00，SE与HEX连通，并控制SE出口压力不大于3.0Mpa，提高HEX段供气压力，A、B、C、D、F处分销气量，通过公式（8）、（9）对表2中管段参数进行数值模拟，HCX段和HEX段的储气量如表2。

表2　全天HCX段和HEX段压力

见图3，当日22：00X末站压力达到最低，用气量达到最大值，之后X末站压力开始反弹，用气量也下降。因此，认为22：00天然气管道末端开始储气，到早上4：00储气量达到最大，两条管线储气量达到18万方，在6：00—20：00期间，储气量降低，14点达到第一个低点，20点达到第二个低点。在14：00—20：00期间，天然气管道末端储气量均值为3万方/时，最小值为1.5万方/时，X站在此期间所需调峰气量均值为7000方/时，最大所需调峰气量为1.1万方/时，可以看出此时段管道调峰能力达到极限。

图3　管道末段储气量与时间变化曲线

3　管道末端储气调峰能力分析

（1）设定参数下储气量的动态求解。黄陵压气站设定HCX段和HEX段出站压力最大值均为5.5MPa，西安分输站设定HCX段和HEX段天然气最小允许进站压力为1.5Mpa，管长分别为167Km和172Km，管道设计流量分别为143×104Nm3/d，855× 104Nm3/d，忽略管线沿线分销的气量，通过公式（8）计算得到管段HCX和HEX的储气量分别为92.6×104Nm3和195.6×104Nm3。

（2）工况一中开启了黄陵站天然气压缩机，提高了HEX段的起点压力，由4.2Mpa增压至4.9Mpa（全天平均值），储气量增加了约33×104Nm3，较大的提高了管道末端的储气调峰能力。工况二中利用连通SE段管线提高HEX段压力，SE段管线设计压力8.0MPa，管输能力850万方/日，此段管线担负起了储气库的职责，为HEX段的调峰起到了保障作用。上述两种工况分别使用提高管道末端出站压力和连通SE段管线（相当于储气库）。

（3）从黄陵压气站至西安分输站，除首末站以外，B、D两处都可以将管线HEX和HCX连通，可以均衡两段管线压力，安全输气。另一方面，HCX段分输用户较多，连通后可以提高其管段压力，增强管段储气调峰能力，保障下游用户供气。

［1］李猷嘉.长输管道末段储气的计算与分析［J］.煤气与热力，2002，22（1）：8-11.

［2］唐建峰，段常贵，李玉墨.燃气长输管道动态模拟及末段储气研究［J］.油气储运，2000，19（7）：24-27.

田光（1982-），工程师，于2010年毕业于西安石油大学，油气储运工程专业硕士，现从事天然气工艺技术工作。