天然气长输管道压气站与输气管道联合运行特性分析

2016-11-25文昊昱朱曦中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司四川成都610000

化工管理 2016年22期

关键词：压气长输并联

文昊昱朱曦（中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610000）

文昊昱朱曦（中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610000）

在天然气长输管道中，由驱动机和压缩机组成的压气站与输气管道形成了耦合体，互相影响和相关。本文基于输气管道、离心压缩机和燃气轮机独立工作特性的分析，针对此耦合体的联合运行进行了特性分析。

长输管道；压气站；输气管道；特性分析

天然气长输管道压气站与输气管道是一个统一的水力学系统，其运行参数是各自相关的，并且运行状态是互相影响的，压气站或某段管道的工况变化都必将引起整个输气管系统的工况变化。因此，在天然气长输管道的运行过程中，压缩机和输气管道的工作特性，以及关联工作的情况将影响到输气管系统的整体运行。本文基于输气管道、离心压缩机和燃气轮机独立工作特性的分析，针对压气站与输气管道形成的耦合体进行了联合运行特性分析。

1 输气管道工作特性分析

在天然气长输管道干线中，压气站之间通过输气管道相连，下面分析输气管道的工作特性。输气管道长度设为L0；起点连接上游压气站A，起点压力等于A站出站压力，设为P2；终点连接下游压气站B，终点压力等于B站进站压力，设为P1。天然气在输送过程中，由于管道流动阻力的影响，管道中气体压力逐渐下降，管路特性方程如式（1）所示。

由式（1）分析可得，假设输气管道起点压力P2不变，则影响终点压力P1大小的因素如下：①管道中输气量的大小。管道输气量越大，气体流速也越大，导致摩阻损失也越大，使得P1就越低；②输气管道长度。管道长度越长，在输气量一定的情况下，摩阻损失也越大，使得P1就越低。

2 离心压缩机和燃气轮机工作特性分析

（1）离心压缩机工作特性为了针对不同组成成分的天然气，不同的长输管道运行工况，建立通用的离心压缩机特性方程，通常采用所选条件下的“对比关系”来进行换算，换算公式如式（2）所示。

（2）离心压缩机并联工作特性在天然气输送过程中，压气站中使用一台压缩机不能满足实际工况需求，为满足输气量的要求，往往需要多台压缩机并联工作。在并联工作情况下，各压缩机的进口状态是相同的。并联的压缩机特性曲线可由多台压缩机特性曲线在同一压比下通过叠加得到。并联压缩机的优点体现在特性曲线更平坦，有效工况区变宽。虽然总流量增加，但每台压缩机自身流量减少，使得并联后喘振曲线右移，即每台压缩机更易达到最小流量而发生喘振。压气站内一般选用同型号的压缩机进行并联工作，以保持转速一致，便于运行管理。

3 压气站与输气管道联合运行特性分析

由于压气站与输气管道互相影响且相关，所以当输气管道工况改变时，可能导致压缩机运行在低效率状态，增加了输气能耗，或者压力和流量不能满足要求。这就需要调节压缩机或输气管道运行工况来使得输气系统能适应工况改变，继续稳定且低能耗运行。因此需要对压气站与输气管道联合运行的特性进行分析。

压缩机在实际运行中，考虑到环境温度等因素的影响，将导致压缩机的平衡运行线在一定范围内变化，因此，用四条曲线来表示压缩机的稳定工况范围：最低转速线（bc）、最大流量线（cd）、最高转速线（da）和近似喘振线（ab）所围成的（bcda区域）。

将输气管道的特性曲线画到压缩机的特性曲线，即得到压缩机与管道联合工作的平衡运行曲线。当然，联合工作点首先要满足在bcda区域内。如果将压缩机的耗功曲线画到燃气轮机的性能曲线，即得到压气站与管道联合工作的运行曲线，由图可分析所选压缩机和燃气轮机是否匹配，即bcda区域在离喘振边界有一定距离的同时位于压缩机的高效率区域，且d点位于燃气轮机特性曲线上的运行区内。