1、第十章 干線輸氣管壓氣站的布置與參數優化設計1第十章 干線輸氣管壓氣站的布置與參數優化設計n干線輸氣管是整個輸氣系統的重要組成部分，其參數受氣源供氣和城市消費兩者的約束。n當干線輸氣管與輸氣系統的其它部分相聯系的參數（如輸氣量、首站進站壓力、終點配氣站的最低壓力和配氣量等）確定后，其可作獨立環節進行工藝設計，其所得到的數據可作為系統優化內容之一。n本章主要解決：干線輸氣管的最優參數選擇與壓氣站布置。n在進行壓氣站的布置時需要考慮的問題：n 為充分利用地層能量可以省去首站；n 注意末段儲氣的要求；n 使運行壓力接近管線承壓；n 對于初期流量較小的管線，應分期建造壓氣站。第十章 干線輸氣管壓氣站的

2、布置與參數優化設計n第一節 預先不固定站址的壓氣站布置n第二節 預先固定某些站址的壓氣站布置n第三節 增加輸氣管輸氣能力的措施4內 容第一節 預先不固定站址的壓氣站布置n布置原則n僅僅根據水力條件計算n布置結果n理想化n優點n便于了解布置壓氣站的基本方法和一般規律 6n愈接近起點，輸氣能力愈大。原因：n進站壓力增高，壓縮機進口條件下的流量變小，壓力比增大；若保持壓力比不變，則輸氣能力增大n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，允許站間通過能力進一步提高pL站站1站站2站站3站站4移動前壓降線移動前壓降線移動后壓降線移動后壓降線移動后壓氣站移動后壓氣站第一節 預先不固定站址的壓

3、氣站布置7n一、壓氣站的站間距n實際工作中，由于壓縮機最大工作壓力和管道強度的限制，中間壓氣站不可能無限制地移向起點。n在壓氣站數一定的情況下，各站的出站壓力都達到最大工作壓力Pmax時，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。根據式（8-13），對于一條沿線沒有分氣或進氣的輸氣管，扣除各站的自用氣之后，流量是在逐漸減少的。第一節 預先不固定站址的壓氣站布置8第i+1個中間站的特性為第i個站間管路的特性為由上兩式消去 項可得出最大流量（或最大工作壓力）下站間距：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干線輸氣管各站的出站壓力均達到最大工作壓力Pmax站n-1站n1Zp2Zp3Zp1nZpnZpZpQmaxmaxpmaxpmaxp第一節 預先不固定站址的壓氣站布置9n首站出站的最大流量Qmax與末段的最大流量QZmax之間存在著下述關系：n式中 n壓氣站數n故站間距可改寫為n若不考慮各站的自用氣，M=1，且Ci=C，各站間距相等，由（10-3）得1maxm

5、axnZQMQ(10-4)21222maxmax222212maxmax11nn iiiiiZiiZAMPAMPBBlMMACACQACAC MQ(10-5)22maxmax2max1iAPBQlACQ(10-6)第一節 預先不固定站址的壓氣站布置10n二、壓氣站數的確定n輸氣管全線長度n壓氣站數n式中：L輸氣管全長； lZ 末段管路長度； li 第i站間距； 平均站間距。n顯然，由于平均站間距不易求得，用式（10-7）求壓氣站數并不方便。111nZiZiLlllnl1ZLlnl(10-7)l第一節 預先不固定站址的壓氣站布置11n為此，令M=1，Ci=C，用 l 代 ，則可近似用下式來求壓氣

6、站數：n我們常常用已知的末段流量 代替首站出站的最大流量 當M=1時，則由式（10-8）和（10-9）就可求得壓氣站數，實際上是 由此，求得的壓氣站數一般應向較大的方向化整。l1ZLlnl(10-8)maxZQmaxQ22maxmax2max1ZZAPBQlACQ(10-9)maxmaxZQQ第一節 預先不固定站址的壓氣站布置12n三、輸氣管的最大流量n當站數確定并化整后，輸氣管的最大流量在管材一定的情況下也確定了。設有n個壓氣站，除末段外，有n-1個站間。由式（10-3） 得2222maxmaxmax2212122maxmax11iiiiiiiAPBM QAPBlMACAC MQAC MQ2

7、111max2221111max111nnniiiiiiiAPBlMAQACC M第一節 預先不固定站址的壓氣站布置13n由于 ，故最大流量的平方值n若Ci=C，則11niZilLl12max2112max121111niiinZiiAPC MQA LlBMC 12max2121max2111niiZAPMQAC LlnBM（10-10）（10-11）第一節 預先不固定站址的壓氣站布置14n若M=1，則 ，故n若M1121111niinM 2max2max111ZnAPQAC LlnB（10-12）2212421222221111111nninniMMMMMMMM 第一節 預先不固定站址的壓氣

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第一節 預先不固定站址的壓氣站布置16n對于輸氣管末段，若其起點壓力也是Pmax，其終點壓力必為PZmax，兩者之間存在下述關系：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）第一節 預先不固定站址的壓氣站布置17n由于 ，故末段最大流量22(1)2maxmaxnZQMQ12(1)22maxmax2112max121111nnZZiiiZnZZiiAAC MPAPC MQAC LBC MC（10-16）第一節 預先不固定站址的壓氣站布置18四、各站的進站壓力n任意一站（i+1）的進站壓力，根據站特性公式（10-1）：n或根據管路特性式（ 8-13 ）22222(1)22maxmaxmaxmax1ii nZZiPBM QPBMQPAA 222(1)21maxmaxiZii iPPCl MQ（10-18）2max)(2

10、2maxzniiiQMlCP第一節 預先不固定站址的壓氣站布置19 五、壓氣站布置的基本步驟 壓氣站布置的基本步驟如下：n（1）根據末段儲氣要求確定末端參數：P1max、P2min、和lZ；n（2）根據任務流量和式（10-8）、（10-9）或（10-6）初步確定壓氣站數，并化整（向上）；n（3）由于站數化整，需根據式（10-10）至（10-16）復核最大工作壓力Pmax下的最大流量Qmax（或QZmax），或者根據任務流量Q核算該流量下的最高工作壓力Pmax；n（4）根據式（10-3）或（10-5）計算各站間的站間距，并布置壓氣站；n（5）計算各站其余的工藝參數：如進站壓力PZi、壓力比、壓頭

11、H、功率N和出站溫度T2等等。n（6）根據計算成果和實際需要對某些站進行調整，并重新核算。第一節 預先不固定站址的壓氣站布置20n注意：n上面討論的基礎是使各站的出站壓力都為最高工作壓力P Pmaxmax ，實質上也就是使輸氣管處于消耗能量最少的狀態。n首站的進站壓力決定于氣田的供氣壓力，當首站的進站壓力隨著氣田供氣壓力而下降時，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。n對于中間站，基于同樣的道理，在一定的輸量下，也應該保持允許的最大出站壓力P Pmaxmax

12、。n一條大型輸氣管，各個時期的輸氣量不會相同，從投產初期的不滿負荷運行到全部運轉時的滿負荷工作。必須注意到壓氣站在不滿負荷時，不一定是全部機組投入運行，壓氣站特性方程中A A和B B的數值將有所變化。第一節 預先不固定站址的壓氣站布置21n 例題10-1 某輸氣管干線全長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，并決定末段最大儲氣能力和全線各站的工藝參數。已知：所輸天然氣的相對密度*=0.58，壓縮因子Z=0.93，平均溫度T=288K。

13、管道的水力摩阻系數=0.0121。壓氣站特性系數A=4.5388，B=9.479109。自用氣系數M=0.995。第一節 預先不固定站址的壓氣站布置22n解：n1、末段參數n輸氣量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最優末段長度為2612221max2min225.5 1010300200.97300.222 14547.11 57.87ZPPlmkmCQ第一節 預先不固定站址的壓氣站布置23n由式（9-17）9222*22002

14、0*1045. 458. 00121. 093. 0288101325293603848. 06ZTPTCAn最大儲氣能力為n終點最大壓力與末段起點最小壓力，由式（9-18得）1.533221max2min1maxmin2max*20.707SPPPPVA DQ1.531818212129725.510100.7075.510104.45 100.61457.8731918983m212122max1min15.5101035041.482PP第一節 預先不固定站址的壓氣站布置24n平均站間距，由式（10-9）22maxmax2max1ZZAPBQlACQ269224.5388 15.5 10

15、9.479 1057.874.5388 35041.48 57.87141380141.4mkmn2、壓氣站數n按大值取整，故n=8，除末段外尚有7個站間。1234300.2117.6141.4ZLlnl 第一節 預先不固定站址的壓氣站布置25n3、各站及站間參數n任務流量下各站出口的實際最大壓力，由式(10-14)得：222maxmax22111ZZnLlACnBMQMPAMM5489829.7Pa2162229995. 0995. 01995. 087.5715388. 4995. 010479. 9) 18(48.350415388. 41000)2 .3001234(第一節 預先不固定

16、站址的壓氣站布置26n各站間長度li由式（10-5）得n式中i=17。n計算結果見表10-1。 表10-1 各站間長度212max2212max1niiZAMPBlMACACMQ14292124.5388 10.9955489829.79.479 100.9954.5388 35041.484.5388 35041.48 0.99557.87i 站間i1234567站間距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.2第一節 預先不固定站址的壓氣站布置27n各站的進站壓力PZ和壓力比，由式（10-18）得n計算結果見表10-2。 表10-2 各站的進站壓力及壓力比2

17、8225489829.735041.480.99557.87iil 站號 i+12345678進站壓力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69壓力比1.4641.4681.4721.4751.481.4841.4882max)(22max1ZniiZiQMClPP第一節 預先不固定站址的壓氣站布置28n4、最大工作壓力Pmax=5.5106Pa時的參數 壓力升至最大值時，Pmax=5.5106Pa，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QZma

18、x2/Pmax2=常數，代入式（10-5）和式（10-18）可以看出站間距li和各站的壓力比將不發生變化。但各站的進口壓力PZi+1將略有上升，計算結果見表10-3.站號 i+12345678進站壓力，106Pa3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.696第一節 預先不固定站址的壓氣站布置n第一節 預先不固定站址的壓氣站布置n第二節 預先固定某些站址的壓氣站布置n第三節 增加輸氣管輸氣能力的措施29內 容已知條件：(1) 線路的起、終點和全長，某些規定站的站址，各進氣點和分氣點的位置；(2) 各段的任務輸氣量，各進氣點的進氣量和分氣點的分氣 量，終點配氣站的耗氣量；(

19、3) 首站的進站壓力pz1，終點配氣站進站的最低壓力pmin；(4) 已知或預選各段的管徑、壁厚和最高的工作壓力pmax ；(5) 可能選用的壓縮機類型和技術參數。第二節 預先固定某些站址的壓氣站布置n往往根據經驗初步確定壓氣站數和布置其余站的位置。這樣就等于初步確定全部站址，已知各站的站間距。結果，“預先固定某些站址的壓氣站布置”就轉化為一個工藝核算調整再核算的問題。第二節 預先固定某些站址的壓氣站布置n第一節 預先不固定站址的壓氣站布置n第二節 預先固定某些站址的壓氣站布置n第三節 增加輸氣管輸氣能力的措施32內 容33第三節 增加輸氣管的輸氣能力n已投產的輸氣管，在生產過程中常常進行擴建

20、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。n當一條輸氣管的最高工作壓力已達到管路強度允許的最大值時，提高輸氣能力實際上只有兩個辦法： 在站間鋪設副管； 增建新的壓氣站。34 一、鋪設副管n某站間管路鋪設副管以前的管徑為D0，長度為l，起點和終點的壓力分別為PQ和PZ，輸氣能力為Q。鋪設的副管直徑為D1，長度為x，輸氣能力增加為Q*。為了簡化起見，假設鋪設副管前后，壓力為PQ和PZ保持不變。根據上述條件可由式（4-56）求得副管長度。在該式中*QEQ22122121ZPPPP（10-19）（10-20）第三節 增加輸氣管的輸氣能力35n并令n將式（4-43）n代入上式得n式中0、1分

21、別為主管（D0）和副管（D1）的水力摩阻系數。1122LLLKKK0.550500LDQKQD25 21 2010111DD（10-21）第三節 增加輸氣管的輸氣能力36n將式（9-19）、（9-20）和（9-21）代入式（4-56）*QEQ22122121ZPPPP25 21 2010111DD代入112221222212111ZLLLPPLxEPPKKK2*11QQxl（10-22）第三節 增加輸氣管的輸氣能力37n從式（10-22）n可知：副管長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*11QQxl142*413QxlQ第三節 增加輸氣管的輸氣能力38n鋪設副管，流量增大，壓氣站的特性也發生變化。當全線壓氣站特性相同時，只要考慮站間管路和位于該站間終點的壓氣站之間的關系。站間管路和位于該站間終點的壓氣站一起研究時，可得n聯解得222*1QZPPCQlx222*QZPAPBQ22*2*111QAPBQxlACQ（10-23）說明： 其它條件相同時，副管長度決定于位于站間終點的壓氣站的特性，也就是系數A和B。第三節 增加輸氣管的輸氣能力39 二、倍增壓氣站n從輸氣管的流量公式中可知，減小站間管路長度，也就是在站間增建新的壓氣站，可以增加輸氣管的通過能力