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摘要：天然气管道输送过程中，气源上载点的增加必然引起运行工况的变化。如果在缺乏科学依据的情况下，盲目进行管道新工况输送，易出现气源分配不合理或无法完成指定输量输送，管道工况运行不适应。以某ZG天然气管道为研究对象，利用SPS软件模拟分析管线气源上载增加后，分析管道正输工况的运行适应性。研究结果表明，ZG天然气管道存在运行不适应的工况，需采取调整气源输送压力、分配输量以及增启压气站等方式，提高管道运行适应性，实现多气源上载管道安全运行具有重要意义。
关键词：天然气管道；多气源上载；SPS仿真软件；运行工况；适应性分析
0引言
天然气作为绿色能源、低碳转型中的重要参与者，其在管道输送过程中的安全、高效、适应性至关重要。随着国家管网的成立，全国油气管道干线输量实行统一调配，构建互联互通“全国一张网”[1-5]。国内天然气管网总体呈东西南北纵贯趋势，由于天然气气源和消费者地理分布的不同，存在多气源、多消费者，统一管网的格局，且各管段沿途多分输、节点输气方向多变以及下载市场用气规律多样，其管内运行工况也越来越多样[6-8]。当管道运行工况发生改变时，按照原有工况输送方案进行管输已不再适用，如何动态满足多气源上载与下游用户市场的供销关系，提升管道运行工况适应性，是保障安全、高效供应天然气亟待解决的问题[9-10]。运用SPS仿真软件模拟计算ZG天然气管道气源上载增加后，管线正输6种工况条件下的水力结果，结合适应性分析方法判断其管道运行适应性。针对运行适应性较差的工况，在不改变下载市场气量需求的基础上，提出调整气源压力、增压输送以及各气源间的输量分配调整等建议，以满足下游用户市场用气需求与压力边界条件，提高多气源上载管道运行适应性。
1 ZG天然气管道多气源上载影响分析
1.1管道概况
ZG天然气管道以1#首站为起点，14#末站为终点，全长1 613 km。管道干线管径为1 016 mm，材质为X80，管线设计压力10 MPa，年设计输气能力为150×108 m3。管道沿线共设计有14个站场，其中包含6座压气站，分别为2#压气站、4#压气站、6#压气站、8#压气站、11#压气站、12#压气站，沿线压气站压缩机均为变频电机驱动离心式压缩机，采用2台主用，1台备用的运行模式。ZG线沿线高程里程如图1所示。
1.2 ZG天然气管道气源上载分布
ZG天然气管道自投运以来，经历TL上载、JJ上载、储气库等工程，使ZG干线由之前的1#首站单一气源上载，改造后可以接纳1#首站、TL上载、储气库、JJ上载等多个气源上载点输入的天然气。ZG天然气管道正输工况是由1#首站气源上载，输送至14#末站以及沿途下游用户市场，中途会通过TL上载、储气库、JJ上载增加输气量。具体ZG天然气管道多气源上载如图2所示。
1.3 ZG线多气源上载适应性影响分析
ZG天然气管道根据多气源上载分配量与下游市场用户需求情况，对管线运行工况进行了调整，由原先的1#首站单一气源正输工况变为多气源正输工况。气源变化后正输主要运行工况如表1所示。
工况的输量分配会根据下游各市场不同时间、不同要求发生变化。管线内输送气量发生变化时，输送过程中因管壁内阻所产生的磨阻损失则不同，同样因高程差带来的重力附加压力亦不同。在假定气源上载输送压力，管道进行小输量工况运行时，沿程重力附加压力可能大于磨阻损失，则会出现管道超压的情况；管段内增加输量输送时，沿程磨阻损失大于重力附加压力，管内压力不断降低，出现无法输送至指定下载市场或低于出站压力要求的情况，管道运行适应性较差。
1.4管道运行工况适应性研究方法
管道运行工况适应性分析研究即对管道系统的输送工况进行准确的水力计算，结合适应性分析方法，判断各边界条件下管道运行适应性结果[9]。目前，国内外主要通过仿真软件建立与实际管输系统相似的计算模型，进行管道输送水力计算。
(1)假定起点压力、各站上下载气量，模拟计算沿线各站具体压力值；
(2)假定终点压力、各站上下载气量，模拟计算沿线各站具体压力值；
(3)假定起点、终点压力、中间各节点限制压力，模拟计算各管段内输量。
对方法(1)和方法(2)，若沿线各站压力都满足控制条件，管道运行工况适应；若有站点不满足控制条件，管道运行工况则不适应。对方法(3)，若计算管输量不低于分配需求输量，则管道运行工况适应，否则管道运行工况不适应[11]。
针对ZG天然气管道气源上载变化后，采用数理统计、理论分析、模拟仿真、适应性分析方法等手段，对ZG线正输工况下的管道运行适应性进行计算分析，为ZG线平稳、适应运行提供指导意见。
2基于SPS仿真软件的管网工况运行分析
2.1仿真模型建立
利用SPS软件自带的Model Builder建模工具，根据各管段、各站场的基本设置情况，选取合适的设备类型，进行ZG线天然气管道模型的构建，再在模型文件夹中导入intran文本文件用于控制模型运行，最后根据SimPlot模拟运行查看工况运行结果图。ZG天然气管道仿真模型如图3所示。
2.2 ZG线正输工况边界条件设置
根据ZG天然气管道上载气源与下游用户市场的气量需求、压力界值要求，管道气量下载主要市场包括：1#首站、7#分输站、10#分输站及14#末站。各市场下载输量会随着工况的变化而变化，具体分输量见ZG线正输主要市场分输气量，如表2所示。ZG天然气管道正输工况以1#首站气源出站压力9.50 MPa、下载市场14#末站出站压力不低于6.30 MPa为边界条件。
2.3适应性分析结果
在ZG线管道气源上下载气量分配、压力边界条件设置基础上，初始模拟方案均为不开启全线压气站运行，分别对正输6种工况进行水力计算。根据水力计算结果与适应性分析方法，判断管道运行适应性状态。
正输适应性。使用SPS软件对正输工况1～工况4进行仿真模拟计算，模拟计算结果见正输工况1~工况4仿真模拟结果如图4所示。
通过分析模拟计算结果可知：
(1)ZG线进行小输量工况1时，7#～11#分输站管段的输送压力达到10.0 MPa以上，超出管道设计压力，不满足管输要求，管道工况运行不适应。
(2)进行正输工况2、工况3时，沿线分输后到达14#末站的输气量满足市场需求分输气量，且出站压力值大于边界条件，管道工况运行适应性良好。
(3)进行正输工况4，1#首站无法将指定气源输量输至14#末站，管道工况运行不适应。
(4)将正输工况5、工况6气源上载输量与正输工况4对比可知，正输工况5、工况6各管段内输量均高于正输工况4，即进行正输工况5、工况6时，1#首站同样无法将指定气源输量输至14#末站，管道工况运行不适应。
在上述ZG线管道运行不适应的工况中，正输工况1输送过程沿途管线会出现管段超压运行的情况，正输工况4、工况5、工况6将指定输量输送至下游时，沿程需克服摩擦阻力与高程差带来的附加压力，使得天然气无法到达指定站场或到达指定站场后压力值低于边界条件。
2.4运行工况调整建议
针对上述运行不适应的工况，在不改变下载市场气量需求的基础上，提出调整气源压力、根据开启最少压气站压缩机数为原则的增压输送以及各气源间的输量分配调整等建议。并通过SPS仿真软件模拟得出运行工况调整后的水力计算结果，提出多气源上载输送压力、输量建议值以及压气站开启方案等建议，以满足下游用户市场用气需求与压力边界条件，提高多气源上载管道运行适应性。具体见正输工况压气站开启方案，如表3所示，与正输工况气源压力建议值，如表4所示。
综合考虑ZG天然气管道多气源上载资源分配管道安全运行、下游气量需求等因素，对运行不适应的工况提出压力、输量、压气站(压缩机数量)开启调整建议：
(1)在进行小输量正输工况1时，需降低1#首站气源输送压力至6.70～9.30 MPa，避免管道输送过程出现超压的情况。
(2)进行大输量正输工况6时，按原设定上载气源输送压力、输量条件下，无法通过调整气源输送压力、开启压气站方式来提高管道运行适应性。需在开启2#压气站、4#压气站、6#压气站、8#压气站各2台压缩机进行增压输送的基础上，调整1#首站气源输量至4 052×104 m3/d，亏欠输量需从储气库气源上载输送198×104 m3/d，满足下游用户用气压力、总输量要求。
(3)进行大输量正输工况4、工况5时，应选取合适的压气站开启方式，将多气源上载气量分配增压输送至下游用户市场，以提高管道运行适应性。
3结语
运用SPS仿真软件建立多气源上载ZG天然气管线水力仿真模型，模拟计算ZG线正输6种运行工况的水力结果，结合适应性分析方法进行管道工况运行适应性状态判断，考虑气源上载资源、管道安全运行、下载市场需求等因素，提出ZG线在进行小输量正输工况1时，需降低1#首站气源输送压力至6.60～9.30 MPa；进行大输量正输工况4、工况5时，需选取合适的压气站开启方案进行增压输送；进行大输量正输工况6时，在开启2#压气站、4#压气站、6#压气站、8#压气站各2台压缩机进行增压输送的基础上，需降低1#首站气源输量至4 052×104 m3/d，亏欠输量需从储气库气源上载输送198×104 m3/d，以满足下游用户用气需求，提高多气源上载ZG天然气管道运行适应性。
参考文献：
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多气源上载天然气管道工况运行适应性分析论文
人参与 2024-09-13 09:50:41 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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