梁光川，李慶，彭星煜

西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院（四川成都610500）

■質(zhì)量安全論壇

城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)故障工況適應(yīng)性分析

梁光川，李慶，彭星煜

西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院（四川成都610500）

近年來，由于城市人口大幅度增長，工業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致城區(qū)燃?xì)庳?fù)荷不斷增加，現(xiàn)有城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣能力面臨巨大的挑戰(zhàn)，在此情況下開展城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)故障工況適應(yīng)性分析具有積極意義。建立了M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算模型，借助于TGNET水力計(jì)算軟件完成了該市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的故障工況水力計(jì)算，分析了城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)在故障工況下的適應(yīng)性。研究結(jié)果表明：城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)在故障工況下具有很高的適應(yīng)性，在未來很長一段時(shí)間內(nèi)都能較好地滿足城區(qū)燃?xì)庳?fù)荷需求。此研究模型與方法能為其他同類型城市燃?xì)夤芫W(wǎng)故障工況適應(yīng)性評價(jià)提供有效的借鑒。

燃?xì)庳?fù)荷；天然氣管網(wǎng)；水力計(jì)算模型；故障工況

城市燃?xì)馐浅鞘羞M(jìn)程化過程中城區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)的核心組成元素，不但影響到城區(qū)居民生活質(zhì)量的提高、自然環(huán)境的保護(hù)以及社會(huì)環(huán)境的穩(wěn)定，而且事關(guān)城市商業(yè)和工業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展，影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的良性發(fā)展[1]。城市燃?xì)猬F(xiàn)已發(fā)展成了國民經(jīng)濟(jì)中占有先導(dǎo)性和全局性地位的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，并且是M市當(dāng)前重點(diǎn)培育和鼓勵(lì)的一項(xiàng)項(xiàng)目[2-6]。

M市位于川中地區(qū)，能夠極大地享受川渝管網(wǎng)帶來的方便[7]。近年來，M市城區(qū)人口增長迅猛，該市工商業(yè)大步發(fā)展，城市規(guī)劃建設(shè)勢頭良好，社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。城區(qū)居民用戶用氣量、工商業(yè)用戶用氣需求量保持逐年增加的勢頭，加之該市工業(yè)化進(jìn)程加快，很多化工企業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量的天然氣作為燃料或原料來加工生產(chǎn)新產(chǎn)品，對燃?xì)獾男枨筇岢隽烁叩囊蟆Ｔ撌腥細(xì)廨斉涔芫W(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)建成運(yùn)行了多年，在未來城市化發(fā)展加快的過程中，現(xiàn)有的城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)將有可能不能滿足各類用戶對燃?xì)獾男枨?，使得該市城區(qū)燃?xì)夤┬柚g產(chǎn)生了不可避免的矛盾。因此，對該市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的適應(yīng)性開展研究成為了目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

1 M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)模型建立

M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)比較復(fù)雜，需要運(yùn)用專門的水力計(jì)算軟件進(jìn)行模擬，比如TGNET軟件。在復(fù)雜環(huán)狀天然氣管網(wǎng)水力計(jì)算中TGNET軟件能夠顯示出很大的優(yōu)越性，在天然氣管網(wǎng)水力計(jì)算中具有良好的適用性[8-11]，因而選擇TGNET軟件作為分析城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算軟件。

目前，M市共有供氣點(diǎn)2處，分輸點(diǎn)共15處，以2個(gè)供氣點(diǎn)到分輸點(diǎn)的天然氣管網(wǎng)作為研究對象。根據(jù)該市天然氣管網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系及管網(wǎng)基本數(shù)據(jù)，以該市當(dāng)前統(tǒng)計(jì)的天然氣需求數(shù)據(jù)為依據(jù)，輸入天然氣物性參數(shù)中溫度、燃?xì)夤艿绤?shù)等數(shù)據(jù)（表1），以及2個(gè)供氣點(diǎn)的出站壓力和分輸點(diǎn)的輸量，借助TGNET軟件建立該市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的仿真模型。

表1 天然氣物性參數(shù)表

2 M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣點(diǎn)失效工況模擬

根據(jù)M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，運(yùn)用TGNET軟件模擬了城市燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣點(diǎn)常見的2種失效工況，M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)1號配氣站失效情況，如圖1所示。根據(jù)圖1所示的水力計(jì)算模型，分別計(jì)算了在天然氣出站壓力為0.34 MPa下，總供氣量分別為3 115.5、1 041和832 m3/h時(shí)，各片區(qū)管道節(jié)點(diǎn)末端壓力值在城區(qū)1號供氣點(diǎn)發(fā)生事故前后的變化情況，具體數(shù)據(jù)見表2。

通過表2可以得出，在M市城市輸配環(huán)網(wǎng)中，環(huán)網(wǎng)中的某一個(gè)供氣點(diǎn)發(fā)生事故后，對于M市整個(gè)城區(qū)民用氣輸配管網(wǎng)的壓力影響不是很大，在保證原始輸量的前提下，各節(jié)點(diǎn)處的壓力變化情況非常小，幾乎不會(huì)影響到城區(qū)居民用戶用氣，并且能夠預(yù)測在未來一段時(shí)間內(nèi)M市燃?xì)夤芫W(wǎng)都能較好地適應(yīng)城區(qū)各類燃?xì)庥脩舻挠脷庑枨蟆?/p>

3 M市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)管道失效工況模擬

M市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)管道某一條管道發(fā)生故障失效時(shí)的水力計(jì)算圖，如圖2所示。

根據(jù)圖2所示的水力計(jì)算模型，分別計(jì)算了在天然氣出站壓力為0.34 MPa下，總供氣量分別為3 115.5、1 041和832 m3/h時(shí)，各片區(qū)管道節(jié)點(diǎn)末端壓力值在城區(qū)某條燃?xì)夤艿腊l(fā)生事故前后的變化情況，具體數(shù)據(jù)見表3。

通過表3可以得出，在M市城市輸配環(huán)網(wǎng)中，環(huán)網(wǎng)中的管段發(fā)生事故后，對于M市整個(gè)城區(qū)民用氣輸配管網(wǎng)的壓力影響不是很大，在保證原始輸量的前提下，各節(jié)點(diǎn)處的壓力變化情況非常小，幾乎不會(huì)影響到城區(qū)居民用戶用氣。

表2 事故后燃?xì)夤芫W(wǎng)節(jié)點(diǎn)處壓力數(shù)據(jù)變化統(tǒng)計(jì)表(故障一)

表3 事故后燃?xì)夤芫W(wǎng)節(jié)點(diǎn)處壓力數(shù)據(jù)變化統(tǒng)計(jì)表(故障二)

4 結(jié)論及建議

根據(jù)對M市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)2種故障工況運(yùn)用TGNET軟件所進(jìn)行的模擬計(jì)算過程，可得研究結(jié)論及建議如下：

1)在城市天然氣管網(wǎng)建設(shè)初期，對城市燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行合理地規(guī)劃，有預(yù)見性地采用管徑稍大的天然氣管道以及合理組合管網(wǎng)在目前及將來很長一段時(shí)間內(nèi)能夠很好地滿足城市各類用戶的用氣需求，能夠較好地提高城市天然氣管網(wǎng)的適應(yīng)性。

2)具有多個(gè)供氣點(diǎn)的城市天然氣管網(wǎng)具有較高的供氣適應(yīng)性。當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)中某一個(gè)供氣點(diǎn)及某條管道發(fā)生故障停輸時(shí)，也能較好滿足城區(qū)各類用戶的用氣需求。因此，建議在規(guī)劃燃?xì)夤芫W(wǎng)時(shí)盡可能設(shè)置多個(gè)供氣點(diǎn)，保證城市各類用戶能夠安全可靠地用氣。

3)所提供的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)故障工況適應(yīng)性評價(jià)方法，在一定程度上能夠?yàn)槠渌愋统鞘腥細(xì)夤芫W(wǎng)的故障工況適應(yīng)性分析提供相應(yīng)的借鑒。

4)雖然主要以城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)為研究對象，但所提供的管網(wǎng)適應(yīng)性分析方法和思路同樣可以運(yùn)用于城區(qū)供水、供暖以及油氣田地面集輸系統(tǒng)中。

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In recent years,the substantial increase of urban population and the rapid industrial development result in the gas load of cit?ies increasing,the gas supply capacity of the existing urban pipeline network faces enormous challenges,and in this case it is of impor?tant significance to carry out the adaptability analysis of city gas pipeline network in fault condition.The hydraulic calculation model of the gas pipeline network of M city is established,the hydraulic calculation of the gas pipeline network of the city is completed by means of TGNET hydraulic calculation software,and the adaptability of the city gas pipeline network in fault condition is analyzed.The results show that,the gas pipeline network of M city in fault condition is high adaptability,and it can better meet the needs of city gas load for a long time in the future.The research on the model and method can provide effective reference for the adaptability evaluation of the gas pipeline network of other similar cities in fault condition.

gas load;natural gas pipeline network;hydraulic calculation model;fault condition

王梅

2015-12-06

梁光川（1972-），男，博士，教授，主要從事油氣田節(jié)能降耗、儲(chǔ)氣庫地面工藝等方面的科研及教學(xué)工作。