文昊昱 朱曦（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610000）

天然氣長輸管道壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運(yùn)行特性分析

文昊昱 朱曦（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610000）

在天然氣長輸管道中，由驅(qū)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)組成的壓氣站與輸氣管道形成了耦合體，互相影響和相關(guān)。本文基于輸氣管道、離心壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)獨(dú)立工作特性的分析，針對(duì)此耦合體的聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行了特性分析。

長輸管道；壓氣站；輸氣管道；特性分析

天然氣長輸管道壓氣站與輸氣管道是一個(gè)統(tǒng)一的水力學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行參數(shù)是各自相關(guān)的，并且運(yùn)行狀態(tài)是互相影響的，壓氣站或某段管道的工況變化都必將引起整個(gè)輸氣管系統(tǒng)的工況變化。因此，在天然氣長輸管道的運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)和輸氣管道的工作特性，以及關(guān)聯(lián)工作的情況將影響到輸氣管系統(tǒng)的整體運(yùn)行。本文基于輸氣管道、離心壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)獨(dú)立工作特性的分析，針對(duì)壓氣站與輸氣管道形成的耦合體進(jìn)行了聯(lián)合運(yùn)行特性分析。

1 輸氣管道工作特性分析

在天然氣長輸管道干線中，壓氣站之間通過輸氣管道相連，下面分析輸氣管道的工作特性。輸氣管道長度設(shè)為L0；起點(diǎn)連接上游壓氣站A，起點(diǎn)壓力等于A站出站壓力，設(shè)為P2；終點(diǎn)連接下游壓氣站B，終點(diǎn)壓力等于B站進(jìn)站壓力，設(shè)為P1。天然氣在輸送過程中，由于管道流動(dòng)阻力的影響，管道中氣體壓力逐漸下降，管路特性方程如式（1）所示。

由式（1）分析可得，假設(shè)輸氣管道起點(diǎn)壓力P2不變，則影響終點(diǎn)壓力P1大小的因素如下：①管道中輸氣量的大小。管道輸氣量越大，氣體流速也越大，導(dǎo)致摩阻損失也越大，使得P1就越低；②輸氣管道長度。管道長度越長，在輸氣量一定的情況下，摩阻損失也越大，使得P1就越低。

2 離心壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)工作特性分析

（1）離心壓縮機(jī)工作特性 為了針對(duì)不同組成成分的天然氣，不同的長輸管道運(yùn)行工況，建立通用的離心壓縮機(jī)特性方程，通常采用所選條件下的“對(duì)比關(guān)系”來進(jìn)行換算，換算公式如式（2）所示。

（2）離心壓縮機(jī)并聯(lián)工作特性 在天然氣輸送過程中，壓氣站中使用一臺(tái)壓縮機(jī)不能滿足實(shí)際工況需求，為滿足輸氣量的要求，往往需要多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)工作。在并聯(lián)工作情況下，各壓縮機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)是相同的。并聯(lián)的壓縮機(jī)特性曲線可由多臺(tái)壓縮機(jī)特性曲線在同一壓比下通過疊加得到。并聯(lián)壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在特性曲線更平坦，有效工況區(qū)變寬。雖然總流量增加，但每臺(tái)壓縮機(jī)自身流量減少，使得并聯(lián)后喘振曲線右移，即每臺(tái)壓縮機(jī)更易達(dá)到最小流量而發(fā)生喘振。壓氣站內(nèi)一般選用同型號(hào)的壓縮機(jī)進(jìn)行并聯(lián)工作，以保持轉(zhuǎn)速一致，便于運(yùn)行管理。

3 壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運(yùn)行特性分析

由于壓氣站與輸氣管道互相影響且相關(guān)，所以當(dāng)輸氣管道工況改變時(shí)，可能導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行在低效率狀態(tài)，增加了輸氣能耗，或者壓力和流量不能滿足要求。這就需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)或輸氣管道運(yùn)行工況來使得輸氣系統(tǒng)能適應(yīng)工況改變，繼續(xù)穩(wěn)定且低能耗運(yùn)行。因此需要對(duì)壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運(yùn)行的特性進(jìn)行分析。

壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，考慮到環(huán)境溫度等因素的影響，將導(dǎo)致壓縮機(jī)的平衡運(yùn)行線在一定范圍內(nèi)變化，因此，用四條曲線來表示壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍：最低轉(zhuǎn)速線（bc）、最大流量線（cd）、最高轉(zhuǎn)速線（da）和近似喘振線（ab）所圍成的（bcda區(qū)域）。

將輸氣管道的特性曲線畫到壓縮機(jī)的特性曲線，即得到壓縮機(jī)與管道聯(lián)合工作的平衡運(yùn)行曲線。當(dāng)然，聯(lián)合工作點(diǎn)首先要滿足在bcda區(qū)域內(nèi)。如果將壓縮機(jī)的耗功曲線畫到燃?xì)廨啓C(jī)的性能曲線，即得到壓氣站與管道聯(lián)合工作的運(yùn)行曲線，由圖可分析所選壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)是否匹配，即bcda區(qū)域在離喘振邊界有一定距離的同時(shí)位于壓縮機(jī)的高效率區(qū)域，且d點(diǎn)位于燃?xì)廨啓C(jī)特性曲線上的運(yùn)行區(qū)內(nèi)。

4 結(jié)語

本文在分析輸氣管道、離心壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)獨(dú)立工作特性的基礎(chǔ)上，對(duì)壓氣站與輸氣管道的聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行了特性分析，該分析有助于天然氣輸氣管道系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，并有助于工程上長輸管道運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立與分析。

［1］苗承武，陳祖澤.強(qiáng)化天然氣管道輸送工藝［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：10-20.