天然氣管道放空時(shí)間的計(jì)算

1、天期氣管遹放空時(shí)間的計(jì)JI M*r W-WMMMM .W/d" *».»-y » 、* < * % Baa “SriKMVBMUMHVWVTMM*AX. 57，"" 貝It f關(guān)4*«、餌+穴!«“&卜氣詢(xún) <444C陽(yáng)U估“Y Ha*尺 i tt*ima.v 9 urn*代naatw丿I* l» ¥M»*R.t!<»« W>.XX«f- *<E> rn*. «ISTH 0 f A«MK

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4、BM KfK<< «fi AM” 專(zhuān),繃xixL xLxi 1pLx pi x pxixL xxiL i 1Lxx xixL xLxi1 TL x Tix T顯 3式.2差.3分 方程組的建立將全微分方程組改寫(xiě)為如下形式：(22 dpB1 d其中：z dC1 dB2 ddpB3 ddC2 ddC3 dy (24 C C (25B1as C1as2 TZ311ZTp2 d（ 26 d） （27)B2as C2as2 c pT TZ31122 Z T d dp（28）（29）TZB3 cp1ZTp C3as2 pc pTZp Z112 Z T dZTp（ 30） （31） 將

5、全微分方程組（ 32）（34）離散成差分方程組：p1pL1LC1p1pRB2y z (321R C2y (33 6p 1 pC B3 C T 1 TC C3式 C （34（32） （34）共有 3 個(gè)未知量： p 1 、 1 、 T1 ，解方程組可以得出 3 個(gè)未知量 的值。 3.2.4 邊界條件的處理 對(duì)計(jì)算模型的左 右邊界進(jìn)行處理，可得模型的左邊界條件，隨著放空的不斷進(jìn)行，干線壓力隨時(shí)間 不斷下降， i+1 時(shí)刻的壓力值為 i 時(shí)刻壓力值減去由于時(shí)段的放空而產(chǎn)生的壓降。而對(duì)于干線的溫度 值，則認(rèn)為在整個(gè)放空過(guò)程中與環(huán)境溫度相同。天然氣從 較大管徑的干線流入較小管徑的放空管，可視 為等熵絕熱

6、膨脹，放空管入口的壓 力、溫度可由下式計(jì)算： p1 1 0.5 1 Ma 1 （35） 21 1 T1 p1 T0 p0（ 36） 式中， p1 、 T1 為放空管入口處的壓力、溫度值， p0 、 T0 為干線的壓力、溫度值，為氣體的絕熱指數(shù)，Ma 為放空管入口處氣體的馬赫數(shù)。將右邊界條件簡(jiǎn)化計(jì)算可得放空火炬出口 處的壓力為大氣壓。而 對(duì)于出口處溫度，也做定值處理，等于環(huán)境溫度。 3.3 實(shí)例 計(jì)算 選取西氣東輸二線干線某段輸氣管道的實(shí)際放空數(shù)據(jù)，對(duì)所建計(jì)算模型進(jìn)行 對(duì)比驗(yàn)證。該段干線管 徑 1 219 ×18.4 mm，管長(zhǎng) 10.02 km，放空前管內(nèi)壓力 4.5 MPa，放空結(jié)

7、束時(shí)管內(nèi)壓力 0.05 MPa（均為表 壓）。放空管管徑 406 ×12.5 mm， 放空管長(zhǎng) 450 m。將特征線法計(jì)算的放空參數(shù)和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。 使用顯示特 征差分方法計(jì)算所得放空管入口壓力隨放空時(shí)間的變化曲線以及氣體平均流速隨時(shí) 間變化 的曲線與實(shí)際管道放空曲線基本吻合（圖 4，圖 5）。實(shí)際放空時(shí)間為 16.5 h，計(jì)算所得放空時(shí)間約為 15 h，計(jì)算誤差為 9.6%，在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明該計(jì)算 模型可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)管道的放空時(shí)間。 在放空前期，管道壓力高，氣體流速 較大，可達(dá) 270 m/s，接近聲速，放空速率大，管道內(nèi)壓降速率 也很大。隨著放空 的進(jìn)行，氣體流速隨著

8、壓力的快速下降大幅減小，管道內(nèi)的壓降速率隨之減?。▓D 4， 圖 5）。在放空后期，管道內(nèi)壓力接近大氣壓時(shí)，氣體速率緩慢，僅15 m/s 左右。此次放空由 4.5 MPa 放空至 2.0 MPa 僅用約 3.5 h，而從 0.5 MPa 放空至 0.05 MPa 則用時(shí) 6.5 h（圖 4）。低壓力下放空時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)，給生產(chǎn)調(diào)度和設(shè)備搶修帶來(lái) 極大不便。因此，需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)放空時(shí)間，并采取相應(yīng)措施（如采用多 點(diǎn)放空的 方法），盡量縮短管道放空所需時(shí)間。 7圖 4 特征線法計(jì)算壓力隨時(shí)間變化曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較 圖 5 特征線法計(jì)算 速度隨時(shí)間變化曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較 4 幾種放空時(shí)間計(jì)算模型的比較

9、將前文闡 述的 2 種計(jì)算方法應(yīng)用于上述算例，與顯式特征差分方法進(jìn)行比較。由3 種方法計(jì)算結(jié)果 與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比（表 1、圖 6）可知，方法 1 和 2 的計(jì)算誤差均較大，不 適合工程計(jì)算。此外，相對(duì)于 方法 2，特征線法的計(jì)算結(jié)果能夠更好地反映實(shí)際放 空降壓過(guò)程和計(jì)算放空時(shí)間。 表 1 不同計(jì)算方法所得放空時(shí)間與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比 計(jì)算方法 特征線法 方法 1 方法 2 總放空時(shí)間 /h 14.9 2.5 0.5 8圖 6 特征線法與方法 2 計(jì)算所得壓力隨時(shí)間變化曲線 5 結(jié)論 以放空管路為研 究對(duì)象，建立非穩(wěn)態(tài)的偏微分計(jì)算方程組，通過(guò)引入特征線方程的方法，求解方程 的顯式數(shù)值解，計(jì)算了天然氣

10、管道放空所需時(shí)間，并得到如下結(jié)論：（1）顯示特征差分法所得管道放空時(shí)間與實(shí)際放空時(shí)間的相對(duì)誤差在10%左右，放空管道入口壓力 隨時(shí)間的變化曲線與實(shí)際放空過(guò)程的曲線吻合良好。該方法可以較好地預(yù) 測(cè)天然氣管道放空所需時(shí)間， 并能較真實(shí)地反映道放空的整個(gè)過(guò)程。 （ 2）天然氣 管道放空過(guò)程中，放空管的氣體流速隨著管道壓力的降低不斷下降，當(dāng)管道內(nèi)壓力 接近 大氣壓力時(shí)，放空速率緩慢，所需放空時(shí)間較長(zhǎng)。為保證生產(chǎn)調(diào)度的順利進(jìn) 行和設(shè)備、管道搶修作業(yè)的 及時(shí)開(kāi)展，需采取相應(yīng)措施，縮短管道放空所需時(shí) 間。 （收稿日期： 2013-12-10；修回日期： 2014-05-20；編輯：王凱濛） 參考文 獻(xiàn)： 1 孫吉民 .對(duì)管線內(nèi)天然氣放空時(shí)間及放空量的探討 J.石油化工應(yīng)用 .2005 （ 4）： 18-20. 2 趙淑珍，胡道華 .西氣東輸放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 J.天然氣與石 油.2006，.24（5）：41-43. 3 李樹(shù)清，魏忠革，葛宇明 .天然氣站場(chǎng)放空氣量估算 方法的探討與研究 J.華北石油設(shè)計(jì)， 2005（ 3）： 1-4. 4 葉學(xué)禮.天然氣放空管路 水力計(jì)算，天然氣工業(yè) J.1999，19（ 3）： 77-81. 5 李方園.川氣東送管道工程優(yōu) 化運(yùn)行技術(shù)研究 D.山東：中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)系， 2009. 6 李玉星，姚光鎮(zhèn) .輸氣管 道設(shè)計(jì)與管理