天然气管道放空时间的计算

1、天期气管遹放空时间的计JI M*r W-WMMMM .W/d" *».»-y » 、* < * % Baa “SriKMVBMUMHVWVTMM*AX. 57，"" 貝It f關4*«、餌+穴!«“&卜气詢 <444C阳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” 专,繃xixL xLxi 1pLx pi x pxixL xxiL i 1Lxx xixL xLxi1 TL x Tix T显 3式.2差.3分 方程组的建立将全微分方程组改写为如下形式：(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） 将

5、全微分方程组（ 32）（34）离散成差分方程组：p1pL1LC1p1pRB2y z (321R C2y (33 6p 1 pC B3 C T 1 TC C3式 C （34（32） （34）共有 3 个未知量： p 1 、 1 、 T1 ，解方程组可以得出 3 个未知量 的值。 3.2.4 边界条件的处理 对计算模型的左 右边界进行处理，可得模型的左边界条件，随着放空的不断进行，干线压力随时间 不断下降， i+1 时刻的压力值为 i 时刻压力值减去由于时段的放空而产生的压降。而对于干线的温度 值，则认为在整个放空过程中与环境温度相同。天然气从 较大管径的干线流入较小管径的放空管，可视 为等熵绝热

6、膨胀，放空管入口的压 力、温度可由下式计算： p1 1 0.5 1 Ma 1 （35） 21 1 T1 p1 T0 p0（ 36） 式中， p1 、 T1 为放空管入口处的压力、温度值， p0 、 T0 为干线的压力、温度值，为气体的绝热指数，Ma 为放空管入口处气体的马赫数。将右边界条件简化计算可得放空火炬出口 处的压力为大气压。而 对于出口处温度，也做定值处理，等于环境温度。 3.3 实例 计算 选取西气东输二线干线某段输气管道的实际放空数据，对所建计算模型进行 对比验证。该段干线管 径 1 219 ×18.4 mm，管长 10.02 km，放空前管内压力 4.5 MPa，放空结

7、束时管内压力 0.05 MPa（均为表 压）。放空管管径 406 ×12.5 mm， 放空管长 450 m。将特征线法计算的放空参数和实际数据进行对比。 使用显示特 征差分方法计算所得放空管入口压力随放空时间的变化曲线以及气体平均流速随时 间变化 的曲线与实际管道放空曲线基本吻合（图 4，图 5）。实际放空时间为 16.5 h，计算所得放空时间约为 15 h，计算误差为 9.6%，在可接受范围内，说明该计算 模型可以较为准确地预测管道的放空时间。 在放空前期，管道压力高，气体流速 较大，可达 270 m/s，接近声速，放空速率大，管道内压降速率 也很大。随着放空 的进行，气体流速随着

8、压力的快速下降大幅减小，管道内的压降速率随之减小（图 4， 图 5）。在放空后期，管道内压力接近大气压时，气体速率缓慢，仅15 m/s 左右。此次放空由 4.5 MPa 放空至 2.0 MPa 仅用约 3.5 h，而从 0.5 MPa 放空至 0.05 MPa 则用时 6.5 h（图 4）。低压力下放空时间过 长，给生产调度和设备抢修带来 极大不便。因此，需要准确预测放空时间，并采取相应措施（如采用多 点放空的 方法），尽量缩短管道放空所需时间。 7图 4 特征线法计算压力随时间变化曲线与实际数据的比较 图 5 特征线法计算 速度随时间变化曲线与实际数据的比较 4 几种放空时间计算模型的比较

9、将前文阐 述的 2 种计算方法应用于上述算例，与显式特征差分方法进行比较。由3 种方法计算结果 与实际数据的对比（表 1、图 6）可知，方法 1 和 2 的计算误差均较大，不 适合工程计算。此外，相对于 方法 2，特征线法的计算结果能够更好地反映实际放 空降压过程和计算放空时间。 表 1 不同计算方法所得放空时间与实际数据的对比 计算方法 特征线法 方法 1 方法 2 总放空时间 /h 14.9 2.5 0.5 8图 6 特征线法与方法 2 计算所得压力随时间变化曲线 5 结论 以放空管路为研 究对象，建立非稳态的偏微分计算方程组，通过引入特征线方程的方法，求解方程 的显式数值解，计算了天然气

10、管道放空所需时间，并得到如下结论：（1）显示特征差分法所得管道放空时间与实际放空时间的相对误差在10%左右，放空管道入口压力 随时间的变化曲线与实际放空过程的曲线吻合良好。该方法可以较好地预 测天然气管道放空所需时间， 并能较真实地反映道放空的整个过程。 （ 2）天然气 管道放空过程中，放空管的气体流速随着管道压力的降低不断下降，当管道内压力 接近 大气压力时，放空速率缓慢，所需放空时间较长。为保证生产调度的顺利进 行和设备、管道抢修作业的 及时开展，需采取相应措施，缩短管道放空所需时 间。 （收稿日期： 2013-12-10；修回日期： 2014-05-20；编辑：王凯濛） 参考文 献： 1 孙吉民 .对管线内天然气放空时间及放空量的探讨 J.石油化工应用 .2005 （ 4）： 18-20. 2 赵淑珍，胡道华 .西气东输放空系统的设计与研究 J.天然气与石 油.2006，.24（5）：41-43. 3 李树清，魏忠革，葛宇明 .天然气站场放空气量估算 方法的探讨与研究 J.华北石油设计， 2005（ 3）： 1-4. 4 叶学礼.天然气放空管路 水力计算，天然气工业 J.1999，19（ 3）： 77-81. 5 李方园.川气东送管道工程优 化运行技术研究 D.山东：中国石油大学储运系， 2009. 6 李玉星，姚光镇 .输气管 道设计与管理