考慮事故工況的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃方案比較

李金良 張 鵬

(1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010;2.西南石油大學(xué)，四川成都 610500)

城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中管網(wǎng)規(guī)劃方案的確定是燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題，輸配方案通常經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。但是傳統(tǒng)的方案比較，在技術(shù)性方面以理論上的描述為主，著重表現(xiàn)的是方案的特征，而缺乏水力可靠性、事故工況方面的技術(shù)數(shù)據(jù)，因此方案的比較確定實(shí)際依據(jù)管網(wǎng)的投資匡算進(jìn)行，僅僅反映了方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。本文通過對(duì)特定事故工況進(jìn)行分析，闡述考慮事故工況的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃方案比較方法，為燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃的方案比較提出了新的思路和方法。

1 氣源及天然氣管網(wǎng)規(guī)劃方案

某市新區(qū)位于湖南省，天然氣來源于忠武線，天然氣將由城市西南方向的門站進(jìn)入城市，進(jìn)門站的壓力為3.0 MPa。根據(jù)該城區(qū)的具體情況，初步確定了兩個(gè)天然氣管網(wǎng)規(guī)劃方案。

方案一:中壓一級(jí)管網(wǎng)。長(zhǎng)輸管道來氣經(jīng)門站分離、計(jì)量后，其中一路調(diào)壓至0.4 MPa進(jìn)入縣城中壓管網(wǎng)，另一路直接輸送至CNG加氣站。

該方案特點(diǎn):系統(tǒng)簡(jiǎn)單，管理維護(hù)方便;事故影響小，供氣安全可靠;供氣區(qū)域較大，管道管徑較大，經(jīng)濟(jì)性較差。

方案二:次高壓—中壓二級(jí)管網(wǎng)。長(zhǎng)輸管道來氣經(jīng)門站分離、計(jì)量后，其中一路調(diào)壓至次高壓1.2 MPa進(jìn)入次高壓管網(wǎng)，再通過調(diào)壓站，調(diào)壓至0.4 MPa進(jìn)入中壓管網(wǎng)，另一路由門站直接調(diào)壓為0.4 MPa供給中壓管網(wǎng)。同時(shí)，該次高壓燃?xì)夤艿肋€可利用較高的輸氣壓力進(jìn)行儲(chǔ)氣調(diào)峰。

該方案特點(diǎn):輸氣能力較大;二級(jí)管網(wǎng)，中壓管網(wǎng)管徑小，中壓管網(wǎng)投資小;調(diào)壓站數(shù)量多，中壓管網(wǎng)供氣壓力穩(wěn)定;二級(jí)管網(wǎng)，維護(hù)管理較復(fù)雜。

2 水力計(jì)算

應(yīng)用G-NET燃?xì)夤芫W(wǎng)分析軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)中壓配氣管網(wǎng)賦環(huán)流量，次高壓管網(wǎng)因?yàn)橹豢紤]輸送功能，不考慮配氣功能，故只在調(diào)壓站處將調(diào)壓站輸出流量作為節(jié)點(diǎn)流量，只賦節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行計(jì)算。

水力計(jì)算參數(shù):摩阻系數(shù)采用柯氏公式;燃?xì)庠O(shè)計(jì)溫度288.150 0 K;燃?xì)饷芏?0.760 0 kg/m3;燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)粘度 12.970 0 ×10E－6 m2/s。壓縮因子1.000 0。管道粗糙度0.140 0 mm;計(jì)算精度取0.010 0;計(jì)算單位采用管徑mm、管長(zhǎng)m、流量m3/h、流速m/s、壓力及管段損失Pa(低壓)或0.1 MPa(中高壓)。

兩個(gè)方案的水力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 水力計(jì)算結(jié)果

各節(jié)點(diǎn)流量累計(jì):13 496.06 m3/s。

3 事故工況分析

根據(jù)管網(wǎng)特點(diǎn)，兩種方案共確定了三種事故工況進(jìn)行水力計(jì)算與分析。其中，中壓一級(jí)管網(wǎng)方案事故工況一個(gè)，次高壓—中壓管網(wǎng)方案事故工況兩個(gè)。擬通過事故工況的分析比較，對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行具體的技術(shù)性分析。

3.1 事故工況的選擇及計(jì)算

對(duì)于中壓一級(jí)管網(wǎng)，主要考慮的是管道斷裂的情況。根據(jù)該管網(wǎng)的實(shí)際情況，假定靠近門站的一段管段的隨機(jī)一處發(fā)生斷裂，作為事故一。經(jīng)過水力計(jì)算，系統(tǒng)的最低壓力點(diǎn)發(fā)生變化，絕對(duì)壓力降低，由 0.335 MPa 降至 0.297 MPa。

對(duì)于次高壓—中壓兩級(jí)管網(wǎng)，主要考慮調(diào)壓站出現(xiàn)事故的情況。由于高中壓兩級(jí)管網(wǎng)方案中，共設(shè)有兩處調(diào)壓站，故假設(shè)調(diào)壓站A與調(diào)壓站B分別出現(xiàn)事故無法運(yùn)行，作為事故二和事故三。方案二事故工況分析中，對(duì)次高壓和中壓管網(wǎng)分別進(jìn)行了計(jì)算比較。各種事故工況計(jì)算比較結(jié)果見表2，表3。

表2 方案一正常工況與事故工況比較

表3 方案二正常工況與事故工況比較

3.2 事故工況分析比較

方案一中壓一級(jí)管網(wǎng)出現(xiàn)假設(shè)事故，壓力降低在可接受范圍內(nèi)，該方案可行。方案二發(fā)生事故工況二，次高壓環(huán)最低壓力略有上升，中壓管網(wǎng)壓力略有降低，流速變化均不明顯。計(jì)算顯示此種事故時(shí)該方案水力可靠性較高。方案二發(fā)生事故工況三，次高壓環(huán)最低壓力降低可以接受;中壓管網(wǎng)多處節(jié)點(diǎn)壓力驟降接近0，多處管段流速減小為0，而其余節(jié)點(diǎn)壓力接近設(shè)計(jì)壓力。計(jì)算顯示此種事故時(shí)該方案壓力、流量分布均不正常，水力可靠性較差。

通過事故分析，認(rèn)為方案一水力可靠性好，可以采用。方案二中調(diào)壓站A在正常與事故工況下均穩(wěn)定，調(diào)壓站B在事故工況下對(duì)中壓管網(wǎng)水力參數(shù)影響很大，可靠性差。應(yīng)調(diào)整調(diào)壓站B的位置及流量，或增加新的調(diào)壓站，重新確定方案，再進(jìn)行上述工作，直至事故工況的水力參數(shù)理想為止。

4 結(jié)語

通過對(duì)管網(wǎng)不同方案的事故工況進(jìn)行分析，確定了管網(wǎng)各種事故工況下的最不利點(diǎn)水力參數(shù)及水力可靠性，為方案的技術(shù)可行性分析提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)，為最終確定方案提供了參考，并有利于管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)時(shí)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的確定。

為城市燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃方案的技術(shù)性比較提供了新的思路，可作為管網(wǎng)方案選擇的參考。

［1］GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50251-2003，輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］嚴(yán)銘卿，廉樂明.天然氣輸配工程［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［4］段常貴.燃?xì)廨斉洌跰］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.