天然氣長輸管道放空時間的探討

韋煥杰 （中石化石油工程設(shè)計有限公司 山東 東營 257026）

天然氣長輸管道放空時間的探討

韋煥杰 （中石化石油工程設(shè)計有限公司 山東 東營 257026）

本文首先對長輸管道內(nèi)天然氣放空所需要的時間進行計算方式的推導(dǎo)，并與其他計算方式進行比較分析，得出最優(yōu)計算方式。為今后的生產(chǎn)調(diào)度與事故搶修等工作的組織與開展，提供有效的理論依據(jù)。

天然氣；放空量；放空時間

一、前言

天然氣管道長輸是天然氣工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，其安全性、環(huán)保性以及高效性一直備受關(guān)注。因而天然氣長輸管道的科學(xué)生產(chǎn)管理，保證輸氣的平穩(wěn)，預(yù)防發(fā)生事故，并能在突發(fā)事故出現(xiàn)后，將事故損失減到最小，這是一個非常值得探討的課題[1]。本文首先對管道內(nèi)天然氣放空所需要的時間進行演算推理，得到相應(yīng)的計算公式，再結(jié)合工程實際情況，與通過其他計算方式得到的結(jié)果進行比較，得出最終結(jié)論，從而為今后的生產(chǎn)調(diào)度，事故搶修等工作的組織與開展，提供有效的理論依據(jù)。

二、放空時間推導(dǎo)

由氣體狀態(tài)方程

（1）

得（2）

假設(shè)放空前管道內(nèi)壓力為，放空后管道內(nèi)壓力為，則：

放空量（3）

按0.5馬赫流速核定的流量，由，假設(shè)放空速度保持恒定，由放空量除以放空速度可得到放空時間：

（4）

式中：t——放空時間（s）；

——放空管道的體積（m3）；

d——放空總管內(nèi)徑(m)；

——放空前管道內(nèi)壓力（M Pa）；

——放空后管道內(nèi)壓力（M Pa）；

——標準大氣壓力，0.101325M Pa。

《天然氣長輸管道工程設(shè)計》[2]中提到，放空管徑通常為輸氣干線直徑的1/3-1/2。假設(shè)某段管道設(shè)計壓力為4.0M Pa，管徑為φ914×11mm，閥室間距為24km，放空管管徑取φ323.9×10mm，將管內(nèi)天然氣全部放空，直到與大氣壓力相同，根據(jù)（4）式計算得出的放空時間為6.6h。

三、《天然氣長輸管道工程設(shè)計》的計算方式

在《天然氣長輸管道工程設(shè)計》[2]中，放空時閥門全部打開，因而放空時間計算公式為：

（5）

式中：t—放空時間/s；

—選擇系數(shù)：理想孔F為1.0，直通閘閥F為1.6，普通閘閥F為1.8，涂潤滑脂旋塞閥F為2.0；

—管道放空的初始壓力/M Pa；

—管道的內(nèi)徑/mm；

—天然氣的相對密度；

—截斷閥的間距/km；

d—為放空總管內(nèi)徑(mm)

根據(jù)（5）式，選用普通閘閥計算，得放空時間為1h，此時平均放空速度58.5×104/h，放空管流速遠不止0.5馬赫，因此實施上無法實現(xiàn)。

四、其他計算方式

文獻《對管線內(nèi)天然氣放空時間及放空量的探討》[1]中，推導(dǎo)了放空時間的計算公式：

（6）

式中：t—放空需要的時間/s；

—放空管道的體積/m3；

M—放空氣體相對分子質(zhì)量；

R—848K g×m/K g×K；

K—絕熱指數(shù)；K=CP/CV，對于天然氣：K為1.3，對于空氣：K 為1.4；

F—放空閥全開時的截面積/M2；

μ—閥門開度；根據(jù)閥門開啟高度計管徑之比（h/d）查圖。

P1—放空前管道內(nèi)絕對壓力/M Pa；

P2—放空后管道內(nèi)的絕對壓力/M Pa；

T—管線溫度/K，g為9.8；

Z—天然氣的壓縮系數(shù)。

根據(jù)（6）式，放空閥全開時截面積按0.07M 2考慮，管線溫度20℃，天然氣壓縮系數(shù)取0.7，算的放空時間為1.2h，此時平均放空速度47.4×104/h，放空管流速亦遠超0.5馬赫。

五、結(jié)論

GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》[3]中對放空火炬出口的馬赫數(shù)有如下規(guī)定：當站內(nèi)發(fā)生事故時，需要將原料或產(chǎn)品氣體全部排放，按照最大的排放量計算，馬赫數(shù)可以取到0.5?！蓖ㄟ^三種計算方式的結(jié)果分析，（5）式、（6）式的計算結(jié)果的馬赫數(shù)偏大，筆者建議采用（4）式對長輸天然氣管道的最小放空時間進行估算。得出放空時間，當事故發(fā)生時，業(yè)主根據(jù)自身的搶維修能力及長輸管道用戶重要性的不同，及時組織搶維修工作。

［1］孔吉文，對管線內(nèi)天然氣放空時間及放空量的探討，石油化工應(yīng)用，2005，1672-3058（2005）03-03

［2］中國石油天然氣總公司，石油地面工程設(shè)計手冊：天然氣長輸管道工程設(shè)計。山東東營.石油大學(xué)出版社，1995

［3］GB 50183-2004,石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范