城鎮(zhèn)燃?xì)庑r(shí)調(diào)峰與高壓管道規(guī)格選用

城鎮(zhèn)燃?xì)庖惶靸?nèi)的用氣量是隨時(shí)間而波動(dòng)的，為保證輸配系統(tǒng)供氣穩(wěn)定性，儲(chǔ)氣調(diào)峰方式的選擇是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的重要考慮因素之一。高壓管道由于具備輸氣、儲(chǔ)氣雙重功能且因其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)，在工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。

本文通過(guò)分析某城市的高峰日小時(shí)用氣規(guī)律，計(jì)算出調(diào)峰需求量，并結(jié)合穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算公式進(jìn)行城鎮(zhèn)燃?xì)庑r(shí)調(diào)峰和高壓輸儲(chǔ)管道規(guī)格選用的關(guān)聯(lián)分析。

一、小時(shí)調(diào)峰分析

（一）工程概況

已知某市的高峰日小時(shí)用氣規(guī)律如表1，該市燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)計(jì)劃自上游分輸站接氣，通過(guò)10Km高壓管道自門(mén)站接收氣源，并調(diào)壓后向中壓A管網(wǎng)供氣。上游分輸站供氣壓力4.0MPa（表壓），一天內(nèi)24小時(shí)供氣量穩(wěn)定，門(mén)站最低允許進(jìn)站壓力0.5MPa。該市僅此一個(gè)氣源，管道路由的規(guī)劃地區(qū)等級(jí)為四級(jí)，且目前管道路由周邊20米范圍內(nèi)建筑物較多。

（二）計(jì)算小時(shí)調(diào)峰需求量

計(jì)算結(jié)果如表1，該城市小時(shí)調(diào)峰需求量為64094Nm3，占高峰日用氣量的17.89%。

（三）小時(shí)調(diào)峰曲線(xiàn)分析

將各小時(shí)用氣量、供氣量及其調(diào)峰需求量制成圖表以便于分析，如圖1：

由圖1可以看出，上午7點(diǎn)以后（如圖中a點(diǎn)）用氣量開(kāi)始大于供氣量，此刻管道內(nèi)氣體存量最大、壓力最高，并處于遞減的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此后管道將發(fā)揮調(diào)峰補(bǔ)氣作用。19點(diǎn)（如圖中b點(diǎn)）以后，用氣量開(kāi)始小于供氣量，管道調(diào)峰完畢并開(kāi)始儲(chǔ)氣，此刻的管道內(nèi)氣體存量最小、壓力最小，并處于遞增的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此后管道將發(fā)揮儲(chǔ)氣

作用。

二、計(jì)算管道理論內(nèi)徑

由以上分析可以看出，該城市高峰日用氣量35.8×104Nm3，小時(shí)調(diào)峰需求量64094Nm3，在小時(shí)調(diào)峰曲線(xiàn)圖中，a點(diǎn)和b點(diǎn)分別為管道儲(chǔ)氣結(jié)束和儲(chǔ)氣開(kāi)始點(diǎn)，在此兩時(shí)刻，管道內(nèi)輸出氣量等于流入氣量，即該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的小時(shí)流量為該日平均小時(shí)用氣量。現(xiàn)采用《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50251所推薦的穩(wěn)態(tài)計(jì)算公式3.3.2-1，結(jié)合儲(chǔ)氣能力計(jì)算管道理論內(nèi)徑。

（一）穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算過(guò)程

1.根據(jù)管道始端最高工作壓力（即上游供氣壓力）計(jì)算管道終端最高工作壓力

2.計(jì)算儲(chǔ)氣結(jié)束時(shí)的管道最高平均壓力

3.根據(jù)管道終端最低壓力（本案例中門(mén)站最低允許進(jìn)站壓力為0.5MPa）計(jì)算管道始端最低工作壓力

——管道終端最低壓力

4.計(jì)算消耗終了、儲(chǔ)氣開(kāi)始時(shí)最低平均壓力

（5）求得管道儲(chǔ)氣量

（二）理論內(nèi)徑與儲(chǔ)氣調(diào)峰關(guān)聯(lián)驗(yàn)算

采用以上穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算公式前，需預(yù)先設(shè)定一個(gè)理論內(nèi)徑來(lái)驗(yàn)算管道的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力是否滿(mǎn)足城市用氣規(guī)律，并根據(jù)計(jì)算出的儲(chǔ)氣調(diào)峰量與實(shí)際需求量進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整內(nèi)徑試算值。經(jīng)多次試算，460mm的理論內(nèi)徑在滿(mǎn)足輸氣能力35.8×104 Nm3/日的工況下，儲(chǔ)氣能力約為64835 Nm3，可基本滿(mǎn)足該城市64094Nm3的儲(chǔ)氣調(diào)峰及輸氣需求。

三、確定管道規(guī)格

（一）初設(shè)管道規(guī)格

1.鋼管外徑選擇

按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》要求，高壓燃?xì)夤艿肋x用的鋼管應(yīng)符合《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》GB/T 9711。經(jīng)查詢(xún)?cè)撘?guī)范推薦的鋼管外徑和壁厚的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值（參考ISO 4200、ASME B36.10M、GB/T 21835），460mm理論內(nèi)徑的管道應(yīng)選擇D508mm系列鋼管。

2.計(jì)算鋼管壁厚

按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算壁厚：

經(jīng)計(jì)算，D508mm鋼管的計(jì)算壁厚為9.407mm。

由于該工程處于四級(jí)地區(qū)，且周邊20米建筑物較多，為避免拆遷補(bǔ)償、節(jié)約工期，需采取措施使管道安全間距減小。按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028第6.4.15規(guī)定，“四級(jí)地區(qū)內(nèi)高壓A地下管道與建筑物外墻面之間的水平凈距不應(yīng)小于30m，當(dāng)管壁厚δ≥9.5mm時(shí)安全間距可縮小至15米?！币虼?，該工程的高壓管道初步選定規(guī)格為D508×9.5mm鋼管，內(nèi)徑489mm。

（二）校核管道規(guī)格

經(jīng)初步選定的鋼管規(guī)格還需按《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》和《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行一系列參數(shù)校核：直管段當(dāng)量應(yīng)力校核、彎頭組合應(yīng)力校核、管道徑向穩(wěn)定校核、剛度校核，必要時(shí)還需考慮地震載荷和腐蝕余量，計(jì)算過(guò)程本文不再贅述。經(jīng)校核，D508×9.5mm鋼管滿(mǎn)足校核要求，考慮到該地區(qū)為四級(jí)地區(qū)，雖然采取3PE加強(qiáng)級(jí)防腐層和犧牲陽(yáng)極保護(hù)，但為安全運(yùn)行起見(jiàn)，本工程考慮了部分腐蝕余量并結(jié)合市場(chǎng)上常規(guī)鋼管規(guī)格最終選定D508×11.9mm鋼管，內(nèi)徑484.2mm。

（三）復(fù)核輸氣儲(chǔ)氣能力

采用穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算公式，計(jì)算出該規(guī)格鋼管在滿(mǎn)足35.8×104 Nm3/d輸氣規(guī)模下，儲(chǔ)氣調(diào)峰能力為71884 Nm3，可以滿(mǎn)足該城市的儲(chǔ)氣調(diào)峰需求。

四、結(jié)論

（一）高壓管道的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力與管道規(guī)格的選用是密切關(guān)聯(lián)的，通常需要對(duì)兩者進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算方可得到最佳值。

（二）管道規(guī)格的確定與工程現(xiàn)場(chǎng)條件、鋼管制造工藝、市場(chǎng)供貨情況密切相關(guān)，工程中需結(jié)合規(guī)范要求的安全間距等情況綜合考慮。

（三）管道摩擦阻力系數(shù)λ及燃?xì)鈮嚎s因子Ζ對(duì)水力計(jì)算也有較大影響，計(jì)算過(guò)程中相對(duì)密度Δ、運(yùn)動(dòng)粘度υ的取值應(yīng)盡量采用上游提供的經(jīng)過(guò)分析的氣質(zhì)數(shù)據(jù)，以盡量減小雷諾數(shù)Re和阻力系數(shù)λ計(jì)算誤差。

參考文獻(xiàn)：

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[4]《焊接鋼管尺寸及單位長(zhǎng)度重量》GB/T 21835.