天然氣管道運行參數(shù)控制分析

摘 要：本文結(jié)合了西氣東輸二線霍爾果斯—中衛(wèi)段紅柳和中衛(wèi)聯(lián)絡站，以及各分輸站內(nèi)的壓力和流量控制系統(tǒng)，對天然氣管輸系統(tǒng)壓力和流量控制系統(tǒng)進行了大致分析。通過對管路調(diào)節(jié)控制和離心壓縮機調(diào)劑機組雙機運行的闡述進行了簡單的控制分析。在天然氣管輸過程中，對天然氣的流量和壓力加以調(diào)節(jié)控制，以滿足各種工藝和系統(tǒng)安全要求，提高管路運行的穩(wěn)定性。

關鍵詞：天然氣管輸;運行參數(shù);控制分析

1 概述

隨著國內(nèi)對天然氣這種優(yōu)質(zhì)清潔能源和燃料需求量的不斷增長，天然氣在我國的能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比例也逐年增大。怎樣提高天然氣管道的經(jīng)濟效益和系統(tǒng)的安全性，并且實現(xiàn)管道的安全運行、節(jié)能減耗，成為了科學研究和管理運行的重大目標。隨著SCADA系統(tǒng)在國內(nèi)天然氣長輸管道中的應用，使得管道運行系統(tǒng)自動化水平得到了顯著提高，本文就天然氣管道運行參數(shù)控制進行了簡述。

2 天然氣管輸系統(tǒng)介紹

在天然氣長輸管道系統(tǒng)中，由于管道內(nèi)部存在摩擦阻力，克服沿途的高低起伏會損耗很多熱量，各種形式的熱損失會引起管道氣體壓力減小，從而使驅(qū)動氣體輸送的壓力越來越低，最終導致天然氣不能到達用氣終端。為彌補天然氣在管輸過程中因為各種因素產(chǎn)生的壓力損失，通常通過壓縮機增壓，每隔一定距離布置壓氣站，來維持天然氣在管道中的流動，從而提高管道輸送壓力。

壓縮機由于能夠不斷為輸氣管道提供輸氣動力，因而被稱為輸氣管道系統(tǒng)的“心臟”，其技術性能和運行功率以及備用系數(shù)嚴重影響著輸氣系統(tǒng)的可用性、可靠性和經(jīng)濟性。在天然氣輸送系統(tǒng)中，主要采用離心式壓縮機。

3 管道運行參數(shù)控制在西氣東輸二線站場的應用

根據(jù)西氣東輸二線西段的初步設計規(guī)劃，霍爾果斯-中衛(wèi)段干線設14座壓氣站、5座分輸站和1座聯(lián)絡站，66座線路截斷閥室。在紅柳聯(lián)絡壓氣站、中衛(wèi)聯(lián)絡壓氣站實現(xiàn)西氣東輸二線和西氣東輸一線互為安保供氣。在中衛(wèi)-靖邊聯(lián)絡線的靖邊聯(lián)絡站實現(xiàn)西氣東輸二線向西氣東輸一線和陜京二線保安供氣。在這四個站分別設置保安供氣的流量控制系統(tǒng)。

聯(lián)絡站保安供氣流量控制系統(tǒng)為一用一備，每回路采用一臺控制閥和一臺流量計，可根據(jù)設定的流量進行一定的流量供氣。這樣既保證了在有計劃的條件下該運行線自身系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，又達到了向接受保安供氣線供氣量的要求。

4 天然氣管道運行參數(shù)控制

4.1 天然氣管道運行參數(shù)控制概述

在影響天然氣管輸系統(tǒng)的安全性能和工藝性能的因素中，流量和壓力是不可忽視的重要因素，同時也是需要調(diào)節(jié)與控制的主要方面。傳統(tǒng)的天然氣管輸系統(tǒng)對天然氣的流量和壓力的調(diào)節(jié)，采用的是定性調(diào)節(jié)的方法，首先確定被調(diào)節(jié)對象的調(diào)節(jié)參數(shù)，然后通過控制“開”或“關”調(diào)節(jié)閥的方式來調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)對象。

隨著管輸系統(tǒng)自動化水平的提高，很多管輸系統(tǒng)根據(jù)其運行環(huán)境，設置有自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，以此來調(diào)節(jié)管道的工藝運行參數(shù)，使天然氣管輸系統(tǒng)在允許工況范圍內(nèi)安全平穩(wěn)地運行。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)閥和與調(diào)節(jié)閥配套的電動、氣動、電液聯(lián)動或氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)以及檢測被調(diào)參數(shù)的儀表等組成。

4.2 管路調(diào)節(jié)控制

管輸系統(tǒng)中進氣線路與輸氣線路相連，構(gòu)成錯綜復雜的輸氣網(wǎng)絡，當出現(xiàn)一條或多條進氣支線與輸氣干線連接的情況時，為保證支線與干線在進氣點處壓力平衡，同時輸氣干線和進氣支線在希望的運輸量下運行，需要對進氣支線進入主干線的氣壓進行調(diào)節(jié)。常見的由于管路壓力不平衡造成的問題包括：由于進氣支線的氣壓過低致使支線內(nèi)的天然氣進入不了輸氣干線，由于進氣支線的氣壓過高致使輸氣干線進氣點的來氣量下降。調(diào)節(jié)氣壓時，進氣支線進入輸氣干線的氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般設在支線的起始端。如果進氣支線的起始端設有壓氣站，也要對支線流量進行調(diào)節(jié)，在流量一定的情況下，壓力調(diào)節(jié)設定值由輸氣干線與進氣支線匯合點處所需的平衡壓力再加上克服支線段的摩阻損失所需壓力之和來確定。

4.3 壓縮機調(diào)節(jié)控制

在長輸天然氣管線系統(tǒng)中，壓縮機作為輸氣干線的“心臟”，在整個管輸系統(tǒng)運行過程中，有著舉足輕重的作用。隨著天然氣管輸系統(tǒng)運行環(huán)境的變化，管輸系統(tǒng)中的壓縮機的入口（或出口）氣體的流量或壓力會感知環(huán)境發(fā)生變化，所以需要在運行中對進入（或流出）壓縮機的天然氣的流量和壓力進行調(diào)節(jié)控制，以保障壓縮機的安全可靠運行。

4.3.1 離心式壓縮機調(diào)節(jié)控制

離心式壓縮機有以下幾種調(diào)節(jié)方法：①通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié);②通過控制壓縮機出口流量進行調(diào)節(jié);③對壓縮機進行進口節(jié)流調(diào)節(jié);④壓縮機導向葉片調(diào)節(jié)方法;⑤旁路回流調(diào)節(jié)方法。

4.3.2 離心壓縮機并聯(lián)工作特性

壓縮機作為天然氣管輸系統(tǒng)的非常重要的非管元件，經(jīng)常以并聯(lián)工作的形式發(fā)揮作用。壓縮機并聯(lián)工作的常見情況： ①管道的輸送量非常大，一臺壓縮機難以單獨的去完成輸送任務，應該考慮選用幾臺壓縮機并聯(lián)供氣;②用戶的用氣量的波動幅度比較大，并且波動頻繁，這種情況下用兩臺壓縮機并聯(lián)供氣，其中一臺作為主工作機，另一臺作為輔助工作機，根據(jù)用戶的用氣量大小來安排輔助工作機是否一起供氣，用戶的用氣量大時同主機一起供氣，用戶用氣量較小時，就可以停機。

5 結(jié)論

隨著天然氣作為典型的清潔能源在日常生活中的作用越來越大，其大量需求必然會產(chǎn)生大量供應和運輸。為保證天然氣管輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，必須對天然氣管輸系統(tǒng)運行參數(shù)控制，即通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)對管輸壓力和流量的控制，以最大限度地避免天然氣運輸過程中發(fā)生的不必要的事故。

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作者簡介：

胡明杰，男，1985年出生，湖南邵陽人，漢族，副站長，助理工程師，油氣輸送行業(yè)。