澀-寧-蘭天然氣管道運行優(yōu)化研究

楊興蘭 徐源 劉一函 秦傳偉

（1.中國石油北京油氣調(diào)控中心；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

隨著中國天然氣管道工程的不斷發(fā)展，大型天然氣管網(wǎng)正逐步形成，各管道之間可以相互調(diào)劑，不再獨立生產(chǎn)運行。管道運行方式可以選擇聯(lián)合運行或分列運行，天然氣流向可以通過轉(zhuǎn)供站場相互調(diào)整，壓氣站可以選擇啟運電驅(qū)機組或者燃驅(qū)機組等，這些方式的選擇將直接影響到管道系統(tǒng)的能耗和成本。因此，在確保管道安全、平穩(wěn)運行的同時，如何高效地完成輸送任務(wù)，達到節(jié)能降耗、降低成本的目的，成為目前廣泛關(guān)注的研究課題。國外主要注重基礎(chǔ)理論和優(yōu)化方法的研究［1-2］，中國純理論方面的研究較少，主要通過對天然氣管網(wǎng)調(diào)控運行案例的分析和總結(jié)，來編制各種運行方案［3-4］。

通過理論和實際生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，對于復雜的大型天然氣管網(wǎng)，其輸送天然氣的 3%～5%用于壓氣站的消耗［4］。因此，本文以澀北—西寧—蘭州天然氣管道（以下簡稱澀-寧-蘭管道）為例，采用天然氣仿真模擬軟件進行建模，研究有壓縮機站的管道的運行優(yōu)化。

1 澀-寧-蘭天然氣管道

澀-寧-蘭管道復線同已經(jīng)運行的澀-寧-蘭管道老線、蘭州—銀川天然氣管道連接后，與西氣東輸管道和長寧輸氣管道相互調(diào)配氣量，從而極大地提高了向青海、甘肅兩省的供氣能力和用氣的安全可靠性。澀-寧-蘭管道起自青海澀北，止于甘肅蘭州，管道全長930km，管徑660mm，全線設(shè)計壓力為6.4MPa，設(shè)計輸送能力33×108m3/a；澀-寧-蘭管道復線起自澀-寧-蘭管道澀北首站，止于甘肅蘭州35#閥室，管道全長921km，管徑660mm，全線設(shè)計壓力6.4MPa。澀-寧-蘭管道復線投產(chǎn)后，雙線系統(tǒng)的輸氣能力為67×108m3/a。澀-寧-蘭管道設(shè)有4座壓氣站，共9臺燃驅(qū)機組，其中，澀北站3臺，羊腸子溝站、烏蘭站和湖東站各2臺。

2 工況模擬

采用美國 Greggeng公司的穩(wěn)態(tài)仿真模擬軟件Winflow進行建模，對澀-寧-蘭管道系統(tǒng)在相同輸量下采用不同運行方式及不同壓縮機啟運情況的工況進行模擬，以能耗率或能耗成本最低的原則比選各種運行方案。能耗率為氣體管道輸送一定輸量氣體所消耗的自耗氣量與該管道輸量的比值，自耗氣量指燃驅(qū)機組耗氣量；能耗成本采用各地區(qū)燃氣價格和所消耗的燃氣量計算得出。

根據(jù)澀-寧-蘭管道實際生產(chǎn)運行時氣源的進氣壓力、管道的設(shè)計壓力、管道輸送能力及壓縮機的性能參數(shù)等對模擬工況的參數(shù)進行設(shè)置。相同輸量下，澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運行工況的模擬結(jié)果見表1，能耗率對比見圖1，能耗成本對比見圖2。

表1 澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運行工況模擬結(jié)果?

由表1、圖1、圖2可以看出：一是，當澀-寧-蘭管道系統(tǒng)輸量低于750×104m3/d時，管道分列運行能耗率及能耗成本均低于聯(lián)合運行，此時，選擇管道分列運行較優(yōu)；二是，當輸量高于750×104m3/d時，管道聯(lián)合運行能耗率及能耗成本均低于分列運行，此時，選擇管道聯(lián)合運行較優(yōu)；三是，當輸量低于800×104m3/d時，管道分列運行與管道聯(lián)合運行能耗率及能耗成本相差均較小，機組的啟運臺數(shù)相同；四是，當輸量在 800×104～1 100×104m3/d時，隨著輸量的增加，管道分列運行與管道聯(lián)合運行能耗率及能耗成本差值相同，能耗增加趨勢緩慢；五是，當輸量大于1 100×104m3/d時，隨著輸量的增加，管道分列運行與管道聯(lián)合運行能耗率及能耗成本差值大幅度增加，能耗增加趨勢快速，此時，聯(lián)合運行方式優(yōu)勢明顯。

圖2 澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運行能耗成本對比曲線

3 結(jié)語

根據(jù)系統(tǒng)輸量合理安排管道的運行方式，有利于降低系統(tǒng)的能耗及能耗成本，并且，管道的負荷率越高，聯(lián)合運行的優(yōu)勢越明顯。在復雜天然氣管網(wǎng)的調(diào)控運行過程中，應充分利用管道聯(lián)合運行的優(yōu)勢，減少壓氣站開機臺數(shù)，從而減少整個天然氣管網(wǎng)的運行能耗，優(yōu)化管道運行。

[1] GOLTER MANN David S.Evaluating the Benefits of Power Optimization[J].Pipe Line Industry，1987，66(6)： 27-29.

[2] Kin S.Minimum Cost Fuel Consumption on Natural Gas Transmission Network Problem[D].USA Texas A& M University，College Station，1999.

[3] 劉武，張鵬，劉祎，等.天然氣管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法研究[J].西南石油大學學報（自然科學版），2009，31(3)： 146-149.

[4] 賀三，鄒永莉，王欣，等.天然氣管道的運行優(yōu)化[J].油氣儲運，2009，28(6)： 1-3.