天然氣長輸管道壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運行特性分析

文昊昱 朱曦（中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司西南分公司， 四川 成都 610000）

天然氣長輸管道壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運行特性分析

文昊昱 朱曦（中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司西南分公司， 四川 成都 610000）

在天然氣長輸管道中，由驅(qū)動機和壓縮機組成的壓氣站與輸氣管道形成了耦合體，互相影響和相關(guān)。本文基于輸氣管道、離心壓縮機和燃氣輪機獨立工作特性的分析，針對此耦合體的聯(lián)合運行進行了特性分析。

長輸管道；壓氣站；輸氣管道；特性分析

天然氣長輸管道壓氣站與輸氣管道是一個統(tǒng)一的水力學系統(tǒng)，其運行參數(shù)是各自相關(guān)的，并且運行狀態(tài)是互相影響的，壓氣站或某段管道的工況變化都必將引起整個輸氣管系統(tǒng)的工況變化。因此，在天然氣長輸管道的運行過程中，壓縮機和輸氣管道的工作特性，以及關(guān)聯(lián)工作的情況將影響到輸氣管系統(tǒng)的整體運行。本文基于輸氣管道、離心壓縮機和燃氣輪機獨立工作特性的分析，針對壓氣站與輸氣管道形成的耦合體進行了聯(lián)合運行特性分析。

1 輸氣管道工作特性分析

在天然氣長輸管道干線中，壓氣站之間通過輸氣管道相連，下面分析輸氣管道的工作特性。輸氣管道長度設(shè)為L0；起點連接上游壓氣站A，起點壓力等于A站出站壓力，設(shè)為P2；終點連接下游壓氣站B，終點壓力等于B站進站壓力，設(shè)為P1。天然氣在輸送過程中，由于管道流動阻力的影響，管道中氣體壓力逐漸下降，管路特性方程如式（1）所示。

由式（1）分析可得，假設(shè)輸氣管道起點壓力P2不變，則影響終點壓力P1大小的因素如下：①管道中輸氣量的大小。管道輸氣量越大，氣體流速也越大，導致摩阻損失也越大，使得P1就越低；②輸氣管道長度。管道長度越長，在輸氣量一定的情況下，摩阻損失也越大，使得P1就越低。

2 離心壓縮機和燃氣輪機工作特性分析

（1）離心壓縮機工作特性 為了針對不同組成成分的天然氣，不同的長輸管道運行工況，建立通用的離心壓縮機特性方程，通常采用所選條件下的“對比關(guān)系”來進行換算，換算公式如式（2）所示。

（2）離心壓縮機并聯(lián)工作特性 在天然氣輸送過程中，壓氣站中使用一臺壓縮機不能滿足實際工況需求，為滿足輸氣量的要求，往往需要多臺壓縮機并聯(lián)工作。在并聯(lián)工作情況下，各壓縮機的進口狀態(tài)是相同的。并聯(lián)的壓縮機特性曲線可由多臺壓縮機特性曲線在同一壓比下通過疊加得到。并聯(lián)壓縮機的優(yōu)點體現(xiàn)在特性曲線更平坦，有效工況區(qū)變寬。雖然總流量增加，但每臺壓縮機自身流量減少，使得并聯(lián)后喘振曲線右移，即每臺壓縮機更易達到最小流量而發(fā)生喘振。壓氣站內(nèi)一般選用同型號的壓縮機進行并聯(lián)工作，以保持轉(zhuǎn)速一致，便于運行管理。

3 壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運行特性分析

由于壓氣站與輸氣管道互相影響且相關(guān)，所以當輸氣管道工況改變時，可能導致壓縮機運行在低效率狀態(tài)，增加了輸氣能耗，或者壓力和流量不能滿足要求。這就需要調(diào)節(jié)壓縮機或輸氣管道運行工況來使得輸氣系統(tǒng)能適應(yīng)工況改變，繼續(xù)穩(wěn)定且低能耗運行。因此需要對壓氣站與輸氣管道聯(lián)合運行的特性進行分析。

壓縮機在實際運行中，考慮到環(huán)境溫度等因素的影響，將導致壓縮機的平衡運行線在一定范圍內(nèi)變化，因此，用四條曲線來表示壓縮機的穩(wěn)定工況范圍：最低轉(zhuǎn)速線（bc）、最大流量線（cd）、最高轉(zhuǎn)速線（da）和近似喘振線（ab）所圍成的（bcda區(qū)域）。

將輸氣管道的特性曲線畫到壓縮機的特性曲線，即得到壓縮機與管道聯(lián)合工作的平衡運行曲線。當然，聯(lián)合工作點首先要滿足在bcda區(qū)域內(nèi)。如果將壓縮機的耗功曲線畫到燃氣輪機的性能曲線，即得到壓氣站與管道聯(lián)合工作的運行曲線，由圖可分析所選壓縮機和燃氣輪機是否匹配，即bcda區(qū)域在離喘振邊界有一定距離的同時位于壓縮機的高效率區(qū)域，且d點位于燃氣輪機特性曲線上的運行區(qū)內(nèi)。

4 結(jié)語

本文在分析輸氣管道、離心壓縮機和燃氣輪機獨立工作特性的基礎(chǔ)上，對壓氣站與輸氣管道的聯(lián)合運行進行了特性分析，該分析有助于天然氣輸氣管道系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，并有助于工程上長輸管道運行優(yōu)化數(shù)學模型的建立與分析。

［1］苗承武，陳祖澤.強化天然氣管道輸送工藝［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：10-20.