摘　要：分析输气管道放空过程，计算放空时间和放空气量，以实际工程进行验证。

关键词：输气管道；  放散；  放空时间；  放空气量

Analysis of Emptying Process of Gas Transmission Pipeline

Abstract：The emptying process of gas transmission pipeline is analyzed．The emptying time and emptying volume are calculated and validated by a practical engineering．

Keywords：gas transmission pipeline；venting；emptying time；emptying volume

1　放空过程分析

设某一段管道长L，管道容积为V，管道平均绝对压力为p1，在管道上通过预留的放空管道，分析压力降低至绝对压力p2时所需要的放空时间及放空气量。假设管道内天然气温度T保持不变。

当城市燃气压力在1.2MPa以下，燃气温度为常温时，燃气可以看作理想气体。根据质量守恒列出微分方程[1]：

Vdr=-qmdt 　　       　　   (1)

由气体状态方程得：

r=p/RcomT                    (2)

式中V——管段容积，m3

r——天然气密度，kg／m3

qm——质量流量，kg／s

t——放空时间，s

p——管内绝对压力，Pa

Rcom——天然气的气体常数，J／(kg·K)

T——管道内天然气的温度，K

一般放空管段压力都较高，可认为放空的全过程分为两个状态，即：临界状态和亚临界状态。放空过程可以视为等温绝热过程，忽略放空管道摩擦阻力，根据气体一元流动欧拉运动微分方程，气体在不同流动状态下的质量流量分别为[2]：

亚临界状态(pa/p＞b)：

式中pa——环境压力，Pa

b——临界压力比

m——流量系数，可取0.90～0.98

d——放空管道内直径，m

k——绝热指数

pc——临界压力，Pa

k是温度的函数，在常温下k可近似当作定值，对于天然气等由多原子分子组成的气体，取1.29，临界压力比b=0.55。

1.2　放空参数计算

①放空时间

管道放空过程中，因初始压力较高(高于临界压力)，此时的放空状态可视为临界状态；随着管道内压力的降低，管道放空进入亚临界状态。管道总的放空时间应为两个阶段放空时间之和。

将式(2)代入式(1)：

Vd(p/RcomT)=-qmdt　　　         　(6)

将式(3)、(4)分别代入(6)，得：

对式(7)、(8)分别进行积分：

对式(9)、(10)进行积分，可以得到放空时间计算公式：

式中t1——气体流动处于亚临界状态的放空时间，s

p2——放空后气体的绝对压力，Pa

t2——气体流动处于临界状态的放空时间，s

p1——放空前气体的绝对压力，Pa

对式(11)直接进行积分计算难度较大，可以选择利用Matlab编程的方式计算亚临界状态放空时间t1。

②放空气量

放空前、后管道内天然气绝对压力为p1、p2，温度为T保持不变，则放空气量为：

式中Vt——标准状态下放空气量，m3

T0——标准状态的温度，K，取293K

p0——标准状态的绝对压力，Pa

2　管道放空工程案例

①施工工程量

a．某段DN 500mm管道迁改1.6km；

b．新增3个阀门，公称直径分别为450、300、200mm；

c．某段DN 300mm管道迁改13m。

②管道情况

该管道长度为130.4km，其中DN 500mm管道6km，DN 450mm管道59.8km，DN 300mm管道64.6km。通过分析比较，适合放空的地点共有7个。

③放空前、后压力和温度

该管道运行压力在2.5MPa左右，而且管径较大，如果采用直接停气放空的方式将造成能源浪费，对公司经济效益带来重大影响。因此，通过倒换流程，将管道内天然气尽可能提供给管道下游用户使用。当管道内储存的天然气无法满足下游用户的需求(即管道内压力无法继续降低)，即管道压力降低到0.43MPa时，只能采取放空的方式进行天然气排放。根据式(5)，得出临界绝对压力为0.29MPa。放空后绝对压力取0.1MPa。

放空前后管道内天然气温度均为283K。

④放空参数计算

在计算过程中，考虑到该管道共7个放空点，每个放空点设DN 150mm的管道。7个放空点同时进行放空作业，每个放空点放空结束后则关闭该放空阀门，最终要保证全线每段管道放空完毕。由于最终放空时间应考虑管道标高对管道内气体压力造成的影响，为了研究方便，对该工程实例进行简化，忽略各段管道间的高差，将该管道视为处于同一水平面上，则该管道各放空点的放空时间一致。在放空计算时，压力取该管段管道压力的平均值[3-4]。

计算出放空时间为：

t1=7200s=2h，t2=11160s=3.1h。

总点放空时间为5.1h。

放空气量为60000m3。

⑤误差分析

该管道放空作业实际平均放空时间约5.5h，与计算值存在一定误差，主要是由计算过程对该管道采用简化计算造成的。

参考文献：

[1]孔吉民．对管道内天然气放空时间及放空量的探讨[J]．石油化工应用，2005(4)：18-19．

[2]黄小美，彭世尼，徐海东，等．燃气管道泄漏流量的计算[J]．煤气与热力，2008，28(3)：B11-B16．

[3]赵淑珍，胡道华．西气东输放空系统的设计与研究[J]．天然气与石油，2006，24(5)：41-43．

[4]苏杰飞．天然气管道放散时间的研究[J]．上海煤气，2006(2)：1-3，22．

本文作者：刘革伟  王兴畏

作者单位：重庆燃气集团股份有限公司