输气管道放空过程分析

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。

 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

AbstractThe emptying process of gas transmission pipeline is analyzedThe emptying time and emptying volume are calculated and validated by a practical engineering

Keywordsgas transmission pipelineventingemptying timeemptying 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,kgm3

qm—质量流量,kgs

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/pb)

输气管道放空过程分析

 

式中pa——环境压力,Pa

b——临界压力比

m——流量系数,可取0.900.98

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

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:

输气管道放空过程分析

 

对式(7)(8)分别进行积分:

输气管道放空过程分析

 

对式(9)(10)进行积分,可以得到放空时间计算公式:

输气管道放空过程分析

 

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

放空气量

放空前、后管道内天然气绝对压力为p1p2,温度为T保持不变,则放空气量为:

输气管道放空过程分析

 

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

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450300200mm

c.某段DN 300mm管道迁改13m

管道情况

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

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

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=2ht2=11160s=3.1h

总点放空时间为5.1h

放空气量为60000m3

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,200828(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,200624(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)1-322

 

 

 

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