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     作者：曹健國(guó)

     本文中以某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線樞紐站的設(shè)計(jì)為例，通過(guò)分析交匯管道天然氣流向，大管網(wǎng)水力系統(tǒng)分析得出壓縮機(jī)配置，進(jìn)而總結(jié)出天然氣管道樞紐站設(shè)計(jì)的一般思路。

1  功能定位

    某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線擬建分輸壓氣站，在已建冀寧聯(lián)絡(luò)線泰安壓氣站、西氣東輸二線平頂山一泰安支干線泰安末站、泰青威干線管道泰安首站基礎(chǔ)上擴(kuò)建，并考慮規(guī)劃中的儲(chǔ)氣庫(kù)聯(lián)絡(luò)線在該站系統(tǒng)銜接。由于各條管道在此匯集，因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)中需對(duì)各管道進(jìn)行整體考慮，對(duì)該站即樞紐站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足不同工況下的分輸調(diào)氣功能。

    根據(jù)建設(shè)單位對(duì)已建天然氣管網(wǎng)整體規(guī)劃，確定樞紐站功能上要求能夠聯(lián)通某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線、西氣東輸二線平頂山一泰安支干線、泰青威干線及擬建的儲(chǔ)氣庫(kù)聯(lián)絡(luò)線，實(shí)現(xiàn)各管道間相互聯(lián)通調(diào)氣，并且按照集約、集中和便于運(yùn)行管理的原則優(yōu)化增壓調(diào)氣功能，并充分利用已建公用系統(tǒng)。

2流向分析

在明確了該樞紐站功能定位的基礎(chǔ)上，分析樞紐站進(jìn)站氣源5處，分別為某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線北段來(lái)氣、某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線南段來(lái)氣、西氣東輸二線平頂山一泰安支干線來(lái)氣、冀寧線聯(lián)絡(luò)線泰安分輸清管站來(lái)氣及儲(chǔ)氣庫(kù)來(lái)氣。出站分輸方向有5處，分別為某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線南段方向、某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線北段方向、向泰青威干線管道方向、冀寧聯(lián)絡(luò)線泰安分輸清管站方向及儲(chǔ)氣庫(kù)方向，氣體流向見圖1。

3工藝系統(tǒng)分析

    工藝系統(tǒng)分析主要梳理管網(wǎng)系統(tǒng)逐年運(yùn)行工況，給某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線、冀寧聯(lián)絡(luò)線、泰青威干線管道調(diào)氣氣量，交接參數(shù)等。

3.1氣量及分配平衡

根據(jù)建設(shè)單位對(duì)相關(guān)已建及擬建管網(wǎng)規(guī)劃，經(jīng)分析調(diào)研樞紐站氣量平衡及分配見表1。

3.2樞紐站進(jìn)出站參數(shù)

樞紐站進(jìn)出站參數(shù)見表2、表3。

3.3逐年工況分析

    根據(jù)規(guī)劃，泰青威干線管道首站為該樞紐站，對(duì)其逐年運(yùn)行工況分析，天然氣不需要增壓即可以平泰支干線及冀寧聯(lián)絡(luò)線在樞紐站的交接壓力直接輸送出站，因此在壓縮機(jī)機(jī)組配置時(shí)不考慮泰青威管道的增壓功能。

    根據(jù)冀寧聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃及逐年運(yùn)行工況分析，從2015年起需通過(guò)已建泰安壓氣站2臺(tái)7.1 MW壓縮機(jī)組增壓后可滿足下游用戶天然氣氣量及壓力需求。

    根據(jù)某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃及逐年工況分析，2015年、2018-2020年需通過(guò)增壓才能滿足下游用戶的用氣量及壓力需求，其他年份無(wú)需考慮增壓。

    儲(chǔ)氣庫(kù)聯(lián)絡(luò)線由于注采工況較復(fù)雜，單獨(dú)進(jìn)行分析。

    綜上，在樞紐站整體分析中，輸往泰青威干線管道的天然氣不考慮增壓，冀寧聯(lián)絡(luò)線和某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線考慮增壓后出站，樞紐站進(jìn)站壓力按照各管道最低進(jìn)站壓力核算，管輸氣量按年均輸氣量考慮。

3.4運(yùn)行工況核算

    根據(jù)以上分析，只有2015年、2018 -2020年需要對(duì)某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線增壓，從2015年起需對(duì)冀寧聯(lián)絡(luò)線增壓，因此只核算2條管道的逐年工況。由于2條管線進(jìn)入樞紐站壓力不同，需考慮統(tǒng)一增壓及分別增壓方案。

    (1)某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線和冀寧聯(lián)絡(luò)線統(tǒng)一增壓后出站方案

進(jìn)站壓力按照2條線當(dāng)年最低進(jìn)站壓力作為進(jìn)站壓力，出站壓力按照2條線當(dāng)年最高的出站壓力作為出站壓力。統(tǒng)一增壓后樞紐站總功率見表4。

    (2)某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線和冀寧聯(lián)絡(luò)線分別增壓后出站方案

壓力和溫度的選取按每條天然氣管道原有的壓力和溫度來(lái)考慮。分別增壓后樞紐站總功率見表5。

通過(guò)上述核算結(jié)果，2條管道分別增壓總功率低于統(tǒng)一增壓功率。且統(tǒng)一增壓方案為了匹配冀寧線聯(lián)絡(luò)線與某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線進(jìn)站壓力，使聯(lián)合工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)，需在壓縮機(jī)系統(tǒng)前設(shè)置穩(wěn)壓裝置，將某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線壓力降下來(lái)，此種增壓方法不但增加設(shè)備投資費(fèi)用及管道能耗，且對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行管理帶來(lái)不便。綜合考慮推薦采用分別增壓方案，即某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線和冀寧線聯(lián)絡(luò)線分別增壓后出站。

綜上，樞紐站各管線壓縮機(jī)功率核算見表6。

3.5  冀寧聯(lián)絡(luò)線原有壓縮機(jī)失效工況

    冀寧聯(lián)絡(luò)線在樞紐站已建2臺(tái)7.1 MW的電驅(qū)壓縮機(jī)，采用2 +0配置，當(dāng)該壓縮機(jī)組失效后，某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線和冀寧線聯(lián)絡(luò)線向南輸送的天然氣通過(guò)新建的壓縮機(jī)組增壓后出站，2015 -2020年逐年年均工況下計(jì)算結(jié)果見表7。

    從表7可以看出，2015—2018年當(dāng)冀寧線聯(lián)絡(luò)線在樞紐站已建壓縮機(jī)失效后，某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線和冀寧線聯(lián)絡(luò)線總氣量通過(guò)新建樞紐站壓縮機(jī)組增壓，2020年計(jì)算功率可達(dá)39 MW。

3.6儲(chǔ)氣聯(lián)絡(luò)線

    儲(chǔ)氣庫(kù)規(guī)劃注氣為3 000萬(wàn)m3/d，采氣4 000萬(wàn)m3/d，與樞紐站聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)約100 km，采用D1016mm管徑輸送天然氣，儲(chǔ)氣庫(kù)要求進(jìn)入注氣壓縮機(jī)最小壓力4.0 MPa，采氣時(shí)與某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行壓力匹配。

    (1)注氣工況

經(jīng)核算采用D1016 mm管徑，注氣時(shí)滿足儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)入注氣壓縮機(jī)4.0 MPa時(shí)樞紐站的交接壓力為5. 23 MPa，某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線管道氣無(wú)需增壓即可滿足該工況。儲(chǔ)氣庫(kù)注氣3 000萬(wàn)m3/d時(shí)工況核算見表8。

    (2)采氣工況

儲(chǔ)氣庫(kù)采氣期需與某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線管道運(yùn)行壓力相匹配方能將天然氣注入到管道中，如天然氣注入樞紐站壓縮機(jī)前，則除需與壓縮機(jī)前管道運(yùn)行壓力相匹配外，還需考慮儲(chǔ)氣庫(kù)來(lái)氣與某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線天然氣同時(shí)增壓，天然氣注入樞紐站壓縮機(jī)前需壓縮機(jī)功率計(jì)算見表9。

    由表9可以看出，采氣工況下在樞紐站壓縮機(jī)前注入天然氣，2015、2018-2020年管輸天然氣需要增壓輸送，2018年計(jì)算功率達(dá)到40.8 MW，而儲(chǔ)氣庫(kù)采氣時(shí)間只有3個(gè)月，如儲(chǔ)氣庫(kù)來(lái)氣與某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線來(lái)氣聯(lián)合增壓，則配置的壓縮機(jī)功率閑置，效率降低，因此推薦儲(chǔ)氣庫(kù)注氣壓縮機(jī)直接增壓后注入某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線。

3.7壓縮機(jī)配置

綜上分析，由于某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線定位為聯(lián)絡(luò)線功能，樞紐站壓縮機(jī)配置首先滿足某天然氣管道聯(lián)絡(luò)線基本負(fù)荷功率需求，再通過(guò)為冀寧聯(lián)絡(luò)線壓縮機(jī)備用校核樞紐站壓縮機(jī)總功率，最終推薦樞紐壓縮機(jī)配置方案見表10。

4結(jié)論

    通過(guò)確定樞紐站功能定位、交匯管道天然氣流向分析、工藝系統(tǒng)逐年工況分析，得出壓縮機(jī)配置方案，通過(guò)以上分析過(guò)程，總結(jié)樞紐站規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，得出如下結(jié)論。

    (1)天然氣管道樞紐站規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)首先確定站場(chǎng)的功能定位。

    (2)分析梳理交匯管道天然氣流向，確定各管道在樞紐站應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能。

    (3)調(diào)研各交匯管道的規(guī)劃及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，歸納分析各管道為實(shí)現(xiàn)在樞紐站的功能需要做的工作。

    (4)進(jìn)行大管網(wǎng)工藝系統(tǒng)分析，為各管道在樞紐站實(shí)現(xiàn)功能提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

    (5)進(jìn)行站內(nèi)管道及壓縮機(jī)優(yōu)化配置。

(6)優(yōu)化樞紐站流程，實(shí)現(xiàn)各交匯管道間調(diào)氣功能。

5摘要：

基于某天然氣管道樞紐站的設(shè)計(jì)，通過(guò)確定樞紐站的功能定位、天然氣流向分析，進(jìn)而對(duì)大管網(wǎng)水力系統(tǒng)進(jìn)行分析得出了該樞紐站的壓縮機(jī)配置方案，結(jié)果表明，所提出天然氣管道樞紐站設(shè)計(jì)思路清晰流暢，可為今后天然氣樞紐站的設(shè)計(jì)提供參考。