2、天然气管道储存-23解析

唐建峰中国石油大学燃气工程系1天然气管道储存技术唐建峰中国石油大学（华东）储建学院唐建峰中国石油大学燃气工程系2天然气管道储存技术长输管道末段储气城市高压外环储气高压管束储气唐建峰中国石油大学燃气工程系3调峰对象解决日不平衡的措施之一A~C：管线始末端压力均由最小值上升到最大值随耗气负荷不断变化，管内燃气流动参数和储气量不断发生变化，储气和耗气过程交替出现一、长输管道末段储气唐建峰中国石油大学燃气工程系41、动态末段储气量计算连续性方程：运动方程：能量方程：SHBWR真实气体状态方程0x0222dxdsgDxPxgshgsuxQ2222)exp()1()()()(222363240302000TcTdaTdabRTTETDTCARTBRTP唐建峰中国石油大学燃气工程系5管线瞬态仿真模型瞬态仿真模型连续性方程运动方程能量方程SHBWR状态方程实际气体焓方程边界条件初始条件差分方程隐式有限差分法计算结果Netwon-Rapshan迭代法静态仿真结果唐建峰中国石油大学燃气工程系6t1时刻管线沿线流动参数动态仿真程序计算t2时刻管线沿线流动参数t3时刻管线沿线流动参数tn时刻管线沿线流动参数……t1时刻管内瞬时气量VN1t2时刻管内瞬时气量VN2t3时刻管内瞬时气量VN3……tn时刻管内瞬时气量VNn动态储气量VminmaxVVV微元段计算结果累加，并转换成标况动态调峰唐建峰中国石油大学燃气工程系7对于任一微元段：iNiNiiimVVi-------第i微元段密度，kg/m3；iV-------第i微元段瞬时气量，m3；Ni------第i微元段标准状态下密度，kg/m3；NiV------第i微元段标准状态下瞬时气量，m3；im第i微元段燃气质量，kg；将实际状态转换成标准状态：42iiiiNiiNiDxVVV，整条管道瞬时气量：nNiVV1末段储气量：minmaxVVV唐建峰中国石油大学燃气工程系82、静态末段储气量计算目前工程上经常使用的储气量计算方法利用稳定流计算程序计算管道储气量唐建峰中国石油大学燃气工程系9１)目前工程上经常使用的储气量的计算方法（１）如果具体确定了管道始端的最高工作压力P1max，可按照给定的流量用下式算出相应的终端最高工作压力P2max（２）算出储存终了时的管道平均压力222max1maxZppClQ22maxmax1max1max2max23pjppppp250ZTCCD唐建峰中国石油大学燃气工程系10（３）根据确定了的管道终端最低允许工作压力P2min，算出管道起点最低工作压力P1min（４）算出消耗终了时的管道平均压力（５）求得管道储气量221min2minZppClQ22minmin1min1min2min23pjpppppmin00min011pjpVZTVpZTmax00max022pjpVZTVpZT2maxmin0maxmin04pjpjSZppTDVVVlpTZ唐建峰中国石油大学燃气工程系11222max1max2AQPPmax2max12max2max1max32PPPPPm222min2min1AQPP起点最高工作压力终点最高工作压力储存终了管道平均压力终点最低允许压力起点最低工作压力消耗终了管道平均压力min2min12min2min1min32PPPPPm2min1max00ZPZPTPVTVmmr静态储气量静态调峰唐建峰中国石油大学燃气工程系12２)利用某稳定流计算程序计算管道储气量稳定流数学模型：xdsAmgDTTKAmhAmdxddxdsgDAmdxAmPddxdm)(422/002222222唐建峰中国石油大学燃气工程系13管线静态仿真模型瞬态仿真模型连续性方程运动方程能量方程SHBWR状态方程实际气体焓方程边界条件静态仿真模型不考虑时间项计算结果四阶龙格-库塔法Runge-Kutta唐建峰中国石油大学燃气工程系14步骤：(1)算出管道起点压力为P1max时沿线各点参数值Pimax(2)利用(1)所得各点参数值算出储存终了时管道沿线各微元段平均压力Pimmax(3)算出管道终点压力为P2min时沿线各点参数值Pimin(4)利用(3)所得各点参数值算出消耗终了时管道沿线各微元段的平均压力Pimminmax2max12max2max1max32iiiiimPPPPPmin2min12min2min1min32iiiiimPPPPP唐建峰中国石油大学燃气工程系15步骤：(5)求得各微元段管道储气量(6)求得管道储气量2min1max00iimiimiiriZPZPTPTVV42iiiDxVnriVV1唐建峰中国石油大学燃气工程系1622max1max1max2max23iipjiiiPPPPP22min1min1min2min23iimpjiiiPPPPP1点参数P11max1点参数P12min静态仿真程序计算1段平均压力P1mpj1段平均压力P1mpj……起点压力为P1max终点压力为P2min……两种工况下各微元段平均压力两种工况下沿线各点参数2点参数P21max2点参数P22minn点参数Pn1maxn点参数Pn2min2段平均压力P2mpj2段平均压力P2mpjn段平均压力Pnmpjn段平均压力Pnmpj1段管道储气量Vr1各微元段管道储气量2段管道储气量Vr2n段管道储气量Vrn……静态储气量静态调峰唐建峰中国石油大学燃气工程系17各输气点处压力随时间变化图图5-36810121416182022020406080100120140160180τ---time(hour)P---Pressure(bar)1—达连河2—高楞3—方正4—宾县5—阿城6—哈尔滨456213与用气量的变化趋势相反，并滞后于用气量变化；离用气点越远的节点，这种滞后现象越明显（见波峰波谷的出现）；离用气点越远的节点，其压力变化受用气点用气量变化的影响也越小。唐建峰中国石油大学燃气工程系18唐建峰中国石油大学燃气工程系19管道内储气量随时间变化的曲线管道储气量亦呈类似用气量的周期性变化，但变化趋势与其相反，且变化趋势滞后于用气量的变化趋势。唐建峰中国石油大学燃气工程系20极值情况下压力变化曲线图曲线1：τ=28h，终点压力最大值时刻；曲线2：τ=29h，储气量最大值时刻；曲线3：τ=30h，起压最大值时刻；曲线4：τ=119h，起点压力最小值时刻；曲线5：τ=117h，储量最小值时刻；曲线6：τ=115h，终点压力最小值时刻。唐建峰中国石油大学燃气工程系21曲线1：起点最高压力为2070293Pa，终点最低压力为928063Pa，管道储气量为682224.8Nm3。曲线2：起点最高压力为1970346Pa，终点最低压力为771314Pa。管道储气量为678658.4Nm3。曲线3：起点最高压力为1869272Pa，终点最低压力为595631Pa。管道储气量为673965.4Nm3。由图及相应的压力及管道储气量情况可看出：不同起点压力，各输气点处压力变化趋势相同，起点压力降低，其后续沿线各点压力相应降低，导致沿线平均压力降低，瞬时储气量相应减少，同时引起管道储气量的同步减少。唐建峰中国石油大学燃气工程系22静动态储气量比较选管道起点压力为1.7MPa静态计算，以其计算所得沿线各点参数值作为初值进行动态计算，得到：起点最高压力：P1max=1970346.25Pa；起点最低压力：P1min=1390022.75Pa；不稳定流储气量：Vr1=678658.4Nm3；在相同的P1max和P1min情况下分别进行两种稳定流储气量计算，得到：本文稳定流计算程序所得储气量：Vr2=646726.4Nm3；按设计手册计算得稳定流储气量：Vr3=625560.4Nm3；唐建峰中国石油大学燃气工程系23温度的考虑与否造成误差大小在同样的条件下，改变管道起点输气温度等于沿线土壤温度，利用本文程序进行类似等温工况的计算，计算结果与前面的计算结果进行比较由图可以看出，温度的影响只限于起点附近，其他的输气点压力变化曲线几乎重合。各极值状态及储气量的变化情况见表。唐建峰中国石油大学燃气工程系24工况等温不等温P1max(105Pa)20.232519.7035P1min(105Pa)14.324713.9002P2max(105Pa)18.039718.0907P2min(105Pa)7.67277.7131Vr(Nm3)679056.1678658.4由表可以看出：管道沿线按等温计算使得各时刻大约起点压力增大了3％，终点压力减少了0.5％,管道储气量增大了0.1％。这些百分比都低于5％,所以在工程上要求不严格的情况下，长输气管道可以按等温输送计算。唐建峰中国石油大学燃气工程系25管道沿线高程的考虑与否造成误差的大小在管道沿线高程都按起点高程113m情况下,计算结果管道储气量为679498.9Nm3，增大了0.1％，也就是说，对于本管线，工程计算中可以不考虑沿线高程的影响。唐建峰中国石油大学燃气工程系26二、城市高压外环储气城市高压外环储气是利用敷设在城市边缘的高压燃气管道进行储气。这种储气方式充分利用了长输管道末段较高的燃气压力和城市中压管网的压力差进行储气调峰。城市高压外环储气一般应用于城市规模及人口密度较大的特大型城市。既满足城市建立多级输配管网压力级制的要求，又兼顾了储气的需要。唐建峰中国石油大学燃气工程系27三、高压管束储气高压管束储气原理地下高压管束储气的特点高压管束储气量的计算高压管束壁厚的计算唐建峰中国石油大学燃气工程系28高压管束实质上是一种高压储气罐，因其直径较小，能承受更高的压力，故称为高压管束。其最大特点是：管径较小，储存压力可以比圆筒形和球形高压储气罐的压力更高。高压管束储气原理将一组或几组钢管埋于地下，利用气体的可压缩性及其高压下同理想气体的偏差进行储气。三、高压管束储气唐建峰中国石油大学燃气工程系29地下高压管束储气的特点①优点：储存压力可以比圆形和球形筒罐的压力更高，可以达到20MPa以上，因此很小的管径和长度就可以获得大量的天然气储存量，且不受大气影响；能很好的隐蔽；所需建设场地较小。②缺点：储气压力太高，需要专门设置加压设备，对加压设备要求严格，同时对管束要求也很高；管束价格比较贵，投资费用大，不适合大规模储气。三、高压管束储气唐建峰中国石油大学燃气工程系30三、高压管束储气高压管束储气量的计算计算公式如下：0maxmin021sTPPVVPTZZ式中，Vs-----输气管束储气量，m3（20℃，0.1013MPa）；Pmin,Pmax-----运行最低、最高压力，MPa（绝对）;T-------平均储气温度，K；P0------天然气基准状态压力，0.1013MPa；T0------基准温度，T=293K；Z1，Z2------在最小压力、最大压力下的压缩因子；V--------管束几何容积，m3。唐建峰中国石油大学燃气工程系31三、高压管束储气高压管束壁厚的计算计算公式如下：2stPDcFK式中：--管道最低屈服强度，MPa；F--强度设计系数；P--设计压力；D--管道外径，mm；ф--纵向焊缝系数，无缝钢管为1.00，双面埋弧焊钢管为0.85，单面埋弧焊钢管为0.8；s唐建峰中国石油大学燃气工程系32Kt----温度系数