摘　要：分析輸氣管道放空過(guò)程，計算放空時(shí)間和放空氣量，以實(shí)際工程進(jìn)行驗證。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；  放散；  放空時(shí)間；  放空氣量

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　放空過(guò)程分析

設某一段管道長(cháng)L，管道容積為V，管道平均絕對壓力為p1，在管道上通過(guò)預留的放空管道，分析壓力降低至絕對壓力p2時(shí)所需要的放空時(shí)間及放空氣量。假設管道內天然氣溫度T保持不變。

當城市燃氣壓力在1.2MPa以下，燃氣溫度為常溫時(shí)，燃氣可以看作理想氣體。根據質(zhì)量守恒列出微分方程[1]：

Vdr=-qmdt 　　       　　   (1)

由氣體狀態(tài)方程得：

r=p/RcomT                    (2)

式中V——管段容積，m3

r——天然氣密度，kg／m3

qm——質(zhì)量流量，kg／s

t——放空時(shí)間，s

p——管內絕對壓力，Pa

Rcom——天然氣的氣體常數，J／(kg·K)

T——管道內天然氣的溫度，K

一般放空管段壓力都較高，可認為放空的全過(guò)程分為兩個(gè)狀態(tài)，即：臨界狀態(tài)和亞臨界狀態(tài)。放空過(guò)程可以視為等溫絕熱過(guò)程，忽略放空管道摩擦阻力，根據氣體一元流動(dòng)歐拉運動(dòng)微分方程，氣體在不同流動(dòng)狀態(tài)下的質(zhì)量流量分別為[2]：

亞臨界狀態(tài)(pa/p＞b)：

式中pa——環(huán)境壓力，Pa

b——臨界壓力比

m——流量系數，可取0.90～0.98

d——放空管道內直徑，m

k——絕熱指數

pc——臨界壓力，Pa

k是溫度的函數，在常溫下k可近似當作定值，對于天然氣等由多原子分子組成的氣體，取1.29，臨界壓力比b=0.55。

1.2　放空參數計算

①放空時(shí)間

管道放空過(guò)程中，因初始壓力較高(高于臨界壓力)，此時(shí)的放空狀態(tài)可視為臨界狀態(tài)；隨著(zhù)管道內壓力的降低，管道放空進(jìn)入亞臨界狀態(tài)。管道總的放空時(shí)間應為兩個(gè)階段放空時(shí)間之和。

將式(2)代入式(1)：

Vd(p/RcomT)=-qmdt　　　         　(6)

將式(3)、(4)分別代入(6)，得：

對式(7)、(8)分別進(jìn)行積分：

對式(9)、(10)進(jìn)行積分，可以得到放空時(shí)間計算公式：

式中t1——氣體流動(dòng)處于亞臨界狀態(tài)的放空時(shí)間，s

p2——放空后氣體的絕對壓力，Pa

t2——氣體流動(dòng)處于臨界狀態(tài)的放空時(shí)間，s

p1——放空前氣體的絕對壓力，Pa

對式(11)直接進(jìn)行積分計算難度較大，可以選擇利用Matlab編程的方式計算亞臨界狀態(tài)放空時(shí)間t1。

②放空氣量

放空前、后管道內天然氣絕對壓力為p1、p2，溫度為T保持不變，則放空氣量為：

式中Vt——標準狀態(tài)下放空氣量，m3

T0——標準狀態(tài)的溫度，K，取293K

p0——標準狀態(tài)的絕對壓力，Pa

2　管道放空工程案例

①施工工程量

a．某段DN 500mm管道遷改1.6km；

b．新增3個(gè)閥門(mén)，公稱(chēng)直徑分別為450、300、200mm；

c．某段DN 300mm管道遷改13m。

②管道情況

該管道長(cháng)度為130.4km，其中DN 500mm管道6km，DN 450mm管道59.8km，DN 300mm管道64.6km。通過(guò)分析比較，適合放空的地點(diǎn)共有7個(gè)。

③放空前、后壓力和溫度

該管道運行壓力在2.5MPa左右，而且管徑較大，如果采用直接停氣放空的方式將造成能源浪費，對公司經(jīng)濟效益帶來(lái)重大影響。因此，通過(guò)倒換流程，將管道內天然氣盡可能提供給管道下游用戶(hù)使用。當管道內儲存的天然氣無(wú)法滿(mǎn)足下游用戶(hù)的需求(即管道內壓力無(wú)法繼續降低)，即管道壓力降低到0.43MPa時(shí)，只能采取放空的方式進(jìn)行天然氣排放。根據式(5)，得出臨界絕對壓力為0.29MPa。放空后絕對壓力取0.1MPa。

放空前后管道內天然氣溫度均為283K。

④放空參數計算

在計算過(guò)程中，考慮到該管道共7個(gè)放空點(diǎn)，每個(gè)放空點(diǎn)設DN 150mm的管道。7個(gè)放空點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行放空作業(yè)，每個(gè)放空點(diǎn)放空結束后則關(guān)閉該放空閥門(mén)，最終要保證全線(xiàn)每段管道放空完畢。由于最終放空時(shí)間應考慮管道標高對管道內氣體壓力造成的影響，為了研究方便，對該工程實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略各段管道間的高差，將該管道視為處于同一水平面上，則該管道各放空點(diǎn)的放空時(shí)間一致。在放空計算時(shí)，壓力取該管段管道壓力的平均值[3-4]。

計算出放空時(shí)間為：

t1=7200s=2h，t2=11160s=3.1h。

總點(diǎn)放空時(shí)間為5.1h。

放空氣量為60000m3。

⑤誤差分析

該管道放空作業(yè)實(shí)際平均放空時(shí)間約5.5h，與計算值存在一定誤差，主要是由計算過(guò)程對該管道采用簡(jiǎn)化計算造成的。

參考文獻：

[1]孔吉民．對管道內天然氣放空時(shí)間及放空量的探討[J]．石油化工應用，2005(4)：18-19．

[2]黃小美，彭世尼，徐海東，等．燃氣管道泄漏流量的計算[J]．煤氣與熱力，2008，28(3)：B11-B16．

[3]趙淑珍，胡道華．西氣東輸放空系統的設計與研究[J]．天然氣與石油，2006，24(5)：41-43．

[4]蘇杰飛．天然氣管道放散時(shí)間的研究[J]．上海煤氣，2006(2)：1-3，22．

本文作者：劉革偉  王興畏

作者單位：重慶燃氣集團股份有限公司