【正文】 。B31.8和美國《聯(lián)邦管道安全法》49CFR192規(guī)定的。3.3工藝計算與分析3.3.1設計和計算所需的主要基礎資料和數(shù)據(jù)，應由管道建設單位根據(jù)工程建設條件和任務提出。條文中所列舉的各項資料是輸氣管道設計和計算必不可少的。不具備這些資料和數(shù)據(jù)，管道輸氣工藝設計便無法進行。　　在有壓氣站的輸氣管道工藝計算中，沿線自然環(huán)境條件，如站場海拔高程、大氣壓、環(huán)境溫度、沿線土壤傳熱系數(shù)等，都是應具備的資料，當要利用管道儲氣調(diào)峰時，動態(tài)模擬計算還需要用戶的用氣特性曲線和數(shù)據(jù)。3.3.2輸氣管道工藝計算采用輸氣管基本公式，是考慮到現(xiàn)代管道設計中計算技術(shù)的發(fā)展，有條件進行復雜和更精確的計算。該公式系按氣體動力學理論并根據(jù)氣體管路中流體的運動方程、連續(xù)性方程和氣體狀態(tài)方程聯(lián)立解導而得，其結(jié)果可由下列基本方程所表達：　　假定dh=O作為水平管系，則上述表達式可用下列方程表示：　　再將上列方程經(jīng)計算和簡化，即得計算水平管的基本公式如下：　　當輸氣管道沿線地形平坦，任意二點的相對高差小于200m,輸氣壓力不高時，按水平管公式計算誤差很小可忽略不計，此時可采用水平管基本公式（l）計算。但是在輸氣壓力較高時，即使相對高程小于20Om，氣柱造成的壓力也較大，如在6.4MPa壓力下，相對密度0.6的天然氣200m氣柱造成的壓力達0.1MPa左右．為了說明公式（l）的使用條件，條文中增加了“不考慮高差影響時”的限制條件。當輸氣管道沿線地形起伏，任意二點的相對高差大于200m時對輸量有影響，故應按下面式（2）計算．將長度為L的輸氣管視為由數(shù)段高差不同且坡度為均勻向上或向下的若于直管管段所組成。設各管段的長度為LLL3…Ln．壓力為PH、PPP3…PK，高程為hH、hh2…h(huán)K如設起點的高程為Hh=0，則各直線管段的高差為△h1=h1一hH，△h2=h2一h1，△h3=h3–h2，……而△h=hKhH，通過上列基本方程進行運算和簡化后則可得下列公式：　　上列（1）和（2）式中各參數(shù)符號的計量單位除說明者外，見表2式中PH及PK——計算管段起點和終點壓力（MPa)　　d——管道內(nèi)徑（cm)　　λ——水力摩阻系數(shù)；　　Z——氣體壓縮因子；　　△——氣體相對密度；　　T一氣體溫度（K)　　△h―計算管段起點和終點間高差（m)　　α一系數(shù)（m1）,α=2g△/ZRaT。Ra一一空氣的氣體常數(shù)，在標準狀態(tài)下Ra=287.1m2/(s2K)　　n一一輸氣管道計算管段內(nèi)按沿線高差變化所劃分的計算段數(shù)；hi、hi1一一各劃分管段終點和起點的標高（m)Li一一各劃分段長度（km)　　C一一計算常數(shù)，C=πTORa/4P0。式（2)，分子中（l十a(chǎn)△h）一項表示輸氣管終點與起點的高差對流量的影響；分母內(nèi)　　一項，表示輸氣管沿線地形（沿線中間點的高程）對流量的影響?！　√烊粴庠跇藴薁顟B(tài)下，假設ρG=0.7kg/m3,100m氣柱相當壓力為700Pa，可以忽略不計。但在地形起伏、高差大于20Om的情況下，所造成輸氣量誤差較大，則不能忽略。例如壓力7.5MPa、壓縮因子為0.87時，/m3，高差為1000m時，即相對于0.603MPa的壓力，這樣的壓力就不能忽略。因此，凡是在輸氣管線上出現(xiàn)有比管線起點高或低200m的點，就必須在輸氣管水力計算中考慮高差對地形的影響?！　‘敻鲄?shù)單位予以給定時，可得C值，見表2　　將3.3.2一1和3.3.2一2式按法定符號和法定計量單位進行轉(zhuǎn)換則得本規(guī)范正文中所列的公式。　　當輸氣管道中氣體流態(tài)為阻力平方區(qū)時，根據(jù)目前我國冶金、制管、施工及生產(chǎn)管理等狀況，工藝計算推薦采用附錄A給出公式（原為PanhandleB式）。附錄A公式中引入一個輸氣效率系數(shù)E，其定義為：E=Qφ/Q=λ/λφ式中Qφ——氣體實際流量；　　Q——氣體計算流量；　　λ——運行后管子實測水力摩阻系數(shù)；λφ——設計時采取的水力摩阻系數(shù)?！　≥敋庑氏禂?shù)E等于輸氣管道的實際輸氣量與理論計算輸氣量之比，表明管道實際運行情況偏離理想計算條件的程度。設計時選取E值應考慮計算條件與管道實際運行條件的差異，以保證運行一段時間后管道實際輸氣量能滿足設計任務輸量。美國一般取E=0.9～0.96　　E值大小主要與管道運行年限、管內(nèi)清潔程度、管徑大小、管壁粗糙情況等原因有關(guān)。若氣質(zhì)控制嚴格，管內(nèi)無固、液雜質(zhì)聚積，內(nèi)壁光滑無腐蝕時E值較高。當管壁粗糙度和清潔程度相同時，大口徑管道相對的粗糙度較小，故E值較小口徑管道為高。我國制管技術(shù)及安裝焊接水平，以及氣體的氣質(zhì)控制及輸送工藝等與世界先進水平尚有差距，運行條件與計算條件也不盡相符。本規(guī)范推薦當輸氣管道公稱直徑DN300～DN800時，E值為0.8～0.9；大于DN800時，E值為0.91～0.943.3.4由于輸氣管道工程規(guī)模擴大，系統(tǒng)復雜性提高，供氣范圍增加，對供氣可靠性的要求提高。不穩(wěn)定工況對安全、平穩(wěn)供氣影響很大，不穩(wěn)定工況主要來自供用氣的不均衡性和管道系統(tǒng)故障，如管線破裂漏氣，壓縮機組故障停運等。為了分析不穩(wěn)定工況對供氣可靠性的影響，必須模擬各種不穩(wěn)定工況，對系統(tǒng)進行動態(tài)計算，計算出管道系統(tǒng)在不穩(wěn)定工況條件下各節(jié)點工藝參數(shù)和儲氣量，以便分析管道的供氣和調(diào)峰能力、事故自救能力和應采取的對策?！　τ脷獠痪庑缘膭討B(tài)計算，應提供一個波動周期內(nèi)每小時用氣量的變化數(shù)據(jù)（或負荷系數(shù)）。一般以一周為一周期。如果是事故工況，主要是計算出管道能維持供氣的時間。時間長短隨事故地點、事故性質(zhì)而變化，故條文中對計算周期不作具體規(guī)定。3.3.5目前計算軟件較多，在使用前應經(jīng)工程實踐驗證，以保證計算結(jié)果的可靠性。3.4輸氣管道的安全泄放3.4.1本條是參考美國國家標準《輸氣和配氣管線系統(tǒng)》ASMFB31.8（以下簡稱ASMEB31.8）第845.1條的規(guī)定。該條規(guī)定“凡干線、總管、配氣系統(tǒng)、用戶量氣表和相接設施、壓縮機站、管式氣柜、用管子和管件制成的容器以及所有專用設備，若所接的壓縮機或氣源，在其壓力控制失靈或其他原因，可能使上述設施中的壓力超過其最大允許操作壓力者，應裝設適當?shù)男箟夯蛳迚貉b置”。3.4.2本條是參考關(guān)國國家標準ASMEB31.8第846.21條（C)款的規(guī)定。該款規(guī)定“輸氣干線上應安裝排放閥，以便位于主閥門之間的每段管線均能放空。為使管線放空而配置的連接管尺寸和能力，應能在緊急情況下使管段盡快放空”。3.4.3設計壓力通常是根據(jù)工藝條件需要的最高操作壓力所決定的。受壓設備和容器由于誤操作、壓力控制裝置發(fā)生故障或火災事故等原因，上述設備、容器內(nèi)壓可能超過設計壓力。為了防止超壓現(xiàn)象發(fā)生，一般均應在承壓設備和容器上或其連接管線上裝設安全泄壓裝置?！　∪绻?jīng)分析不存在超壓可能，則可不設置。如全線為同一設計壓力，又無壓氣站的輸氣管道，除了在氣源進氣的站場設置安全閥外，其余站場可不設置。當一個站場存在不同設計壓力的管道及設備，為防止調(diào)壓設備失效而引起低壓系統(tǒng)超壓，應在低壓系統(tǒng)上游按不同設計壓力分別設置安全閥．　　輸氣站內(nèi)，對泄壓放空氣體一般不采取就地排放，均引人同等壓力的放空管線并送到輸氣站以外的放空豎管去放空。這種泄壓放空方式對保護環(huán)境和防火安全均有好處。3.4.4美國聯(lián)邦強制性法規(guī)《聯(lián)邦管道安全法》第192天然氣部分第169條和美國《輸氣配氣管道系統(tǒng)》ASMEB31.8第843.441條對壓氣站的限壓要求規(guī)定：“保證壓氣站管線和設備的最大允許操作壓力不得超過10%”。　　英國及歐洲標準《天然氣供氣系統(tǒng)―輸配氣調(diào)壓站功能要求》SBEN12l86一2000對壓力控制的要求如下表（表3):　　國際標準《石油天然氣工業(yè)一管道輸送系統(tǒng)》15013623：2000(E）第6.3.2.2條規(guī)定：“允許瞬變條件下偶然壓力超過最大允許操作壓力，但這種壓力發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)的時間要有限，而且不得超過最大允許操作壓力的10%”?！　」艿老到y(tǒng)投產(chǎn)前都經(jīng)過至少1.1倍設計壓力的強度試驗，本規(guī)范安全閥的定壓要求是安全的，也是與國際標準相一致的。3.4.5輸氣站內(nèi)的安全泄放氣體和放空氣體一般均用管線引到站外放空豎管放空，或在豎管頂部燃燒后排入大氣。對于排氣引出管口徑大小的確定，通常是以安全閥泄放壓力的10％作為背壓進行計算。3.4.7放空豎管高度是參照《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》GB50185制定的。3.4.8本條是根據(jù)《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》GB50183制定的。3.4.9本條對設置放空豎管所作的規(guī)定主要是從安全角度考慮．放管豎管直徑大小同泄放氣量有關(guān)。泄放氣引出管管徑大小應根據(jù)安全閥的泄放量和背壓綜合考慮確定。故本條規(guī)定放空豎管直徑大于最大的放空引出管直徑。　　放空豎管頂端嚴禁裝設彎管，原因是頂端向大氣排出的氣體產(chǎn)生的反向推力將對豎管底部產(chǎn)生巨大的彎矩，有造成放空豎管傾倒的可能，此種事故在生產(chǎn)現(xiàn)場多次發(fā)生過，故在本條文中特予以強調(diào)?！　怏w放空時對豎管底部產(chǎn)生較大的且不均勻的反座力，在現(xiàn)場曾引發(fā)放空豎管振裂事故。為了防止這種反座力所引起的振動，故對豎管與水平管間的彎管部分和靠近彎管的一段水平管應進行錨固． 管道輸氣工藝 　　輸氣管道沿線各壓氣站與管道串聯(lián)構(gòu)成統(tǒng)一的密閉輸氣系統(tǒng)，任何一個壓氣站工作參數(shù)發(fā)生改變都會影響全線。因此，必須采取措施統(tǒng)一協(xié)調(diào)全系統(tǒng)各站的輸量和壓力，如調(diào)節(jié)各站原動機的轉(zhuǎn)速，改變壓氣機工作特性和采用局部回流循環(huán)等，以保持壓氣機出口壓力處于定值，并保障管道、管件和設備處于安全運行狀態(tài)?！　≥敋夤艿烙嬎爿敋夤艿赖墓軓健⒈诤?、起點壓力、壓縮比（壓氣機出口與進口壓力之比）和壓氣站間距等參數(shù)的計算。參數(shù)間的相互關(guān)系反映在輸氣量計算式上。對于大管徑、高壓輸氣管道的輸氣量計算，一般用潘漢德公式：對于中小管道和礦場集氣管道的輸氣量計算，則多用威莫斯公式： 以上兩式中Q為工程標準狀況下天然氣的體積流量；E為管道效率因數(shù)（）。CQ為公制單位計算常數(shù)()；Tb為標準溫度(293K)；pb為標準壓力()；D為鋼管內(nèi)徑。p1及p2分別為計算段管道起、終點壓力；L為計算段管道長度。Tf為管內(nèi)天然氣平均溫度。Z為管內(nèi)天然氣平均溫度、平均壓力下的壓縮系數(shù)；G為天然氣相對于空氣的比重。CQW為公制單位計算常數(shù)()。從以上兩公式可知,管道的輸氣量主要是由管徑、長度、溫度、相對比重、起點和終點壓力等參數(shù)決定，其中尤以管徑、起點壓力和長度的影響最大。如管徑增大一倍時，輸氣量可以增加約6倍；壓氣站間距縮短一半時，輸氣量增加41％。同樣提高輸送壓力和降低溫度也能收到增大輸氣量的效果?！　∮媱澖ㄔO管道時，輸氣量通常是給定的，可先根據(jù)經(jīng)驗選擇壓縮比及相應的站間距離，按上述公式計算所需的管徑和壓氣機的出口壓力，并作出不同方案，用以比較管材金屬消耗量和所需功率，從而確定最優(yōu)參數(shù)。　　壓氣站設置為提高天然氣壓力或補充天然氣沿管道輸送所消耗的壓力，需要設置壓氣站。是否需要建設起點壓氣站，取決于氣田壓力，當氣田壓力能滿足輸氣的需要時，可暫不建站。長距離輸氣管道必須在沿線建設若干個中間壓氣站。中間壓氣站的數(shù)目主要由輸送距離和壓縮比決定。站距主要由輸氣量確定，每個壓氣站都要消耗一部分天然氣作燃料,因此輸氣量逐站減少,從而使各站距也有所不同。在確定站距時，應根據(jù)通過該站的實際輸氣量和進出口壓力值,按輸氣量公式計算,還應綜合考慮壓氣站址的地理、水源、電力、交通等條件。　　末端儲氣利用輸氣管道末端的工作特點作為臨時儲氣手段。末端長度對管道管徑及壓氣站站數(shù)的確定有影響，因此也是輸氣工藝應考慮的問題。輸氣管道末端與中間各段的工作條件的差別是：中間各段的起終點流量基本相同，而末端的起終點天然氣流量和壓力則隨終點外輸量的變化而變化。氣體外輸量少時，多余的天然氣就積存在末端。外輸量大于輸氣管前段的輸氣量時,不足就由積存在末端中的天然氣來補充。末端天然氣流量變化的同時,其壓力也隨之變化,末端起終點壓力的允許變化幅度決定末端儲氣量值。此量值可用下式求得： 式中V為末端儲氣量；T為末端氣體的絕對溫度。Z1和Z2分別為儲氣開始的平均壓力p姈和儲氣終了的平均壓力p娦下的壓縮系數(shù)。Tb為標準溫度(293K)。V0為末端管道容積?！　∮嬎爿敋夤艿罆r，一般先從末端開始，確定末端的長度、儲氣量和管徑，然后再計算其他管段?！　√岣吖艿垒斔托实?