【正文】 峰能力，當(dāng)調(diào)峰能力達(dá)不到預(yù)期時，通過提高末段起點壓力 P1max 來達(dá)到儲氣要求； （ 3）利用軟件進(jìn)行工藝計算，具體方法是采用試算法。投資費(fèi)用最小的即為最優(yōu)方案。 站場設(shè)計原則 第 2 章設(shè)計概述 10 根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定：輸氣站設(shè)置，第一是滿足輸氣工藝的要求；第二是符合線路走向的要求。 根據(jù)輸氣要求進(jìn)行壓氣站布置，兼顧均勻布站的方針，進(jìn)行布站。首先對各方案進(jìn)行初步水力計算及布站；然后根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計壓比及壓降對壓氣站間距進(jìn)行調(diào)整，得出調(diào)整后的布站方案；最 后對各種方案，利用方案比較法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較分析，確定最佳輸氣方案，年當(dāng)量費(fèi)用最小方案即為最佳輸氣方案。這樣，供氣和用氣經(jīng)常發(fā)生不平衡，時而供大于需，時而又轉(zhuǎn)為需大于供。輸氣系統(tǒng)必須具備一定的調(diào)峰能力。為滿足調(diào)峰儲氣要求，對末端作特殊處理，可采用方法為增大管徑或提高末段起點壓力。利用軟件計算出的物性參數(shù)，計算某一管段的相關(guān)參數(shù) ? ， Z ， T 和 q，然后利用地形起伏地區(qū)輸氣管壓氣站布站方法求出相鄰壓氣站的站間距。 輸氣管末段通常兼作調(diào)節(jié)晝夜用氣不均衡性的儲氣容器，而末段終點壓力又比其前面各站間管段的終點壓力低得多，因此末段的長度比其它各站間管段要長得多。 在初步計算中，可暫不考慮儲氣，末段長度按水平輸氣管的基本計算公式進(jìn)行計算， 但公式中的計算段終點壓力應(yīng)以城市配氣管 網(wǎng)的最低允許壓力代之。 《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中地形起伏地區(qū)輸氣管的流量基本公式： ? ?? ?? ?11522211???????????????????? ??????????niiiiKHVLhhLTLZdhPPCq???（ 21） 式中： HP 及 KP —— 計算段起點和終點壓力（ Mpa）； d—— 管道內(nèi)徑； λ—— 水力摩阻系數(shù)； Z—— 氣體壓縮因子； Δ—— 氣體相對密度； T—— 氣體溫度（ K）； Δh—— 計算段起點和終點間高差（ m）； ?—— 系數(shù)（ 1?m ）， TZRga?? 2? ； aR —— 空氣的氣體常數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 aR =178。 式中，分子中 ? ?h???1 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)? ? ?????? ?? ?? ?ni iii LhhL 1 121 ? 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。 站場布置及調(diào)整 確定末段長度后，由管道起點由前往后依次布置壓氣站，考慮壓 氣站與分氣點是否能夠合并來調(diào)整站址，并核算壓氣站壓縮機(jī)組的壓比是否在合理的范圍內(nèi)，即保持中間壓氣站出口壓力為設(shè)計壓力，核算調(diào)整站間距后各站壓比，壓比在 ～ 范圍內(nèi)認(rèn)為合理，調(diào)整后的布站方案初步可行。 管道及各站場投資 管道投資主要是管道鋼材費(fèi)用。 站場投資費(fèi)用主要是站內(nèi)設(shè)備投資費(fèi)用。通過壓縮機(jī)組選型，然后查壓縮機(jī)組價格，就可以確定站場投資費(fèi)用。對于燃料氣費(fèi)用的計算，首先應(yīng)根據(jù)輸氣能力和壓比等參數(shù)進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)的選型，在確定壓縮機(jī)組型號后計算出各壓氣站的燃料氣年耗量。 其他費(fèi)用 (1) 各站場人 員編制 首站： 30 人；中間壓氣站： 25 人；末站（城市配氣站）： 30 人；分輸站： 10 人。 (2) 施工費(fèi)用 施工費(fèi)用主要是管道敷設(shè)費(fèi)用。 內(nèi)涂層費(fèi)用主要是計算內(nèi)涂層面積，然后再乘以所用內(nèi)涂層價格，就可得到內(nèi)涂層費(fèi)用。 年經(jīng)營費(fèi)用主要包括：年燃料氣費(fèi)用、管道年維護(hù)和管理費(fèi)用、站場年操作維護(hù)費(fèi)用和人工費(fèi)用。方案比較法是工程設(shè)計以至決策系統(tǒng)中選擇優(yōu)秀方案的設(shè)計方法，也是最基本和最常用的方法。但其靈活性和適應(yīng)性極強(qiáng) ,故應(yīng)用非常廣泛。 輸氣管道年當(dāng)量費(fèi)用： 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點來看 ,任何建設(shè)輸氣管道 的工程方案 ,均可用基建投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用來評價 .輸氣管道工程的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)是指其由基建投資費(fèi)用及運(yùn)行管理費(fèi)用構(gòu)成的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ,常采用年當(dāng)量費(fèi)用來表示 : CEJS ?? 式中， S 為年當(dāng)量費(fèi)用（萬元 /年）； E 為額定的投資回收系數(shù)或投資效率系數(shù)（ a1）；J 為工程基建投資（萬元）； C 為年經(jīng)營費(fèi)用（萬元 /年）。 第 2 章設(shè)計概述 14 ? ?? ? 11 1 ???? t ti iiE 式中， i 為基本投資收益率， i ＜ 1； t 為投資回收期（年）。 第 3 章管路布站方案計算書 15 第 3 章管路布站方案計算書 管路工藝設(shè)計結(jié)果 (1) 本輸氣管道設(shè)計項目是新京天然氣管道工程，管道全長 3441km，設(shè)計輸量每年200億立方米。 （ 3） 全線共有站場 143座，其中壓氣站 14座，清管站 15座，截斷閥室 114座，并且有14座清管站與壓氣站合并，減少了單獨建站費(fèi)用。 （ 5） 全線的壓縮機(jī)采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動，燃?xì)廨啓C(jī)型號有三種，第一段即從 No1站到No11站燃?xì)廨啓C(jī)型號為 NK36PT，第二段即 No12站 燃?xì)廨啓C(jī)型號為 DR61P，第三度即從 No13站到 No14站燃?xì)廨啓C(jī)型號為 LM2500+，并且每站燃?xì)廨啓C(jī)都采用“一臺工作一臺備用”。 確定各段各個壓氣站直接的距離及壓氣站數(shù) 計算單站壓氣站功率進(jìn)行壓縮機(jī)選型，進(jìn)行燃?xì)夂牧坑嬎? 費(fèi)用計算 管線應(yīng)力校核 利用 GoogleEart 進(jìn)行線路的選取 第 3 章管路布站方案計算書 17 表 32 天然氣物性參數(shù) 組成 摩爾百分?jǐn)?shù) iy （ %） 摩爾質(zhì)量 iM （ g/mol） 燃?xì)獾蜔嶂?liH（ MJ/Nm3） CH4 C2H6 N2 \ CO2 \ 由上表計算可得： 空氣的相對分子質(zhì)量 aM =； 天然氣的平均分子量 =； 天然氣相對密度 ?=； 燃?xì)獾蜔嶂??lH kJ/Nm3。沿線經(jīng)過新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、河北等省市自治區(qū)。 （ 2）管線敷設(shè)地區(qū)的選擇應(yīng)符合我國現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定，線路走向應(yīng)盡量避開城市規(guī)劃區(qū)、文物古跡、風(fēng)景名勝、自然保護(hù)區(qū)等。 （ 4）管道不應(yīng)從飛機(jī)場、鐵路車站、海港碼頭、鐵路通過，若必須通過，除征得有關(guān)部門同意外，還需要采用相應(yīng)的安全保護(hù)措施。局部走向應(yīng)根據(jù)大、中型穿 （跨）越工程和壓氣站的位置進(jìn)行調(diào)整。同時應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的國家電網(wǎng)供電，以降低工程費(fèi)用。 沿線自然條件 管道沿線存在大型穿越江河工程，其中西江隧道穿越總長度為 ，以及鐵路、高速公路穿越工程，除穿越點大都為平原地貌，高差小于 200m。在農(nóng)村人口聚集的村莊、大院、住宅樓，應(yīng)以每一獨立戶作為一個供人居住的建筑物計算。 表 33 強(qiáng)度設(shè)計系數(shù) 地區(qū)等級 強(qiáng)度設(shè)計系數(shù) F 一級地區(qū) 二級地區(qū) 三級地區(qū) 四級地區(qū) 利用 GoogleEarth選取線路 (1) 根據(jù)以上的線路選取要求利用 GoogleEarth選取線路如下圖。 RealPipe通過圖形建模工具構(gòu)建包含邊界、罐、泵、壓縮機(jī)、閥門、管段的油氣輸送管網(wǎng)的物理模型，通過后臺的預(yù)處理過程將建好的圖形化模型和管道的流動控制方程、設(shè)備的特性方程、分支點的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個復(fù)雜的數(shù)值系統(tǒng)，然后通過仿真計算引擎進(jìn)行動態(tài)求解。 在模型建立后，用戶需要對模型的全局參數(shù)和元件參數(shù)進(jìn)行配置，模型通過驗證后才可進(jìn)行仿真運(yùn)行。 RealPipe可以為氣體和液體管網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)仿真，但并不支持兩相流動。仿真的初始狀態(tài)可以是零流量條件也可以是上一個仿真運(yùn)行時保存的工況。 RealPipe應(yīng)用工程 在“ RealPipe仿真平臺”的基礎(chǔ)上，通過分析不同應(yīng)用工程的特性，集成、定制完成油氣仿真與優(yōu)化系列軟件產(chǎn)品，也可以根據(jù)用戶的需求，實現(xiàn)快速定制軟件產(chǎn)品，為管道運(yùn)行提供最快捷的技術(shù)服務(wù)。系統(tǒng)建模主要以圖形化的方式完成管道系統(tǒng)輸送工藝系統(tǒng)的物理建模，并完成元件參數(shù)的配置。檢查模型文件文本是否有語法錯誤、元件是否重名、同一元件所處的高程是否一致。 仿真運(yùn)行 在仿真運(yùn)行中主要進(jìn)行以下幾方面工作： 1) 對管道系統(tǒng)進(jìn)行水力分析，包括：管道啟輸 /停輸過程分析、管道運(yùn)行分析（開關(guān)閥門，啟停泵或壓縮機(jī)組，改變壓力、流量、溫度或轉(zhuǎn)速等設(shè)定值對仿真運(yùn)行的影響范圍與幅度）、壓縮機(jī)運(yùn)行分析、氣體管道存活時間分析、管道事故分析等。 第 3 章管路布站方案計算書 23 3) 在仿真運(yùn)行過程中，對仿真運(yùn)行的狀態(tài)、管道輸送工藝過程進(jìn)行控制。 管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化 圖 36 管網(wǎng)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程圖 主要功能 RealPipeGas （ 1）分析管道啟停過程 （ 2）分析管道運(yùn)行穩(wěn)定性 （ 3）管網(wǎng)瞬態(tài)仿真 （ 4）壓縮機(jī)運(yùn)行仿真 （ 5）天然氣管道設(shè)計與校核計算 （ 6）天然氣管道投產(chǎn)計算 （ 7）天然氣管道系統(tǒng)最大儲氣量與存活時間 （ 8）天然氣管道清管仿真 RealPipeGas Optimizer （ 1）穩(wěn)態(tài)輸氣量最大運(yùn)行優(yōu)化 （ 2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能耗最低優(yōu)化 （ 3）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行收益最大優(yōu)化 第 3 章管路布站方案計算書 24 （ 4）穩(wěn)態(tài)多目標(biāo)決策優(yōu)化 （ 5）壓縮機(jī)組優(yōu)化 站場位置確定 取設(shè)計壓力： 8Mpa， 10MPa， 12Mpa； 取管徑（外徑）： D=1016mm， D=1219mm， D=1420mm；取壓比： ?=， ?=， ?=；管道材料為 X80 鋼，共組合成 18 種方案，從中選取 9種方案進(jìn)行工藝計算。 表 31 九種設(shè)計方案 方案 設(shè)計壓力 /Mpa 設(shè)計壓比 管徑 /mm 管道材料 1 10 1219 X80 2 12 1219 X80 3 1219 X80 4 10 1219 X80 5 10 1420 X80 6 10 1016 X80 7 12 1219 X80 8 12 1420 X80 9 12 1016 X80 利用 RealPipe軟件，根據(jù)壓力等級、管徑、壓比、內(nèi)涂等原始參數(shù)模擬管線工況，確定各個站場的位置 設(shè)計初選三個設(shè)計壓力 PH： 、 、 ；三個壓比 ε： 、 ；三個管徑 DH： 1016mm、 1220mm、 1420mm；有無內(nèi)防腐層 Κ： 、 ；設(shè)定管材的鋼種等級為 X80，最小屈服強(qiáng)度 ζs=552MPa；利用 RealPipe軟件進(jìn)行模擬布置出 9種方案。 由《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中，直管段壁厚設(shè)計式： tFPDs??? 2? 式中： ? —— 鋼管計算壁厚 ,mm； P—— 設(shè)計壓力 ,Mpa； D—— 管道外徑 ,m； s? —— 鋼管的最小屈服強(qiáng)度 ,Mpa； F—— 設(shè)計系數(shù)； ? —— 焊縫系數(shù)，取 ； t—— 管道的溫度折減系數(shù)，取 。長輸氣管道的雷諾數(shù)是輸油管道的 10100倍，一般在水力平方區(qū)，不滿負(fù)荷時在混合摩擦區(qū)。 ?? ???? DQD 4Re ?? 由于 a?? ???0 ，故： ???D Qa?? 4Re 其中： ? —— 天然氣對空氣的相對密度； a? —— 為空氣的密度， kg/m3，標(biāo)況下取 kg/m3； Q—— 為工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的輸氣管流量， m3/s； D—— 輸氣管道的內(nèi)徑， m； ? —— 為氣體的動力粘度， N?s/m2 0 0 7 1 1 8 80 0 0 6 6 ??????? ????????????BDKE? 運(yùn)用軟件進(jìn)行模擬 由以上數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，下面列舉一段工況： （ 1）天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置 第 3 章管路布站方案計算書 27 圖 37天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置圖 (2) 天然氣物性參數(shù)計算 圖 38天然氣物性參數(shù)計算圖 第 3 章管路布站方案計算書 28 （ 3）模擬參數(shù)設(shè)置 圖 39模擬參數(shù)設(shè)置圖 (4)運(yùn)行模擬，查看壓力流量曲線圖。 調(diào)整之后得到下圖： 圖 311 調(diào)整之后的壓降圖 可以看到此時壓力將為 ，為設(shè)計的壓縮機(jī)進(jìn)口壓力，則首站與第一個壓氣站的距離則為 224km。 圖 310 高程分布圖 計壓力 PH=10Pa（即壓縮機(jī)出口壓力）和壓比 計算壓縮機(jī)入口壓力 PB： 第 3 章管路布站方案計算書 30 M P aPP HB ??? ? 有壓縮機(jī)的入口壓力以及壓力 —高程分布圖可求得壓氣站的位置，求出各個壓氣站位置如下表： 表 33 壓氣站分布圖 站號 1 2 3 4 5 6 7 8 距起點距離（ KM） 0 224 422 641 914 1132 1307 1555 高程 (M) 799 391 431 1175 358 687 1552 1510 站號 9 10 11 中衛(wèi) 12 榆林 13 14 距起點距離（ KM） 1809 2033 2254 2336 2600 2767 3064 3441 高程 (M) 1324 1425 1491 1274 1351 1222 1102 31 全線共 14 個壓氣站，其中第一段 11 個壓氣站，第二段 1 個壓氣站，第三段 2 個壓