长输天然气管道事故工况模拟分析.pdf

第 4 4卷第 1 2期 2 0 1 5 年 1 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 4．N 0 ． 1 2 D e c e mb e r ，2 0 1 5 长输天然气管道事故工况模拟分析 操 泽 中国石油大学 北京 ，北京 1 0 2 2 0 0 摘 要近年来 ，我国天然气管道飞速发展。管道输送是天然气从开采集输到净化加工以及销售的连 接枢纽，是天然气生产储运环节中不可缺少的一部分。针对天然气管道实际运行过程中容易出现的气源停 输和管道堵塞等事故工况，进行了动态模拟分析，计算管道 自救时间，为为管道运营维护部门制定维抢修 方案提供理论上的支撑。 关键词气源停输 ；管道堵塞；动态模拟 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 51 2 2 8 4 2 0 2 Si mul a t i o n Ana l ys i s o n Ac c i d e n t Co n di t i o n s o f Lo ng di s t a nc e Ga s Pi pe l i ne CA0 Ze C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m B e ij i n g ，B e i j i n g 1 0 2 2 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s ， t h e n a t u r a l g a s p i p e l i n e i n Ch i n a d e v e l o p e d r a p i d l y ． T h e p i p e l i n e i s t h e c r i t i c a l f a c t o r f r o m g a s e x p l o r a t i o n t o t h e ma r k e t ． An d i t i s a n i n d i s p e n s a b l e p a r t o f n a t u r a l g a s p r o d u c t i o n i n t h e s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n I n t h i s p a p e r ， d y n a mi c s i m u l a t i o n a n a l y s i s a n d t h e r e s c u e t i me c a l c u l a t i o n o n t h e c o n d i t i o n s s u c h a s s h u t d o w n a n d j a m we r e c a i e d o u t ， wh i c h c o u l d h e l p t h e p i p e l i n e o p e r a t i o n a n d ma i n t e n a n c e d e p a m e n t t o ma k e c o n t i n g e n c y p l a n s ． Ke y wo r d s S h u t d o w n ；P i p e l i n e j a m； D y n a mi c s i mu l a t i o n 天然气管道在实际运行过程中，不可避免地会 发生气源停输和管道堵塞等事故Ⅲ 。分析管道事故 工况时，需要确定最容易发生事故的位置 ，分析该 位置发生事故带来 的后果 。根据应急预案 的制定 原则 ，在出现供应中断等紧急事故工况时 ，应该保 证 9 0 ％城镇燃气和 5 0 ％工业 的用气量 ，其中工业用 户以玻璃 、建材等不可中断用户的用气为主。 l 气源停输 某长输天然气管道全长 4 6 0 k m， 全线共 4个气 源，沿线分输站 1 6 个，对 2 0 3 0 年单个气源停输和 所有气源均停输两种事故T况进行 了分析。当输气 管道稳定运行时 ，突然 出现气源停输 ，压力变化从 首站开始 ，压力迅速依次朝向末站方向减少 ，沿线 管道压力开始逐渐降低。当某站压力最先降至临界 点时，从发生事故到某站压力降至临界点这段时间 即为管道 自救时间。 所谓管道 自救时间，是指当管道发生事故时， 如气源停输和管道堵塞 ，管道利用 自身储气能力 ， 在保证下游用户最低供气压力下 的供气 时间 。管 道 自救时间长短取决于事故工况发生时在事故点下 游的管道中气体存量。当事故发生时 ，下游管道气 体存量不断减小，沿线各站压力也不断降低。当管 道末站或者沿线某站 的压力降至最低 限定压力值 时，若仍无新的天然气进入事故点下游的管道，则 达到压力最低限定值的分输站将停止向用户供气。 取从事故发生到事故点下游某门站压力降至最低 限 定值的这段时问为管道 自 救时间。 1 当首站气源停输 ， 而其他三个气源均正常 工作情况下，进行动态模拟，模拟过程中各分输站 输气量按照至少保证9 0 ％ 城镇燃气和5 0 ％lT业用气 量的标准进行设定 ， 结果见图 1 ， 管线 中A站约 2 0 ． 9 5 h 后最先降到 3 ． 0 MP a 。因此 ，该工况下管道系统的 自救时间为 2 0 ． 9 5 h 。 6 5 6 0 5 ． 5 室 ‘0 喜 ．s 4 ． 0 3 ． 5 3 O 压 力 ＼ ～流量 ＼ 、 ＼ 、、 4 8 1 2 1 6 2 O 2 rl lu l ／ h 图 1 单个气源停输后 A站压 力流量 波动 图 Fi g． 1 Fl ow a nd pr e s s ur e c ur ve o f A d i s t r i but i ng s t a t i on f or s t opp i ng s i ng l e ga s r e s our c e 收稿 日期2 0 1 5 - 0 4 0 1 作者简介操泽 1 9 9 2 一 ， 女， 重庆人， 硕士研究生， 现于中国石油大学 北京 攻读硕士学位， 研究方向 多相流动安全保障。 E - m a i l f c 0 4 2 6 l 6 3 ． c o rn 第4 4卷第 1 2期 操 泽长输天然气管道事故工况模拟分析 2 8 4 3 2所有气源均发生停输后 ，至少保证 9 0 ％ 管道 自救时间为 7 9 mi n 。 城镇燃气和 5 0 ％工业用气量的情况下，进行动态模 拟分析 ，结果见图 2 ，管道末站约 5 ． 3 8 h后首先降 到 3 ． 0 M P a 。因此， 该工况下管道系统的自救时间 为 5 ． 3 8 h 。 ⋯一 压 力 一 流掇 、＼ ＼＼ 、 ＼ ＼、 ＼_ 、 ＼ 、、、、、、、、、 、、 ． 、、、 、 、、、 0 l Z j 4 5 6 时间／ h 图 2 所有气源停输后末站流量压力波动图 F i g ． 2 Fl o w a n d p r e s s u r e c u r v e o f t h e l a s t s t a t i o n f o r s t o p p i n g a l l g a s r e s o u r c e s 2 管段堵塞事故工况分析 天然气管道在实际运行过程中，由于水合物或 者其他因素会发生管道堵塞， 影响管道输送效率 。 在进行模拟分析时 ， 考虑以 2 0 3 0年设计工况来进行 计算，同时堵塞点选择在末站前段，因为这段管道 处于分输降压点之后，属于水合物 “ 冰堵”高危地 段。当阀门系数由全开时的 1 0 0 0 0 在 1 m i n内降到 1 O ，使局部造成堵塞 ， 产生节流效应，堵塞点前的 压力和温度均升高， 堵塞点后的压力与温度均降低 ， 在堵塞工况稳定后 ，管道全线流量都会降低 。 堵塞事故发生前 ，管道末段压力和流量沿管道 变化情况如图 3所示 ， 温度沿管线变化情况如图 4 所示 ， 在堵塞发生之前 ， 堵塞点的压力为 4 ． 0 2 MP a ， 流量为 1 1 8 8 3 6 m ／ h ，温度为 1 7 ． 9 o C。堵塞事故发 生时，堵塞点前压力和流量变化情况如图 5 所示 ， 堵塞点后压力和流量变化情况如图 6所示 ，通过分 析可知，在堵塞过程中， 堵塞点后压力随时间持续 下降， 堵塞点前压力先上升再下降，这是因为堵塞 事故发生后 ，堵塞点产生节流效应 ，下游压力会持 续下降，而对于上游管道，由于气源仍然在持续不 断供气，因此压力在短时间内会上升，随着堵塞过 程的持续 ，压力然后再下降H 。堵塞点前后流量随 时间持续增大， 这是因为随着气体压力迅速降低， 气体发生膨胀， 流量会增大。 当堵塞工况稳定之后， 管道全线流量下降。末站压力随时问变化情况如 图 7所示 ，在动态模拟分析 中，在 7 9 rai n时末站压力 最先达到限定值 1 ． 6 MP a ，当 C N末站压力低于 1 ． 6 MP a 时 ，将无法 向城市居民与工业用户供气 ，因此 距离／ h 图 3 堵塞前管道末段压力流量沿趋势图 F i g ． 3 F l o w a n d p r e s s u r e c u r v e f r o m l a s t p i p e b e f o r e j a m 2 O 1 9 1 8 1 7 赠 1 6 1 5 】 4 0 5 1 0 l 5 2O 2 5 3 0 3 5 4 0 距 离／ k in 图 4 堵塞前管道末段温度趋势 F i g ． 4 T e m p e r a t u r e c u r v e f r o m l a s t p i p e b e f o r e j a m 4 ． 25 4 ． 2 3 4 ． 21 窑 4 ． 1 9 4 ． 1 7 4． 1 5 图 5 堵塞过程中堵塞点前压力流量随时间变化 Fi g ． 5 P r e s s u r e a n d fl o w c u r v e b e f o r e t h e b l o c k i n g p o i n t d u r i n g j a m 时 间， h 图 6 堵塞过程 中堵塞点后压力流量随 时间变化 Fi g ． 6 Pr e s s u r e a n d fl o w c u rv e a f t e r t h e b l o c ki n g po i n t d u r i n g j a m 下转第2 8 4 6页 jc gb1 、 鹾 6 5 4 3 2 7 6 5 4 3 B d要 3 ． 2 K c a h t a h工艺 在用生物技术生产的工业聚合物中 ，K c a h t a h 是最著名的，它是用生物合成方法生产的聚多糖。 尽管其品种很多，但只有少数几种具有可成功用于 复杂采油条件下的综合性能，采用它是用生物技术 产品解决采油工艺问题的成功尝试 。它的固定有序 结构 、分子间的相互作用和大分子量可形成高粘溶 液。其重要特性是它在破坏后可完全恢复有序的三 维结构，这是因为其水溶液具有抵抗机械破坏的高 阻力。这就是它适用于采油工艺的一个重要因素。 该种生物聚合物溶液在多价金属盐的作用下，可转 化为高强度凝胶状态。在工艺的实施过程中，采用 的是它的的添加稳定剂的水溶液。将其注入地层的 高渗透小层后，它就可在凝胶引发剂的作用下形成 交联结构 。该种凝胶在高矿化度水 中性质也不会改 变 ，并且它不会被机械破坏 ，可在 2 年 以上的时间 内保持稳定。 3 ． 3 交联聚合物工艺 添加醋酸铬的瓜尔胶和金属氧化物交联聚合物 组分 ，可用于地层 的液流转 向。当向地层注入大剂 量的交联聚合物时，它们可渗入距井底 足够远的高 渗透小层 ，并形成凝胶 。这样 以来 ，注入水就会转 向渗入地层的未被注入水波及带。该工艺适用于处 理渗透率非均质的碎屑岩地层 。该T艺 的主要优点 是瓜尔胶可快速溶于任一矿化度的水中形成粘性溶 液 ，溶液对机械破坏有高度稳定性 、抗盐性和无腐 蚀性。在开发该工艺的初期 阶段，进行了大量的科 研工作 ，对 4种瓜尔多聚糖样品溶液的理化性质进 行 了全面研究。结果表明，它们对机械破坏 、热氧 化、 p H值降解和水的矿化度等都具有高的稳定性。 4 结论与建议 在油 田开发晚期 ，考虑 日月涨潮进行油 田注水 调整和地层的振动处理，可在降低注水量和节约电 能 5 0 ％的同时， 增加油井产油量和提高采收率。采 用可导致地层水力变形的局部注水和提高注水地层 波及率的新工艺 ，可进一步提高开发晚期油 田的原 油产量和采收率。建议 国内各开发晚期油 田，能通 过检测确定其 日月涨潮周期 ，考虑 日月涨潮调整油 田注水，同时进行地层的振动处理。采用最佳的注 水量和注水方式，及提高地层的注水波及率的新丁 艺 ，以提高油田的原油产量 ，降低油井含水 和电能 消耗 ，提高油田开发的经济效益 。 参考文献 [ 1 ]王建军，李振龙 ，马海骄 ，张金芝油 田开发注水方式研究综述I J l _ 内蒙古石油化工，2 0 1 1 2 1 2 5 2 7 ． [ 2 ] 张祥友． 调速型液力偶合器在某油 田注水泵上的节能应用f c 1 ．山东 石油学会石油天然气注水及水处理技术 中心站油 田注水及水处理 技术研讨会论文集， 2 0 0 8 ． 上 接 第 2 8 4 3页 毫 时 间／ h 图 7 末站压 力趋势图 Fi g ． 7 Pr e s s ur e c ur v e of t he l a s t s t at i on 3 结 论 本文按照单个气源停输 、所有气源均停输 以及 管道堵塞j个事故工况进行丁艺分析 ， 在满足 9 0 ％ 城镇燃气和 5 0 ％工业 的用气量 的条件下 ，分析管道 自救时间。 1 单个气源停输时，首站以最大供气压力 6 ． 3 M P a 供气条件下，L H站压力最先降到 3 M P a ， 管道 自救时间为 2 O ． 9 5 h ；当所有气源停输时 ，WZ 末站压力最先降到 3 MP a ，管道 自救时间为 5 ． 3 8 h 。 2 R A至 C N站之间管输压力较低，管径小， 易发生堵塞事故 。 在 2 0 3 0 年设计工况下通过控制 R A 站与 P Y 站之间阀门开度来模拟堵塞事故工况，C N 站压力最先降至 1 ．6 M P a ， 管道 自 救时间为7 9 m i n 。 参考 文献 [ 1 ]孙建国， 王寿喜．气体管网的动态仿真 油气储 运， 2 0 0 1 ， 0 8 l 8 - 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