天然气管道压气站备用机组设置新方法研究.pdf

石油天然气学报 江汉石 油学院学报2 0 1 3 年 4 月 第3 5 卷 第 4 期 J o u r n a l o f O i l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I A p r ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 4 夭然气 管道压气 站备用机组设置新方法研 究 苑莉钗 中国 石油天然气管道局国内事业部， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 姜焕勇 ，毛平平 ，王学军 中国石油天然气管道局管道设计院， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 [ 摘要] 通过 对国外相 关资料的研 究，引入一种基于管道系统可 靠性 的设 计方法 ，利用该 方法 ，通过 对 系 统可靠性进行评判 以及压 气站备用机 组的设置 进行分 析 ，对各 压气站备 用机 组数 量进 行优 化， 以降低 管 道的建设投资及运营费用 。该 方法 已经在西 气东输 二线 、中缅天 然气 管道等 工程 应用 ，并 取得 良好 的经 济效益 。 [ 关键词]天 然气管道 ；压 气站；备用机组 [ 中图分 类号 ]TE 9 7 4 ． 0 7 [ 文献标志码]A [ 文章编号]l O O O一 9 7 5 2 2 0 1 3 0 4 0 3 1 8 一O 3 压气站是天然气管道的核心和灵魂，压气站或站内压缩机组事故停运 ，天然气管道将停输或降量运 行 ，导致管道沿线部分用户在短期内停止供气或降量供气 。大 口径、 高压力和长距离天然气管道肩负着 千家万户的城市燃气及数量众多的工业用户的稳定供气任务 ，管道事故停输或降量输送 ，将带来巨大的 经济损失并产生极为严重的社会影响。鉴于此 ，为保证管网系统的可靠性 ，使管道安全 、平稳运行 ，在 已建的多条天然气管道设计 中，每座压气站均设置一台备用压缩机组 ，当压气站内任一台运行机组事故 时，立即启动备用机组替代运行机组 向管道供气。但管道公司作为运营商 ，也须有合理的投资回报。管 道系统 中，压气站是最重要的设施 ，其投资巨大 ，压缩机组又是压气站投资最高的设备 ，根据资料 ，压 缩机组 占压气站总投资的 6 0 以上 ，在大型压气站 中，若减少一 台压缩机组 ，将节省上亿元人 民币 的 投资 以及减 少运 营期 的设 备维 护 、维修及 大 修 的诸 多 费用 。 利 用基 于管 道 系统可 靠性 的设 计方 法通 过对 管道 系统 的可 靠性进 行 评判 以及 压气 站备 用机组 的设 置 进行分析 ，对备用机组数量进行优 化，以降低管道 的建设投资及运 营费用 。该方法 已经在西气 东输二 线、中缅天然气管道等工程应用 ，并取得 良好的经济效益 。 1 天然气管道系统可靠性方法研究的发展 天然气管道系统重要设施一 压气站有失效的可能性 ，只要这些失效发生的频率在可接受的范围 内，即认为管道系统是可靠的。管道可靠性研究的重点是如何评估管道系统 的可靠性 ，以及如何判断为 提 高系 统可靠 性 而增加 工程 投 资的必 要性 。在 这些 方 面 国外 取得 了一 些很 好 的成果 。 C h mi l a r _ 1 ] 对 广泛应 用 于电力 工业 的可 靠性 评 价方 法 在 管道 设 计 中的 应 用进 行 了研 究 。这 种 方 法 基 于负荷和能力的变化 ，以马尔科夫模型定义可靠性 。这些模型生成与载荷／ 能力 同步的时间序列用 以评 价可靠性预期。同时在研究中引入成本效益法 ，用以评价新增设施后管道 的经济效益 。并进一步把这种 分析方法作为设计工具，为运行和检修计划编制等其他领域提供技术和决策支持 。Ho e v e n等 ] 提出了 基于系统内关键设备可靠性数据计算系统可靠性的方法。这种方法的优势在于忽略那些过分高估 的减量 影响 ，而且可以识别出对系统失效率起决定作用的系统设备。这种方法在 Ga s u n i e 公司得 以应用 ，并开 发出相应软件进行系统可靠性分析 。 S a n t o s l_ 3 对 B o l i v i a B r a z i l 气体管道 Ga s b o l 巴西段采用系统可用率法和蒙特卡罗法进行研究 ，通过 [ 收稿日期]2 0 1 3 0 3 0 4 [ 作者简介]苑莉钗 1 9 7 3 一 ，女 ，1 9 9 7 年 中国石 油大学 北京 毕业 ，硕士 ，高级 工程师 ，现从事设计管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 4期 苑莉钗 等 天然气管道压气站备 用机组设置新方法研究 技术和经济 比选 ，确定合适 的备用机组数量 ，使管道由于降量输送导致的风险控制在可控范围内。 2 基于管道系统可靠性优化压气站备用机组设计方法 2 ． 1方 案 比较 该 设 计方 法 以最 优化设 计 方案 为基 础 ，设计 方 案 中压气 站数 量 、压气 站 运行 机组 数量 、机 组 功率及 工艺计算结果均通过工艺系统优化确定 。 2 ． 1 ． 1 方 案 选择 1 备 用机 组数 量 方案 。根 据工 程压 气 站 设 置 情 况 优 选 3 ～5个 方 案 。① 全 线 各 站 场均 设 置 备 用 机 组 ；② 全 线各 站场 均不 设置 备 用机 ；③ 隔站 设置 备用 机组 ；⋯ ⋯ 2 压 气站 运行 机组 失效 方 案 。按 照 国内在 役管 道压 气 站 运行 机 组 数 量 ，以 及 各备 选 方 案 的失 效 概 率 ，一般有以下 4种方案可选择 ①压气站无不可用机组 ；②压气站有 1台不可用机组 ；③压气站有 2台不可用机组 ；④两座相邻压气站各有 1台不可用机组。 2 ． 1 ． 2基 础数 据 基础数据包括 ①机组维检的正常停机时间；②机组故障停机时间；③管道工艺 系统参数。 2 ． 1 ． 3 计算公式 软件及计算结果 1 可用率公式 。利用机组维检的正常停机时间及机组故障停机时间计算压缩机组 的可用率。机组 维检 的正 常停机时间及机组故障停机时间通过调研在役压缩机组的实际累计值 ，通过统计 、分析确定 。 2 蒙特卡洛方法。计算各工况不可用天数 。注意 计算工况为设置备用机组数量方案 和压气站运 行机组失效方案的矩阵组合。即每一种设置备用机组数量方案中需要计算 4种不同的压气站运行机组失 效方案。若一个工程 中备用机组数量选择 3种方案 ，压气站运行机组失效选 择 4种方案 ，则需要计算 l 2种工 况 。 3 工艺系统分析软件 。计算各种工况下管道的输气量 ，计算工况同上。 2 ． 2经 济 比较 1 比选数据 。① 管道输量 ；②天然气 的高热值 ；③管输 费；④ 管道降量输送 造成 的收入损失 ； ⑤按照合 同的相关规定 ，由于管道降量造成下游用户供气不足或停输而需要承担的罚款 ；⑥合同期限 ； ⑦折现率 ；⑧压缩机组费用 包括设备及安装费用 。 2 比选方法 。采用费用现值比较方法 。 3 比选结果 。比选之后给出以下结果 短供气量 、收入损失、管道降量 、由于增设备用机组而避 免的收入损失 、由于增设备用机组而避免的赔偿损失 、备用机组投资 、费用现值。 4 确定方案。根据技术和经济 比选结果 ，费用现值最低的方案为优化方案。 3 关于采用天然气管道系统可靠性设计方法的说明 1 输气管道压气站设置备用机组可使管道供气稳定 ，提高管道供气可靠性 。 2 设置备用机组压气站越多，系统可用率越高 ，系统的可靠性亦越高 。 3 管 道运 营公 司 由于压 气 站机 组失 效导 致管 道输 气 量 降低 导 致 的 收入 损 失按 照 管 输 费用 损 失 以及 赔偿损失考虑。管输费用按照既定标准可以计算得出；下游用户供气中断或降量供气造成 的赔偿损失需 要兼顾下游用气企业 的用气性质 、造成后果的严重程度以及管道公司处理类似情况的经验综合确定。 4 由于各管道运营公 司压气站管理水平有所差异 ，不同运营公 司的压气 站压缩机组 的可用率会 有 所差异 ；由于压缩机组 自身原因，在机组运行初期、平稳期和后期 时的机组可用率也会有差异 。因此 ， 在进行压气站备用机组设置设计过程 中，应有所选择确定压缩机组的可用率 。 5 主要论述单条输气管道且管道下游没有储气库的情况。当管道和管道间形成管 网系统 ，下游储 气库发达，管网间具备一定的调气功能和调气能力 的情况下，通过计算即使管道某座压气站机组失效 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油气 管道工程 2 0 1 3年 4月 也可由其下游储气库或其他管道来应急供气 ，则站场备用压缩机组可根据管网系统分析确定，是否考虑 不建设备用机组或缓建备用机组 ，以降低工程投资。 [ 参考文献] [ 1 ]Ch mi l a r W S ． A me t h o d o l o g y f o r p i p e l i n e r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n a n d d e s i g n [ A]． P S I G An n u a l Me e t i n g ，1 9 9 4 ． [ 2 ]Ho e v e n T， F o u r n i e r T， Me u r s E ． P l a n n in g o f t h e t r a n s p o r t s y s t e m b a s e d o n r e l i a b i l i t y f i g u r e s o f t h e c o mp o n e n t s[ A]．S a n F r a n c i s c o ， Ca l i f o r n i a．PS I G Ann u a l M e e t i ng．1 9 9 6 1 0 23 ～ 2 5 ． [ 3 ]S i d n e y P e r e i r a d o s S a n t o s ，R i o d e J a n e i r o ．Av a i l a b i l i t y a n d r i s k a n a l y s i s e f f e c t s o n g a s p i p e l i n e t a r i f f ma k i n g[ A]．P r o c e e d i n g s o f 1 P C 2 0 0 8 ，7 t h I n t e r n a t i o n a l P i p e l i n e C o n f e r e n c e[ c ]．C a l g a r y ，Al b e r t a ，C a n a d a 2 0 0 8 - 0 9 2 9 ～l o 一 0 3 ． [ 4 ]S i d n e y P e r e i r a d o s S a n t o s ，R i o d e J a n e i r o ．C o mp r e s s o r s t a t i o n a v a i l a b i l i t y - ma n a g i n g i t s e f f e c t s o n g a s p i p e l i n e o p e r a t i o n [ A]．P r o c e e d i n g s o f I P C 2 0 0 6 ，6 t h I n t e r n a t io n a l P i p e l i n e C o n f e r e n c e E c ]．C a l g a r y ，Al b e r t a ，C a n a d a 2 0 0 6 0 9 2 5 2 9 【 编辑] 萧雨 上 接 第 3 1 4页 4 河流单独试压问题河流大 中型穿跨越必须单独试压。河流穿越管段一般在滩地进行预制 ，然 后进行 露 天试 压 ，发生泄 漏 时容易 发现 和返 修 。如果 河流 穿越 段下 沟 回填后 再试 压 ，发生 泄漏 则难 以判 断位 置 ，难 以返 修 。 5 残留空气对试压的影响 管道试压时通过试压水推动隔离球排除管 内气体，该法在平原段效果 较好 ；对于山区大落差段 ，隔离球跳跃式前进 ，尤其是下坡段 ，容易陡然加速 ，造成管内局部真空 ，气 体混入 ，影响试压效果 。如果气体含量超标 ，由于气体 的可压缩性 ，管道发生泄漏时 ，压降速率变小 ， 不易察觉 。因此 ，对于山区大落差段 ，设计应提出含气量要求 ，根据我 国试验压力和稳压时间，含气量 应控制在 0 ． 2 以内。施工单位可以通过在隔离球前端加背压 控制隔离球 运行速度 、高点加放空等 措 施来控 制 含气量 。 结语 兰成原油管道康县段地处秦岭腹地 ，山高谷深 ，隧道密布 ，线路长 8 5 ． 3 k in。按 照常规的设计理念 需划分为 4 5 个试压段 ，且 2 5条隧道均需独立试压。经过采取上述措施优化后 ，试压段减少至 2 4段 ， 极大地提高了试 压效率 ，明显 地减少 了 “ 黄金 口” 的数量。“ 十 二五”期 间 ，中石油 规划建 设 管道 5 4 0 0 0 k m，其 中山区管道占一大部分 ，中缅管道最具代表性 。在进行管道强度设计时 ，应提前考虑到试 压 因素 。 [ 参考文献] [ 1 ]GB 5 0 2 5 3 2 0 0 3 ，输油管道 工程设计规范 [ s ] ． E 2 ]GB 5 0 2 5 1 - 2 0 0 3 ，输气管道工程设计 规范 [ S ]． [ 3 ]C D P S - C O P P I 一 0 0 7 2 0 1 1 2 ，原油管道工程钢管通用技术条件 I s ]． [ 4 ]GB 5 0 4 2 4 2 0 0 7 ，油气输送管道穿越工程施 工规 范 [ s ]． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m