楊興蘭 徐源 劉一函 秦傳偉

（1.中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

隨著中國(guó)天然氣管道工程的不斷發(fā)展，大型天然氣管網(wǎng)正逐步形成，各管道之間可以相互調(diào)劑，不再獨(dú)立生產(chǎn)運(yùn)行。管道運(yùn)行方式可以選擇聯(lián)合運(yùn)行或分列運(yùn)行，天然氣流向可以通過(guò)轉(zhuǎn)供站場(chǎng)相互調(diào)整，壓氣站可以選擇啟運(yùn)電驅(qū)機(jī)組或者燃驅(qū)機(jī)組等，這些方式的選擇將直接影響到管道系統(tǒng)的能耗和成本。因此，在確保管道安全、平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，如何高效地完成輸送任務(wù)，達(dá)到節(jié)能降耗、降低成本的目的，成為目前廣泛關(guān)注的研究課題。國(guó)外主要注重基礎(chǔ)理論和優(yōu)化方法的研究［1-2］，中國(guó)純理論方面的研究較少，主要通過(guò)對(duì)天然氣管網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行案例的分析和總結(jié)，來(lái)編制各種運(yùn)行方案［3-4］。

通過(guò)理論和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)于復(fù)雜的大型天然氣管網(wǎng)，其輸送天然氣的 3%～5%用于壓氣站的消耗［4］。因此，本文以澀北—西寧—蘭州天然氣管道（以下簡(jiǎn)稱澀-寧-蘭管道）為例，采用天然氣仿真模擬軟件進(jìn)行建模，研究有壓縮機(jī)站的管道的運(yùn)行優(yōu)化。

1 澀-寧-蘭天然氣管道

澀-寧-蘭管道復(fù)線同已經(jīng)運(yùn)行的澀-寧-蘭管道老線、蘭州—銀川天然氣管道連接后，與西氣東輸管道和長(zhǎng)寧輸氣管道相互調(diào)配氣量，從而極大地提高了向青海、甘肅兩省的供氣能力和用氣的安全可靠性。澀-寧-蘭管道起自青海澀北，止于甘肅蘭州，管道全長(zhǎng)930km，管徑660mm，全線設(shè)計(jì)壓力為6.4MPa，設(shè)計(jì)輸送能力33×108m3/a；澀-寧-蘭管道復(fù)線起自澀-寧-蘭管道澀北首站，止于甘肅蘭州35#閥室，管道全長(zhǎng)921km，管徑660mm，全線設(shè)計(jì)壓力6.4MPa。澀-寧-蘭管道復(fù)線投產(chǎn)后，雙線系統(tǒng)的輸氣能力為67×108m3/a。澀-寧-蘭管道設(shè)有4座壓氣站，共9臺(tái)燃驅(qū)機(jī)組，其中，澀北站3臺(tái)，羊腸子溝站、烏蘭站和湖東站各2臺(tái)。

2 工況模擬

采用美國(guó) Greggeng公司的穩(wěn)態(tài)仿真模擬軟件Winflow進(jìn)行建模，對(duì)澀-寧-蘭管道系統(tǒng)在相同輸量下采用不同運(yùn)行方式及不同壓縮機(jī)啟運(yùn)情況的工況進(jìn)行模擬，以能耗率或能耗成本最低的原則比選各種運(yùn)行方案。能耗率為氣體管道輸送一定輸量氣體所消耗的自耗氣量與該管道輸量的比值，自耗氣量指燃驅(qū)機(jī)組耗氣量；能耗成本采用各地區(qū)燃?xì)鈨r(jià)格和所消耗的燃?xì)饬坑?jì)算得出。

根據(jù)澀-寧-蘭管道實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)氣源的進(jìn)氣壓力、管道的設(shè)計(jì)壓力、管道輸送能力及壓縮機(jī)的性能參數(shù)等對(duì)模擬工況的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。相同輸量下，澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運(yùn)行工況的模擬結(jié)果見(jiàn)表1，能耗率對(duì)比見(jiàn)圖1，能耗成本對(duì)比見(jiàn)圖2。

表1 澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運(yùn)行工況模擬結(jié)果?

由表1、圖1、圖2可以看出：一是，當(dāng)澀-寧-蘭管道系統(tǒng)輸量低于750×104m3/d時(shí)，管道分列運(yùn)行能耗率及能耗成本均低于聯(lián)合運(yùn)行，此時(shí)，選擇管道分列運(yùn)行較優(yōu)；二是，當(dāng)輸量高于750×104m3/d時(shí)，管道聯(lián)合運(yùn)行能耗率及能耗成本均低于分列運(yùn)行，此時(shí)，選擇管道聯(lián)合運(yùn)行較優(yōu)；三是，當(dāng)輸量低于800×104m3/d時(shí)，管道分列運(yùn)行與管道聯(lián)合運(yùn)行能耗率及能耗成本相差均較小，機(jī)組的啟運(yùn)臺(tái)數(shù)相同；四是，當(dāng)輸量在 800×104～1 100×104m3/d時(shí)，隨著輸量的增加，管道分列運(yùn)行與管道聯(lián)合運(yùn)行能耗率及能耗成本差值相同，能耗增加趨勢(shì)緩慢；五是，當(dāng)輸量大于1 100×104m3/d時(shí)，隨著輸量的增加，管道分列運(yùn)行與管道聯(lián)合運(yùn)行能耗率及能耗成本差值大幅度增加，能耗增加趨勢(shì)快速，此時(shí)，聯(lián)合運(yùn)行方式優(yōu)勢(shì)明顯。

圖2 澀-寧-蘭管道分列、聯(lián)合運(yùn)行能耗成本對(duì)比曲線

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)系統(tǒng)輸量合理安排管道的運(yùn)行方式，有利于降低系統(tǒng)的能耗及能耗成本，并且，管道的負(fù)荷率越高，聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)越明顯。在復(fù)雜天然氣管網(wǎng)的調(diào)控運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)充分利用管道聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，減少壓氣站開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，從而減少整個(gè)天然氣管網(wǎng)的運(yùn)行能耗，優(yōu)化管道運(yùn)行。

[1] GOLTER MANN David S.Evaluating the Benefits of Power Optimization[J].Pipe Line Industry，1987，66(6)： 27-29.

[2] Kin S.Minimum Cost Fuel Consumption on Natural Gas Transmission Network Problem[D].USA Texas A& M University，College Station，1999.

[3] 劉武，張鵬，劉祎，等.天然氣管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31(3)： 146-149.

[4] 賀三，鄒永莉，王欣，等.天然氣管道的運(yùn)行優(yōu)化[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28(6)： 1-3.