摘　要：對(duì)于沒有壓縮機(jī)組的儲(chǔ)配站來說，在出站壓力一定的情況下，由于站場(chǎng)內(nèi)部的壓力損失，其進(jìn)站壓力受到一定的限制。，針對(duì)此情況，筆者對(duì)站場(chǎng)的壓力損失展開研究，并深入分析了確定管段局部壓力損失的途徑，得到直接利用求得的管段總局部阻力系數(shù)計(jì)算局部壓力損失的方法。然后．通過對(duì)實(shí)際站場(chǎng)的研究，最終確定不同流量下該儲(chǔ)配站進(jìn)、出站壓力的匹配情況．、這樣既可以指導(dǎo)調(diào)度中心決策的制定，又能夠?yàn)檎緢?chǎng)壓力調(diào)節(jié)工作提供依據(jù)，有效避免了調(diào)度中心與站場(chǎng)之間工作中的矛盾、

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)配站　壓力匹配　壓力損失　局部阻力系數(shù)

Analysis the Inlet and Outlet Pressure Matches of Distribution Station

Abstract：Owing to the loss of pressure inside lhe distribution station without compressors，the minimum inlet pressure needs to be certain restrictions in the case of certain outlet pressure．For this case，the author commenced the research of the loss of station pressure and in-depth analysis of the way of determine local pipe pressure loss，which finally got the method of using general eoeffieient of local resistanee to obtain local loss of pressure．Then determined the inlet and outlel pressure matches through the study ot an aelnal station．The conclusion is not only to guide the development ot the grid control center’s decisions．but also be able to provide the basis for the station workers,which effectively avoided the contradictions between the grid control center and the station workers．

Keywords：Distrilmtion Stalion pressuie match loss of pressure coeffcient of local resistance

1　概述

日常工作過程中，調(diào)度中心和各站場(chǎng)工作人員之間經(jīng)常出現(xiàn)矛盾，如果在工作中調(diào)度中心下達(dá)的“命令”有充分的理由，站場(chǎng)值班人員的操作有充足的證據(jù)，那么就能夠有效的避免類似情況的出現(xiàn)。

調(diào)度中心對(duì)于下游站場(chǎng)的管理決策直接影響到各站場(chǎng)乃至整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量^[1-2]。各站場(chǎng)值班人員的工作僅立足于本站場(chǎng)內(nèi)部及其下游影響區(qū)域，主要任務(wù)是安全高效的完成調(diào)度中心下達(dá)的調(diào)節(jié)任務(wù)，并對(duì)站場(chǎng)出現(xiàn)的突發(fā)問題進(jìn)行應(yīng)急處理^[3]。缺少科學(xué)依據(jù)是矛盾產(chǎn)生的主要原因，對(duì)儲(chǔ)配站進(jìn)、出站壓力進(jìn)行合理的匹配計(jì)算是解決此矛盾的根本。

2　管段壓力損失計(jì)算

進(jìn)行儲(chǔ)配站進(jìn)、出站壓力合理匹配計(jì)算就是要在滿足出站最低壓力要求的情況下，對(duì)站場(chǎng)內(nèi)的壓力損失進(jìn)行計(jì)算，從而匹配儲(chǔ)配站的最低進(jìn)站壓力要求。通過計(jì)算，使得調(diào)度中心下達(dá)任務(wù)和各站場(chǎng)完成任務(wù)情況都有理有據(jù)。

2．1　傳統(tǒng)管段壓力損失計(jì)算

天然氣在城市管網(wǎng)內(nèi)流動(dòng)過程中由于受到沿程摩擦阻力和局部阻力的共同影響，流動(dòng)狀態(tài)不斷發(fā)生變化。管段壓力損失按照下式進(jìn)行計(jì)算：

DP總=DP摩+DP局 　　　　　   (1)

式中：DP總——管段的壓力損失，KPa；

DP摩——管段受到沿程摩擦阻力導(dǎo)致的壓力損失，KPa；

DP局——管段受到局部阻力導(dǎo)致的壓力損失，KPd^[4]。

城市管網(wǎng)水力計(jì)算過程中對(duì)沿程摩擦壓力損失和局部壓力損失的處理相對(duì)較簡(jiǎn)單。當(dāng)對(duì)某一特定管段進(jìn)行研究時(shí)，傳統(tǒng)的處理方式是根據(jù)該管段不同的管材和天然氣的流動(dòng)特性選用適當(dāng)?shù)膮?shù)，通過計(jì)算公式得到管段的沿程摩擦阻力；而對(duì)于局部壓力損失的處理，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可按沿程摩擦阻力損失的5％～l0％進(jìn)行估算或利用各設(shè)備的局部阻力系數(shù)計(jì)算得到各管段的局部壓力損失^[5]。

而對(duì)于街坊庭院管段和室內(nèi)管段及場(chǎng)站區(qū)域的燃?xì)夤芏?，三通、彎頭和閥門等設(shè)備眾多，局部阻力損失所占比例較大^[6]，加之各設(shè)備的使用時(shí)間與磨損情況存在差異，而且沒有一定的規(guī)律性，局部阻力損失如果采用與城市管網(wǎng)水力計(jì)算相同的處理方式明顯會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，因此，需要探尋一種新的方式進(jìn)行處理。

2．2　站場(chǎng)沿程摩擦壓力損失

根據(jù)壓力損失產(chǎn)生的原因，站場(chǎng)壓力損失可以分為沿程摩擦壓力損失和局部壓力損失兩類，需要分別采用不同的處理方式進(jìn)行計(jì)算。下面對(duì)具體的處理方式進(jìn)行說明。

對(duì)于鋼管系統(tǒng)，沿程摩擦壓力損失可以根據(jù)公式直接進(jìn)行計(jì)算。

式中：DP——管段的壓力降；中高壓管網(wǎng)DP=P1²-P2²，其中P1和P2分別為管段始、末端的壓力值。

L——管段的計(jì)算長(zhǎng)度，m；

D——管段內(nèi)壁當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，mm。，對(duì)于鋼管，D=0.17mm；

D——管段內(nèi)徑，m；

u——天然氣運(yùn)動(dòng)粘度，m²／s；

Q0——天然氣的計(jì)算流量，Nm³／h；

r0——天然氣的密度，kg／Nm³；

T——天然氣的絕對(duì)溫度，K；

T0——273K^[5]。

2．3　局部壓力損失

當(dāng)天然氣流經(jīng)過濾器、調(diào)壓器、流量計(jì)和匯管等管路上的設(shè)備時(shí)，其幾何邊界發(fā)生急劇改變，形成大小不一的漩渦區(qū)，這種漩渦勢(shì)必帶來一定壓力損失，通常稱之為局部壓力損失，其數(shù)值與各設(shè)備的局部阻力系數(shù)、天然氣的密度和燃?xì)庠诠芏蝺?nèi)的流動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)。

2．3．1局部阻力系數(shù)

設(shè)備的局部阻力系數(shù)是一無量綱數(shù)，與設(shè)備的固有性質(zhì)有關(guān)。對(duì)處于管段系統(tǒng)上某一特定的設(shè)備而言，其局部阻力系數(shù)是一定值。新投入使用的設(shè)備的局部阻力系數(shù)通?？梢杂稍O(shè)備的生產(chǎn)廠家提供。但實(shí)際使用過程中，由于受到流體介質(zhì)和使用狀況的共同影響，設(shè)備的磨損程度存在較大差異，導(dǎo)致同一管段上相同設(shè)備的局部阻力系數(shù)也發(fā)生不同程度的改變。因此，設(shè)備局部阻力系數(shù)的確定是計(jì)算管段局部壓力損失的關(guān)鍵。

2．3．1．1各管段設(shè)備的局部阻力系數(shù)值

通常情況下，某一設(shè)備的局部阻力系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。為了計(jì)算方便，相關(guān)資料上給出了天然氣管路中，一些常用設(shè)備的局部阻力系數(shù)的參考值見表1^[6]。

站場(chǎng)管段的管徑較大，而且燃?xì)獾牧髁亢艽?，?duì)實(shí)際的站場(chǎng)進(jìn)行研究時(shí)，局部阻力系數(shù)如果直接采用表1提供的參考值并不合適。另外，站場(chǎng)管路設(shè)備較多，而且拆卸不便，采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法獲取每個(gè)設(shè)備的局部阻力系數(shù)相當(dāng)麻煩，可行性不高，因此，需要嘗試采用新的方法對(duì)管路設(shè)備的局部阻力系數(shù)進(jìn)行研究。

由于在局部壓力損失計(jì)算過程中，直接采用的是管段總局部阻力系數(shù)值。傳統(tǒng)計(jì)算時(shí)，管段總局部阻力系數(shù)是各管路設(shè)備局部阻力系數(shù)的簡(jiǎn)單累加。每個(gè)管路設(shè)備的局部阻力系數(shù)值較難獲得，如果能夠直接得到管段總局部阻力系數(shù)值將為壓力損失計(jì)算帶來較大的便利。

2．3．1．2管段總局部阻力系數(shù)值

管段各設(shè)備的局部阻力系數(shù)是管段各設(shè)備的固有性質(zhì)，不受流體的流動(dòng)狀態(tài)和流體特性的影響，則管段總阻力系數(shù)值與管段在特定流態(tài)下計(jì)算得到的總阻力系數(shù)值相同，因此，本研究采用站場(chǎng)各不同時(shí)刻下運(yùn)行的水力工況參數(shù)作為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的平均值作為該管段總局部阻力系數(shù)值。

管段總局部阻力系數(shù)值計(jì)算步驟：

(1)采集SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)^[7]；

(2)計(jì)算沿程摩擦壓力損失，即計(jì)算只考慮摩擦壓力損失時(shí)管段末端的壓力值；

(3)與實(shí)測(cè)壓力值進(jìn)行比較，得到局部阻力帶來的壓力損失值；

(4)根據(jù)公式計(jì)算管段總局部阻力系數(shù)值，并采用各時(shí)刻計(jì)算結(jié)果的平均值作為實(shí)際值。

2．3．2管段局部壓力損失

得到了管段總局部阻力系數(shù)值就可以根據(jù)公式對(duì)管段的局部壓力損失進(jìn)行研究。管段局部壓力損失可用下式求得：

式中：∑z——計(jì)算管段總局部阻力系數(shù)值；

V——管段中燃?xì)饬魉伲?span lang="EN-US">m／s；

r——天然氣密度，kg／m³。

3　站場(chǎng)實(shí)際計(jì)算

利用前面介紹的方法，對(duì)重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司某儲(chǔ)配站進(jìn)行計(jì)算，該儲(chǔ)配站部分工藝流程示意圖見圖1。

3．1　讀取樣本數(shù)據(jù)

通過SCADA監(jiān)控系統(tǒng)^[8]分別讀取2013年12月11日各時(shí)刻管段上各監(jiān)控點(diǎn)的壓力變化情況作為計(jì)算樣本。

3．2　實(shí)際計(jì)算處理

(1)對(duì)讀取的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，考慮本研究的目的是確定在末端出站壓力滿足條件的情況下，進(jìn)站壓力的合理匹配，因此，需要在管路系統(tǒng)中閥門開度最大的情況下對(duì)各管段進(jìn)行分析，并且將樣本數(shù)據(jù)中不符合條件的數(shù)據(jù)剔除后再進(jìn)行計(jì)算；

(2)為了計(jì)算的方便，需要對(duì)不同的管段情況進(jìn)行分析，分別選擇采用不同的計(jì)算處理方式。其中匯2-匯3、匯3-匯8管段壓降較小，而且受到管路設(shè)備的影響較小，在計(jì)算過程中只考慮其沿程摩擦壓力損失即可；但匯9-匯13管段壓力變化較大，是站場(chǎng)內(nèi)管段壓力損失的主要部分，而且管路設(shè)備較多，局部壓力損失較大，需要分別計(jì)算其沿程摩擦壓力損失和局部壓力損失；

(3)在計(jì)算過程中，需要根據(jù)末端出站壓力的限制條件，分別依次從各管段的末端開始計(jì)算管段始端的壓力，最終得到進(jìn)站最低壓力需求。

3．3　計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算得到儲(chǔ)配站在不同流量下進(jìn)、出站壓力匹配計(jì)算結(jié)果見表2。

4　結(jié)論

對(duì)于沒有壓縮機(jī)組的儲(chǔ)配站，其天然氣進(jìn)站胝力無法自主升高，因此，儲(chǔ)配站進(jìn)、出站壓力匹配研究具有重要的意義。在儲(chǔ)配站通過自身內(nèi)部調(diào)節(jié)仍無法滿足下游用戶穩(wěn)定用氣要求時(shí)，調(diào)度中心和站場(chǎng)都可以借鑒此方法進(jìn)行計(jì)算，以指導(dǎo)日常的工作。計(jì)算中采用的管道基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)越充分準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果參考價(jià)值就越高。

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本文作者：王興畏　吳曉梅

作者單位：重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司