天然气管道运行参数控制分析
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作者: 胡明杰
摘 要：本文结合了西气东输二线霍尔果斯―中卫段红柳和中卫联络站，以及各分输站内的压力和流量控制系统，对天然气管输系统压力和流量控制系统进行了大致分析。通过对管路调节控制和离心压缩机调剂机组双机运行的阐述进行了简单的控制分析。在天然气管输过程中，对天然气的流量和压力加以调节控制，以满足各种工艺和系统安全要求，提高管路运行的稳定性。
关键词：天然气管输;运行参数;控制分析
1 概述
随着国内对天然气这种优质清洁能源和燃料需求量的不断增长，天然气在我国的能源消费结构中所占的比例也逐年增大。怎样提高天然气管道的经济效益和系统的安全性，并且实现管道的安全运行、节能减耗，成为了科学研究和管理运行的重大目标。随着SCADA系统在国内天然气长输管道中的应用，使得管道运行系统自动化水平得到了显著提高，本文就天然气管道运行参数控制进行了简述。
2 天然气管输系统介绍
在天然气长输管道系统中，由于管道内部存在摩擦阻力，克服沿途的高低起伏会损耗很多热量，各种形式的热损失会引起管道气体压力减小，从而使驱动气体输送的压力越来越低，最终导致天然气不能到达用气终端。为弥补天然气在管输过程中因为各种因素产生的压力损失，通常通过压缩机增压，每隔一定距离布置压气站，来维持天然气在管道中的流动，从而提高管道输送压力。
压缩机由于能够不断为输气管道提供输气动力，因而被称为输气管道系统的“心脏”，其技术性能和运行功率以及备用系数严重影响着输气系统的可用性、可靠性和经济性。在天然气输送系统中，主要采用离心式压缩机。
3 管道运行参数控制在西气东输二线站场的应用
根据西气东输二线西段的初步设计规划，霍尔果斯-中卫段干线设14座压气站、5座分输站和1座联络站，66座线路截断阀室。在红柳联络压气站、中卫联络压气站实现西气东输二线和西气东输一线互为安保供气。在中卫-靖边联络线的靖边联络站实现西气东输二线向西气东输一线和陕京二线保安供气。在这四个站分别设置保安供气的流量控制系统。
联络站保安供气流量控制系统为一用一备，每回路采用一台控制阀和一台流量计，可根据设定的流量进行一定的流量供气。这样既保证了在有计划的条件下该运行线自身系统的稳定运行，又达到了向接受保安供气线供气量的要求。
4 天然气管道运行参数控制
4.1 天然气管道运行参数控制概述
在影响天然气管输系统的安全性能和工艺性能的因素中，流量和压力是不可忽视的重要因素，同时也是需要调节与控制的主要方面。传统的天然气管输系统对天然气的流量和压力的调节，采用的是定性调节的方法，首先确定被调节对象的调节参数，然后通过控制“开”或“关”调节阀的方式来调节被调节对象。
随着管输系统自动化水平的提高，很多管输系统根据其运行环境，设置有自动调节控制系统，以此来调节管道的工艺运行参数，使天然气管输系统在允许工况范围内安全平稳地运行。自动调节系统主要由调节阀和与调节阀配套的电动、气动、电液联动或气液联动执行机构以及检测被调参数的仪表等组成。
4.2 管路调节控制
管输系统中进气线路与输气线路相连，构成错综复杂的输气网络，当出现一条或多条进气支线与输气干线连接的情况时，为保证支线与干线在进气点处压力平衡，同时输气干线和进气支线在希望的运输量下运行，需要对进气支线进入主干线的气压进行调节。常见的由于管路压力不平衡造成的问题包括：由于进气支线的气压过低致使支线内的天然气进入不了输气干线，由于进气支线的气压过高致使输气干线进气点的来气量下降。调节气压时，进气支线进入输气干线的气压调节系统一般设在支线的起始端。如果进气支线的起始端设有压气站，也要对支线流量进行调节，在流量一定的情况下，压力调节设定值由输气干线与进气支线汇合点处所需的平衡压力再加上克服支线段的摩阻损失所需压力之和来确定。
4.3 压缩机调节控制
在长输天然气管线系统中，压缩机作为输气干线的“心脏”，在整个管输系统运行过程中，有着举足轻重的作用。随着天然气管输系统运行环境的变化，管输系统中的压缩机的入口（或出口）气体的流量或压力会感知环境发生变化，所以需要在运行中对进入（或流出）压缩机的天然气的流量和压力进行调节控制，以保障压缩机的安全可靠运行。
4.3.1 离心式压缩机调节控制
离心式压缩机有以下几种调节方法：①通过改变压缩机转速进行调节;②通过控制压缩机出口流量进行调节;③对压缩机进行进口节流调节;④压缩机导向叶片调节方法;⑤旁路回流调节方法。
4.3.2 离心压缩机并联工作特性
压缩机作为天然气管输系统的非常重要的非管元件，经常以并联工作的形式发挥作用。压缩机并联工作的常见情况： ①管道的输送量非常大，一台压缩机难以单独的去完成输送任务，应该考虑选用几台压缩机并联供气;②用户的用气量的波动幅度比较大，并且波动频繁，这种情况下用两台压缩机并联供气，其中一台作为主工作机，另一台作为辅助工作机，根据用户的用气量大小来安排辅助工作机是否一起供气，用户的用气量大时同主机一起供气，用户用气量较小时，就可以停机。
5 结论
随着天然气作为典型的清洁能源在日常生活中的作用越来越大，其大量需求必然会产生大量供应和运输。为保证天然气管输系统的安全稳定运行，必须对天然气管输系统运行参数控制，即通过调节系统对管输压力和流量的控制，以最大限度地避免天然气运输过程中发生的不必要的事故。
参考文献：
[1]陶永华主编.新型PID控制及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]高松竹.输气干线压缩机站运行优化研究[D].西南学院，2002.
[3]李长俊主编.天然气管道输送[M]，北京：石油工业出版社，2000.
作者简介：
胡明杰，男，1985年出生，湖南邵阳人，汉族，副站长，助理工程师，油气输送行业。
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