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 102200）

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 102200）

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。

气源停输；管道堵塞；动态模拟

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［1］。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［2］。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90%城镇燃气和50%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。

1 气源停输

某长输天然气管道全长460 km，全线共4个气源，沿线分输站16个，对2030年单个气源停输和所有气源均停输两种事故工况进行了分析。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［3］。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间为管道自救时间。

（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90%城镇燃气和50%工业用气量的标准进行设定，结果见图1，管线中A站约20.95 h后最先降到3.0 MPa。因此，该工况下管道系统的自救时间为20.95 h。

图1 单个气源停输后A站压力流量波动图Fig.1 Flow and pressure curve of A distributing station for stopping single gas resource

（2）所有气源均发生停输后，至少保证 90%城镇燃气和50%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5.38 h后首先降到 3.0 MPa。因此，该工况下管道系统的自救时间为5.38 h。

图2 所有气源停输后末站流量压力波动图Fig.2 Flow and pressure curve of the last station for stopping all gas resources

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［5］。在进行模拟分析时，考虑以2030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10 000在1 min内降到10，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4.02 MPa，流量为118836 m3/h，温度为17.9 ℃。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［4］。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。末站压力随时间变化情况如图7所示，在动态模拟分析中，在79 min时末站压力最先达到限定值1.6 MPa，当CN末站压力低于1.6 MPa时，将无法向城市居民与工业用户供气，因此管道自救时间为79 min。

图3 堵塞前管道末段压力流量沿趋势图Fig.3 Flow and pressure curve from last pipe before jam

图4 堵塞前管道末段温度趋势Fig.4 Temperature curve from last pipe before jam

图5 堵塞过程中堵塞点前压力流量随时间变化Fig.5 Pressure and flow curve before the blocking point during jam

图6 堵塞过程中堵塞点后压力流量随时间变化Fig.6 Pressure and flow curve after the blocking point during jam

图7 末站压力趋势图
Fig.7 Pressure curve of the last station

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三个事故工况进行工艺分析，在满足90%城镇燃气和50%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 MPa供气条件下，LH站压力最先降到3 MPa，管道自救时间为20.95 h；当所有气源停输时，WZ末站压力最先降到3 MPa，管道自救时间为5.38 h。

（2）RA至CN站之间管输压力较低，管径小，易发生堵塞事故。在2030年设计工况下通过控制RA站与PY站之间阀门开度来模拟堵塞事故工况，CN站压力最先降至1.6 MPa，管道自救时间为79 min。

［1］孙建国，王寿喜.气体管网的动态仿真［J］.油气储运，2001，08：18-21+5 8-4.

［2］李长俊，曾自强，江茂泽.天然气在管道系统中不稳定流动的分析［J］.天然气工业， 1994，14（6）：54-59.

［3］王寿喜.管网稳态分析线性化法［J］.天然气工业，1987，04：62-67+8.

［4］李长俊.天然气在管道内的不稳定流动分析［J］.天然气工业，1992，12（4）：69-71.

［5］李德波.复杂环状管网水力计算方法探究［J］.节能技术.2005，04：327-330.

Simulation Analysis on Accident Conditions of Long-distance Gas Pipeline

CAO Ze
（China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102200，China）

In recent years， the natural gas pipeline in China developed rapidly. The pipeline is the critical factor from gas exploration to the market. And it is an indispensable part of natural gas production in the storage and transportation. In this paper， dynamic simulation analysis and the rescue time calculation on the conditions such as shutdown and jam were carried out， which could help the pipeline operation and maintenance department to make contingency plans.

Shutdown；Pipeline jam； Dynamic simulation

TE 832

A

1671-0460（2015）12-2842-02

2015-04-01

操泽（1992-），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-mail：fc0426@163.com。