城鎮燃氣小時調峰與高壓管道規格選用

城鎮燃氣一天內的用氣量是隨時間而波動的，為保證輸配系統供氣穩定性，儲氣調峰方式的選擇是工程規劃設計階段的重要考慮因素之一。高壓管道由于具備輸氣、儲氣雙重功能且因其實用性、經濟性、靈活性等優點，在工程應用中得到廣泛應用。

本文通過分析某城市的高峰日小時用氣規律，計算出調峰需求量，并結合穩態水力計算公式進行城鎮燃氣小時調峰和高壓輸儲管道規格選用的關聯分析。

一、小時調峰分析

（一）工程概況

已知某市的高峰日小時用氣規律如表1，該市燃氣經營企業計劃自上游分輸站接氣，通過10Km高壓管道自門站接收氣源，并調壓后向中壓A管網供氣。上游分輸站供氣壓力4.0MPa（表壓），一天內24小時供氣量穩定，門站最低允許進站壓力0.5MPa。該市僅此一個氣源，管道路由的規劃地區等級為四級，且目前管道路由周邊20米范圍內建筑物較多。

（二）計算小時調峰需求量

計算結果如表1，該城市小時調峰需求量為64094Nm3，占高峰日用氣量的17.89%。

（三）小時調峰曲線分析

將各小時用氣量、供氣量及其調峰需求量制成圖表以便于分析，如圖1：

由圖1可以看出，上午7點以后（如圖中a點）用氣量開始大于供氣量，此刻管道內氣體存量最大、壓力最高，并處于遞減的轉折點，此后管道將發揮調峰補氣作用。19點（如圖中b點）以后，用氣量開始小于供氣量，管道調峰完畢并開始儲氣，此刻的管道內氣體存量最小、壓力最小，并處于遞增的轉折點，此后管道將發揮儲氣

作用。

二、計算管道理論內徑

由以上分析可以看出，該城市高峰日用氣量35.8×104Nm3，小時調峰需求量64094Nm3，在小時調峰曲線圖中，a點和b點分別為管道儲氣結束和儲氣開始點，在此兩時刻，管道內輸出氣量等于流入氣量，即該點對應的小時流量為該日平均小時用氣量。現采用《輸氣管道工程設計規范》GB 50251所推薦的穩態計算公式3.3.2-1，結合儲氣能力計算管道理論內徑。

（一）穩態水力計算過程

1.根據管道始端最高工作壓力（即上游供氣壓力）計算管道終端最高工作壓力

2.計算儲氣結束時的管道最高平均壓力

3.根據管道終端最低壓力（本案例中門站最低允許進站壓力為0.5MPa）計算管道始端最低工作壓力

——管道終端最低壓力

4.計算消耗終了、儲氣開始時最低平均壓力

（5）求得管道儲氣量

（二）理論內徑與儲氣調峰關聯驗算

采用以上穩態水力計算公式前，需預先設定一個理論內徑來驗算管道的儲氣調峰能力是否滿足城市用氣規律，并根據計算出的儲氣調峰量與實際需求量進行對比分析，調整內徑試算值。經多次試算，460mm的理論內徑在滿足輸氣能力35.8×104 Nm3/日的工況下，儲氣能力約為64835 Nm3，可基本滿足該城市64094Nm3的儲氣調峰及輸氣需求。

三、確定管道規格

（一）初設管道規格

1.鋼管外徑選擇

按照《城鎮燃氣設計規范》要求，高壓燃氣管道選用的鋼管應符合《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件》GB/T 9711。經查詢該規范推薦的鋼管外徑和壁厚的標準化數值（參考ISO 4200、ASME B36.10M、GB/T 21835），460mm理論內徑的管道應選擇D508mm系列鋼管。

2.計算鋼管壁厚

按照《城鎮燃氣設計規范》計算壁厚：

經計算，D508mm鋼管的計算壁厚為9.407mm。

由于該工程處于四級地區，且周邊20米建筑物較多，為避免拆遷補償、節約工期，需采取措施使管道安全間距減小。按照《城鎮燃氣設計規范》GB 50028第6.4.15規定，“四級地區內高壓A地下管道與建筑物外墻面之間的水平凈距不應小于30m，當管壁厚δ≥9.5mm時安全間距可縮小至15米。”因此，該工程的高壓管道初步選定規格為D508×9.5mm鋼管，內徑489mm。

（二）校核管道規格

經初步選定的鋼管規格還需按《城鎮燃氣設計規范》和《輸氣管道工程設計規范》進行一系列參數校核：直管段當量應力校核、彎頭組合應力校核、管道徑向穩定校核、剛度校核，必要時還需考慮地震載荷和腐蝕余量，計算過程本文不再贅述。經校核，D508×9.5mm鋼管滿足校核要求，考慮到該地區為四級地區，雖然采取3PE加強級防腐層和犧牲陽極保護，但為安全運行起見，本工程考慮了部分腐蝕余量并結合市場上常規鋼管規格最終選定D508×11.9mm鋼管，內徑484.2mm。

（三）復核輸氣儲氣能力

采用穩態水力計算公式，計算出該規格鋼管在滿足35.8×104 Nm3/d輸氣規模下，儲氣調峰能力為71884 Nm3，可以滿足該城市的儲氣調峰需求。

四、結論

（一）高壓管道的儲氣調峰能力與管道規格的選用是密切關聯的，通常需要對兩者進行反復驗算方可得到最佳值。

（二）管道規格的確定與工程現場條件、鋼管制造工藝、市場供貨情況密切相關，工程中需結合規范要求的安全間距等情況綜合考慮。

（三）管道摩擦阻力系數λ及燃氣壓縮因子Ζ對水力計算也有較大影響，計算過程中相對密度Δ、運動粘度υ的取值應盡量采用上游提供的經過分析的氣質數據，以盡量減小雷諾數Re和阻力系數λ計算誤差。

參考文獻：

[1]輸氣管道工程設計規范 GB50251-2003.

[2]城鎮燃氣設計規范GB50028-2006.

[3]《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件》GB/T 9711.

[4]《焊接鋼管尺寸及單位長度重量》GB/T 21835.