輸氣管道投產(chǎn)過程混氣規(guī)律探討

張　嶸（浙江浙能天然氣運行有限公司,杭州310052）

輸氣管道投產(chǎn)過程混氣規(guī)律探討

張嶸
（浙江浙能天然氣運行有限公司,杭州310052）

能否很好的完成空氣的置換是天然氣管道安全輸送的重要保證，本文通過模擬管長2km、管徑0.4m天然氣管道投產(chǎn)氣體置換，分析了壓力、流速、管道長度等因素對置換過程中混氣段長度的影響，得出了計算混氣段長度的經(jīng)驗公式，對輸氣管道投產(chǎn)氣體置換提供指導(dǎo)。

天然氣管道；投產(chǎn)；混氣長度；研究

0引言

目前，我國國內(nèi)對油氣管道的投產(chǎn)置換工藝進(jìn)行的系統(tǒng)研究還不是很多。本文通過對管道內(nèi)的氣體建立二維模型，分析了壓力、流速、管長等因素對混氣段長度的影響，并根據(jù)幾種因素之間的規(guī)律擬合了經(jīng)驗公式[1-3]。

1　混氣模型建立

在天然氣輸氣管道投產(chǎn)過程中，管道的直徑相比于管道長度來說，其長度基本可以忽略不計，所以在輸氣過程中，由于氣體的擴(kuò)散速度較大，可以將氣體在管道中的擴(kuò)散近似的簡化為如下模型，氣體的混氣規(guī)律如圖1、2所示。

2　混氣規(guī)律研究

2.1壓力對混氣段長度影響

為了研究壓力對混氣長度的影響，本文在相同的流速下，壓力分別取0.1MPa和0.15MPa壓差不大的兩種情況下的混氣長度進(jìn)行模擬對比。來置換管長2km、管徑0.4m的天然氣管道。對比結(jié)果如圖3所示。可以得出：由于投產(chǎn)時氣頭的推進(jìn)主要是靠已置換管段建立的背壓，在置換過程中，氣體的壓力和勢能會相互轉(zhuǎn)化，因此在遇到較大起伏段時氣頭背壓會有所減小，影響氣頭的推進(jìn)速度。

2.2流速對混氣段長度影響

由圖4可知天然氣-氮氣的混氣長度隨著速度的增大而增加，并且置換速度越大，混氣長度平均增長的速度越快。

2.3管徑對混氣段長度影響

由圖5可知，在相同工況下，不同管徑對應(yīng)不同的混氣長度，且混氣長度隨管徑的增加而增大，幾乎呈線性趨勢。主要原因為：在相同工況下對流擴(kuò)散系數(shù)隨著管徑的增大而增大，因此管徑越大，混氣長度越大。

以管長2km，管徑0.4m的天然氣-氮氣-空氣置換為例，對混氣長度進(jìn)行非線性擬合。為了進(jìn)行三維擬合，將管長與管徑視為一個變量，用長徑比L/d表示，將不同流速下的曲線進(jìn)行擬合及長徑比，得出混氣長度與管徑之比(Lmix/d)與長徑比(L/d)、流速(u)二者關(guān)系的擬合公式：

天然氣-氮氣混氣長度擬合公式：

則對應(yīng)的混氣量為：

3　結(jié)論

本文通過模擬分析管長2km，管徑0.4m天然氣管道投產(chǎn)氣體置換，分析了壓力、流速、管長對置換混合氣體長度的影響，擬合得出了計算天然氣與氮氣混氣段長度計算公式，有利于更好的指導(dǎo)天然氣管道投產(chǎn)氣體置換工作。

[1]SY/T623321996，天然氣管道試運投產(chǎn)規(guī)范[S].中國石油天然氣總公司,1996.

[2]高貴民.氮氣隔離技術(shù)在輸氣管線投產(chǎn)中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，1995,l5(05):85-86.

[3]許玉磊,宋曉琴,張一峰等.輸氣管道“氣推氣”投產(chǎn)過程混氣規(guī)律研究[J].油氣儲運,2008,27(01).

張嶸（1984—），本科，浙江大學(xué)機(jī)械與能源學(xué)院，助理工程師，研究方向：天然氣運營管理。