管道開放能力評價指標體系*

劉穎 李明 劉長林 楊生紅

中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處

川渝骨干管網是隨著川渝地區氣田開發和城市發展分階段由多個區域性管網組成的大型復雜環形管網建設而成的，具有進氣點多、用戶多、壓力控制點多等特點。2014 年國家能源局頒布《油氣管網設施公平開放監管辦法（試行）》及有關規定，明確了對油氣管網設施規劃、計劃的落實和重大油氣項目的實施，對油氣管網設施公平開放，輸送（儲存、氣化、液化和壓縮）能力和效率、價格與成本，接入申請和受理，合同簽訂與執行，信息公開與報送等油氣管網設施公平開放相關事宜進行監管[1-3]。目前，國內外在管道開放能力評價方面開展的研究還比較少見，國內外缺少管道開放能力評價指標體系相關成果。本文在借鑒城市燃氣管網等輸送能力評價指標的基礎上，結合川渝天然氣管網的特點，經過反復優化，建立了管道開放能力評價指標體系，評價管道可供對外開放的程度，填補了國內該技術領域的空白，為合理對外開放管網設施提供了重要的技術支撐。

1 川渝管網輸送能力影響因素分析

管網開放的本質是開放管道，根據管道可供開放的程度確定對外開放情況。目前國內并無管道開放能力評價指標體系的研究成果，需要借鑒城市燃氣、水網、電網、供熱管網等輸送能力評價指標建立管道開放能力評價指標體系。

對于復雜的川渝管網，管網密度、事故率、水力工況、管道輸送效率、管道儲存能力、各站場富裕儲氣能力、用氣不均勻性、檢測等內容都是影響輸送能力的因素[3]（表1）。

表1 川渝管網輸送能力的影響因素Tab.1 Influencing factors of the transportation capacity of Sichuan-Chongqing Pipeline Network

1.1 氣源

氣源分布位置、氣源量、氣源穩定性、氣源壓力是影響管網輸送能力的重要因素，氣源分布越均勻、氣源進氣量和氣源壓力越穩定，在同等管網建設情況下，管網的輸送能力越好。

1.2 管網結構

天然氣管網有環狀、枝狀、環枝狀等不同的分布形狀。管網的密度越高，對區域的供氣能力越強，但造價、運營維護的成本，發生危險的后果也越嚴重[4]。

1.3 安全能力

（1）風險評價。它是指識別對管道安全運行有不利影響的危害因素，評價事故發生的可能性和后果危害程度，綜合得到管道風險大小，提出相應風險控制措施的分析過程。

（2）事故率。它是指某區域平均每年每公里發生的事故（或故障）次數。

1.4 輸送能力

（1）管道輸送效率。隨著管道運行時間增長，管道內隨氣體帶入的其他雜質以及腐蝕產物就會堆積在管道低洼處，降低了管道有效流通面積，使輸送效率降低，影響管道輸送能力。

（2）管道儲氣能力。在川渝管網中，管道本身的儲氣能力是整個管網輸送能力的支撐部分。在高峰用氣時段內，若管道的儲氣能力依然能夠滿足需要，則認為管道的儲氣能力滿足現有需求[5]。

（3）各站場的富余能力。管網的站場在日常工況下一般都具有一定的富余能力，分析各站場的富余能力可以間接得出下游用戶的不飽和程度，對于區域管網輸送能力分析很有幫助。

1.5 運行管理

（1）檢測。檢測分為管道檢測和站場檢測兩部分。對管道的壓力、流量、腐蝕狀況等方面進行檢測，全面了解管道運行情況，及時排除危險因素，保證管道的運行效率和運行安全。

（2）維修。維修側重于對已經發生故障而不能正常工作的管網進行修補，維修效率決定管網是否能夠快速地再次投入運行，是否能夠控制故障的發展規模。

1.6 用戶

（1）用氣不均勻性。用戶在一天中的不同時段、一年中的不同季節的用氣量各不相同，稱之為用氣不均勻性。用氣量的高低變化是影響管網輸送能力的重要因素。

（2）用氣依賴程度。用戶在氣體供應不足或中斷的情況下，是否有其他備用能源可以使用。

（3）用戶覆蓋率[6]。對于同一地區，用戶覆蓋率越大，表明現有管網在結構和功能上能夠供應越多的天然氣。

2 管道開放能力評價指標體系

指標適用的主體是單根管道。篩選目的：在突出重要因素基礎上，建立全面性、安全性、適用性、可量化宜操作的指標體系。

因素選擇依據：川渝管網自身特點、實際生產運行情況以及剩余輸送能力計算方法。

經資料調研，國內外暫無關于管道開放能力指標方面的文獻及可借鑒的研究成果，結合川渝管網自身特點、實際生產運行情況以及管網剩余輸送能力計算方法，綜合考慮安全、運行、調配等因素，最終確定了以管道運行負荷率、調峰能力和應急調配能力為主要指標的管道開放能力評價指標體系，通過統計分析和計算5 年內川渝骨干管道運行歷史數據，明確了指標體系各級指標權重[7]（表2）。

表2 管道開放能力評價指標體系Tab.2 Evaluation index system of pipeline opening capacity

說明：①體系指標中調峰能力和應急調配能力沒有二級指標，為了統一公式，便于計算，將上述兩項的二級指標值設為1；②一條管段有起終點兩個站場壓力負荷率，從安全運行出發，在計算管道開放能力指標時取站場壓力負荷率的高值；③高后果區、安全隱患、管道智能檢測情況等安全要素作為管理手段進行控制，不納入管道開放能力評價指標體系要素。在進行管道開放時，鑒于安全隱患的敏感性和后果嚴重性，管道沿線存在隱患則采取一票否決制，不予開放。

表2 中參數計算方法如下：

（1）管線輸量負荷率。

式中：λ為管線輸量負荷率；Qj為管網計劃輸送能力下的管線輸氣量，即每條管道需要輸送的氣量，104m3/d；Qs為管線設計輸氣量，104m3/d。

（2）站場壓力負荷率。管網中有天然氣處理中心、城市門站、分輸站等各種不同功能的站場，站場將天然氣進行分離、調壓、計量等處理后輸送給用戶。站場壓力的高低直接影響天然氣輸送和配給的流暢度。

式中：η為站場壓力負荷率；pj為管網計劃輸送能力下的站場運行壓力，即站場實際運行壓力，MPa；ps為站場設計壓力，MPa。

（3）調峰能力。調峰氣量越多，用氣不均勻性越明顯，用氣波動越大，可供開放的能力越小。

（4）應急調配能力。應急工況下輸量增加越多，表明該條管線應急調配能力越大，可供開放的能力越小。

將表2 用公式進行統一描述，得到管道開放能力評價指標A[8]，即

通過統計分析2013—2018 年管網運行情況，充分考慮管道安全運行情況，將管道開放能力評價指標A劃分為三個等級（表3）。

表3 管道開放能力評價等級Tab.3 Evaluation level of pipeline opening capacity

3 應用實例

以計算時段期間干線1 和干線2 運行情況為例，分析計算2 條管線的開放能力指標值，對管線的開放能力進行評估。

3.1 干線1 開放能力評價

干線1管線長度26.3 km，設計輸量600×104m3/d，設計壓力4.0 MPa，主要功能是將氣源輸往成都、雙流、眉山及仁壽部分用戶。12 月1 日—12 月8 日起點站C 干線1 出站氣量統計如表4，計算指標時取12 月1 日—12 月8 日氣量平均值。

（1）運行負荷率。計劃安排量下輸送能力（此處取干線1 當前日常運行氣量）為547×104m3/d；干線1 起點站C 出站壓力為3.1 MPa（起點站C 出站調壓控制在3.1 MPa）。

干線1 的管線輸量負荷率由公式（1）可得

對應表2 可知管線輸量負荷率指標得分為0.4×0=0。

干線1 的站場壓力負荷率由公式（2）可得

對應表2 可知站場壓力負荷率指標得分為0.6×0.2=0.12。

運行負荷率指標得分為0.4×（0+0.12）≈0.05。

（2）調峰能力為342×104m3/d，占到計劃安排量下輸送能力（547×104m3/d）的63%，調峰能力指標得分為0.4×0=0。

（3）應急調配能力。通過模擬計算得到干線1應急調配能力為68×104m3/d，占計劃安排量下輸送能力的12%，調峰能力指標得分為0.2×0.6=0.12。

（4）評價結果。將運行負荷率、調峰能力和應急調配能力得分相加，得到12 月份干線1 開放能力指標為0.17，根據表3 可以看出干線1 開放能力差，不建議開放。

3.2 干線2 開放能力評價

干線2 管線長度35.5 km，設計輸量130×104m3/d，設計壓力2.5 MPa，主要功能是為樂山片區供氣，起點站A 出站將干線2 運行壓力控制在2.0 MPa。目前樂山片區有8 家用戶，用戶總用氣量約為100×104m3/d，主要由干線2 來氣供給，干線3 穩定補充約20×104m3/d。6 月1 日—6 月8 日終點站B 用戶用氣情況及干線2 運行情況如表5，計算指標時取干線6 月1 日—6 月8 日氣量平均值。

（1）運行負荷率。計劃安排量下輸送能力（此處取干線2 當前日常運行氣量）為81×104m3/d；干線2 起點站A 出站壓力為2.0 MPa（起點站A 出站調壓控制在2.0 MPa）。

表4 干線1 在12 月1 日—12 月8 日期間運行情況Tab.4 Operation status of the pipeline 1 from December 1st to December 8th 104 m3/d

干線2 的管線輸量負荷率由公式（1）可得

對應表2 可知管線輸量負荷率指標得分為0.4×0.2=0.08。

干線2 的站場壓力負荷率由公式（2）可得

對應表2 可知站場壓力負荷率指標得分為0.6×0.2=0.12。

運行負荷率指標得分為0.4×（0.08+0.12）=0.08。

（2）調峰能力。即為日用氣量波峰波谷差值，由表5 可得干線2 所需調峰能力為32×104m3/d，占計劃安排量下輸送能力（81×104m3/d）的39.5%。對應表2 可知調峰能力指標得分為0.4×0.4=0.16。

（3）應急調配能力。終點站B 用戶用氣量較為穩定，統計該站1—6 月生產數據，得出現有用戶最大用氣量為120×104m3/d。目前站場主要由干線2 來氣供給，干線3 補充，當干線3 發生異常情況時，站場C 最大用氣量120×104m3/d 全部由干線2供應，此種工況下干線2 最大輸量為120×104m3/d，比日常輸量81×104m3/d 多39×104m3/d，即干線2為保證用戶用氣所需應急調配能力為39×104m3/d，占計劃安排量下輸送能力的48%。對應表2 可知調峰能力指標得分為0.2×0.4=0.08。

（4）評價結果。將運行負荷率、調峰能力和應急調配能力得分相加，得到6 月份干線2 開放能力指標為0.32，根據表3 可以看出干線2 開放能力處于臨界值，考慮管道安全運行情況，建議不開放。

結合生產運行數據，對干線2 和干線1 開放能力指標進行了計算，根據結果可以看出兩條管道開放能力指標值計算結果是可靠的，與管道實際運行中高峰量和日均量超過或接近設計輸量的工況非常吻合，證明了評價指標體系的正確性。

4 結束語

以城市燃氣管網等輸送能力評價指標為基礎，針對川渝骨干天然氣管網的特點，通過反復優化，統計分析大量管道運行數據，創新建立了管道開放能力評價指標體系。實例計算了2015 年12 月干線1 和2016 年6 月干線2 的開放能力指標，評價了管道開放能力情況，驗證了評價指標體系的正確性，為合理對外開放管道提供了重要技術支撐。