天然气长输管道放空时间的探讨

一、前言

天然气管道长输是天然气工业的基础产业之一, 其安全性、环保性以及高效性一直备受关注。因而天然气长输管道的科学生产管理, 保证输气的平稳, 预防发生事故, 并能在突发事故出现后, 将事故损失减到最小, 这是一个非常值得探讨的课题[1]。本文首先对管道内天然气放空所需要的时间进行演算推理, 得到相应的计算公式, 再结合工程实际情况, 与通过其他计算方式得到的结果进行比较, 得出最终结论, 从而为今后的生产调度, 事故抢修等工作的组织与开展, 提供有效的理论依据。

二、放空时间推导

由气体状态方程

(1)

得 (2)

假设放空前管道内压力为, 放空后管道内压力为, 则:

放空量 (3)

按0.5马赫流速核定的流量, 由, 假设放空速度保持恒定, 由放空量除以放空速度可得到放空时间:

(4)

式中:t——放空时间 (s) ;

——放空管道的体积 (m3) ;

d——放空总管内径 (m) ;

——放空前管道内压力 (MPa) ;

——放空后管道内压力 (MPa) ;

——标准大气压力, 0.101325MPa。

《天然气长输管道工程设计》[2]中提到, 放空管径通常为输气干线直径的1/3-1/2。假设某段管道设计压力为4.0MPa, 管径为φ914×11mm, 阀室间距为24km, 放空管管径取φ323.9×10mm, 将管内天然气全部放空, 直到与大气压力相同, 根据 (4) 式计算得出的放空时间为6.6h。

三、《天然气长输管道工程设计》的计算方式

在《天然气长输管道工程设计》[2]中, 放空时阀门全部打开, 因而放空时间计算公式为:

(5)

式中:t—放空时间/s;

—选择系数:理想孔F为1.0, 直通闸阀F为1.6, 普通闸阀F为1.8, 涂润滑脂旋塞阀F为2.0;

—管道放空的初始压力/MPa;

—管道的内径/mm;

—天然气的相对密度;

—截断阀的间距/km;

d—为放空总管内径 (mm)

根据 (5) 式, 选用普通闸阀计算, 得放空时间为1h, 此时平均放空速度58.5×104/h, 放空管流速远不止0.5马赫, 因此实施上无法实现。

四、其他计算方式

文献《对管线内天然气放空时间及放空量的探讨》[1]中, 推导了放空时间的计算公式:

(6)

式中:t—放空需要的时间/s;

—放空管道的体积/m3;

M—放空气体相对分子质量;

K—绝热指数;K=CP/CV, 对于天然气:K为1.3, 对于空气:K为1.4;

F—放空阀全开时的截面积/M2;

μ—阀门开度;根据阀门开启高度计管径之比 (h/d) 查图。

P1—放空前管道内绝对压力/MPa;

P2—放空后管道内的绝对压力/MPa;

T—管线温度/K, g为9.8;

Z—天然气的压缩系数。

根据 (6) 式, 放空阀全开时截面积按0.07M2考虑, 管线温度20℃, 天然气压缩系数取0.7, 算的放空时间为1.2h, 此时平均放空速度47.4×104/h, 放空管流速亦远超0.5马赫。

五、结论

GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》[3]中对放空火炬出口的马赫数有如下规定:当站内发生事故时, 需要将原料或产品气体全部排放, 按照最大的排放量计算, 马赫数可以取到0.5。”通过三种计算方式的结果分析, (5) 式、 (6) 式的计算结果的马赫数偏大, 笔者建议采用 (4) 式对长输天然气管道的最小放空时间进行估算。得出放空时间, 当事故发生时, 业主根据自身的抢维修能力及长输管道用户重要性的不同, 及时组织抢维修工作。

摘要：本文首先对长输管道内天然气放空所需要的时间进行计算方式的推导, 并与其他计算方式进行比较分析, 得出最优计算方式。为今后的生产调度与事故抢修等工作的组织与开展, 提供有效的理论依据。

关键词：天然气,放空量,放空时间