一种用于确定输气管道工艺设计参数的J曲线方法与流程

本发明涉及天然气输送技术领域，具体而言，涉及一种用于确定输气管道工艺设计参数j曲线方法。

背景技术：

输气管道的输气工艺方案比选，通用的做法是根据经验，人为拟定几个工艺方案，各相关专业分别完成设计输量下的计算、工程量资料互提等环节，通过技术经济比选，最终确定设计输量下最优的工艺方案。因为最初似优方案选择缺少交叉组合，可能遗漏可行的工艺方案。而且方案比选仅限于设计输量工况下，由于工艺方案对全输量范围适应性及增输潜力程度不同，难以综合判断方案优劣性。在输气管道工程前期规划及设计阶段，需对各种可行的工艺输送方案进行对比分析，但各可行方案间横向及交叉组合对比大大增加了工艺系统分析及经济比较的工作量。而且，不同管径、压力以及不同压比布站方案等对工程项目的经济性影响程度不同。

对于输气管道方案比选，j曲线横坐标为输量，纵坐标为单位数量下的工程值。该曲线物理意义说明：每个输气工艺方案(管径、压力、压比、驱动方式)均存在其最优输量q，当输量小于q时，随着输量增加，该方案单位输量经济性变优；而当输量大于q时，随着输量增加，该方案单位输量经济性变差。同时各方案j曲线存在交叉，交叉点输量下方案间经济性相同，其他输量下经济性存在不同程度的差异。在既定一条输气管道条件下，输量增加带来管道收益增加，但是工程投资也相应增加，因此给定输气工艺方案存在最优输量，反过来说，给定设计输量必然存在着最优的输气工艺方案。对于输气管道工程来说，项目前期规划和咨询阶段，由于数据相对较少，技术经济比较需要耗费大量的时间，但其效果却不尽如人意。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于确定输气管道工艺设计参数j曲线方法，使输气管道工艺方案经济性以j曲线的形式展现，应用j曲线方法对输气管道的经济性进行全生命周期评估，确定其最优技术方案。

本发明提供了一种用于确定输气管道工艺设计参数j曲线方法，该方法包括：

步骤1、根据项目要求的设计输量qd选定若干个管径，再根据输量和管径确定其对应的压力和压比；

步骤2、根据步骤1中的设计输量qd、压力和压比计算选定的每个管径所对应的站间距；

步骤3、等间隔改变输量，计算选定的每个管径在步骤2中所述压力、压比及站间距工况下单位长度的工程值；

步骤4、将步骤3中各个输量所对应的工程值点连线即得各管径所对应的j曲线；

步骤5、根据j曲线特征确定各设计输量下工艺设计参数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2和所述步骤3中的计算过程均是按照相同边界条件进行计算分析的。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3中单位长度可选择100km。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3中等间隔的大小为设计输量qd的1％。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1中压比的范围为1.1～2.2。

作为本发明的进一步改进，所述步骤4中的j曲线的横坐标为输量，纵坐标为工程值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2中具体的计算公式为：

式中qv为气体流量，m³/d；p1为输气管道计算段的起点压力，mpa；p2为输气管道计算段的终点压力，mpa；d为输气管道内直径，cm；z为气体压缩因子；γ为气体相对密度；tm为气体平均温度，k；l为输气管道计算段长度，km；a为系数，m^-1，；δh为输气管道终点和起点的标高差，m；n为输气管道的计算段数；hi,hi-1为各分管段终点和起点的标高，m；li为各分管段长度，km；λ为水力摩阻系数。

作为本发明的进一步改进，所述水力摩阻系数的计算公式为：

式中，k为输气管内壁绝对粗糙度，re为雷诺数。

本发明的有益效果为：本发明所述j曲线横坐标为输量，纵坐标为单位输量单位长度下的工程值。使输气管道工艺方案经济性以j曲线的形式展现，应用j曲线方法对输气管道的经济性进行全生命周期评估，可快速综合评价所有可行工艺方案优劣及经济性变化趋势，确定最优的工艺方案。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种用于输气管道工艺参数处理方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的一种用于输气管道工艺参数处理方法的j曲线示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例所述的是一种用于输气管道工艺参数处理方法该方法包括：

步骤1、根据项目要求的设计输量qd选定若干个管径，再根据输量和管径确定其对应的压力和压比；

步骤2、根据步骤1中的设计输量qd、压力和压比计算选定的每个管径所对应的站间距；

步骤3、等间隔改变输量，计算选定的每个管径在步骤2中所述压力、压比及站间距工况下单位长度的工程值；

步骤4、将步骤3中各个输量所对应的工程值点连线即得各管径所对应的j曲线；

步骤5、根据j曲线特征确定各设计输量下工艺设计参数。

每个输气项目都会给定一个要求的设计输量qd，在已经形成的特定数据库中选定该设计输量qd所对应的可能选用的所用管径，之后根据特定数据库中的信息即可选定每个管径所选用的压力及压比。j曲线上任何一点包含五个参数信息：管径、压力、站间距、压比、输量，其中4个参数确定后，另一个参数可通过计算确定。因此，给定管径、压力、压比、输量，可得出站间距；已知输量为qd、以及选定的压力和压比即可计算出每个确定管径所对应的站间距。确定了压力、压比、站间距即可等间隔改变输量计算每个确定管径所对应的工程值。将每个确定管径的所有工程值点连接即可得到该管径所对应的j曲线。最终即可得出设计输量qd所有可能管径所对应的j曲线。步骤3中的工程值为费用现值、净现值或年均总成本。在实际应用中可以选用费用现值、净现值或年均总成本等工程值进行计算比选。

进一步的，所述步骤2和所述步骤3中的计算过程均是按照相同边界条件进行计算分析的。进一步的，所述步骤3中单位长度选择100km，也可是其它任意长度值。

进一步的，所述步骤3中等间隔的大小为设计输量qd的1％。

本实施例中间隔的大小选用的是设计输量qd的1％，而在实际应用中也可确定为其他间隔，只要满足输气量的整个变化范围能够覆盖整个j曲线的范围即可。

进一步的，所述步骤1中压比的范围为1.1～2.2。

进一步的，所述步骤4中的j曲线的横坐标为输量，纵坐标为工程值。j曲线是工程值随输气量而变化的曲线。

进一步的，所述步骤2中具体的计算公式为：

式中qv为气体流量，m³/d；p1为输气管道计算段的起点压力，mpa；p2为输气管道计算段的终点压力，mpa；d为输气管道内直径，cm；z为气体压缩因子；γ为气体相对密度；tm为气体平均温度，k；l为输气管道计算段长度，km；a为系数，m^-1，a＝0.0683(γ/zt)，；δh为输气管道终点和起点的标高差，m；n为输气管道的计算段数；hi,hi-1为各分管段终点和起点的标高，m；li为各分管段长度，km；λ为水力摩阻系数。

qv是在大气压力为0.101325mpa，温度为293k情况下的气体流量，其单位为m³/d；p1和p2分别为绝压状态下的输气管道计算段的起点压力和输气管道计算段的终点压力。

进一步的，所述水力摩阻系数的计算公式为：

式中，k为输气管内壁绝对粗糙度，单位为m，re为雷诺数。

首先，根据公式(2)求得水力摩阻系数，之后，则可将水力摩阻系数带入公式(1)中，压力p1、p2为已知参数，qv根据设计输量可求解，管线内径d为已知参数，气体压缩因子z；气体相对密度γ则根据输气管道内具体输送的气体查得，从而最终可以根据公式(1)求得对应的分段长度li，即其布站情况。

如图2所示，步骤4中生成的各j曲线都存在一个最低点，最低点所对应的输量与所述设计输量qd相等的j曲线即为最优。

每个管径所对应的j曲线均存在一个最低点，即最优的经济输量q，当输量小于q时，随着输量增加，该方案单位输量经济性变优；而当输量大于q时，随着输量增加，该方案单位输量经济性变差。各管径对应的j曲线存在交叉，交叉点输量下方案间经济性相同，其他输量下经济性存在不同程度的差异。因此要选定设计输量qd所对应的最优方案，即是找到最低点即最优经济输量q与设计输量qd相等的j曲线工况点，该j曲线工况点所对应的方案即为最优方案。

本j曲线比选方法经过中国石油管道局工程有限公司设计分公司的试用，已在西四线、西二/三线联合运行、中亚ab/c线联合运行、非洲复线管道、莫桑比克输气管道、苏丹输气管道、尼日利亚akk项目、中亚d线、中俄东线(黑河-长岭段)等多个输气管道工程设计项目中进行了实际应用。根据不同的能耗单价、费率等经济参数的输入，可计算出各工艺方案的财务净现值、费用限值、年均总成本等工程值，随设计输量的变化曲线—j曲线，且在同一基准下全面量化管道工艺系统方案的经济性，确定其最优技术方案。大大减轻了工作量，提高了设计质量，实际应用效果反馈良好。对于天然气长输管道工程有着巨大的应用空间和良好的经济效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。