CN104565825B - 一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法 - Google Patents

一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法 Download PDF

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Abstract

一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，属于集输管网清管技术领域。含有以下步骤；提出采用“管道气体流速”判断管道是否容易积液、采用“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”等综合分析判断湿气集输管网清管时机的检测步骤。本发明的优点是可以准确有效判断出不同规格集输管道中容易发生积液的管道，并根据“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”等参数，准确判断出积液对集输管道输气效果的影响程度，以及管道是否需要清管作业紧迫程度。本方法在长庆苏里格气田现场清管作业分析中得到了现场应用和检验，完全能够适应复杂湿气集输管网清管周期制定和清管条件判断的需要。

Description

一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法
技术领域
本发明涉及一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，属于集输管网清管技术领域。
背景技术
SY-T5922-2003天然气管道运行规范，当管输效率低于90%时，宜实施清管作业。事实上，由于受气田新井、新区投产进度、气田多级增压集输、冬季高峰供气等因素影响，集输管道投运后，会出现输气量长期偏低，或者是超出设计输气量的情况，这使得计算的输气效率会随着实际管输气量的变化而变化。现场清管分析时，偶然会出现管输效率偏低、或者是大于100%的情况。部分大管径管道在较低输气量情况下，即使反复多次清管，计算的管输效率也不会高于90%。因此，以输气效率小于90%，作为判断管道是否清管的依据，显然不能满足和指导现场清管作业。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，解决复杂湿气集输管网清管周期确定难题，减少清管作业频次，降低清管成本，提高集输管道运行管理效率。
一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，含有以下步骤；提出采用“管道气体流速”判断管道是否容易积液、采用“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”等综合分析判断湿气集输管网清管时机的检测步骤。
一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，具体含有以下步骤；
涉及以下五项参数：
1、管道气体流速（ν）；
式中：ν表示管道气体流速（m/s）；
Q表示管道流量（104m3/d）；
根据Q实和Q计，可以分别求得在管输条件下管道内气体的实际流速ν实和计算流速ν计；
2、输气效率（E）；
E=Q实/Q计;
式中：Q实表示管道运行过程中的实时输气量；
Q计表示管道在该运行条件下的理论输气量；
计算管道内输气量（Q）；
式中：Q计表示管道计算流量（m3/d）；
d表示管道内径（cm）；
P1表示管道起点压力（MPa）；
P2表示管道终点压力（MPa）；
△表示气体的相对密度（对空气）；
Z表示气体在计算管段平均压力和平均温度下的压缩因子；
T表示气体的平均热力学温度（K）；
L表示管道计算长度（km）；
3、相对输气效率（η）
η=E实时/E清管后；
式中：E管道输气效率；
E实时表示管道运行过程中的实时输气效率；
E清管后表示该管道在上一次清管结束后进入正常运行时的输气效率，以进入正常运行十天内的平均数据为最佳，将该值视为该管道在当时运行条件下的最大管输效率；
4、管道始末端压差梯度（ΔP）；
ΔP=（PQ-PZ）/L；
式中：ΔP表示管道单位长度内的压差，即压差梯度，MPa/km；
PQ表示管道起始端压力，MPa；
PZ表示管道终止端压力，MPa；
L表示管道长度，km；
5、预测积液量与管容体积百分比
利用Mcketta-Wehe计算法，对管道中天然气饱和含水量、管道上次清管至下次清管前的积液量进行计算：
式中：表示天然气的含水量，kg/m3；
T表示天然气温度，℃；
P表示天然气压力，MPa（绝）；
A、B均表示系数；
上述的五项参数，在应用中采取如下几个步骤：
步骤1：计算管道气体流速（ν）；
针对何时开展复杂湿气集输管网清管作业最佳，首先根据管输气流速度对集输管道是否容易积液的情况进行初步判断，即管输气流速度高于某一值时管道不容易积液，低于某一值时管道相对容易积液；
步骤2：针对管输气流速度不同所致管道内积液携带进入下游的能力不同，将步骤1判断出的易积液管道和不易积液管道分别应用“步骤3（相对输气效率）、步骤4（管道始末端压差梯度）、步骤5（预测积液量与管容体积百分比）”对集输管道积液程度及管输效率影响程度进行综合分析，准确判断管道内部运行情况；针对涉及的三项计算参数，在下列步骤中进行详细介绍；
步骤3：计算相对输气效率（η）；
根据SY-T5922-2003天然气管道运行规范，当E低于90%时，宜实施清管作业；事实上，由于受气田新井、新区投产进度、气田多级增压集输、冬季高峰供气等因素影响，集输管道投运后，会出现输气量长期偏低，或者是超出设计输气量的情况，这使得计算的E会随着实际管输气量的变化而变化；现场清管分析时，偶然会出现E偏低、或者是大于100%的情况；部分大管径管道在较低输气量情况下，即使反复多次清管，计算的E也不会高于90%；因此，以E小于90%，作为判断管道是否清管的依据，不能满足和指导现场清管作业；由此提出相对输气效率（η）的概念；
相对输气效率（η）可以反映出初始输气效率偏低管道真实的输送情况；现实应用过程中，可以将η＜90%，或者η＜95%作为判断管道是否需要清管的条件；
步骤4：计算管道始末端压差梯度（ΔP）；
通常，管道在清管结束后的管输效率最高；引起管道始末端压力差的主要因素是管道摩阻，这是管输压差无法克服的因素；所以，管道在清管结束后的ΔP，在一定程度上可以认为是管道原始摩阻附带压差梯度；当管道实际运行过程的ΔP实时，超出管道原始摩阻附带压差梯度ΔP清管后一定程度时，认为管道需要进行清管作业；
需要注意的是对于长距离大管径管道而言，如果输气量偏低，即使管道内积液量比较多，计算出的管道始末端压差梯度也不会变化太大；
步骤5：预测积液量与管容体积百分比
由于管输天然气本身具有一定的携液能力，会造成预测积液量高于实际积液量的情况；在实际运行过程中，由于清管过程中上游积液容易带至下游管线，所以不同管网组合后，管道积液量，往往会超出理论计算积液量；管线规格不同，管道内积液量对管线运行的影响程度也不同，所以提出对预测积液量与管容体积之比进行计算；一般情况而言，当管道内理论积液量占到常压下管道容积的比值超过某一值时，认为管道内积液严重，必须进行清管；
步骤6：易积液管道在进行上述步骤3-5的计算时，只要其中一项达到清管条件就可以安排清管作业；不易积液管道在进行上诉步骤3-5的计算时，可以忽略步骤5，其他两项满足清管条件时可以安排清管作业；
根据以上步骤有针对性地制定相应的清管分析对策和清管周期；
此外，需要说明的是，管道始末端压差梯度ΔP与相对输气效率η存在“反相关”关系，ΔP越大、η越小，ΔP越小、η越大；当增大时，其对应的相对输气效率η几乎随的增大而减小；管道始末端压差梯度ΔP随着的增大而增大。
本发明的优点是可以准确有效判断出不同规格集输管道中容易发生积液的管道，并根据“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”等参数，准确判断出积液对集输管道输气效果的影响程度，以及管道是否需要清管作业紧迫程度。
本方法在长庆苏里格气田现场清管作业分析中得到了现场应用和检验，完全能够适应复杂湿气集输管网清管周期制定和清管条件判断的需要。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：利用一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法判断苏X-1干线清管时机。
根据苏里格气田集输管网实际运行情况并结合管线历年清出积液量统计分析，将管道实际流速V=5m/s作为区分管道流速快慢的界限，将管道始末端压差梯度ΔP=0.002MPa作为区分压差梯度大小的界限，相对输气效率η=90%作为区分管输效率高低的界限。
下面以该干线2012年5月清管前的数据带入该方法进行计算，结果如下：
由于该干线实际流速高于5m/s，所以初步判断该干线为不易积液管线。另外，该干线管道始末端压差梯度低于0.002MPa，相对输气效率高于90%，所以该干线未达到清管条件。
该干线清管作业时，其清出液量为0，与检测方法分析结果相符。
实施例2：利用一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法判断苏Y-1干线清管时机。
下面以该干线2012年5月清管前的数据带入该方法进行计算，结果如下：
由于该干线A、B段实际流速低于5m/s，所以初步判断该干线为易积液管线。另外，该干线A、B段管道始末端压差梯度高于0.002MPa，相对输气效率低于90%，预测管道内积液量分别达443方和136方，分别占到管容比值的14.85%和16.09%，三项参数计算均达到清管条件。
该干线清管作业时，其清出液量为439方，与检测方法分析结果相符。
现场实践发现，不同管径管网在不同输气量和运行压力条件下，具有不同的输送带液能力。当输气速度高于某值时，管道内积液量会出现明显的下降；当输气速度低于某值时，管道内积液量会出现明显的上升。因此，管输气体流速ν可以反映管道是否容易积液的难易程度，可以作为管道是否容易积液的判断依据。
针对复杂湿气集输管网的清管作业，首先根据管输气流速度对集输管道进行分析，区别出容易积液管道和不容易积液管道。其次，应用“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”对集输管道积液程度及管输效率影响程度进行分析，判断管道的运行情况。在此基础上，有针对性地制定相应的清管分析对策和清管周期，并且根据管道管径规格和长度判断积液对管输的影响情况，当预测积液量与管容体积百分比达到某一值时，就得考虑积液对管道安全运行的影响。对于长距离大管径管道而言，如果输气量偏低，即使管道内积液量比较多，计算出的管道始末端压差梯度也不会变化太大。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，含有以下步骤；提出采用“管道气体流速”判断管道是否容易积液、采用“相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比”综合分析判断湿气集输管网清管时机的检测步骤，其中
涉及以下五项参数：
参数1、管道气体流速(ν)；
<mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1.5958</mn> <mi>Q</mi> <mi>T</mi> <mi>Z</mi> </mrow> <mrow> <msup> <mn>10</mn> <mn>8</mn> </msup> <msup> <mi>&amp;pi;d</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>P</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中：ν表示管道气体流速(m/s)；
Q表示管道流量(104m3/d)；
根据Q实和Q计，可以分别求得在管输条件下管道内气体的实际流速ν实和计算流速ν计；
d表示管道内径(cm)；
T表示气体的平均热力学温度(K)；
Z表示表示气体在计算管段平均压力和平均温度下的压缩因子；
P表示天然气压力(MPa)；
参数2、输气效率(E)；
E＝Q实/Q计；
式中：Q实表示管道运行过程中的实时输气量；
Q计表示管道在该运行条件下的理论输气量；
计算管道内输气量(Q)；
式中：Q计表示管道计算流量(m3/d)；
d表示管道内径(cm)；
P1表示管道起点压力(MPa)；
P2表示管道终点压力(MPa)；
△表示气体的相对密度(对空气)；
Z表示气体在计算管段平均压力和平均温度下的压缩因子；
T表示气体的平均热力学温度(K)；
L表示管道计算长度(km)；
参数3、相对输气效率(η)
η＝E实时/E清管后；
式中：E管道输气效率；
E实时表示管道运行过程中的实时输气效率；
E清管后表示该管道在上一次清管结束后进入正常运行时的输气效率，以进入正常运行十天内的平均数据为最佳，将该值视为该管道在当时运行条件下的最大管输效率；
参数4、管道始末端压差梯度(ΔP)；
ΔP＝(PQ-PZ)/L；
式中：ΔP表示管道单位长度内的压差，即压差梯度，MPa/km；
PQ表示管道起始端压力，MPa；
PZ表示管道终止端压力，MPa；
L表示管道长度，km；
参数5、预测积液量与管容体积百分比
利用Mcketta-Wehe计算法，对管道中天然气饱和含水量、管道上次清管至下次清管前的积液量进行计算：
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>O</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1.6017</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>5</mn> </mrow> </msup> <msup> <mi>AB</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mn>1.8</mn> <mi>T</mi> </msup> <mo>+</mo> <mn>32</mn> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow>
式中：表示天然气的含水量，kg/m3；
T表示天然气温度，℃；
A、B均表示系数。
2.根据权利要求1所述的一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，其特征在于上述的五项参数，在应用中采取如下几个步骤：
步骤1：计算管道气体流速(ν)；
针对何时开展复杂湿气集输管网清管作业最佳，首先根据管输气流速度对集输管道是否容易积液的情况进行初步判断，即管输气流速度高于某一值时管道不容易积液，低于某一值时管道相对容易积液；
步骤2：针对管输气流速度不同所致管道内积液携带进入下游的能力不同，将步骤1判断出的易积液管道和不易积液管道分别应用“步骤3相对输气效率、步骤4管道始末端压差梯度、步骤5预测积液量与管容体积百分比”对集输管道积液程度及管输效率影响程度进行综合分析，准确判断管道内部运行情况；
针对涉及的三项计算参数，在下列步骤中进行；
步骤3：计算相对输气效率(η)；
相对输气效率(η)可以反映出初始输气效率偏低管道真实的输送情况；现实应用过程中，可以将η＜90％，或者η＜95％作为判断管道是否需要清管的条件；
步骤4：计算管道始末端压差梯度(ΔP)；
通常，管道在清管结束后的管输效率最高；引起管道始末端压力差的主要因素是管道摩阻，这是管输压差无法克服的因素；所以，管道在清管结束后的ΔP，在一定程度上可以认为是管道原始摩阻附带压差梯度；当管道实际运行过程的ΔP实时，超出管道原始摩阻附带压差梯度ΔP清管后一定程度时，认为管道需要进行清管作业；
需要注意的是对于长距离大管径管道而言，如果输气量偏低，即使管道内积液量比较多，计算出的管道始末端压差梯度也不会变化太大；
步骤5：预测积液量与管容体积百分比
当管道内理论积液量占到常压下管道容积的比值超过某一值时，认为管道内积液严重，必须进行清管；
步骤6：易积液管道在进行上述步骤3至步骤5的计算时，只要其中一项达到清管条件就可以安排清管作业；不易积液管道在进行上述步骤3至步骤5的计算时，可以忽略步骤5，其他两项满足清管条件时可以安排清管作业；根据以上步骤有针对性地制定相应的清管分析对策和清管周期。
3.根据权利要求1所述的一种判断湿气集输管网清管时机的检测方法，其特征在于管道始末端压差梯度ΔP与相对输气效率η存在“反相关”关系，ΔP越大、η越小，ΔP越小、η越大；当增大时，其对应的相对输气效率η几乎随的增大而减小；管道始末端压差梯度ΔP随着的增大而增大。
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