集輸管道

影響因素

概述

煤層氣田的特點(diǎn)是煤層氣（煤層氣）組分較純，氣田單井產(chǎn)量低，井網(wǎng)分布密集且井口數(shù)量眾多，井口壓力一般在0.5 bar 左右，壓力較低。常見的煤層氣田集輸工藝一般為低壓集氣、多井串接、集中增壓。由于煤層氣田集輸壓力較低，需建設(shè)大量管道，投資費(fèi)用高。研究煤層氣集輸管道設(shè)計影響因素及其規(guī)律對管道參數(shù)設(shè)計和優(yōu)化、降低管道總體投資具有重要意義。本文采用多相流模擬軟件OLGA 建立了煤層氣集輸管道水力計算模型，模擬分析管道流量、管徑、含水率、進(jìn)站壓力對管道壓降參數(shù)的影響。

1 基礎(chǔ)參數(shù)

管道集氣站進(jìn)站壓力0.5 bar，井口流量150 kg/h，管徑150 mm。模擬使用的煤層氣帶有少量的游離水，含水率為0.50%。

2 計算結(jié)果分析

2.1 流量影響計算結(jié)果

集氣站的進(jìn)站壓力設(shè)為0.5 bar，管道總長為5 公里，由于管道最大高程差低于100 m，可認(rèn)定為該集氣管道的水平管道，管徑設(shè)定為150 mm。煤層氣單井產(chǎn)量較低，因此，本次計算選取了50 kg/h至400 kg/h 的8 種井口流量，可包括大部分煤層氣田的實(shí)際井口流量值。

在管徑和進(jìn)站壓力固定時，管線壓降隨著流量的增加而增大。當(dāng)流量為50 kg/h 時，管道沿線壓力從0.509 bar 降低到0.5bar，壓降為 0.18×10-5 bar/m；當(dāng)流量增大為 400 kg/h時，管道沿線壓力從 0.783 bar 降低到 0.5 bar，壓降為 5.66×10-5 bar/m。這是由于在相同管徑的條件下，流量與流速成正比，而摩擦阻力與流速的平方成正比，因此，在管道內(nèi)壁阻力的作用下，流量的逐漸增加導(dǎo)致壓降越來越大。

2.2 管徑影響計算結(jié)果

集氣站的進(jìn)站壓力設(shè)為0.5 bar，管道總長為5 公里，管道流量為150 kg/h，選取了8 種管徑。在相同流量工況條件下，管線壓降隨著管道的增大而顯著減小。管徑對管道壓降影響較大，當(dāng)管徑為80 mm 時，管道沿線壓力從1.244 bar 降低到0.5 bar，壓降為14.88×10bar/m；當(dāng)管徑增大為300 mm 時，管道沿線壓力從0.502 bar 降低到0.5 bar，壓降為0.04×10bar/m。因此，管徑的增大會顯著減小管道的壓降。管徑80 mm 至150 mm 范圍內(nèi)的管道壓降變化幅度較大，管徑150 mm 至300 mm 范圍內(nèi)的管道壓降變化幅度不大。因此，當(dāng)管徑增大到一定程度時，增大管徑對降低管道壓降作用不大。這是由于當(dāng)流量一定時，管徑越大，管道的截面積就越大，流速越小，管道的摩阻就會越小，壓降變化也就會越小。

2.3 含水率影響計算結(jié)果

集氣站的進(jìn)站壓力設(shè)為 0.5 bar，管道總長為 5公里，管道流量為 150 kg/h，管徑設(shè)定為 150 mm，選取了不同含水量進(jìn)行計算。煤層氣內(nèi)的含水率的變化對管道壓降變化的影響不明顯。當(dāng)含水率為0.20% 時，管道沿線壓力從0.558 7 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.175×10bar/m；當(dāng)含水率增大為1.00%時，管道沿線壓力從0.558 6 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.172×10bar/m。

2.4 進(jìn)站壓力影響計算結(jié)果

設(shè)定管道長度5 km，管道流量為150 kg/h，管徑設(shè)定為150 mm，針對管道進(jìn)站不同壓力工況進(jìn)行計算。當(dāng)進(jìn)站壓力為0.5 bar 時，管道沿線壓力從0.558 7 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.175×10bar/m；當(dāng)進(jìn)站壓力增大為0.6 bar 時，管道沿線壓力從0.601 9 bar 降低到0.6 bar，壓降為0.039×10bar/m。壓降較為明顯。但是隨著進(jìn)站壓力繼續(xù)增大到1 bar時，管道沿線壓力從1.001 2bar 降低到1 bar，壓降為0.024×10bar/m。壓降降低的幅度并不明顯。

3 敏感因素分析

根據(jù)管道壓力梯度的變化程度判斷管道流量、管徑、含水率和進(jìn)站壓力對管道參數(shù)影響的敏感性。當(dāng)壓降變化幅度超過5×10bar/m 時，即認(rèn)為管道對該參數(shù)敏感。從上述計算結(jié)果可以得到煤層氣集氣管道參數(shù)的敏感性情況。

4 結(jié)論及建議

（1）管徑和流量是影響煤層氣集輸管道參數(shù)設(shè)計的關(guān)鍵影響因素，且管徑的影響最大，應(yīng)著重考慮管徑的影響，以達(dá)到在設(shè)計過程中的優(yōu)化目標(biāo)。

（2）盡管增大管徑對管道計算的影響很大，但是當(dāng)管徑增大到一定值時，繼續(xù)增大管徑不再明顯影響管道壓降，因此，在集輸管道設(shè)計中，存在一個最優(yōu)管徑。

（3）煤層氣氣質(zhì)較純，含水量不高，且隨著含水量的增高，管道壓降變化幅度很小，但是，當(dāng)含水量過高時，應(yīng)考慮管道內(nèi)積液量的增加帶來的管道排液問題。 2100433B

輸煤裝置簡介

用管道輸煤或輸送其它固體礦物都以液體為介質(zhì)，也就是固體加液體制成漿體后,再經(jīng)管道輸送。管道輸煤系統(tǒng)由制漿廠、管道與泵站、終端脫水廠三個主要部分組成，同時還包括供水、供電、通訊和自動控制等有關(guān)配套措施。首先在原煤廠內(nèi)，經(jīng)過初步分選和破碎礦石，在泵駁機(jī)中加工成粒度、濃度合適管道輸送要求的煤水夾雜漿體(煤水比例各約占50%)，然后采用多級泵站，把煤漿壓進(jìn)管道，并選擇一定的流速，以穩(wěn)流輸送方式輸送煤漿，最后經(jīng)過專門的脫水裝備，把煤漿制成含水15%左右的粉煤供電廠使用。管道輸煤,可以實(shí)現(xiàn)長距離、高運(yùn)量、低成本地運(yùn)輸煤炭。管道藏匿于凍土之下，具有施工周期短、地形順應(yīng)性強(qiáng)、占用耕地少、無污染、無消耗等優(yōu)點(diǎn)，而且自動化水平高。但管道輸煤也存在單品種、單向運(yùn)輸和運(yùn)量固定等局限。

1891年，輸煤管道技術(shù)就已在美國出現(xiàn)。不過，全美國，也是全球第一條商業(yè)性輸煤管道時隔66年后才建成。這條毗連俄荷俄州喬治城選煤廠和東圖電廠的小型輸煤管道運(yùn)行5年后，因受萬噸單元列車開行的沖擊而關(guān)閉。爾后，為了輸送亞利桑那州的煤炭，供給內(nèi)華達(dá)州發(fā)電用煤，美國修建了從菲邁莎露天煤礦到莫哈夫電廠的跨州輸煤管道。這條管道1970年建成，長439千米，年運(yùn)煤量約500萬噸，至今仍平安運(yùn)行。其間，煤炭運(yùn)輸成本和發(fā)電成本年年下降，使莫哈夫電廠效益名列全美第二?？墒牵捎阼F路財團(tuán)竭力否決，美國鐵路和交通十分蓬勃，輸煤管道再也沒有新的成長。

輸煤裝置我國管道輸煤

1995年，我國煤炭產(chǎn)量已達(dá)12億噸，占世界的第一位。但我國煤炭分布極不平衡：東少西多,南少北多。60-70%的煤炭儲量集中在山西、陜西和內(nèi)蒙西部。在北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)的形式下,煤炭生產(chǎn)同煤炭運(yùn)輸之間存在較突出的矛盾。

煤炭運(yùn)輸有水運(yùn)、鐵路和公路三種途徑。由于北方缺少便于航運(yùn)的江河，水運(yùn)是欠發(fā)達(dá)的。公路短途運(yùn)輸便當(dāng)，但遠(yuǎn)程運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)?？焖俣?jīng)濟(jì)地長距離運(yùn)輸煤炭只有鐵路。面臨日益增加的煤炭產(chǎn)量和需求，鐵路沒法一柱擎天，需要尋覓其它運(yùn)輸方式。經(jīng)過長期研究論證，煤炭部門于1981年提出管道輸煤，為西煤、北煤外運(yùn)再找一條前途。

1982年，清華大學(xué)和唐山煤礦學(xué)院牽頭做了我國管道輸煤的理論研究和實(shí)驗(yàn)工作，科研人員在煤漿穩(wěn)定性、輸送速度和阻力特征等方面實(shí)現(xiàn)了突破，管道運(yùn)輸煤技術(shù)上已成熟。經(jīng)過多方面綜合論證，煤炭部門把我國第一條輸煤管道選擇在山西榆縣至山東淮坊之間。位于山西中部的榆縣，煤炭產(chǎn)量很是豐碩，但相當(dāng)一部分煤運(yùn)不出去；而山東膠東半島地域近幾年經(jīng)濟(jì)成長很快，發(fā)電用煤欠缺，淮坊電廠二期擴(kuò)建工程行將開工。選擇這樣一條輸煤管道，既解決了山西煤炭外運(yùn)問題，又解決了山東發(fā)電用煤問題。設(shè)計中的榆濰輸煤管道全長600千米，年輸送能力500萬噸。1996年7月，國家計委正式核準(zhǔn)總投資30億元的榆濰輸煤管道立項(xiàng)。

根據(jù)油田油氣集輸工藝的密閉程度，分為：

開式集輸流程：其中有部分過程不與大氣隔絕。

密閉集輸流程：油氣集輸全密閉流程，主要包括密閉集輸、密閉處理、密閉儲存及輕油和污油回收。