多气源管网天然气发热量赋值计算方法研究.pdf
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1、上海节能SHANGHAIENERGYSAVING多气源管网天然气发热量赋值计算No.092023方法研究刘婉莹刘志艾素萍张国民唐健白马湖实验室摘要:为解决浙江省多气源环状天然气管网在线气相色谱仪损坏或未配备色谱仪的情况下,无法与下游用户进行能量计量贸易交接的问题,研究出一套天然气能量赋值算法,替代设备无法正常工作时给出合理的天然气热值。在直管段和多支路的不同管网结构类型情况下,通过拟合管段压力和管段流量之间的经验公式,建立各相连管段的流量与压差之间的关系,并建立站点气体组分与上下游管道两端站点压差和气体组分之间的关系,从而可以实时计算得到天然气热值。根据天然气能量间接测定法,通过溯源上下游的方
2、式,在已知相邻站点压力、流量和组分的情况下,能够推算出本站天然气发热量。选取了浙江省典型天然气站场对本赋值算法进行验证,与实际热值测量值相比,计算值偏差在0.6%以内,满足GB/T18603中A级计量站的赋值发热量最大允许误差的要求,能够保障贸易计量工作的顺利开展。关键词:多气源;环状;天然气管网;能量计量;热值;赋值算法DOl:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.09.017Research on Calculation Method of Natural Gas CalorificValue Assignmentworksin Multiple Gas Sourc
3、ePipeline Net-LIU Wanying,LIU Zhiqiang,AI Suping,ZHANG Guomin,TANG JianWhite Horse Lake LaboratoryAbstract:In order to solve the problem of energy measurement and trade handover with downstreamusers in Zhejiang Provinces multi source circular natural gas pipeline network when the online gaschromatog
4、raph is damaged or not equipped with a chromatograph,a natural gas energy assignment al-gorithm has been developed to provide a reasonable natural gas calorific value when the equipment收稿日期:2 0 2 2-12-12第一作者:刘婉莹(1994-0 8-),女,硕士研究生,主要从事油气储运工程安全工作节能技术1350ENERGYSAVINGTECHNOLOGY上海节能多气源管网天然气发热量赋值计算方法研究SH
5、ANGHAIENERGYSAVINGcannot work normally.In the case of different pipe network structures in straight and multi branch pipe-lines,the relationship between the flow rate and pressure difference of each connected pipe section isestablished by fitting the empirical formula between the pressure of the pip
6、e section and the flow rate ofthe pipe section.The relationship between the gas composition at the station and the pressure differ-ence and gas composition at both ends of the upstream and downstream pipelines is also established,so that the natural gas calorific value can be calculated in real time
7、.According to the indirect measure-ment method of natural gas energy,by tracing upstream and downstream,the heat generation of natu-ral gas at this station can be calculated when the pressure,flow rate,and composition of adjacent sta-tions are known.A typical natural gas station in Zhejiang Province
8、 was selected for validation of this as-signment algorithm.Compared with the actual calorific value measurement value,the calculated valuedeviation is within 0.6%,which meets the maximum allowable error of assigned calorific value for ClassA metering stations in GB/T 18603 and can ensure the smooth
9、progress of trade measurement work.Key words:Multiple Gas Sources;Annular;Natural Gas Pipeline Network;Energy Metering;CalorificValue;Assignment Algorithm节能技术ENERGYSAVINGTECHNOLOGY具体溯源思路如图1所示,出口气体由上下游管段0引言气体混合而成,因而其组分取决于上下游管段气体我国2 0 2 0 年天然气消费量约3 2 0 0 10 m,组分及管段流量,而上下游管段气体组分与上下游同比增长4.2%,占一次能源消费总量的1
10、0%,虽然有效节点气体组分相同,上下游管段流量取决于上天然气消费受新冠疫情冲击受到一定程度影响,但下游管段压差、节点用户下载量及管段结构特性,从长期趋势上仍保持快速增长态势。随着我国天因而其赋值算法的不确定性只涉及上下游管段,增然气消费规模持续增长以及进口天然气占比越来加了赋值算法的可靠性 4 。越大,能量计价与按体积计价之间的矛盾越来越突潮源方向出 1。混输的天然气热值品质不同,计量单位不统有效节点一,不仅影响我国天然气市场国际化进程,也不利气体组分于油气管道基础设施第三方准入的实施。国外在上世纪8 0 年代便开始提出进行天然气能量计量贸易交接 2 。政府相关部门制定了油气管网设施公平开放监
11、管办法于2 0 19年5月2 4 日起施行,其中指出,油气管网设施开放后,混输的天然气热值品质不同,采用能量计量方式有利于准确计量、体现公平,减少结算纠纷 。因此,为适应当前我国天然气产业快速发展的需要,天然气计量采用能量计量方式势在必行。1基于溯源上下游的可变赋值算法基于溯源上下游的管网天然气能量赋值算法上下游管段气体组分上下游管段压差上下游节点用户下载量图1基于溯源上下游的管网天然气能量赋值算法溯源思路1.1赋值算法基本理论基于局部天然气管网赋值算法的溯源思路可知,待求气体组分C与上下游管段压差(上下游管段节点压力Pi)、上下游节点用户下载量Qi及上下2023年第0 9期1351SHANG
12、HAIENERGY SAVING出口气体组分上下游管段流量仿真步骤上海节能SHANGHAIENERGYSAVING游有效节点气体组分Ci相关,因而可以通过建立CB与Ci、Q i及Pi之间的关联式来实时对待求气体的热值进行赋值 5:C=f(C,Qi,P),节点根据质量守恒定律可知:待求气体组分C与上下游管段气体组分C,及流量q存在如下关系(6 :Zc.aCB=Q其中,Q:一待求站点的下载流量;n一一与出口相连的管段数。天然气管道中管道流量q与管段长为L的管道两端节点压力P、P 存在如下关系0 :由于天然气长输管道运行压力在4 MPa以上,因此选择高压公式进行计算。对于高压(P1.2MPa):AP
13、=P2-P2(3)其中:K可取1.6 2(L/D);Z一一天然气压缩因子;/一管管道摩阻系数;m-一经验调节参数;P一标准环境压力;T一标准环境温度;标准环境下天然气密度;Z一标准环境下天然气压缩因子。在通过拟合管段压力和管段流量之间的经验公式建立不同节点处各相连管段的流量与压差之间的关系 7 ,即:;=f(AP)其中,AP一一管段/两节点之间压差。结合公式(2)和(4)建立节点气体组分与上下游管道两端节点压差和气体组分之间的关系 8 :(5)C=1.2基于不同管网结构的赋值方案在上下游相邻管段气体组分已知且管段压差No.092023明确的前提下,通过建立节点组分与上下游管道两端节点压差和气体
14、组分之间拟合关系进行节点天然气发热量赋值计算 9。由于存在上下游相邻管段(1)气体组分未知或管段压差不明确的情况,针对单管段及三支路管段提出节点发热量赋值算法。1.2.1单管段单管段在天然气管网中最为常见,根据上下游(2)相邻管段气体组分及管段压差的已知数据,将发热量赋值算法分为两种情况:当上下游相邻管段气体组分未知或管段压差不明确,节点B气体组分将不能直接通过上下游管段S-B、B-X 气体组分及管段压差进行赋值计算,此时将通过扩大溯源范围进行节点B的赋值计算,上下游分别扩大一个节点时,节点B的赋值算法 10 如图2 所示,对节点B处气体组分的取值判断根据上下游节点S及X的组分含量差异可分为以
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