l干干线线输输气气管管是是整整个个输输气气系系统统的的重重要要组组成成部部分分，，其其参参数数受受气气源供气源供气和和城市消费城市消费两者的约束两者的约束l当当干干线线输输气气管管与与输输气气系系统统的的其其它它部部分分相相联联系系的的参参数数（（如如输输气气量量、、首首站站进进站站压压力力、、终终点点配配气气站站的的最最低低压压力力和和配配气气量量等等））确确定定后后，，其其可可作作独独立立环环节节进进行行工工艺艺设设计计，，其其所所得得到到的的数数据据可作为系统优化内容之一可作为系统优化内容之一l本章主要解决：本章主要解决：干线输气管的最优参数选择与压气站布置干线输气管的最优参数选择与压气站布置第十章第十章 干线输气管压气站的布置与工艺参数选择干线输气管压气站的布置与工艺参数选择both arrangement and process parameters of the compressor station of mainline gas piping 1 在进行压气站的布置时需要考虑的问题：在进行压气站的布置时需要考虑的问题：Z 为充分利用地层能量可以省去首站；为充分利用地层能量可以省去首站；Z 注意末段储气的要求；注意末段储气的要求；Z 使运行压力接近管线承压；使运行压力接近管线承压；Z 对于初期流量较小的管线，应分期建造压气站。
对于初期流量较小的管线，应分期建造压气站2 第一节 预先不固定站址的压气站布置n干干线线输输气气管管上上布布置置压压气气站站既既要要详详尽尽地地考考虑虑工工艺艺问问题题、、地地理理地地质质问问题题，，也也要要考考虑虑经经济济问问题题，，甚甚至至与与其其它它部部门门相相联联系系的的社社会会问问题题，，力力求求做做到到方方便便于于压压气气站站的的建建设设与与管管理理，，让让整整条条管管线线发发挥挥出出最最大大的的效效益益站站址址不不预预先先固固定定的的压压气气站站布布置置意意味味着着仅仅仅仅根根据据水水力力条条件件来来计计算算，，其其结结果果必必然然是是理理想想化化的的，，但但其其优优点点是是便便于于我我们们了了解解布布置置压压气气站站的的基基本本方方法法和一般规律和一般规律n 第第八八章章式式（（8-17））指指出出，，压压气气站站布布置置愈愈是是接接近近输输气气管管的的起起点点，，输输气气管的输气能力就愈大因为第一，压气站向起点移动时，进站管的输气能力就愈大因为第一，压气站向起点移动时，进站3 压压力力增增高高，，压压缩缩机机进进口口条条件件下下的的流流量量变变小小，，压压力力比比要要增增大大，，若若保保持持压压力力比比不不变变，，则则可可增增大大输输气气能能力力；；第第二二，，压压气气站站向向前前移移动动之之后后，，站站间间平平均均压压力力增增高高，，平平均均流流速速下下降降，，克克服服摩摩阻阻所所需需的的能能量量减减小小，，允允许许站站间间通通过过能能力力进进一一步步提提高。
高F以站2为例pL站站1站站2站站3站站4移动前压降线移动前压降线移动后压降线移动后压降线移动后压气站移动后压气站4 n一、压气站的站间距n 实实际际工工作作中中，，由由于于压压缩缩机机最最大大工工作作压压力力和和管管子子强强度度的的限限制制，，中中间间压压气气站站不不可可能能无无限限制制地地移移向向起起点点那那么么，，在在压压气气站站数数一一定定的的情情况况下下，，各各站站的的出出站站压压力力都都达达到到最最大大工工作作压压力力Pmax时时，，输输气气管管则则有有最最大大的的输输气气能能力力Qmax(即即首首站站出出站站的的最最大大流流量量)，，这这个个最最大大流流量量是是由由全全线线的的压压气气站站特特性性和和整整条条输输气气管管各各站站间间管管路路特特性性共共同同决决定定的的，，这这就就是是我我们们下下面面讨讨论论布布站站的的出出发发点点根根据据式式（（8-13）），，对对于于一一条条沿沿线没有分气或进气的输气管，扣除各站的自用气之后，流量是没有分气或进气的输气管，扣除各站的自用气之后，流量是在5 逐渐减少的，第逐渐减少的，第i+1个中间站的特性为个中间站的特性为第第i个站间管路的特性为个站间管路的特性为由上两式可得出最大流量（或最大工作压力）下的站间距：由上两式可得出最大流量（或最大工作压力）下的站间距：（（10-2））（（10-1））（（10-3））6 n首首站站出出站站的的最最大大流流量量Qmax与与末末段段的的最最大大流流量量QZmax之之间间存存在在着着下下述述关系：关系：n式中式中 n——压气站数压气站数n故站间距可改写为故站间距可改写为(10-4)(10-5)7 n若若不不考考虑虑各各站站的的自自用用气气，，M=1，，且且Ci=C，，各各站站间间距距相相等等，，由由（（10-3）得）得n二、压气站数的确定n 输气管全线长度输气管全线长度(10-6)8 n压气站数压气站数n式中式中 L——输气管全长；输气管全长； lZ——末段管路长度；末段管路长度； li ——第第i站间距；站间距； ——平均站间距。
平均站间距n显然，由于平均站间距不易求得，用式（显然，由于平均站间距不易求得，用式（10-7）求压气站数并不）求压气站数并不 方便10-7)9 n为此，令为此，令M=1，，Ci=C，用，用l代代 ，则可近似用下式来求压气站数：，则可近似用下式来求压气站数：n我们常常用已知的末段流量我们常常用已知的末段流量 代替首站出站的最大流量代替首站出站的最大流量 ，当，当M=1时，则时，则由式（由式（10-8）和（）和（10-9）就可求得压气站数，实际上是）就可求得压气站数，实际上是 由此求得的压气站数一般应向较大的方向化整由此求得的压气站数一般应向较大的方向化整10-8)(10-9)10 n三、输气管的最大流量n当当站站数数确确定定并并化化整整后后，，输输气气管管的的最最大大流流量量在在管管材材一一定定的的情情况况下下也也确确定定了了设有设有n个压气站，除末段外，有个压气站，除末段外，有n-1个站间由式（个站间由式（10-3））得得11 n由于由于 ，故最大流量的平方值，故最大流量的平方值n若若Ci=C，则，则（（10-10））（（10-11））12 n若若M=1，则，则 ，故，故n若若M≠1（（9-12））13 n故首站出站的最大流量的平方值故首站出站的最大流量的平方值n末段最大流量的平方值末段最大流量的平方值（（10-13））（（10-14））14 n对于于输气管末段，若其起点气管末段，若其起点压力也是力也是Pmax，其，其终点点压力比力比为PZmax，，两者之两者之间存在下述关系：存在下述关系：n由上式解出由上式解出lZ,代入式（代入式（10-10）得）得（（10-15））15 n由于由于 ，故末段最大流量，故末段最大流量（（10-16））16 四、各站的进站压力四、各站的进站压力n对于任意一站对于任意一站（（i+1））的进站压力，根据站特性式的进站压力，根据站特性式（（10-1）：）：n或根据管路特性式（或根据管路特性式（ 8-13 ））（（10-18））17 五、压气站布置的基本步骤五、压气站布置的基本步骤 根据上面讨论，归纳出压气站布置的基本步骤如下：根据上面讨论，归纳出压气站布置的基本步骤如下：n（（1）根据末段储气要求确定末端参数：）根据末段储气要求确定末端参数：P1max、、P2min、和、和lZ；；n（（2））根根据据任任务务流流量量和和式式（（10-8））、、（（10-9））或或（（10-6））初初步步确确定定压气站数，并化整（向上）；压气站数，并化整（向上）；n（（3））由由于于站站数数化化整整，，需需根根据据式式（（10-10））至至（（10-16））复复核核最最大大工工作作压压力力Pmax下下的的最最大大流流量量Qmax（（或或QZmax）），，或或者者根根据据任任务务流流量量Q核算该流量下的最高工作压力核算该流量下的最高工作压力Pmax；；18 n（（4））根根据据式式（（10-3））或或（（10-5））计算算各各站站间的的站站间距距，，并并布布置置压力力站；站；n（（5））计算算各各站站其其余余的的工工艺参参数数：：如如进站站压力力PZi、、压力力比比ε、、压头H、、功率功率N和出站温度和出站温度T2等等。
等等n（（6）根据）根据计算成果和算成果和实际需要需要对某些站某些站进行行调整，并重新核算整，并重新核算19 n上上面面讨讨论论的的基基础础是是使使各各站站的的出出站站压压力力都都为为最最高高工工作作压压力力，，实实质上也就是使输气管处于消耗能量最少的状态质上也就是使输气管处于消耗能量最少的状态n首首站站也也不不例例外外，，但但首首站站的的进进站站压压力力决决定定于于气气田田的的供供气气压压力力，，当当首首站站的的进进站站压压力力随随着着气气田田供供气气压压力力而而下下降降时时，，为为了了保保持持出出站站压压力力仍仍为为P Pmaxmax，，也也就就是是在在最最少少能能耗耗下下最最大大限限度度地地发发挥挥输输气气管管的的输输气气能能力力，，在在首首站站前前增增减减附附加加的的压压气气站站或或提提高高首首站站的的压压力力比（亦要增加功率和能耗）的办法是必要和合理的比（亦要增加功率和能耗）的办法是必要和合理的n对对于于中中间间站站，，基基于于同同样样的的道道理理，，在在一一定定的的输输量量下下，，也也应应该该保保持允许的最大出站压力持允许的最大出站压力P Pmaxmax20 n一一条条大大型型输输气气管管，，各各个个时时期期的的输输气气量量不不会会相相同同，，从从投投产产初初期期的的不不满满负负荷荷运运行行到到全全部部运运转转时时的的满满负负荷荷工工作作。
同同样样可可以以从从前前面面介介绍绍的的计计算算中中，，找找到到输输气气管管不不同同时时期期的的压压气气站站数数这这时时，，必必须须注注意意到到压压气气站站在在不不满满负负荷荷时时，，不不一一定定是是全全部部机机组组投投入入运运行行，，压压气气站站特特性性方方程程中中A和和B的的数数值值将将有所变化有所变化21 n 例例题10-1 某某输气气管管干干线全全长1234km，，送送至至某某城城市市的的输气气量量为5×106m3/d末末段段管管径径为Ф630×8mm，，其其余余站站间为Ф529×7mm最最大大工工作作压力力Pmax=5.5×106Pa，，进配配气气站站的的最最低低压力力P2min=106Pa试布布置置全全线压气气站站，，并并决决定定末末段段最大最大储气能力和全气能力和全线各站的工各站的工艺参数22 23 n已已知知：：所所输天天然然气气的的相相对密密度度Δ*=0.58，，压缩因因子子Z=0.93，，平平均均温温度度T=288K管管道道的的水水力力摩摩阻阻系系数数λ=0.0121压气气站站特特性性系系数数A=4.5388，，B=9.479×109自用气系数自用气系数M=0.995n解：解：n1、末端参数、末端参数n输气量气量Q= 5×106m3/d=57.87m3/sn由表由表4-1查得得C0=0.03848。
由式（由式（9-6）得）得24 n最最优末段末段长度度为n由式（由式（9-17））25 n最大最大储气能力气能力为n终点最大点最大压力与末段起点最小力与末段起点最小压力，由式（力，由式（9-18得）得）26 n平均站平均站间距，由式（距，由式（10-9））27 n压气站数气站数n按大按大值取整，故取整，故n=8，除末段外尚有，除末段外尚有7个站个站间28 n3、各站及站、各站及站间参数参数29 n各站各站间长度度li由式（由式（10-5）得）得n式中式中i=1~7n计算算结果果见表表10-1n 表表10-1 各站各站间长度度站间i1234567站间距,km127.7129.5131.4133.4135.3137.3139.230 n各站的各站的进站站压力力PZ和和压力比力比ε，由式（，由式（10-18）得）得n计算算结果果见表表10-2站号 i+12345678进站压力，106Pa3.753.743.733.723.713.703.69压力比ε1.4641.4681.4721.4751.481.4841.48831 n4、最大工作、最大工作压力力Pmax=5.5×106Pa时的参数的参数 压力力升升至至最最大大值时，，Pmax=5.5×106Pa，，由由式式（（10-14））得得末末段段最大流量最大流量为：： QZmax=57.977m3/s=5.009×106m3/d 各各站站出出站站压力力Pmax增增大大，，站站间流流量量也也增增大大。
由由式式（（10-14））可可知知QZmax2/Pmax2=常常数数，，代代入入式式（（10-5））和和式式（（10-18））可可以以看看出出站站间距距li和和各各站站的的压力力比比ε将将不不发生生变化化但但各各站站的的进口口压力力PZi+1将略有上升，将略有上升，计算算结果果见表表10-3.32 表10-3 最大工作压力对各站的进站压力站号 i+12345678进站压力，106Pa3.7573.7473.7363.7293.7163.7063.69633 第二节 预先固定某些站址的压气站布置n实实际际工工作作中中，，由由于于地地形形、、地地质质、、经经济济和和社社会会发发展展各各方方面面的的需需要要，，往往往往事事先先规规定定某某些些站站的的位位置置剩剩下下的的问问题题就就是是如如何何布布置置其余的压气站对于这类问题，我们一般事先知道下列条件：其余的压气站对于这类问题，我们一般事先知道下列条件：n（（1））线路的起、路的起、终点和全点和全长，某些，某些规定站的站址，各定站的站址，各进气气点和分气点的位置；点和分气点的位置；n（（2）各段的任）各段的任务输气量，各气量，各进气点的气点的进气量和分气点的分气量和分气点的分气量，气量，终点配气站的耗气量；点配气站的耗气量；34 n（（3）首站的）首站的进站站压力力PZ1，，终点配气站点配气站进站的最低站的最低压力力P2min；；n（（4）已知或）已知或预选各段的管径、壁厚和最高的工作各段的管径、壁厚和最高的工作压力力Pmax ；；n（（5）可能）可能选用的用的压缩机机类型和技型和技术参数。
参数n在在上上述述已已知知条条件件下下，，往往往往根根据据经验（（例例如如，，站站间距距约为110~150km））初初步步确确定定压压气气站站数数和和布布置置其其余余站站的的位位置置这这样样就就等等于于初初步步确确定定全全部部站站址址，，已已知知各各站站的的站站间间距距结结果果，，“预预先先固固定定某某些些站站址址的的压压气气站站布布置置”就就转转化化为为一一个个工工艺艺核核算算——调调整整——再核算的问题其步骤如下：再核算的问题其步骤如下：35 n（（1））根根据据经验确确定定全全部部压气气站站的的站站址址和和站站间距距作作出出全全线布布置置草草图，，图上上表表明明各各种种站站场的的位位置置、、站站间距距、、各各段段输气气量量、、各各处的的进气气量量和和分分气气量量，，以以及及已已知知的的各各点点压力等；力等；n（（2））根根据据已已知知的的流流量量和和各各站站出出站站的的最最高高压力力Pmax，，进行行各各段段、、各各站站间的的水水力力、、热力力计算算，，得得出出各各站站的的进站站压力力PZi+1和各和各进气点、分气点的气点、分气点的压力；力；36 n（3））计算各算各压气站工况，求出各站的出站温度气站工况，求出各站的出站温度T2，，压头H和功率和功率N；；n（（4）根据各站的）根据各站的变转速特性确定各站的速特性确定各站的调节方案；方案；n（（5））检查各站各站间和各站的工作参数是否符合要求和合理。
和各站的工作参数是否符合要求和合理37 n如上计算成果发现问题，则进行调整，重新布站和核算最如上计算成果发现问题，则进行调整，重新布站和核算最后可能得到多个不同的布站方案，通过综合比较选定之后可能得到多个不同的布站方案，通过综合比较选定之n上一节讨论的上一节讨论的“预先不固定站址的压气站的布置预先不固定站址的压气站的布置”亦可采用亦可采用本节讨论的方法解决同理，上述步骤同样可用于一条已建本节讨论的方法解决同理，上述步骤同样可用于一条已建成的输气管的运行方案的核算与编制，不过此时各站址已完成的输气管的运行方案的核算与编制，不过此时各站址已完全确定，不能作任何调整而已全确定，不能作任何调整而已38 第四节 增加输气管的输气能力n已已投投产产的的输输气气管管，，在在生生产产过过程程中中常常常常进进行行扩扩建建或或改改造造，，其目的主要在于提高输气管的输气能力和降低能耗其目的主要在于提高输气管的输气能力和降低能耗n当当一一条条输输气气管管的的最最高高工工作作压压力力已已达达到到管管路路强强度度允允许许的的最最大值时，提高输气能力实际上只有两个办法：大值时，提高输气能力实际上只有两个办法： 在站间铺设副管在站间铺设副管；； 增建新的压气站；增建新的压气站；39 一、铺设副管一、铺设副管n某某站站间管管路路铺设副副管管以以前前的的管管径径为D0，，长度度为l，，起起点点和和终点点的的压力力分分别为PQ和和PZ，，输气气能能力力为Q。
铺设的的副副管管直直径径为D1，，长度度为x，，输气气能能力力增增加加为Q*为了了简化化起起见，，假假设铺设副副管管前前后后，，压力力为PQ和和PZ保保持持不不变根根据据上上述述条条件件可可由由式式（（4-56））求求得得副副管管长度度在在该式中式中（（10-19））（（10-20））40 n并令并令n将式（将式（4-43））n代入上式得代入上式得n式中式中λ0、、λ1分分别为主管（主管（D0）和副管（）和副管（D1）的水力摩阻系数的水力摩阻系数10-21））41 n将式（将式（9-19）、（）、（9-20）和（）和（9-21）代入式（）代入式（4-56））代入代入42 n得副管得副管长度度n从式（从式（10-22）可知副管）可知副管长度主要取决于要求增加的度主要取决于要求增加的输气能力和副气能力和副管管径若采用的副管管径与主管相同，管管径若采用的副管管径与主管相同，则（（10-22））43 n铺铺设设副副管管增增大大流流量量之之后后，，一一般般势势必必引引起起压压气气站站的的特特性性发发生生变变化化故故副副管管长长度度与与压压力力的的变变化化都都与与压压气气站站的的特特性性有有关关当当全全线线压压气气站站特特性性相相同同时时，，只只要要考考虑虑站站间间管管路路和和位位于于该该站站间间终终点点的的压压气气站站之之间间的的关关系系。
站间管路和位于该站间终点的压气站一起研究时，可得站间管路和位于该站间终点的压气站一起研究时，可得n联解得联解得（（10-23））z如何推导如何推导44 由式由式（（10-22））可得：可得：对于原管路，其特性方程：对于原管路，其特性方程：45 l式式（（10-23））说明明，，在在其其它它条条件件相相同同时，，副副管管长度度实际上上决决定定于于站站间终点点的的压气气站站的的特特性性，，也也就是系数就是系数A和和B46 二、倍增压气站二、倍增压气站n从从输气气管管的的流流量量公公式式中中可可知知，，减减小小站站间管管路路长度度，，也也就就是是在在站站间增增建建新新的的压气气站站，，可可以以增增加加输气气管管的的通通过能能力力倍倍增增压气气站站前前后后的的输气能力可表述如下：气能力可表述如下：n倍增前倍增前n倍增后倍增后47 n若增建新站前后，若增建新站前后，PQ和和PZ不不变，，则n但但是是，，只只要要倍倍增增压气气站站之之后后，，不不管管原原有有压气气站站是是否否进行行扩建建（（照照例需要例需要扩建并建并联机机组），），压气站的气站的进站站压力都有明力都有明显的的变化n增建新站前增建新站前n由上两式得由上两式得（（10-24））48 n增减新站和增减新站和扩建原有建原有压气站之后气站之后n式中式中n ——新建站和原有站新建站和原有站扩建后的建后的进站站压力；力；n 、、 ——新建站和原有站新建站和原有站扩建后的特性系数。
建后的特性系数10-25））49 n由上二式得由上二式得(10-26)(10-27)50 n由式（由式（10-25）、（）、（10-27）可得）可得n如如果果原原有有压气气站站明明显不不满负荷荷（（这种种情情况况非非常常少少见）），，不不需需扩建建，，即即 ，， ，，则（（10-28））51 l即使如此，即使如此， l因因为输气气量量增增大大后后原原有有站站的的压力力比比要要减减小小，，在在PQ一一定定的的条条件件下下，，进站站压力力PZ势必必增增大大，，否否则不不能能维持出站持出站压力力PQ在最高在最高值下工作。