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[摘 要]本文分析了输气管道末端储气调峰的原理[1]，结合具体的工程实例，选取营口气源厂支线为研究对象，进行了工业实验测试，利用实验数据验证了基于CFD建立的数值模拟模型；最后利用已建立的模型，对在特定的长度、管径条件下，首站压力恒定，根据营口市高峰日耗气曲线，计算门站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况；以及门站压力恒定，营口市日耗气量变化，计算首站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况。研究了管线首站（营口分输清管站）及门站（营口煤气分输阀室）在不同参数下的极限流量。
[关键词]天然气支线管道；CFD；调峰；研究
中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0214-01
高压管道储气是利用本身需要建设的各种输气管线，在满足输气能力的同时，适当增加管径，使其具备一定的管道储气能力。建立支线管道CFD模型，模拟支线管道内气体压力、流速、密度沿程（沿着管道）的变化情况，为实现管道平稳运行管控一体化管理提供相应的数据支持[2]。
为了更好地研究辽宁省供气管网工程管线调峰能力，需深入分析影响管网调峰能力的各种因素。高压天然气支线管道输送过程中，由于输送距离长、阀门少、分支少，管道的沿程阻力、压力和质量流量是主要决定因素，管道的局部阻力相对不占重要地位，可不考虑沿程阀门等影响，同时也可忽略天然气管道的倾斜率。本工程选取营口气源厂支线进行分析，模型东侧为首站（营口分输清管站），自东向西方向到达门站（营口煤气分输阀室），模型的建立完全按照营口市气源厂支线线路走向。管道的管径D219.1mm，选用无缝钢管，材质为PLS2 L245N，线路总长度为10.5km，管道设计压力2.5MPa，设计输量2.17×108m3/a。
由于高压天然气支线管道传输过程是一种复杂的可压缩湍流流动，各物理参数随时间、地点呈现随机不规则运动状态，本研究采用三维非稳态湍流模型（usteady three-dimension）进行模拟；另外，考虑到模型的稳定性、成熟性以及对计算机的硬件要求，本研究的模拟工作采用等温带旋流修正（realizable）k-ε模型[3]。
为了简化计算，本研究的具体边界条件设定为：流动是等温的，管外温度为233K，大气压力为101325Pa，天然气进、出口及管壁表面温度为233K，计算管道出口定义为质量流量出口（mass-flow-outlet），气体密度参数需要定义为理想气体（ideal-gas），支线管道气体组分为甲烷（C1）、乙烷（C2）、丙烷（C3）三种气体，各组分浓度分别为C1—92.722%，C2—6.048%，C3—1.123%。结合计算内容，初始条件根据首站压力、门站压力及供气量随时间的具体变化值而定。
根据物理模型的特点，采用FLUENT双精度动态求解器进行求解，方程组求解采用segregated非耦合隐式技术。采用有限容积法离散空间区域，速度-压力耦合问题采用基于压力修正思想的同位网格SIMPLE算法。各个方程的对流项均采用二阶迎风差分格式保证计算的收敛。
本研究通过CFD数值模拟技术对管道建立流动模型并进行求解，研究设计参数对管道运行和储气能力影响，内容包括：1）当支线管道在特定的长度、管径条件下，首站压力恒定，根据营口市高峰日耗气曲线，计算门站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况；2）当支线管道在特定的长度、管径条件下，门站压力恒定，营口市日耗气量变化，计算首站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况；3）研究管线首站（营口分输清管站）及门站（营口煤气分输阀室）在不同参数下的极限流量。
通过CFD模拟，对营口市气源厂支线管道天然气传输过程变化情况进行了数值意义上的仿真，得到了24小时管道首站和末站的压力、密度、速度沿程变化情况。主要结论为：1）CFD动态数值模拟值与工业实验测试值吻合度高达99%以上，此模型精确度足够高，能够用于模拟该支线管道首站和门站压力发生变化时的工况参数，预测该管道下游用户发展。2）当支线管道在特定的长度、管径条件下，首站压力恒定，末站日供气量逐渐变化时，通过计算得到了末站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况。3）当支线管道在特定的长度、管径条件下，末站压力恒定，末站日供气量逐渐变化时，通过计算得到了首站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况。4）CFD数值模拟软件针对各种复杂流动的物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，以使其在特定的领域内达到最佳精确度。但是CFD的求解过程需要建立物理模型、控制方程、确立边界条件与初始条件，所以需要大量管道支线的资料数据，只有数据完整准确，模拟仿真的结果才会更加精确。
参考文献
[1] 王莉华.城市燃气调峰的探讨.内蒙古石油化工，2007，9.
[2] 姜笃志.宫敬.管道末段储气调峰分析方法.油气储运，2005，24（6）.
[3] 袁新.可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择.工程热物理学报，1998，19（4）.
作者简介
武德任（1983.10—），男，2009年07月毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，工学硕士，现工作于中油辽河工程有限公司，工程师，现从事天然气、管道有关专业研究。
[关键词]天然气支线管道；CFD；调峰；研究
中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0214-01
高压管道储气是利用本身需要建设的各种输气管线，在满足输气能力的同时，适当增加管径，使其具备一定的管道储气能力。建立支线管道CFD模型，模拟支线管道内气体压力、流速、密度沿程（沿着管道）的变化情况，为实现管道平稳运行管控一体化管理提供相应的数据支持[2]。
为了更好地研究辽宁省供气管网工程管线调峰能力，需深入分析影响管网调峰能力的各种因素。高压天然气支线管道输送过程中，由于输送距离长、阀门少、分支少，管道的沿程阻力、压力和质量流量是主要决定因素，管道的局部阻力相对不占重要地位，可不考虑沿程阀门等影响，同时也可忽略天然气管道的倾斜率。本工程选取营口气源厂支线进行分析，模型东侧为首站（营口分输清管站），自东向西方向到达门站（营口煤气分输阀室），模型的建立完全按照营口市气源厂支线线路走向。管道的管径D219.1mm，选用无缝钢管，材质为PLS2 L245N，线路总长度为10.5km，管道设计压力2.5MPa，设计输量2.17×108m3/a。
由于高压天然气支线管道传输过程是一种复杂的可压缩湍流流动，各物理参数随时间、地点呈现随机不规则运动状态，本研究采用三维非稳态湍流模型（usteady three-dimension）进行模拟；另外，考虑到模型的稳定性、成熟性以及对计算机的硬件要求，本研究的模拟工作采用等温带旋流修正（realizable）k-ε模型[3]。
为了简化计算，本研究的具体边界条件设定为：流动是等温的，管外温度为233K，大气压力为101325Pa，天然气进、出口及管壁表面温度为233K，计算管道出口定义为质量流量出口（mass-flow-outlet），气体密度参数需要定义为理想气体（ideal-gas），支线管道气体组分为甲烷（C1）、乙烷（C2）、丙烷（C3）三种气体，各组分浓度分别为C1—92.722%，C2—6.048%，C3—1.123%。结合计算内容，初始条件根据首站压力、门站压力及供气量随时间的具体变化值而定。
根据物理模型的特点，采用FLUENT双精度动态求解器进行求解，方程组求解采用segregated非耦合隐式技术。采用有限容积法离散空间区域，速度-压力耦合问题采用基于压力修正思想的同位网格SIMPLE算法。各个方程的对流项均采用二阶迎风差分格式保证计算的收敛。
本研究通过CFD数值模拟技术对管道建立流动模型并进行求解，研究设计参数对管道运行和储气能力影响，内容包括：1）当支线管道在特定的长度、管径条件下，首站压力恒定，根据营口市高峰日耗气曲线，计算门站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况；2）当支线管道在特定的长度、管径条件下，门站压力恒定，营口市日耗气量变化，计算首站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况；3）研究管线首站（营口分输清管站）及门站（营口煤气分输阀室）在不同参数下的极限流量。
通过CFD模拟，对营口市气源厂支线管道天然气传输过程变化情况进行了数值意义上的仿真，得到了24小时管道首站和末站的压力、密度、速度沿程变化情况。主要结论为：1）CFD动态数值模拟值与工业实验测试值吻合度高达99%以上，此模型精确度足够高，能够用于模拟该支线管道首站和门站压力发生变化时的工况参数，预测该管道下游用户发展。2）当支线管道在特定的长度、管径条件下，首站压力恒定，末站日供气量逐渐变化时，通过计算得到了末站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况。3）当支线管道在特定的长度、管径条件下，末站压力恒定，末站日供气量逐渐变化时，通过计算得到了首站及沿程天然气密度、压力、速度等分布情况。4）CFD数值模拟软件针对各种复杂流动的物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，以使其在特定的领域内达到最佳精确度。但是CFD的求解过程需要建立物理模型、控制方程、确立边界条件与初始条件，所以需要大量管道支线的资料数据，只有数据完整准确，模拟仿真的结果才会更加精确。
参考文献
[1] 王莉华.城市燃气调峰的探讨.内蒙古石油化工，2007，9.
[2] 姜笃志.宫敬.管道末段储气调峰分析方法.油气储运，2005，24（6）.
[3] 袁新.可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择.工程热物理学报，1998，19（4）.
作者简介
武德任（1983.10—），男，2009年07月毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，工学硕士，现工作于中油辽河工程有限公司，工程师，现从事天然气、管道有关专业研究。