天然氣輸配技術論文
天然氣輸配已成為天然氣工業的一個重要組成部分，下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
天然氣輸配節能技術綜述
【摘 要】天然氣管道輸送已成為天然氣工業的一個重要組成部分，輸配中採取技術措施，能夠收到很好的節能效果。大型輸氣管道的能耗直接影響著輸氣成本的高低。在天然氣輸送管道迅速發展的今天，對管道實行優化執行、減少管道阻力損失、減小天然氣損耗、氣壓力能回收利用技術、管道完整性管理等措施對降低輸氣能耗、提高輸氣效率都是行之有效的。本文對這些節能技術進行了介紹，並對其發展前景進行了分析。
【關鍵詞】天然氣輸送;節能;優化執行;壓力能回收利用
1、從設計上選取最優的設計和通訊方案
輸氣管道的優化設計主要包括管徑、壁厚、管材、輸氣壓力、壓氣站佈置與壓縮機組的配置、儲氣庫位置、類別和容量以及各種情況下的調峰方案等內容。天然氣輸配工程建設過程包括專案決策、專案設計和專案實施三大階段。進行投資控制的關鍵在於決策和設計階段，而在專案作出投資決策後，其關鍵就在於設計。據研究分析，設計費一般只相當於建設工程全壽命費用的1%以下，但正是這少於1%的費用對投資的影響卻高達75%以上。優化設計不僅影響專案建設的一次性投資，而且還影響使用階段的經常性費用。
天然氣長輸管道通訊系統在長輸管道的建設、維護與管理中具有重要的作用。任何一種通訊方案的確立都需綜合考慮當地的自然條件、裝置技術性能、初期建設費用、長期維護管理等諸多因素。天然氣長輸氣管道通訊的基本特點是：一是大部分管道途經山川、丘陵、河流、農田或是戈壁沙漠等複雜地形，且沿線氣候多變，風、霜、雨、雪、交替顯現，人為或是自然的突發事件較多。二是每條管道一般均有一個排程控制中心，沿線還有必要的輸氣管理部門。通訊點一般設在沿線各站場。每個站需與排程控制中心建立通訊聯絡，並與有關的輸氣管理部門保持通訊能力。三是大部分RTU閥室為無人值守站，工作環境較惡劣。使用簡化供電系統，通訊裝置耗電量要小是一個重要的考慮因素。四是在故障發生時，搶修速度一定要快，時效性非常強。根據天然氣長輸管道的實際情況，綜合考慮技術、經濟、執行維護、故障搶修及今後發展等各種因素，應優先選擇專用衛星通訊為主、公網通訊為輔的通訊方案來作為天然氣長輸管道的主用通訊方案[1]。
2、管道輸送中採取節能技術
2.1管道輸送中採用最優輸量[2]
長距離輸氣管道的輸量受輸送壓力、管徑及壁厚、沿途所設壓縮機站數等工藝引數的制約，當輸送壓力、管徑確定後，可通過增設管道壓縮機站的方法提高管道輸量，而要增加的管輸量越多，管道中間增設的壓縮機站越多，工程專案的投資和營運成本越高。當超過一定界限後，管輸量的增量效益就會低於相應的投入增量，導致整個管道工程的經濟效益下降。因此，長距離輸氣管道存在一個使管道的經濟效益最大的最優輸量。體現長距離輸氣管道工程經濟效益的主要經濟指標是財務內部收益率***IRR***，通過計算該值，可以找到最優輸量，從而很好的利用管道和裝置來進行天然氣的輸送。
2.2 採用高鋼級管材[3]，選擇合適的輸氣溫度，提高輸氣壓力
通過高鋼級管材的開發和應用可以減小壁厚，減輕鋼管的自重，並縮短焊接時間，從而大大降低鋼材耗量和管道建設成本。此外，採用複合材料增強管道強度的技術也正在開發，即在高鋼級鋼管外部包敷一層玻璃鋼和合成樹脂。採用這種管材，可以進一步提高管道的輸送壓力，降低建設成本，同時可增加管輸量以及提高鋼管抵抗各種破壞的能力和安全性。天然氣沿管道流動時，因要克服流體阻力，壓力會逐漸降低。壓力降低會使氣體密度下降，線速度也要變化。此外，由於天然氣與土壤的熱交換，天然氣的溫度也會降低。輸氣溫度對系統能耗關係很大，除向土壤散熱損耗外，壓氣機組的效率與輸氣溫度密切相關。輸氣管道向更高壓的方向發展是一個趨勢，也在一定程度上反映了一個國家輸氣管道的整體技術水平。輸氣時氣流與管壁的磨擦，造成壓力損耗，靠沿線壓氣站連續升壓實現長距離輸氣。所以，摩擦損耗是能耗的基本構成。從物理意義上講，提高壓力使管內天然氣的密度加大，降低了管內天然氣的實際速度以及壓力降。所以，作為主要線路損耗形式的磨損減少了。另外，天然氣的密度越大，壓縮機的效率也越高，同樣功率的壓縮機所產生的壓頭也越高。系統的最大工作壓力，因受輸氣機組能力及管材機械效能所限，各國採用管道鋼材都有一個發展過程。總之，不斷提高輸氣壓力，是今後管道工業發展的方向。
2.3 採用內塗層和減阻劑減阻技術，提高輸送能力
天然氣管道內壁敷設內塗層後，可以有效地改善和提高天然氣在管道中的流動特性;可以減少管道沿線壓縮機站的數量;可以降低輸送的動力成本和泵輸成本;在一定程度上可以提高管輸量;可以延長清管週期;可以降低輸送動力消耗和泵輸成本。因此，管道內塗層技術[4]具有良好的經濟效益，在國外天然氣管道已經普遍採用此技術，並且取得較好效益。國內也應該儘快掌握和發展天然氣管道的內塗層技術，這將有利於天然氣管道事業的發展。
縱觀現有減阻劑[5]的成分及化合物結構，現有減阻劑基本都是基於以下減阻機理，具有表面活性劑類似結構特點的聚合物，其極性端牢固地粘附在管道內表面上，而非極性長鏈順流向懸浮在管壁附近氣流中，或者將聚合物充分溶解在某種溶劑中，調節聚合物含量，使溶液具有一定的粘性和彈性，塗在壁面上形成彈性膜，將“氣固”介面變為“氣液”介面。因液體表面的粗糙度比固體表面小得多，形成的渦流區也小得多，從而能夠大大減小天然氣和管道內壁之間的摩擦阻力，降低天然氣輸送過程中的壓降和能量損耗，提高管道輸氣量。
2.4 根據具體情況，選擇最合適的管道乾燥方法[6]
如果天然氣管道中含有水，則液態的水就有可能與天然氣中的少量酸性氣體生成酸性物質，腐蝕管道內壁，影響管道系統使用壽命及其可靠性;同時，可能形成天然氣水合物或造成冰堵，使管道堵塞，影響管道安全執行。因此，為了避免這些問題的產生，在投產前必須對管道進行乾燥，脫除管道中游離的水和大部分的水蒸氣，使其露點處於-16～5℃。天然氣長輸管道常用的乾燥方法有乾燥劑法、流動氣體蒸發法***包括幹空氣乾燥法、氮氣乾燥法、天然氣乾燥法***、真空法等。 以下兩種乾燥方法效果好，成本低，節能效果明顯。真空乾燥法在20世紀80年代初開始應用。該方法適合於海底、江底、河底等區域管道的乾燥，特別適合於小口徑、短距離、明水少的管道乾燥，空氣可以任意排放，無毒無味，不燃不爆，無安全隱患;對地層溫度較高的管道有特殊的效果;既適用於陸地管道，也適用於海底管道;受管徑、管道長度的影響相對較小;乾燥成本低;易與管道建設和水壓試驗相銜接。目前，在國內廣泛使用的是幹空氣乾燥法。幹空氣乾燥是採用經過除油、過濾和脫水的乾燥純淨壓縮空氣吹掃管線，由於其低露點的特點使管道內壁附著的水分蒸發，並利用後繼幹空氣將管道內的溼空氣排出管外，達到乾燥管道的目的。
3、減少天然氣在輸送過程中的損失
避免超壓放空，應建立上、下游協調製度及生產通報制度，防止輸氣管網區域性超壓。當供氣量大於用氣量，造成輸氣管網壓力過高時，需要天然氣排程人員必須全面瞭解和掌握天然氣管網的執行動態，平衡各站點用氣壓力和流量，加強氣量調配靈活度，及時地將富餘的天然氣調往其他使用者，使生產執行更加安全、經濟、平衡，並應積極發展使用者，增加用氣量。
針對低壓放空採取的措施一是選用經濟、可靠、方便的增壓裝置，把低壓氣增壓後輸進管網系統。二是建立低壓輸配氣管網，將低壓天然氣在不進高壓輸氣管網的情況下，直接供給使用者。
對於自用氣損耗，此現象發生在供氣單位內部，如增壓站的壓縮機和自用水套爐用氣。採取措施是：提高壓縮機有效利用率，在滿足裝置安全執行的條件下，使裝置儘可能滿負荷執行，此舉也可延長壓縮機的有效壽命。對其他用氣應選用熱效率高的加熱爐及節能型燃燒器。
對管線洩漏情況應採取措施，認真抓好管理工作，防止跑、冒、滴、漏。認真巡線，及時發現洩漏點並上報處理;做好陰極防腐工作，延長管道的使用壽命，減少管道腐蝕洩漏的發生;做好各閥門的維修保養工作，杜絕排汙閥和放空閥的管道內洩漏[7]。
4、氣壓力能回收利用技術
目前國內外回收利用天然氣管網壓力能的方式主要有發電和製冷兩大類[8]。利用壓力能發電，產生的電能可進入城市電網，或用於發電站自身生活、生產使用，或用於分散式制氫;在製冷方面，目前主要是將膨脹後低溫天然氣的冷量，用於燃氣調峰、冷庫、冷水空調、橡膠深冷粉碎以及輕烴回收等。
將高壓管網天然氣壓力能回收並用於發電主要是以膨脹機代替傳統的調壓閥來回收高壓天然氣降壓過程中的壓力能，並將其用於發電，具體說有3種方式：***1***利用天然氣膨脹機輸出功驅動同軸發電機發電。這類工藝一般在天然氣膨脹前先將其預熱，以保證天然氣膨脹後的溫度在0℃以上，從而可防止天然氣中的水汽凝結。***2***利用天然氣膨脹所做功，將膨脹後的低溫天然氣冷量用於燃氣輪機進氣冷卻。該方式可增加進入壓氣機和燃氣透平的空氣質量，從而在壓比不變的情況下減少所需的壓縮功，省去了發電廠傳統的燃氣輪機機組冷卻裝置。***3***上述兩種方式結合，在利用膨脹機做功的同時也利用膨脹後天然氣的冷量。
高壓管網天然氣壓力能製冷用於燃氣調峰、輕烴回收以及天然氣脫水。城市燃氣用量隨時段、晝夜、季節等波動非常大，因此，投資建設天然氣調峰設施顯得非常必要。高壓管網天然氣壓力能製冷用於橡膠深冷粉碎工業上深冷粉碎橡膠一般需要將原料膠冷卻至-70℃以下，以增強粉碎效果。
5、對管道進行完整性管理[9]
現代化的管道控制室，都配備了計算機系統來監視管道的流量、壓力和溫度資料，系統每天都在獲取大量的監測資料，這就涉及到管道完整性管理計劃***IMP***中的資料管理的問題。當投入的管道完整性維護費用越少，管道安全的收益越大，但管道安全的風險也就越大;投入越多，雖然管道執行風險降低，但管道的收益也就會大大減小。管道完整性維護的效益不僅與完整性維護的費用和收益緊密相連，且與管道的風險也息息相關。對管道進行完整性維護的目的是降低風險成本，使管道的執行效益最好，此目的達到的程度就是管道執行的效用。因此盲目地減少或增加管道完整性維護費用以獲取高的收益或確保管道安全是不科學、不可行的，管道經營者需要對管道的完整性維護決策進行優化，以降低管道執行風險，最好地分配維護資金，從而獲得最大的效益。
6、總結
我國天然氣資源總量列世界第五位、亞洲第一位。天然氣與煤炭、石油相比，具有清潔、無汙染的優點，在油價持續高漲的情況下，天然氣的優勢得以顯
現。在我國一次能源消費結構中，目前天然氣只佔有5.3%***2010年資料***的份額，而全球天然氣在一次能源中的平均比重達到近1/4。隨著我國天然氣探明儲量及產量的穩步增長，天然氣在我國一次能源中的比重將穩步提升。因此，天然氣輸配節能技術將有很大的發展前景。目前，一些天然氣輸配工程已經在使用以上的這些技術，但由於我國的天然氣輸配節能技術發展較晚，在對管道進行完整性管理技術等方面還不是很成熟，這就要求我們在該方面繼續努力，使天然氣輸配節能技術充分發揮它在節約能源，提高經濟效益方面的重大作用。
參考文獻：
[1]徐勇，雙功新.淺談天然氣常數管道通訊方案的選擇，經濟師，2010***8***：253-254.
[2]謝英，袁宗明.長距離輸氣管道的最優輸量研究， 管道技術與裝置，2006***3***：3-4.
[3]劉雯，鄒曉波.國外天然氣管道輸送技術發展現狀，石油工程建設，2005，31，***2***：10-12.
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