天然气长输管道的节能措施分析.pdf

■ 试 验 砜 夯 ， T e stin g R e s e a rch 天然气长输管道的节能措施分析 张旭 东 中国石油北京天然气管道有限公司 摘要 天然气长输管道 已迎 来快速发展阶段 ，天然气长输管道在运输 天然气的过程 中也要 消耗 大量 的 能源 。如 何 减 少 能源 消耗 将是 必须 考 虑 的 问题 。丈 中从 节能 角度 出发 ，分 析 了输 气 管道在设计 阶段 、运行 阶段可以采取 的节能技措。通过对管道采取优化设计 、减少摩 阻损失 、 优化运行方案、减少天然气放 空和充分利用余热余压及新能源等措施 ，可以提 高输 气效率 ，降 低 输 气能耗 。 关键 词 天 然 气 管道输 送 节能 降耗 D 0l 1 0． 3 9 6 9 ／ 1 ． 1 s s n． 2 0 9 5 - 1 4 9 3． 2 0 1 3． 0 1 1 ． 0 0 4 为应对 H益增 长 的 天然 气需 求 ，我 国正积 极 打 造 天 然 气 输 送 管 网 ，根 据 规 划 ，预 计 到 2 0 1 5年 ， 我 国 天 然气 管 道 规 划 总 长 将 接 近 l 0万公 里 。 油 气 管 道 在把 能源 输 送给 用 户 的 同时 ， 自身也 要 消耗 能 源 。随着 我 国油 气 管道 建设 的快速 发 展 ，油 气管 道 运 输 量 大 幅 增 长 ，管道 白耗 能 也 相 应 有较 大增 长 。 搞 好 管道运 输 的 节能降 耗也 就显 得 越来 越迫 切⋯ 。 1 天然气 长输 管道的节能潜 力 天 然气 长输 管 道节 能 是一 个 系统 程 ，要 从源 头 开 始 考 虑 。 从 管 道 设 计 开 始 ，包 含 管 道 优 化 运 行 、 缩机 等 重 点耗 能设 备 的运 行 维护 以及 充 分利 用余 热 余 压和 新 能源 。对 于 运行 中的长 输管 道 ，节 能 的 关键 是提 高 管道 运行 的能源 利 用效 率 ，减 少燃 料 动 力消耗 。 2 节能技措分析 2 1 设计 节 能 2 ． 1 ． 1 系统 工 艺设 计 的优 化 在 目前 管道 大 发展 阶段 及 以后 的管道 建设 和运 行 中 ，很难 有单 一输气 管 道独 立运 行 ，基 本 形 成 区 域管 网 系统 。在新 管线 设 计 时 ，必须 既 满足 新 老管 线 系 统 安 全 可 靠 供 气 ，又 能 达 到 新 建 系 统 投 资 最 省 ，运 营 费用最 低 的效 果 。 。 要 实 现上 述 功能 ，使 系 统构 成最 优 化 ，必 须将 作者简 介张旭东 ， I 程师 ，2 0 0 5 年硕士毕业于 中国石油大学 油 气 储运 T程 专、 ，从事 天然气 艮输 管 道的 节能 与计 量管 理 ，E ma il z h a “ g l o n g p , c h i n a ． 2 0 11 “1 ． f n ，地址 北 京市朝 阳区大屯路 9号 ，1 O f 1 0 1 1 0 I WWW． s y s h j n ． c o m 新 老 系统 有机 结合 ，构成 一个 完整 的可 以实现 灵活 调 配 的管 网系 统 ，进 行 r况模 拟 计算 、分 析 ，对 管 网系统 构 成方 案 进行 优 化 ，才 能实 现在 充 分利 用 已 建 设施 的基础 上 ，新 建 系统 投 资省 、安 全 、环保 和 节 能 的 目的” 。 2 ． 1 ． 2 管 道 内涂层 设 计 节能分 析 天然 气在 输 送过 程 中 ，要 克 服管 道摩 阻 。影 响 摩 阻的 主要 因素 是 管 内壁 粗糙 度 。在 输送 量 和 出 门 压 力 一 定 时 ，内 壁 粗 糙 度 越 大 ，输 送 压 降 越 大 管 道 内涂 层 技 术在 可 以 有 效 防 止 管 道 内腐 蚀 发 生 的 同时 ，也 是提 高输 量 的有 效 手段 ，尤 其是 对 长 输输 气 管道 更 显著 。实 际检测 表 明 ，内涂 层能 够 使 管 道 的 输 气 量 提 高 4 ％～ 8 ％[4 j o 输 气 管 道 采 用 内 涂 层 ，可 以使 管 道 内表 面光 滑 、降 低 粗糙 度 、减 小 水 力 摩 阻系 数 ，从 而达 到 提高 管道 输 气量 ；在相 同输 气 量条 件 下 ，可 以降 低 压缩 机需 用 功率 ，既 能减 少 机 组建 设 的 投资 费用 ，又 能减 少投 运 后压 缩 机 的能 耗 费用 和维 护 费用 。 如果 从 经济 性 方面 考 虑 ，是 否采 取 内涂 层需 要 将 管 道全 生命 周 期 发生 的费用 合 并计 算 。如 果 从节 能减 排方 面 考 虑 ，采用 内涂层 后将 扩 大 压气 站 的 间 距 ，减 少压 气 站 的数量 和总装 机 功率 ，从 而 降低燃 料 动 力 消耗 。 2 ． 1 ． 3 合理 选择 压 缩机 组 类型 压 缩机 组 是压 气 站乃 至 长输 管 道 的心脏 。压 缩 机 组 的原 动机 比较 常用 的是 电 动机 和燃 气 轮 机 。 因 电动机 和 燃气 轮 机在 机 组效 率 和燃 料排 放 折 标煤 系 数 上 差别 很大 。因 此 ，在 充分 考虑 压 气站 当地 能源 供 应 的情 况 下 ，如 何选 择 原动 机 的类 型 达 到节 能 减 排 的 目的需 要 在设 计 时重 点 研究 。如 高压 大功 率 变 频 器 在 陕京 二 线榆 林 压气 站 的应 用 ，不仅 能更 好 地 满 足 输 气 工 艺 变 工 况 的 要 求 ，而 且 还 能 节 省 约 l 0 ． 4 5 ％的用 电量 ，节 能效 果 明显 。 。 2 ． 2管道 运行 节 能 2 ． 2 ． 1 管 道运 行优 化 天 然气 管 道 的优 化 运行 就 是在 管 道 系统 物理 参 数 已经 确 定 的条 件下 ，根 据气 源 的供 气情 况 和各 用 户 的 用 气 情 况 ，对 管 道 系统 的运 行 参 数 进行 优 化 ， 既 能满 足 安全 平 稳输 气 和 供气 ，也能 使 管道 总 的燃 料 动 力费 用最 低 。 由于优 化 的 目标 函数 是 以管 道总 能 耗 或者 总 功率 最 低 ，所 以对 于 长输 管 道来 说 ，管 道 的优 化 运行 是管 道企 业 最大 的节 能技 措 。 管道 优化 运 行 的影 响 因 素较 多 。 目前 国 内常用 离 线 模 拟 软件 T G N E T 、S P S 进 行 优 化 运行 分 析 。通 过 S C AD A系统 将 实 际 能 耗 数 据 在 线 采 集 上 来 ，与 方 案 进行 对 比分 析 ，及 时 调整 运行 方 案 。 2 ． 2 ． 2 提 高压 缩机 的运 行效 率 压气 站 的运 行 费 用 占管 道 总运 营 费 用 的 5 0 ％左 右 ，压 缩机 及 其配 套 的原 动 机 的能耗 占压气 站 运 营 费 用 的 7 0 ％ 以上 ， 占长 输 管 道 能 耗 费 用 的 9 6 ％左 右 。因 此 ，提 高压 缩 机组 的效率 将 是 降低输 气 能 耗 的重 要 措施 。各类 型 机组 在 满 负荷 时 ，电驱机 组 的 效 率 为 7 0 ％～ 8 5 ％ ，燃 驱 机 组 的效 率 为 2 5 ％～ 4 0 ％ 。 虽 然 机 组 的效 率 均在 正 常范 围内 ，但 是效 率相 对 低 的压 缩 机组 就 有 节能 的 空 间 。压缩 机 组在 非满 负 荷 的情 况 下 ，通 过 提高 入 口压 力 和调 整 压缩 机余 隙 达 到提 高 运行效 率 降低 能耗 的 目的 。 2 ． 2 ． 3 减 少天 然 气放 空 天 然气 长输 管 道 在运 行 过 程 中 ，由 于各种 原 因 需 要 进 行 天然 气放 空 ，如压 缩 机 的启停 放 空 、管 线 施 工 放 空 、站 场设 备 的维检 修 放空 以及 紧急情 况 的 应急 放 空 等 。在 生产 运行 过 程 中 ，通 过合 理安 排 管 道施 工 作业 方 案 和优 化 压缩 机 的启 停 ，减 少放 空 的 次数 并尽 可 能 降低放 空压 力 ，使 放 空量 减少 。 2 ． 3利用 余热 余压 节 能 2 ． 3 ． 1压 缩机 余热 节 能技措 余热发 电是利用生产过程中多余的热能转换 为 电能 的技术。根据调查 ，各行业的余热总资源约 占 其燃 料 消耗 总 量 的 1 7 ％ ～6 7 ％，可 回收 利用 的余 热 资源约为余热总资源的 6 0 ％。佘 热发电不仅节能 ， 还有 利 于环 境保 护 。 目前 输 气 管 道 压 气 站 驱 动 方 式 有燃 驱 和 电驱 ， 燃驱站使用的燃机排烟温度接近 5 0 0℃ ，燃机标态 工况 排 烟量 为 9 3 ． 7 k g ／ s ，属于 比较 优 良的余 热资 源 ，正常情况下 直接排放到大气 中。 通过余热发 电技术 ，将高温的排烟废气作为热源 ，通过余热锅 试验 研 究 ， T e s ti n g＆R e s e a r c h ■ 炉 生产 蒸 汽进 入蒸 汽 轮发 电机组 用 于发 电 。 以某一 压 气站 3 台 3 0 M W 燃 气 轮 机压 缩 机组 为例 ，按 压缩 机组采用 2 用 1 备方式年运行各 8 0 0 0 h 计算 ，年发 电量约 l 1 0 k Wh ，投 资 回收期不 超过 5 年 。 2 ． 3 ． 2 分 输站 场压 差发 电 目前 ，我 国 长 输 天 然 气 大 多 采 用 高 压 管 输 方 式 ，输 送 的 高压 天然 气 经分 输 站调 压 降至 中压 标 准 进 入 城市 管 网 。天然 气 在调 压 过程 中将 损 失大 量 的 压 力 能 ，如 果 能 采 取适 当 的措 施 回收利 用 压 力 能 ， 将提高能源的利用率 ，减少资源浪费 ，对提高天然 气 管 网运行 的经济 性具 有重 大 意义 。 天然气压差发电就是利用高压气体在降压时产 生 的能 量 发 电 ，亦 称 “ 气 体 直 接 膨 胀 方 式 ” ，主 要 设 备 是 天然 气 透平 膨胀 发 电机 组 。 以某一 天 然气 分 输 站 调 压 压 降 为 2 ． 5 MP a ，年 输 量 在 51 0 m ，供 气 时 间 8 0 0 0 h 计 算 ，年 发 电量 约 为 9 8 71 0 k Wh 。 如果所发电量能够上 网，投资 回收期在 3 年 以内， 是非 常好 的节 能项 目。 2 ． 4新 能源 利 用 目前 可 以 在长 输管 道 站场 应 用 的新 能源 有太 阳 能 和地 热能 。利用 太 阳能 发 电可 以替 代 天然 气管 道 阀室 中的 T E G发 电设 备 ，可 以减 少 T E G所带 来 的维 护 量 、高维 护 成本 和 部分 安 全 隐患 ，该 节能 技 术尤 其适 用 于边 远地 区不 易 引入外 电的 阀室 。 3 结论 在 天然 气 长输 管 道 的设计 及 运行 过 程 中 ，根据 不 同管 道 的具 体 特点 ，积极 有效 的开展 各项 节 能措 施 ，将会明显地提高长输管道输气效率和降低管道 能耗 ，同时也能降低管道运输成本。 参 考 文献 [ 1 ]刘冰． 油气管道能效管理 [ M ] ． 北京 地质出版社． 2 0 1 1 ． [ 2 ] 任 启 瑞． 输 气 工 艺 系 统 优化 设 计 [ J ] ． 天 然 气 与石 油． 2 0 0 7 ． 2 5 6 1 7 ． [ 3 ] 6 B 5 0 2 5 1 2 0 0 3输 气 管道 工程设 计 规范 [ S ] ． 北 京 中 国计划出版社， 2 0 0 3 ． [ 4 ]权 忠舆． 研究 与应用输 气管道 内壁涂 层技术是 明智 之举 [ J ] ． 油气储运 ， 2 0 0 0 ， 1 9 9 卜5 ． [ 5 ] 王柱华 ．榆林 压气 站高 压变频 调速节 能技 术 [ J ] ． 天然 气 与石油． 2 0 0 7 ， 2 5 6 3 6 3 8 ． [ 6 ] 陈绍凯 高压天然气 管道压力能 的回收与利用技 术 [ J ] ． 油气储运 ， 2 0 0 9 ， 2 8 2 5 1 _ 5 4 ． 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 6 2 0 己 口 I j 年 第l l 期 石 油 石 化 节 能l 1 1