天然气长输管道节能降耗探讨.pdf

一 7 6 一 ■ 节能减排 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 6 年 第1 9 卷 天然气长输管道节能降耗探讨 吴科 四川科宏石油天然气工程有限公司， 四川 成都 6 1 7 0 0 0 [ 摘要]本文从管道输送中能耗形成的机理入手，分析 了直接能源消耗和间接能源消耗产生的原因，提出采用选择压缩机 组、优化压缩机运行及采用内涂层技术等工艺降低直接能量耗损，在间接能耗控制方面通过采取一定的措施降低天然气的 泄漏和放空，降低间接能耗，从而降低天然气的管道输送成本。 [ 关键词]天然气；长输管道；直接能耗；间接能耗 随着 社 会经 济 的 发展 ，化 石 燃料 的燃 烧 带 来的环境 问题 日益严重 ，天然气 因自身热值高、 安全环保 、经济性好等特 点被广泛应用到各行各 业 。但 由于 天然气 多集 中在人烟稀少的我 国西部 地 区，且大 部分处于交通不发达地区 ，与天然气 消 费地 区相隔较远 [ 1 】 。这就使天然气 须经过长距 离运输 ，因此长输管道成为天然气运输 的主要途 径 。随着输气 管道 的不 断增 多，长输管道天然气 的能耗 问题 逐步显现 ，为 了控制天然气 的运输成 本 ，急需对 天然气长输管道 的能耗 问题进行研究 并采取相应措施来降低运输能源消耗。 1 天然气输送的过程分析 天然气作为一种清洁能源，在世界范围内被 广泛应用 。天然气 的输送分为管道运输和液化运 输，由于天然气不易储存，管道运输是天然气运 输的最佳方式。目前世界范围内己建成的管道达 1 5 0 万公里 ，已经连接成地区性 、全国性或国家性 的管道运输网络。在管道运输方面，首先必须保 证运输 的安全性和可靠性 ，同时管道运输 中产生 的能源消耗也是急需解决的问题 。 在管道运输天然气 的过程 中产生 的能耗分为 直接能源消耗和间接能源消耗【 。直接能源消耗主 要是指压缩机组、管道运输材质等工作过程中产 生的能源消耗。直接能源消耗智能通过技术手段 降低，但不能避免。而间接能源消耗主要是指在 运输过程中的天然气泄漏 、放 空等造成 的，间接 能源消耗可通过技术手段来避免发生。 2降低长输管道的直接能耗 2 ． 1 优化输气管道的运行 优化输气管道 的运行是指在管道初期 能耗最 小的情况 下，实现供需平衡 ，高效完成天然气的 输送，在保证供应量 的同时 ，降低能耗和天然气 的运输成本 。在优化方面分为稳态最优工况、最 优调度和动态 下的最优工况 。这种 降低能耗的方 式通过利用相应 的控制系统，在管理和调度上保 证系统在最低能耗的情况下运行，以此来降低管 道运输的直接能耗。 2 ． 2降低管道阻力 天然气在管道输送过程中，需要克服一定的 摩擦力 ，这就产生 了一定的摩擦损耗 ，造成一部 分能量在摩擦 中损失 。管道 内摩擦力 的大小与管 道内表面的粗糙度有很大关系，以管道直径3 5 ． 5 6 C I 1． 、长3 8 5 k m的运输管道为例 ，管道 内表面粗糙 度和输气管的压降关系如表 1 所示。 表1 管道内壁粗糙度与管压降的关系 流量 进口压力 出口压力 压降 粗糙腱 m。 ／ d M P a M P a M P a m 】 6O 8． 3 4 4． 5 3． 84 6 2 1 6 0 9 _ 0 4 ． 5 4 ． 5 2 1 O 1 6 0 9 ． 3 4． 5 4． 8 3 3 O 减小管道的摩擦 力是 降低 能源消耗 的有效方 式，因此对管道内壁按照R P 5 1 2 标准进行涂层， 来降低管道内壁的摩擦力。研究表明，通过采用 涂层技术可以在相同的管道压力和温度下，提高 5 ％～ 8 ％的输气量，有效地 降低 了直接能源消耗 。 2 ．3 合理地选择压缩机、原动机 作者简介 吴科 1 9 8 2 一，男，I l J I I 仁寿人，本科，工程师， 从事石油天然气地面建设工程设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 吴科 天然气长输管道节能降耗探讨 ． 7 7 ． 压缩机主要应用在压气站 ，压气站主要完成 对管道的增压，为天然气的传输补充能量[ 3 】 。压缩 机的能源消耗是直接能源损耗中最大的一部分。 在天然气管道运输 中的压缩机主要分为往复式和 离心式 两种 。功率分布 见表2 。离心式压缩机 的 压缩比和热效率比较低，没有往复运动的部件， 排量 比较大，在控制方面 比较容 易实现流量的调 节和控制，在大排量低压 比的运输环境下 比较适 合采用离心式压缩机。往复式压缩机的压缩比和 热效 率比较 高，同时往复运动的部件易磨损 ，维 护率高，适合在低排量、高压比的运输环境下使 用 。 表2 离心式压缩机和往复式压缩机功率分布 最大功率 效率 离心式压缩机 2 5 0 0 0 k W 8 0 ％ ’ 8 1 ％ 往复式压缩机 ≤1 0 0 0 0 k W 8 6 ％ ’ 9 0 ％ 压缩机 的原动机为电动机或燃气轮机，电 动机结构简单，运 行稳 定，受系统运行 的影响较 小，燃气轮机 主要用 于大排量压缩机 ，在匹配上 比电动机更容易实现。 因此，选择压缩机的原动机时，如果压气站 距离 电网较近 ，适合选择 以电动机作为原动机 ； 如果距离电网较远，则适合采用燃气轮机。使用 燃气 轮机 时要配合使用效率较高 的机组，同时配 套建设热力回收循环系统 ，提高机组的热效率 ， 降低能源消耗 。 2 ． 4优化压缩机 的运行 管道 的输气量变化时 ，会造成压缩机偏 离原 来的运行状态 ，使机组 的效率下 降，增加 系统的 能源消耗。针对此情况，可在长输管道的末端增 加管道储气装置 ，用于缓冲因输气量的变化对 系 统运行状态 的影响。 2 ．5 采用先进的输气工艺 采 用先进 的输气工艺和技 术可 以有效 降低 天 然气在长距离管道运输中的能量损失 。 1 采用 高压输送。采用 高压输送时，可使输 送的天然气密度增加，提高输送的效率，同时降 低压缩机的能耗，在管道 内部 由于天然气 的流速 降低，使得摩擦阻力降低，又进一步降低了管道 运输 的能耗。 2 采用富气传输。富气传输是目前比较先进 的传输方式，在输气过程中加入多种气体，造成 传输的天然气密度增加，从而降低流速，在传输 过程中与管道内壁产生较小的摩擦，从而降低能 源的消耗 。与传 统的传输方式相 比，该方式既环 保又安全 ，同时增加 长距离管道运输的效率，降 低能源的消耗 。 3 降低长输管道间接能源消耗 3 ． 1降低天然气传输过程中的空放量 天然气 的空放是指在进行管道维修或抢 修工 作时，造成在此期 间管道 内的天然气直接排 到空 气中，而形成的天然气浪费现象[ 5 】 。采取一定的技 术措施可 以降低甚至消除这种空放现象 ，具体措 施如下 3 ． i ． 1安装截止阀 在长输管道上按 照一定 的距离安装截止阀 ， 在管道维修期间 ，可 以在 管道断开处 的上下游关 断截止 阀，将管道 关 闭进行维修 ，这样就能避免 天然气的放空现象。 3 ． 1 ． 2配装移动式压缩机 维修 时通过移动式压缩机将防控段的天然气 输送到上下游 ，可 以保持管道运输 的气密性，降 低排放天然气。 3 ． 1 ． 3保持管道的气密性 在进行管道维修或清洗时 ，不能停止输气 ， 同时不要破坏管道的气密性，这样可 以有效降低 天然气的放空。 3 ． 1 ． 4 设置放空段长度 经过长 时间的工程实 践，可 以科学地计算或 试验合理 的放空段长度 ，通过事 先的设置 ，可 以 有效地避免放 空现象，进而 降低能耗 。 3 ． 2降低天然气泄漏 天然 气在 管 道运 输 中容 易产 生泄 漏 ，一 旦 发生天然气泄漏，将造成许 多危害 ，首先天然气 属于易燃易爆气体 ，一旦泄漏遇到 明火，会产生 大面积爆炸，危害周边安全，同时天然气的泄漏 会造成一定的经济 损失，因此应尽量避免天然气 泄漏事件的发生。天然气 的泄漏主要包括输气设 备上的泄漏和天然气管道上的泄漏。输气设备的 泄漏 主要 由于压缩机密封不好、输气设备密封不 好及所 用的密封 圈或密封垫老化和磨损等现象造 成。因此针对输气设备要定期进行密封性检查， 同时定期更换输气设备的密封 圈。管道上的天然 气泄漏一般是由于管道受到腐蚀破坏、管道漏气 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 ． 一 节能减排 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 6 年 第1 9 卷 造成的 ，也可能存在 管道 自身质量 问题发生开裂 等，还有可能是人员操作不当造成的管道破裂。 为 了有效地避免天然气泄漏 ，可 以采取 以下 措施 1 对 投入使 用 的管道 要进行 整体 安全 性评 估 ，对不满足要求，存在质量瑕疵 的管道要及时 进行更换。 2 按照管道使用说 明，在管道外层按规定做 好 防腐蚀处理 ，如添加防腐涂层和 阴极保护等 ， 并 定期 进行 安全 检 查 ，做 好记 录 ， 以便 日后查 阅。 3 加强人员培训 ，增强员工 的业务水平 ，避 免因人为操作不当造成天然气泄漏现象 。 4 建立完善的管道巡线制度 。管道铺设好之 后，应 建立专 门的巡线制度 ，这样既可 以加 强对 管道的检查，也可 以防止他人故意破坏管道 。 5 增强管道检测设施 。通过引入先进 的自动 化仪表设备 ，对 管道进行实时检测 ，这样可 以更 快更有效地对 管道完好状况进行 了解 ，有效地 降 低天然气泄漏现象发生。 4结论 管道输送 中的直接能源消耗只能尽量降低， 但不 能完全避免 。而间接 能源消耗 ，则可 以采取 一 定的技术手段加 以避免 。通过机组 的运行状态 进行优化调整 、选择合理的设备及增加涂层 降低 管道的摩擦 阻力可 以有效地降低直接 能耗 。通过 加强职工节能意识 ，增强责任 心，加强对管道 的 安检可 以尽可 能地 降低 间接能耗。降低天然气 的 长输管道的能耗对于促进降低 天然气 的运输成本 具有重要意义 。 ◆参考文献 [ 1 】 卢东林． 降低天然气长输管道能耗措施[ J ] ．石油石化节能， 2 0 1 4 ， 4 4 4 _ 4 6 ． [ 2 】 宋爽，李小睿，王永强，等． 长输管道自控系统维护管理 方法探索[ J ] ． 仪器仪表用户，2 0 1 3 ， 1 1 7 1 9 ． [ 3 】 陈洪洲． 浅议消除天然气长输管道的安全隐患[ J ] ． 科学咨询 科技 管理，2 0 1 2 ， 6 5 5 - 5 6 ． 『 4 】 刘银春，杨光，常志波，等． 天然气长输管道的节能降耗 [ J ] ．天然气技术，2 0 0 7 ， 6 5 7 ． 5 9 ． 简讯 2 0 1 6 年1 月6 日，国家质量监督检验检疫总局发布2 0 1 6 年第2 号公告 关于公布特种设备行政许可鉴定 评审机构和特种设备设计文件鉴定机构名单的公告，根据 特种设备安全法 特种设备安全监察条 例及 特种设备行政许可鉴定评审管理与监督规则，将特种设备行政许可鉴定评审机构和特种设备 设计文件鉴定机构及其承担 的项 目予 以公告，国家质检总局委托 的特种设备行政许可鉴定评审机构全国 共5 4 家，序号4 为中国化工机械动力技术协会，证书编号T S Z P 1 0 0 0 4 ． 2 0 1 6 ，确定的项目 为设计1 ． 压力容 器A1 级 限高压容器，A 2 级 ，A3 级 ，C级，D级；2 ． 压力管道G A类 ，GB 类，GC 类，G D类 限亚 临界参数以下。公告详细 内容可登陆国家质量监督检验检疫总局官方网站www ． a q s i q ． g o v ． c n ／ , , 局公告 栏。 本刊编辑部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m