天然气管输损耗分析与控制综述.pdf

第 4 3卷第 7期 2 0 1 4年 7月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o ] ． 4 3．N O ． 7 J u l y，2 0 1 4 天然气管输损耗分析与控制综述 田晓翠 ，董常龙 ，杨正然 ，李光让 ，张世虎 。 ，马倩倩 1 ．中国石油大学 北京 ，北京 北京 1 0 2 2 4 9 ； 2 ．江西省天然气有限公司，江西 南昌 3 3 0 0 9 6 3 长庆油田分公 司第三采气厂，内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 3 0 0 摘 要 近年来，随着天然气在全国范围内的推广普及，天然气长输管道及城市配气管网大量建设，其在 管道运输过程中产生的损耗问题也越来越受到输气企业的重视。在参考大量文献的基础上 ，总结并分析了管输 损耗 的概念 、产生原 因、预警 、分析 方法 及控 制措施 ，从宏 观上把握 了我 国天然气 管输 损耗的研 究现状和发展 趋势 。 关键词 管输损耗 ；分析 ；控制 ；研究现状 ；发展趋势 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 40 7 1 3 2 2 0 4 Re vi e w o f Ana l ys i s a nd Co nt r o l f 0 r Ga s LO S S o f Pi pe l i ne z 4 Ⅳ D c “ f ， DO NG C h a n g 一 『 0 ， z ，Y A NG Z h e n g r a n ， L I G u a n g r a n g ， Z HA NG S h i h u ， MA Q i a n q i a n 1 ． C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ； 2． J i a ngx i Pr o vi nc e Na tur a l Ga s Co． ， Lt d． ， J i a ng xi Na nc ha ng 330 0 96， Chi n a； 3 ． P e t r o Ch i n a Ch a n g q i n g Oi l fie l d Co mp a n y t h e Th i r d Ga s P r o d u c t i o n P l a n t ， I n n e r Mo n g o l i a Or d o s 0 1 7 3 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Re c e n t l y ，wi t h t h e wi d e s p r e a d o f n a t u r a l g a s i n Ch i n a ，l o n g d i s t a n c e n a t u r a l g a s p i p e l i n e s a n d u r b a n d i s t r i b u t i o n p i p e l i n e s a r e b u i l t i n l a r g e s c a l e ， a n d t h e p r o b l e m o f n a t u r a l g a s l o s s i n t h e t r a n s p o r t a t i o n p r o c e s s a t t r a c t s mo r e a t t e n t i o n o f g a s c o mp a n i e s ． I n t h i s p a p e r , o n t h e b a s i s o f r e f e r e n c e t o l a r g e a mo u n t o f l i t e r a t u r e ，t h e c o n c e p t ， c a u s e ，wa rn i n g ，a n a l y s i s me t h o d a n d c o n t r o l me a s u r e s o f g a s l o s s we r e s u mma r i z e d a n d a n a l y z e d ．T h e r e f o r e t h e r e s e a r c h s t a tus a nd de v el o pme n t t r e n d o f na t u r a l g a s l o s s we r e gr a s pe d i n t he ma c r o． Ke y wo r d s g a s l o s s ； a n a l y s i s ； c o n t r o l ； r e s e a r c h s t a t u s ； d e v e l o p m e n t t r e n d 随着 P M2 ． 5 、雾霾 的热议 ，大气污染及其治理 倍受瞩 目。在众多导致大气污染 的原 因中，石油 、 煤炭的燃烧首 当其 冲。而天然气则以燃烧物环境污 染少 、高热值等优点 ，在世界范围内得到大力推广 ⋯ 。在我 国，天然气从产出、运输到销售 的整个过 程 ，几乎全部依靠管道运输来完成。管输损耗不仅 是评价管道运输效率的指标 ，同时也关乎企业 的经 济利益。因此 ，伴随天然气 的大量开采 ，管输损耗 问题也越发受到天然气贸易双方的重视 。本文在参 考大量文献的基础上 ，总结 了近年来 国内对于管输 损耗 的概念 、产生原因 、预警 、分析方法及控制措 施的研究进程 ，分析 了其中存在的问题 ，并对管输 损耗控制与管理的前景做出了合理展望 。 1 管输损耗的概念 天然气管输损耗是指平衡商品天然气中间计量 与交接计量之间流量的差值 。对于天然气长输管 道而言 ，管输损耗是指天然气在长输管道输送过程 中的量值减量 ； 对于燃气公司而言 ，管输损耗是指 燃气公司和气矿交接的总气量与燃气公司供给用户 的总气量之差 。 根据上述概念可得绝对管输损耗与相对管输损 耗计算公式如下 A Q 一 Q s 1 A Q 2 r ／ 、 Q r 一 一 式中△ 一天然气管输损耗， m ； Q 一进入天然气管道的总气量 ，m ； Q 一 流出天然气管道的总气量 ，m ； 期初天然气管道总存气量 ，r n ； 期末天然气管道总存气量 ，r n ； Q r -自用气，m ； Q r 放空气量，m ； 一 管输损耗率 相对管输损耗 。 2 管输损耗产生的原因 伴随对天然气管输损耗理解的加深 ，人们对管 输损耗产生原因的认识也不断发展。文其志等 认 为 ，引起管输损耗的原因主要有三个方面 一 ，由 计量设备的计量误差所产生 的管输损耗 ；二 ，由于 泄漏带来的管输损耗 ；三 ，其他人为因素造成的管 输损耗。而李锴等 认为，参与管输损耗计算的各 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 4 2 3 ， 作者简介 田晓翠 1 9 9 0 一 ，女 ，河北衡水人，硕士，2 0 1 3年毕业于中国石油大学 华东 ，现就读于中国石油大学 北京 ，研究方向油气 长距离管输技术。E - m a i ] t i a n x c l 9 9 0 1 6 3 ．c o m 。 第 4 3 卷第7期 田晓翠，等天然气管输损耗分析与控制综述 1 3 2 3 部分气量计算的准确性也是管输损耗产生的原因之 标准工况下得到的。在管输损耗计算中，需将管存 0 2 ． 1 计量误差带来的管输损耗 天然气长输管道进 、出气计量多采用孔板流量 计和超声流量计 ，张书丽等 对影响上述流量计计 量精度的因素进行 了系统分析。另外 ，伴 随城市配 气管网的迅速发展 ，专家学者对燃气管网的管输损 耗也越发重视 ，邓立三 立足郑州燃气管网，分析 了燃气用计量仪表 的精度问题。 1 孔板流量计 现场实际操作过程中， 由于孔板流量计的安装 、 使用 、维护没有严格按照 G B ／ T 2 1 4 4 6 2 0 0 8 标准的 要求进行 ，或 由于天然气气体组分录人不及时 ，未 按周期检定 ，脉动流等原因，造成孔板流量计产生 额外计量误差 ，带来管输损耗 。 2超声流量计 相比于孑 L 板流量计 ，超声流量计适用性更好 。 速度分布不对称 、涡流等会为超声流量计的计量带 来误差 ，进而引起管输损耗 。 3 燃气用户计量用表 城市燃气用户多采用膜式表和 I C卡表 。 膜式表 属户外挂表 ，计量精度受温度影响较大 ；I C卡表故 障率较高，盗气隐患较大，相比于膜式表，会带来 更大的管输损耗。 2 _ 2 泄漏带来的管输损耗 天然气管道的泄露可以分为偶然性 、长期性和 运行 中泄露。设备安装不当 、腐蚀或发生故障引起 偶然性泄露，设计不合理或设备质量不合格引起长 期性泄露，运行过程中由维修、防腐不当等造成腐 蚀引起运行中泄露 ，不法分子的盗气行为引起盗气 泄露 。由上述各种原 因而产生的天然气泄露 ，是真 正损失的气体 ，带来天然气管输损耗。 2 ． 3 其它人为因素带来的管输损耗 计量人员未按严格规程进行计量 、仪表未按时 检定 、交接双方流量计参数设置不同等 因素带来计 量误差 ，引起管输损耗。另外 ， 对于城市燃气管 网， 抄表人员误记 、漏记等一些行为也会带来较大的管 输损耗。 2 ． 4 计算误差带来的管输损耗 管输损耗计算公式 1 中的各部分误差均会引 起管输损耗，进气量、出气量、自用气量均由计量 仪表进行计量 ，误差 由计量误差引起。放空量 、管 存量由计算得到，计算参数的选取或计算方法不合 理带来误差。 管存是利用状态方程将工况下气体体积换算到 变化量 管存差 减去。通常 ，计量交接双方会选 择一天 中固定的某一时刻作为交接时间 ，某一天的 管存差为当天交接时刻的管存与前一天交接时刻管 存 的差值。 目前 ，国内计算管存差普遍采用上述方 法，但这仅适用于稳态工况。当交接时刻管道的运 行压力温度变化幅度较大时，管存来不及变化，用 上述方法计算的管存差误差较大 ，引起管输损耗 ， 但此损耗仅表现在管输损耗的数据上，并未真正损 失 ，为账面管输损耗。虽然账面管输损耗 的气体并 未正损失，但是这部分气体显示在管输损耗的数据 上 ，有碍找出管输损耗的真正原因 ，应尽量避免。 放空量是通过放空前后管存量的变化得到 的， 由于放空时压力 、温度的计量不确定性较大 ，其计 算误差较大，引起管输损耗。 3 管输损耗 的预警 天然气管输损耗关系到交气双方的经济利益 ， 必须引起足够重视。 考核天然气管输损耗的前提是 ， 明确管输损耗的合理范围 或管输损耗处于合理范 围时管道的运行状况 ，一旦管输损耗超出合理范围 或管道运行状况发生变化 ，立即进行管输损耗分析 定位 ，并采取相应措施 ，这个过程就 叫做管输损耗 预警。根据徐庆磊等 叫 和岑康等 的研究 ，得出管输 损耗预警的两种方法 一 ，反算水力摩阻系数法 ； 二 ，不确定度合成法。下面对这两种方法进行简要 介绍。 3 ． 1 反算水力摩阻系数法 利用 S C A D A系统对整个输气系统建立运行数 据库 ， 将管道运行 的压力 、 温度 、 流量等参数存档 ， 利用运行参数反算 出各管段 的水力摩阻系数 ，并进 行对 比。根据水力摩阻系数异常与否，判定管输损 耗发生 的管段。水力摩阻系数的计算见公式f 3 1 。 C D P P ； 3 “一 ZAT L 式中 一水力摩阻系数 ； c l一流量系数 ，与单位有关 ； D一天然气管道内径 ，m； Q 一第 段管道 的流量 ，m ； P 1 一天然气管道的起点压力 ，P a ； 尸 2 一天然气管道的终点压力 ，P a ； z 一压缩因子 ； 4 一天然气的相对密度； l一天然气的温度，K 三 一管道的长度 ，m。 3 ． 2不确定度合成法 输气系统可以简化为多个进气点和多个出气点 化 工 2 0 1 4年 7月 的串联 ，而进气端和出气端之间为并联关系 ，如图 1 。 首先得到各进气点和出气点 的计量不确定度， 将 各进气点和出气点的计量不确定度分别按照误差的 并联合成法进行合成 ，得到进气端计量不确定度和 出气端的计量不确定度 ；再将进气端和出气端计量 不确定度按照误差 的串联合成法则进行合成 ，则得 讲 气 端 到整个输气系统的计量不确定度 。根据输气系统的 计量不确定度与流量值 ，则可确定管输损耗 的上限 和下限 ，这两个界限指标即为输差预警指标 。当管 输损耗超出上下限后 ，需对管输损耗的原因进行分 析 ，进而采取措施对其进行有效控制 图 1 o 用气量分别为P ．， ⋯一 ． u ， ⋯⋯u 、 M 个进气点， 进气 量量分别 为 ⋯ ⋯⋯ J， l ⋯ ⋯ J 图 1 输气系统计量简化图 F i g ． 1 Th e me t e r i n g s i m p l i fi e d g r a ph o f g a s t r a n s m i s s i o n p i p e l i n e s y s t e m 4 管输损耗 的分析方法 天然气管输损耗超出合理范围后 ，需对引起管 输损耗 的原因进行分析 即管输损耗定位 ， 才能有 针对性的采取措施降低管输损耗 。吴斌等 ” 总结 如下几种分析方法 。 4 ． 1 计量先行法 对于天然气管道 ， 管道进 、 出气量数量级最大 ， 计量设备稍有误差便会产生很大管输损耗 ，且计量 仪表产生误差的可能性远比发生泄露等问题的可能 性大 ，因此对管输损耗的定位 ，首先应从对计量设 备的分析着手 。 4 ． 2计量先行法 所谓 曲线对比法是指将全线管输损耗曲线与组 成管输损耗计算的各部分曲线进行对 比，若某一部 分 如管存差 曲线走势与全线管输损耗曲线走势 相似 ，则很有可能是此部分 的计算 或计量 出现 问题 ，可进一步进行管输损耗分析。 4 ． 3相关分析法 管输损耗不仅仅 是 由某单一 因素 的影 响引起 的，在管输损耗分析时 ，应尽量对各种 因素 如开 泵方案的调整 、气量波动 、计量设备参数的调整 进行综合考虑 ，避免重复性的查找某单一因素的影 响 ，从而提高管输损耗分析的效率 ，减少企业的经 济损失。 4 ． 4 数 据跟 踪 法 在各站均配备计量设备的条件下 ，可通过逐段 比对上下游计量设备示值差量来确定管输损耗发生 的管段 ，以缩小分析范围 ，提高分析效率。 上述 四种管输损耗分析方法 中，最重要的当属 计量先行法 ，因为流量计的计量误差对管输损耗 的 贡献最大。曲线对 比法较易实施 ，其余两种方法则 需要一定 的技术和设备支持。 5 管输损耗的控制措施 管输损耗 的提出、预警以及分析都是为了更好 地降低管输损耗 ，维护输气企业的利益 。从管输损 耗的原因人手 ，岑康等 。认为降低管输损耗应采取 技术和管理两方面的措施。 5 ． 1 技术措施 1 计量设备的选型 、安装 、维护和使用 计量设备应根据输量的大小进行选型 ，使流量 计在最佳工作范围内运行 ，在保证精度的同时又能 保证安全。有些流量计 如孔板流量计 对安装 、 使用和维护要求较高，应尽可能地满足这些条件 ， 才能使流量计在最佳状态T作 ，使计量误差在可控 范 围内。 2建立管道运行数据库 对管道运行进行实时监控 ，将运行参数存档 ， 建立管道运行数据库 ，为管输损耗分析提供条件 ， 有利于管输损耗预警的实施 。 3管输损耗预警系统 根据现场实际情况 ，建立管输损耗预警系统 ， 第 4 3卷第 7 期 田晓翠，等 天然气管输损耗分析与控制综述 1 3 2 5 有利于及时发现管输损耗异常情况，在第一时间找 输损耗预警系统，对管输损耗时刻保持警惕；多数 出原因， 采取措施， 降低管输损耗及其带来的损失。 企业仍处于以年为单位计算管输损耗的状态，这样 4配备流量计在线检定系统 就会导致问题发现和解决的滞后 ，使企业利益遭受 计量误差是引起管输损耗最主要的原因 ，建立 损失 。随着对管输损耗 问题认识和研究的深入 ，将 流量计在线检定系统或通过设置一定流程实现流量 来会有更加成熟的管输损耗预警系统 的出现 ，也会 计的在线互检能够及时的发现计量设备 的故障，有 有越来越多的企业建立预警系统 ，采取各种措施使 利于尽快解决问题 ，从而降低管输损耗。 管输损耗降到最低 ，维护企业的经济利益。 5 ． 2 技术措施 1 加强人工巡线 输气管线绵延几百甚至上千公里 ，燃气管网分 支众多，很容易为不法分子的偷盗行为提供可乘之 机 。应成立巡线小组 ，定期巡线 ，及时发现管道存 在的问题 ，一旦发现腐蚀 、泄露等情况 ，立即采取 措施。 2加强计量人才 队伍 的管理 对计量人才一定要坚持 岗前培训 ，确保其具备 基本的计量设备安装 、 维护 、使用知 识 ， 能够正确 操作和维护计量设备 ，减少计量误差 。另外 ，对于 燃气管网， 应采取一定措施 ， 减少查表人员的漏报 、 错报等情况，降低管输损耗。 6 结 论 随着天然气产业的迅速发展 ，输气企业对关乎 其切身利益的管输损耗也越发重视 ， 对其计算方法 、 产生原因、预警 、分析方法及控制措施的探究也越 发成熟。但就 目前而言，只有少数企业专 门建立管 参考文献 1 ]阎光灿．世界长输天然气管道综述[ J 】 _ 天然气与石油． 2 0 0 0 ，l 8 3 9 一l 9 ． [ 2]陈庭煌， 杨晓宁，王玲，等． 天然气输差问题的分析『 J 】 ． 油气储运， 2 0 0 3 ，2 2 1 3 9 4 2 ． 1 3 ]王力勇，宋春慧． 天然气长输管道输差控制与分析l J 1 l油气储运， 2 0 0 7 ， 2 6 4 4 4 4 7 ． [ 4] 秦王丹， 谢毅．天然气计量输差问题及对策研究【 J 】 _ 科技资讯， 2 0 1 2 f 3 5 1 8 1 -8 1 【 5]文其志， 刘选新，宋敬涛， 等．民用天然气输差分析及其对策探讨 l J J ． 重庆科技学院学报自然科学版， 2 0 0 5 ， 7 2 3 4 3 7 ． [ 6] 李锴，牛树伟，刘治华．长输天然气管道输损管理『 J J ． 油气储运， 2 01 0 ， 2 9 9 7 0 8 - 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