长输天然气管道放空气回收利用.pdf

２０１５ 年 第 ５ 期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０１５ Ｎｏ畅 ５ 收稿日期２０１５－ ０４－ １３ 收修改稿日期２０１５－ ０５－ ０４ 长输天然气管道放空气回收利用 李 瑜 １，姚 林１，李海润１，姜 鹏２，徐嘉爽１ （1． 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610041； 2． 中国石油天然气股份有限公司北京油气调控中心，北京 100028） 摘要目前国内长输天然气管道放空气通过放空火炬或者放空立管排放，造成了大量的资源浪费 和环境污染。 通过调研国内外长输天然气管道放空气回收利用现状，针对站场和阀室分别提出放空气 回收利用方案，并进行了经济可行性分析。 站场在设计时应考虑设置固定式放空气回收利用系统，投 资回收期一般在 ２５～ ４６ 个月之间；阀室可以考虑设置移动式放空气回收利用系统并根据实际应用效果 考虑是否推广。 关键词长输天然气管道；站场；阀室；放空气；回收利用 中图分类号ＴＥ８３ 文献标识码Ａ 文章编号１００４－ ９６１４（２０１５）０５－ ００５５－ ０３ Vent Gas Recycling of Long Distance Natural Gas Pipeline ＬＩ Ｙｕ １，ＹＡＯ Ｌｉｎ１，ＬＩ Ｈａｉ- ｒｕｎ１，ＪＩＡＮＧ Ｐｅｎｇ２，ＸＵ Ｊｉａ- ｓｈｕａｎｇ１ （1． China Petroleum Engineering Co． ， Ltd． Southwest Company， Chengdu 610041，China； 2． Beijing Oil ＆ Gas Pipeline Control Center， PetroChina， Beijing 100028，China） AbstractＶｅｎｔ ｇａｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｏｒｃｈ ｏｒ ｖｅｎｔ ｒｉｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ａｔｍｏｓ - ｐｈｅｒｅ， ｃａｕｓｉｎｇ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｗａｓｔｅ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ． Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖｅｎｔ ｇａｓ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｏ - ｖｅｒｓｅａｓ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ， ｖｅｎｔ ｇａｓ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｖａｌｖｅ ｃｈａｍｂｅｒｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ． Ｆｉｘｅｄ ｖｅｎｔ ｇａｓ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｐａｙｂａｃｋ ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ２５～ ４６ ｍｏｎｔｈｓ． Ｍｏｂｉｌｅ ｖｅｎｔ ｇａｓ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｌｖｅ ｃｈａｍｂｅｒｓ ａｎｄ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ． Key words ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ； ｓｔａｔｉｏｎ； ｖａｌｖｅ ｃｈａｍｂｅｒｓ； ｖｅｎｔ ｇａｓ； ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ 0 引言 长输天然气管道放空主要包括紧急放空和计划 性放空。 紧急事故和抢修等放空属于紧急放空，具有 不可预测、时间要求紧迫等特点，很难回收利用；正常 检维修和改扩建工程等放空属于计划性放空，一般具 有规律性，具有良好的回收利用基础和回收价值。 据 统计，西气东输干线管道自 ２００３ 年 １０ 月投产至 ２００８ 年 ４ 月，计划性放空天然气量约为 ２畅 ４５ １０ ７ ｍ ３，这些 放空气全部通过放空火炬或者立管排放至大气，造成 了大量的资源浪费和环境污染 ［１］ 。 因此，随着国家长 输天然气管道技术的发展，进行长输天然气管道放空 气回收利用研究意义重大，不仅能够节约天然气资 源，降低环境污染，还能为企业带来较好的经济效益。 1 国内外长输天然气管道放空回收现状 1． 1 国内现状 目前，国内长输天然气管道工程在放空系统设置 方面主要遵循 ＧＢ ５０２５１－ ２００３枟输气管道工程设计规 范枠 ［２］ 和 ＧＢ ５０１８３－ ２００４ 枟石油天然气工程设计规 范枠 ［３］ 。 站场均采用全站集中放空并在站外设置放空 立管，绝大多数采用手动或者自动点火装置，放空气 通过点火装置燃烧后排放；绝大部分线路截断阀室均 设置放空立管，高度通常为 ２０～ ３０ ｍ，放空气直接排 入大气 ［２］ 。 从中国石油天然气集团公司主要管道运 行企业了解到，站场放空通常在检维修或者站场改扩 建时才会使用，很少发生事故触动 ＥＳＤ 放空的情况； 阀室放空通常也是在检修或者换管时使用，因为自身 泄漏事故而造成的阀室紧急放空概率很低 ［４］ 。 目前 国内针对长输天然气管道放空气的回收利用已经开 展了一些研究，但受条件的约束，国内线路截断阀室 和站场的放空还没有设置放空气回收利用系统的相 关实例。 1． 2 国外现状 国外长输天然气管道放空系统的设计普遍采用 ＡＰＩ ５２１－ ２００７ 枟泄压和减压系统导则枠 ［５］ 和 ＡＳＭＥ l５６ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｅｐ畅 ２０１５ Ｂ３１． ８－ ２０１０枟输气和配气管道系统枠 ［６］ 等。 从收集到 的美国部分长输天然气管道工程的设计资料看，站场 采用分区放空，放空立管位于站内，高度约为 ３ ｍ，放 空气直接排入大气；阀室未单独设置放空立管，仅有 放空阀和一段短管垂直于地面安装，短管端部用盲板 封住，管顶距离地面一般不超过 ３ ｍ。 近年来，为减少 温室效应，有些长输管道项目开始利用移动式压缩机 回收利用放空气，包括 ＬＭＦ 公司为欧洲 Ｏｐｅｎ Ｇｉｒｄ Ｅｕ- ｒｏｐｅ 管道推出的移动式压气站、Ｓｏｌａｒ 压缩机公司为加 拿大 Ｔｒａｎｓ Ｃａｎａｄａ 管道公司研制的移动式压气站 等 ［７］ 。 由于移动式压气站的运输、安装、调试时间较长， 还存在管道振动的问题，对维抢修的时间有一定影 响。 2 放空气回收利用方案 据统计，目前中国石油天然气集团公司已经建成 的天然气管道长度超过 ３０ ０００ ｋｍ，如果阀室间距按 １６ ｋｍ 计算，约有１ ８７５ 座阀室，站场间距按１００ ｋｍ 计 算，约有 ３００ 座站场 ［８］ 。 针对站场和阀室的不同特 点，放空气回收利用方案的选择尤为重要。 2． 1 站场 长输天然气管道站场可回收利用放空主要包括 分离器排污放空、压缩机定期检修放空和计划性改扩 建等，其中排污放空频率较高，单次放空量较小，压缩 机定期检修放空和改扩建放空频率不确定，但放空时 间可以控制，单次放空量较大。 虽然目前还没有针对 站场放空气的回收工艺，但是可以借鉴油田伴生气的 回收技术，新疆油田、长庆油田、大庆油田等都有相关 案例，基本都是采用压缩机为核心的压缩回收技术， 既适合小量天然气压缩，也可以完全采用国产化的设 备以节约成本 ［９］ 。 鉴于目前国内站场均为有人值守， 同时考虑到站场放空的频率，建议在站场设计时就设 置固定式放空气回收利用系统，避免移动式回收利用 系统每次使用前的运输、安装、调试等工作。 站场放空气回收利用系统主要包括节流和增压 回注两大部分，核心设备是压缩机，基本流程为在站 场放空管道上安装通径球阀（球阀 ２、球阀 ３），对放空 天然气进行节流；节流天然气经压缩机增压后，重新 注入上游管道、下游管道或者分输管道，达到回收利 用的目的 ［１０］。 工艺原理图见图 １。 2． 2 阀室 长输天然气管道阀室可回收利用放空主要包括 定期检修放空和计划性改扩建等。 由于阀室的工艺 流程简单，而且随着管道建设技术以及设备可靠性的 增强，国内长输天然气管道的放空频率远远低于站 图 1 站场放空气回收利用系统工艺原理 场。 若在每座阀室设置固定式放空气回收利用系统， 将会显著增加阀室投资，而且还要配置专人值守（目 前阀室基本均为无人值守），增加日常运行维护成本。 鉴于目前国外已经在部分管道的阀室采用移动式压 缩机回收利用放空气，应用效果良好，国内也可以进 行此种方法的尝试。 阀室放空气主要来源于阀室上 下游的管道。 以一条 Φ １ ０１６ ｍｍ、阀室间距 １６ ｋｍ、运 行压力 ６ ＭＰａ 的管道为例，阀室上下游管道中天然气 量约有 １畅 ５ １０ ６ ｍ ３，考虑到压缩机不能将管道中的所 有气体抽尽，假设最低抽吸压力为 １ ＭＰａ，那么将有 １畅 ２６ １０ ６ ｍ ３天然气可以回收利用，当然这还要考虑到 能够使用的抽吸时间。 阀室放空气回收利用系统的工艺流程与站场放 空气回收利用系统的工艺流程基本相同，核心设备都 是压缩机。 主要区别有两点阀室放空气回收利用系 统为移动式，设计阀室时预留好相关接口，需要放空 前通过拖车将压缩机橇运至现场，进行安装、调试；站 场放空气一般每次的放空量较小但是频率较大，而阀 室放空气一般放空量大但是频率很低，因此在压缩机 选型上会有较大差异，同时阀室的依托性一般比站场 差，因此压缩机的驱动方式选择也会有所不同。 3 经济可行性分析 3． 1 站场 以国内西气东输管道某增压站为例，其可回收放 空气的统计见表 １。 表 1 站场可回收放空气统计 名称放空量／ １０３ｍ３频率／ （次 月 － １ ） 排污放空３Œ畅 ２８2 压缩机切换放空７Œ畅 ２３2 注 表中数据均为平均数据，不能代表每月真实情况。 从表 １ 的数据能够看出，该站场每月可回收放空 气量为４７ ２００ ｍ ３，由于单个站场放空情况不能代表西 气东输干线管道平均水平，按照该放空量的 ７０％～ １３０％分阶梯计算投资回收期。 假设要在该增压站内扩建放空气回收利用系统， 拟采用压缩速率为 ２ ０００ ｍ ３ ／ ｈ 的电驱压缩机橇一台， 造价约 １００ 万元，站场改造费用约 ３０ 万元，每次按回 收９０％放空气计算，压缩机每小时耗电１００ ｋＷｈ，天然 第 ５ 期李瑜等长输天然气管道放空气回收利用l５７ 气价格 １ 元／ ｍ ３，具体计算结果见表 ２。 表 2 站场投资回收计算 一次性投 资／ 万元 每月回收 气量 ／ １０３ｍ３ 每月运行 费用／ 万元 每月收回 投资／ 万元 投资回收 期／ 月 １３０２９]畅 ７４０． １４２． ８３４６e １３０３３]畅 ９８０． １６３． ２４４１e １３０３８]畅 ２３０． １８３． ６４３６e １３０４２]畅 ４８０． ２４． ０５３３e １３０４６]畅 ７３０． ２２４． ４５３０e １３０５０]畅 ９８０． ２４４． ８６２７e １３０５５]畅 ２２０． ２６５． ２６２５e 从表 ２ 的计算结果可以看出，站场的投资回收期 在 ２５～ ４６ 个月之间，也就是说，一般情况下，４ 年之内 可以收回投资。 3． 2 阀室 以２． ２ 节中假设的 Φ １ ０１６ ｍｍ 管道为例，可回收利 用的天然气量高达 １畅 ２６ １０ ６ ｍ ３。 由于一般阀室放空都 要求尽快完成检修或者改扩建以便恢复运行，减小停运 影响，因此在选择放空气回收利用系统的压缩机橇时需 要综合考虑。 如果压缩机抽吸时间太短，机组会十分庞 大，技术上难以实现，一次性投资太大；如果压缩机抽吸 时间太长，影响管道检维修或者改扩建工作及时开展， 从而影响用户。 综合考虑，在目前国内没有相关工程实 例的前提下，假设选择压缩速率为 ５０ ０００ ｍ ３ ／ ｈ 的燃驱 压缩机橇一台，造价约 １ ０００ 万元，阀室改造费用约 １０ 万元，抽吸时间按 ２４ ｈ 考虑，计算得到完成 ９ 次放空气 回收可以收回成本，具体结果见表 ３。 表 3 阀室投资回收计算 一次性投 资／ 万元 每次回收气 量／ １０６ｍ３ 每次运行 费用 ／ 万元 每次收回 投资 ／ 万元 投资回 收期／ 次 １ ０１０˜１畅 ２０３１１７９ 目前管道建设运行技术的不断提高，阀室放空的 概率会越来越低，加上阀室放空气回收利用系统的投 资成本较高，因此投资回收周期比较长。 4 结束语 （１）长输天然气管道站场在设计时应考虑放空气 回收利用系统，当前的工艺技术能够满足要求。 不仅 具有良好的经济效益，而且可以从根本上解决站场放 空气直接排放问题，达到节能减排的目的。 （２）在国内长输天然气管道可以试点阀室放空气 回收利用系统，根据试点效果考虑是否推广。 （３）文中的回收利用方案和经济可行性分析均在 诸多假设的前提下进行，有一定局限性，在实际工程 中还需要进一步实践和论证。 参考文献 ［１］ 王洪喜，孙胜，吴中林，等． 西气东输站场放空天然气回收 需求与工艺． 油气储运，２０１２，３１（５）３６３－ ３６５． ［２］ ＧＢ ５０２５１２００３ 输气管道工程设计规范． ［３］ ＧＢ ５０１８３２００４ 石油与天然气工程设计防火规范． ［４］ 赵晋云，周兴涛，刘冰，等． 国内外输气管道放空系统设计 标准分析． 油气储运，２０１３，３２（３）２７４－ ２７８． ［５］ ＡＰＩ ５２１２００７ 泄压和减压系统导则． ［６］ ＡＳＭＥ Ｂ３１． ８２０１０ 输气和配气管道系统． ［７］ 蒲丽珠，陈丽琼，杨文川． 天然气管道放空设置方式探讨． 天然气与石油，２０１４，３２（１）５０－ ５２． ［８］ 卜祥军，胡颖，张宏亮． 输气管道工程放空系统设置现状 及改进建议． 天然气与石油，２０１４，３２（５）９１－ ９４． ［９］ 许多，李俊，郑杰，等． 国内油田放空气回收技术调研． 天 然气与石油，２０１０，２８（３）２９－ ３１． ［１０］ 李晶，杨建明，贾勇，等． 输气管道放空天然气回收方案 探讨． 四川环境，２０１２（增刊 １）７３－ ７５． 作者简介李瑜（１９８１），工程师，研究方向为油气集输技术。 Ｅ- ｍａｉｌ７９２０２８８３５＠ｑｑ． ｃｏｍ （上接第 ４４ 页） 与文献［４］类似。 文中研制的变径清管器采取皱褶变 径原理，具有密封效果更好、适应的变径率更大、承受 的压力更高等特点。 本项目的变径清管器是与国外生产厂家共同研 制的，经过了 ３８ 次试验才定型生产，边试验边调整参 数，利用变径原理解决了清管器三次变径的问题，特 别是能顺利地通过止回阀。 该变径清管器成功地应 用于项目投产，也将为其他类似项目提供参考。 参考文献 ［１］ 邓道明，宫敬，于达． 富气处理和输送工艺技术． 中国海 上油气， ２００４， １６（５） ３４５－ ３４８． ［２］ 赵芸，袁宗明，王波，等． 富气输送技术． 油气储运， ２００５， ２４（７） １－ ３． ［３］ 臧延旭，杨寒，白港生，等 ． 长输管道变径清管器研究进 展． 管道技术与设备， ２０１３（６） ４５－ ４８． ［４］ 宋红旭，陈军． ９５０ 用于变径管道清管的新型清管器皮 碗． 科技风， ２０１０（２） １６４． ［５］ 崔嵘． 文昌油田长输变径海底管线通球清管实例［ＥＢ／ ＯＬ］． ［２０１４－ １２－ ２８］． ｈｔｔｐ／ ／ ｗｗｗ． ｐａｐｅｒ． ｅｄｕ． ｃｎ／ ｈｔｍｌ／ ｒｅ- ｌｅａｓｅｐａｐｅｒ／ ２０１３／ １１／ ５５５／ ． 作者简介许忠亮（１９７２），高级工程师，从事石油和石化工程 建设项目的生产与技术等的管理工作。 Ｅ- ｍａｉｌｘｕｚｈｏｎｇｌｉａｎｇ＠１２６． ｃｏｍ