长输天然气管道冬季运行分析.pdf

2 0 1 5 焦 第2 期 管 道技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 设 各 E q u i p m e n t 2 0 1 5 N o ．2 长输天然气管道冬季运行分析 谢萍，王琴，王淑英，林小飞，蒲镇东 中国石油西部管道分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 3 摘要为了降低某天然气长输管道的能耗，用S P S 软件建立了该条管道仿真模型。在该条管道冬 季不同输量下，利用模型分析管道沿线各站出站温度调节对能耗费用的影响。结果表明该条天然气 管道当输量为2 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，开空冷器比不开空冷器所需能耗费用多；“ - 3 输量为2 ．5 1 0 1 0m 3 ／a 和 3 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，开空冷器比不开空冷器所需能耗费用少，开空冷器能够降低管道的运行成本。 关键词天然气管道；空冷器；节能；经济性分析 中图分类号T E 8文献标识码B文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 5 0 2 - 0 0 6 7 - 0 3 A n a l y s i so fN a t u r a lG a sP i p e l i n eR u n n i n gi nW i n t e r X I EP i n g ，W A N GQ i n ，W A N GS h u y i n g ，L I NX i a o f e i ，P UZ h e n d o n g P e t r o C h i n aW e s t e r nP i p e l i n eC o m p a n y ，U r u m q i8 3 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt or e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o no ft h en a t u r a lg a sp i p e l i n e ，as i m u l a t i o nm o d e lf o rt h ep i p e l i n ew a se s - t a b l i s h e dw i t ht h eS P Ss o f t w a r e ．T h em o d e lw a su s e dt oa n a l y z et h ei m p a c to fo u t b o u n dt e m p e r a t u r ei nv a r i o u ss t a t i o n sa l o n gt h e p i p e l i n eo ne n e r g yc o s t sw h e nt h et h r o u g h p u to ft h ep i p e l i n ei sd i f f e r e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a t i tc o s t sm o r ew i t ht h ea i rc o o l e r r u n n i n gw h e nt h et h r o u g h p u ti s2 0b i l l i o nc u b i cm e t r e sp e ry e a r ．I tc o s t sl e s sw i t ht h ea i rc o o l e rr u n n i n gw h e nt h et h r o u g h p u ti s 2 5b i l l i o nc u b i cm e t r e sp e ry e a ra n d3 0b i l l i o nc u b i cm e t r e sp e ry e a r ，a n dt h er u n n i n gc o s tc a nb er e d u c e dw i t ht h ea i rc o o l e r r u n n i n gu n d e rt h i sc o n d i t i o n ． K e yw o r d s n a t u r a lg a sp i p e l i n e s ；a i rc o o l e r ；e n e r g y ．c o n s e r v a t i o n ；e c o n o m i ca n a l y s i s 0引言 长输天然气管道在输送天然气过程中需消耗大 量的能源，直接影响了输送成本，冷却输送天然气是 重要节能措施之一，降低天然气温度不仅可以增加输 气管道通过能力和保障管道的可靠运行，而且能降低 单位能耗‘1 1 j 。大型长输天然气管线压缩机后均设置 空冷器，其目的是降低天然气输送温度，从而降低天 然气的黏度，减少管道的沿程摩阻，降低压缩机功率， 最终降低压缩机组的能耗1 3 一l 。另外，会因为空冷器 的开启产生电量消耗，当管道因降低输送温度所节约 的能耗比开启空冷器运行所增加的能耗高时，降低管 道输送介质温度是经济的。 1 空冷器设置 某长输天然气管道干线线路总长24 3 4k m ，管道 外径为①12 1 9m m ，设计任务输量3 x1 0 ⋯N m 3 ／a 。 在各站压缩机组出口汇管设置空冷器1 套，均为干 式空冷器，进风方式为鼓风式，单台风机的功率为3 0 k W 。空冷器主要由管束、轴流风机、构架和附件等 收稿日期2 0 1 4 0 7 3 1收修改稿日期2 0 1 4 0 8 一1 5 组成。管束由管箱、翅片管和框架组合构成，流体在 管内通过，空气在管外流过翅片管束，对流体进行冷 却；轴流风机1 个或几个一组驱使空气流动；构架为 空气冷却器管束及风机的支承部件；附件包括百叶 窗、梯子和平台等“ 。。空冷器的操作由现场人员完 成，根据温度设定值调节风机的开启台数。目前空 冷器的控制逻辑为当出站温度超过5 0 ℃时启风 机，当低于4 0 ℃时停风机；当压缩机停止运行时，风 机也停止运行。 空冷器设计时按6 0 ℃、5 5c c 、5 0 ℃的出站温度 计算管道总能耗并进行对比，确定最优的空冷器出口 温度为5 0 ℃。此最优出口温度是依据夏季极端最高 环境温度计算得到的，但实际运行中，冬季环境温度 较低，空冷器的最优出口温度也相应降低。因此，对 该条管线不同输量和不同出站温度进行了模拟计算， 并开展经济对比分析，针对压气站冬季是否开启空冷 器提出建议。 2 出站温度调节对能耗的影响 2 ．1 研究方法 利用S P S 软件建立某长输天然气管道仿真模型， 万方数据 6 8 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t M a r ．2 015 采用冬季的环境温度，如表1 所示。模拟计算输量分 别为2 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 、2 ．5 1 0 1 0m 3 ／a 和3 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，某连续3 个压气站在不同出站温度情况下的能耗 费用 压气站均为燃驱 。设定空冷器所有的管路均 开启，一部分管路通过风机强制换热降温，一部分通 过大气自然对流进行降温∽。J ，这样既减少开启风机 台数，同时也避免输送介质通过空冷器的压降超过 0 ．0 7M P a 。能耗费用计算中耗气单价1 ．3 0 9 形m 3 ，1 压气站所在地区电价为O ．9 形k w h ，2 压气站所在地 区电价为0 ．6 4 形k w h ，3 压气站所在地区电价为0 ．8 5 形k W h 。 表1 各压气站的环境温度 ℃ 站场名称冬季平均气温 1 压气站 2 压气站 3 压气站 一1 1 ．0 一l O ．O 1 5 ．9 2 ．2 不同出站温度下的能耗 2 ．2 ．1 输量为2 ．O x l 0 ⋯m 3 ／a 当输量为2 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，需启用1 、3 压气 站，2 压气站可以不启用。将1 压气站和3 撑压气站的 空冷器分别设置为不开空冷器、出站温度下降5 ℃、 出站温度下降1 0c c3 种不同工况进行模拟计算，此 时2 压气站不开空冷器。模拟计算结果如表2 、表3 所示，从表中分析可知，各站压缩机的出口温度均不 超过5 0 ℃，当上一站出站温度每下降5c C 时，下一站 进站温度均下降，各压气站耗气量随之下降。 表2 不开空冷器时的耗气量 2 ．O x l O ”m 3 ／a 表3 出口温度下降5 。 2 ／1 0o C 时的耗气量 和耗电量 2 ．O x l 0 1 0m 3 ／a 进站温度压缩机出口空冷器出口压缩机的耗气风机开启耗电量 站场名称 ／℃ 温度／℃温度／℃2 ／ 1 0 4 m 3 1 0m ．d 一1 台数／ k W h ．d 一1 ／℃ 温度／℃温度／℃- 1 台数／叫 对不同出站温度下能耗费用按季度计算，对比结 果如表4 所示，随着出口温降的增大，总耗气量减小， 总耗电量增加，总费用增加，开空冷器并不经济。表4 中的度为k W h 。 表4 不同出站温度下能耗费用对比 2 ．O x l 0 1 0m 3 ／a 压缩机耗气量耗电影 1 0 4 耗气费膨 1 0 4 耗电费膨 1 0 4 总费雕 1 0 4 开臌／ 1 ‰3 ．剩 度．刑 元．剩 元．剩 元．剩 2 ．2 ．2 输量为2 ．5 1 0 ⋯m ’／a 当输量为2 ．5 x 1 0 1 0m 3 ／a 时，需启用1 、2 、3 压 气站。将1 压气站、2 压气站和3 压气站的空冷器分 别设置为不开空冷器 3 } ≠压气站压缩机出口温度超过 5 0 ℃时，设置为5 0 ℃计算 、出站温度下降5 ℃、出站 温度下降1 0 ℃3 种不同工况，模拟计算结果如表5 、 表6 所示。从表中数据分析可知，当上一站出站温度 每下降5 ℃时，下一站进站温度下降，各压气站耗气 量降低。 表5 不开空冷器时的耗气量 2 ．5 x l O ”m 3 ／a ．．．进站温譬缩机出站温 耗气量进出口温度风机开启耗电量进站温出站温耗气量进出口温度风机开启耗电量 站场名称 度／。c出口褊度／℃／ 1 0 ％3 ．一1 下降值／℃台数．d-b／10 md／k W h 度／。c度／℃“ 下降值／℃台数 度／℃ 表6 出站温度下降5 。C ／I O ℃时的耗气量和耗电量 25 1 0 坩l n 3 ／a 对不同出站温度下能耗费用按季度计算，对比如 表7 所示，随着出口温降的增大，总耗气量减小，总耗 电量增加，总费用减小，开空冷器更经济。 表7 不同出站温度下能耗费用对比 2 ．5 x l O ”m 3 ／a 耗气彰 1 0 4 耗电影 1 0 4 耗气费雕 1 0 4 耗电费肌 1 0 4 总费膨 1 0 4 开空冷器方案 m 3 季度_ 1 度季度_ 1 元季度- 1 元- 季度- 1 元季度- 1 2 ．2 ．3 输量为3 ．O x1 0 1 0m 3 ／a 当输量为3 ．O x1 0 1 0m 3 ／a 时，需启1 、2 和3 压气 万方数据 第2 期谢萍等长输天然气管道冬季运行分析 6 9 站。由于此种工况下，1 } } 、2 } } 和3 压气站温度均超过 5 0 ℃，为便于比较，将1 、2 和3 压气站空冷器分别 设置为出站温度5 0 ℃、出站温度4 5 ℃、出站温度4 0 ℃3 种不同工况。模拟计算结果如表8 所示。从表 中数据分析可知，当上一站出站温度每下降5 ℃时， 下一站进站温度下降，各压气站耗气量降低。 表8 空冷器出站温度设置为5 0 ℃／4 5 ℃／4 0 ℃时工况表 进站温度压缩机出口耗气量出口} B c 下风饥开耗电影 站场名称 ． ／c c 激／℃ ／／1 0 4 m 3 d “ 降彭℃启台数 I 矾- d 一 对不同出站温度下能耗费用按季度计算，对比如 表9 所示，随着出口温降的增大，总耗气量减小，总耗 电量增加，总费用减少，开空冷器更经济。 表9 不同出站温度下的经济性对比 3 ．O x l 0 1 0m 3 ／a 3 结束语 通过以上模拟计算和分析可知，对该条长输天然 气管道而言，冬季运行时有以下几条规律 1 当任务输量为2 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，出站温度越 低，能耗费用越高，冬季不宜开启空冷器。 2 当任务输量为2 ．5 x 1 0 1 0m 3 ／a 和3 ．0 1 0 1 0m 3 ／a 时，出站温度越低，能耗费用越低，冬季宜开启空冷器运 行，此种运行模式下可以降低该条线的能耗。 3 建议应当根据管道的天然气气质和输量确定 输送的最低温度，既满足经济运行的要求，又防止因 天然气温度过低时导致管道中凝析出液态水或液态 烃出现冰堵现象。 参考文献 [ 1 ]马伟平，梁宏，李金超．鄯乌线出站温度调节强化天然气 输送的可行性．油气储运，2 0 0 5 ，2 4 8 4 - 6 ． [ 2 ] 雷然．出站温度调节对输量影响的分析．辽宁化工， 2 0 1 2 ，4 1 1 1 2 0 4 - 2 0 6 ． [ 3 ] 余汉成，陈风，孙在蓉，等．长输管道增压输送工艺计算 的若干问题．油气储运，2 0 1 2 ，3 1 3 2 2 8 - 3 3 1 ． [ 4 ]董子健，陈凤，余颖鸿，等．长输管线增压站后空冷器功 率与机组总功率的关系分析．天然气与石油，2 0 0 9 ，2 7 1 5 1 - 5 4 ． [ 5 ]马义伟．空冷器设计与应用．哈尔滨哈尔滨工业大学出 版社，1 9 9 8 1 - 2 ；1 1 7 1 1 9 ． [ 6 ] 徐俊平，施纪卫，董忠民．天然气管道经济运行分析．天 然气技术，2 0 0 7 1 5 8 - 6 1 ． [ 7 ]罗莎，汤东川，杨光，等．试论天然气管道的经济运行．中 国石油和化工标准与质量，2 0 1 3 7 2 0 4 - 2 0 6 ． 作者简介谢萍 1 9 7 2 一 ，硕士，高级工程师，从事长输油气管 道工艺技术工作。E m a i l x i e p i n g p e t r o c h i n a ．c o m ．c n 上接第5 2 页 参考文献 [ 1 ]贝克曼wV ，施文克w ，普林兹w ．阴极保护手册一电化 学保护的理论与实践．胡士信，王向农，译．北京化学工 业出版社，2 0 0 5 ． [ 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