天然氣管輸損耗分析與控制綜述

田曉翠，董常龍，楊正然，李光讓，張世虎，馬倩倩

（1. 中國石油大學（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然氣有限公司，江西 南昌 330096；3. 長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古 鄂爾多斯 017300）

天然氣管輸損耗分析與控制綜述

田曉翠1，董常龍2，楊正然1，李光讓1，張世虎3，馬倩倩2

（1. 中國石油大學（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然氣有限公司，江西 南昌 330096；3. 長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古 鄂爾多斯 017300）

近年來，隨著天然氣在全國范圍內的推廣普及，天然氣長輸管道及城市配氣管網大量建設，其在管道運輸過程中產生的損耗問題也越來越受到輸氣企業的重視。在參考大量文獻的基礎上，總結并分析了管輸損耗的概念、產生原因、預警、分析方法及控制措施，從宏觀上把握了我國天然氣管輸損耗的研究現狀和發展趨勢。

管輸損耗；分析；控制；研究現狀；發展趨勢

隨著 PM2.5、霧霾的熱議，大氣污染及其治理倍受矚目。在眾多導致大氣污染的原因中，石油、煤炭的燃燒首當其沖。而天然氣則以燃燒物環境污染少、高熱值等優點，在世界范圍內得到大力推廣[1]。在我國，天然氣從產出、運輸到銷售的整個過程，幾乎全部依靠管道運輸來完成。管輸損耗不僅是評價管道運輸效率的指標，同時也關乎企業的經濟利益。因此，伴隨天然氣的大量開采，管輸損耗問題也越發受到天然氣貿易雙方的重視。本文在參考大量文獻的基礎上，總結了近年來國內對于管輸損耗的概念、產生原因、預警、分析方法及控制措施的研究進程，分析了其中存在的問題，并對管輸損耗控制與管理的前景做出了合理展望。

1 管輸損耗的概念

天然氣管輸損耗是指平衡商品天然氣中間計量與交接計量之間流量的差值[2]。對于天然氣長輸管道而言，管輸損耗是指天然氣在長輸管道輸送過程中的量值減量[3];對于燃氣公司而言，管輸損耗是指燃氣公司和氣礦交接的總氣量與燃氣公司供給用戶的總氣量之差[4]。

根據上述概念可得絕對管輸損耗與相對管輸損耗計算公式如下：

式中：ΔQ—天然氣管輸損耗, m3;

Qr—進入天然氣管道的總氣量，m3;

Qc—流出天然氣管道的總氣量，m3;

Vc—期初天然氣管道總存氣量，m3;

Vm—期末天然氣管道總存氣量，m3;

Qs—自用氣，m3;

Qf—放空氣量，m3;

η—管輸損耗率（相對管輸損耗）。

2 管輸損耗產生的原因

伴隨對天然氣管輸損耗理解的加深，人們對管輸損耗產生原因的認識也不斷發展。文其志等[5]認為，引起管輸損耗的原因主要有三個方面：一，由計量設備的計量誤差所產生的管輸損耗；二，由于泄漏帶來的管輸損耗；三，其他人為因素造成的管輸損耗。而李鍇等[6]認為，參與管輸損耗計算的各部分氣量計算的準確性也是管輸損耗產生的原因之一。

2.1 計量誤差帶來的管輸損耗

天然氣長輸管道進、出氣計量多采用孔板流量計和超聲流量計，張書麗等[7]對影響上述流量計計量精度的因素進行了系統分析。另外，伴隨城市配氣管網的迅速發展，專家學者對燃氣管網的管輸損耗也越發重視，鄧立三[8]立足鄭州燃氣管網，分析了燃氣用計量儀表的精度問題。

（1）孔板流量計

現場實際操作過程中，由于孔板流量計的安裝、使用、維護沒有嚴格按照 GB/T 21446-2008 標準的要求進行，或由于天然氣氣體組分錄入不及時，未按周期檢定，脈動流等原因，造成孔板流量計產生額外計量誤差，帶來管輸損耗。

（2）超聲流量計

相比于孔板流量計，超聲流量計適用性更好。速度分布不對稱、渦流等會為超聲流量計的計量帶來誤差，進而引起管輸損耗。

（3）燃氣用戶計量用表

城市燃氣用戶多采用膜式表和 IC 卡表。膜式表屬戶外掛表，計量精度受溫度影響較大；IC卡表故障率較高，盜氣隱患較大，相比于膜式表，會帶來更大的管輸損耗。

2.2 泄漏帶來的管輸損耗

天然氣管道的泄露可以分為偶然性、長期性和運行中泄露。設備安裝不當、腐蝕或發生故障引起偶然性泄露，設計不合理或設備質量不合格引起長期性泄露，運行過程中由維修、防腐不當等造成腐蝕引起運行中泄露，不法分子的盜氣行為引起盜氣泄露。由上述各種原因而產生的天然氣泄露，是真正損失的氣體，帶來天然氣管輸損耗。

2.3 其它人為因素帶來的管輸損耗

計量人員未按嚴格規程進行計量、儀表未按時檢定、交接雙方流量計參數設置不同等因素帶來計量誤差，引起管輸損耗。另外，對于城市燃氣管網，抄表人員誤記、漏記等一些行為也會帶來較大的管輸損耗。

2.4 計算誤差帶來的管輸損耗

管輸損耗計算公式（1）中的各部分誤差均會引起管輸損耗，進氣量、出氣量、自用氣量均由計量儀表進行計量，誤差由計量誤差引起。放空量、管存量由計算得到，計算參數的選取或計算方法不合理帶來誤差。

管存是利用狀態方程將工況下氣體體積換算到標準工況下得到的。在管輸損耗計算中，需將管存變化量（管存差）減去。通常，計量交接雙方會選擇一天中固定的某一時刻作為交接時間，某一天的管存差為當天交接時刻的管存與前一天交接時刻管存的差值。目前，國內計算管存差普遍采用上述方法，但這僅適用于穩態工況。當交接時刻管道的運行壓力溫度變化幅度較大時，管存來不及變化，用上述方法計算的管存差誤差較大，引起管輸損耗，但此損耗僅表現在管輸損耗的數據上，并未真正損失，為賬面管輸損耗。雖然賬面管輸損耗的氣體并未正損失，但是這部分氣體顯示在管輸損耗的數據上，有礙找出管輸損耗的真正原因，應盡量避免。

放空量是通過放空前后管存量的變化得到的，由于放空時壓力、溫度的計量不確定性較大，其計算誤差較大，引起管輸損耗。

3 管輸損耗的預警

天然氣管輸損耗關系到交氣雙方的經濟利益，必須引起足夠重視?？己颂烊粴夤茌敁p耗的前提是，明確管輸損耗的合理范圍[9]或管輸損耗處于合理范圍時管道的運行狀況，一旦管輸損耗超出合理范圍或管道運行狀況發生變化，立即進行管輸損耗分析定位，并采取相應措施，這個過程就叫做管輸損耗預警。根據徐慶磊等[10]和岑康等[9]的研究，得出管輸損耗預警的兩種方法：一，反算水力摩阻系數法；二，不確定度合成法。下面對這兩種方法進行簡要介紹。

3.1 反算水力摩阻系數法

利用 SCADA 系統對整個輸氣系統建立運行數據庫，將管道運行的壓力、溫度、流量等參數存檔，利用運行參數反算出各管段的水力摩阻系數，并進行對比。根據水力摩阻系數異常與否，判定管輸損耗發生的管段。水力摩阻系數的計算見公式(3)。

式中：λ—水力摩阻系數；

C—流量系數，與單位有關；

D—天然氣管道內徑，m；

Qn—第 n 段管道的流量，m3；

P1—天然氣管道的起點壓力，Pa；

P2—天然氣管道的終點壓力，Pa；

Z—壓縮因子；

Δ—天然氣的相對密度；

T—天然氣的溫度，K;

L—管道的長度，m。

3.2 不確定度合成法

輸氣系統可以簡化為多個進氣點和多個出氣點的串聯，而進氣端和出氣端之間為并聯關系，如圖1。首先得到各進氣點和出氣點的計量不確定度, 將各進氣點和出氣點的計量不確定度分別按照誤差的并聯合成法進行合成，得到進氣端計量不確定度和出氣端的計量不確定度；再將進氣端和出氣端計量不確定度按照誤差的串聯合成法則進行合成，則得到整個輸氣系統的計量不確定度。根據輸氣系統的計量不確定度與流量值，則可確定管輸損耗的上限和下限，這兩個界限指標即為輸差預警指標。當管輸損耗超出上下限后，需對管輸損耗的原因進行分析，進而采取措施對其進行有效控制（圖 1）。

圖 1 輸氣系統計量簡化圖Fig.1 The metering simplified graph of gas transmission pipeline system

4 管輸損耗的分析方法

天然氣管輸損耗超出合理范圍后，需對引起管輸損耗的原因進行分析（即管輸損耗定位），才能有針對性的采取措施降低管輸損耗。吳斌等[11]總結出如下幾種分析方法。

4.1 計量先行法

對于天然氣管道，管道進、出氣量數量級最大，計量設備稍有誤差便會產生很大管輸損耗，且計量儀表產生誤差的可能性遠比發生泄露等問題的可能性大，因此對管輸損耗的定位，首先應從對計量設備的分析著手。

4.2 計量先行法

所謂曲線對比法是指將全線管輸損耗曲線與組成管輸損耗計算的各部分曲線進行對比，若某一部分（如管存差）曲線走勢與全線管輸損耗曲線走勢相似，則很有可能是此部分的計算（或計量）出現問題，可進一步進行管輸損耗分析。

4.3 相關分析法

管輸損耗不僅僅是由某單一因素的影響引起的，在管輸損耗分析時，應盡量對各種因素（如開泵方案的調整、氣量波動、計量設備參數的調整）進行綜合考慮，避免重復性的查找某單一因素的影響，從而提高管輸損耗分析的效率，減少企業的經濟損失。

4.4 數據跟蹤法

在各站均配備計量設備的條件下，可通過逐段比對上下游計量設備示值差量來確定管輸損耗發生的管段，以縮小分析范圍，提高分析效率。

上述四種管輸損耗分析方法中，最重要的當屬計量先行法，因為流量計的計量誤差對管輸損耗的貢獻最大。曲線對比法較易實施，其余兩種方法則需要一定的技術和設備支持。

5 管輸損耗的控制措施

管輸損耗的提出、預警以及分析都是為了更好地降低管輸損耗，維護輸氣企業的利益。從管輸損耗的原因入手，岑康等[9]認為降低管輸損耗應采取技術和管理兩方面的措施。

5.1 技術措施

（1）計量設備的選型、安裝、維護和使用

計量設備應根據輸量的大小進行選型，使流量計在最佳工作范圍內運行，在保證精度的同時又能保證安全。有些流量計（如孔板流量計）對安裝、使用和維護要求較高，應盡可能地滿足這些條件，才能使流量計在最佳狀態工作，使計量誤差在可控范圍內。

（2）建立管道運行數據庫

對管道運行進行實時監控，將運行參數存檔，建立管道運行數據庫，為管輸損耗分析提供條件，有利于管輸損耗預警的實施。

（3）管輸損耗預警系統

根據現場實際情況，建立管輸損耗預警系統，有利于及時發現管輸損耗異常情況，在第一時間找出原因，采取措施，降低管輸損耗及其帶來的損失。

（4）配備流量計在線檢定系統

計量誤差是引起管輸損耗最主要的原因，建立流量計在線檢定系統或通過設置一定流程實現流量計的在線互檢能夠及時的發現計量設備的故障，有利于盡快解決問題，從而降低管輸損耗。

5.2 技術措施

（1）加強人工巡線

輸氣管線綿延幾百甚至上千公里，燃氣管網分支眾多，很容易為不法分子的偷盜行為提供可乘之機。應成立巡線小組，定期巡線，及時發現管道存在的問題，一旦發現腐蝕、泄露等情況，立即采取措施。

（2）加強計量人才隊伍的管理

對計量人才一定要堅持崗前培訓，確保其具備基本的計量設備安裝、維護、使用知 識，能夠正確操作和維護計量設備，減少計量誤差。另外，對于燃氣管網，應采取一定措施，減少查表人員的漏報、錯報等情況，降低管輸損耗。

6 結 論

隨著天然氣產業的迅速發展，輸氣企業對關乎其切身利益的管輸損耗也越發重視，對其計算方法、產生原因、預警、分析方法及控制措施的探究也越發成熟。但就目前而言，只有少數企業專門建立管輸損耗預警系統，對管輸損耗時刻保持警惕；多數企業仍處于以年為單位計算管輸損耗的狀態，這樣就會導致問題發現和解決的滯后，使企業利益遭受損失。隨著對管輸損耗問題認識和研究的深入，將來會有更加成熟的管輸損耗預警系統的出現，也會有越來越多的企業建立預警系統，采取各種措施使管輸損耗降到最低，維護企業的經濟利益。

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［3］王力勇, 宋春慧. 天然氣長輸管道輸差控制與分析[J]. 油氣儲運, 2007, 26(4): 44-47.

［4］秦王丹, 謝毅. 天然氣計量輸差問題及對策研究[J]. 科技資訊, 2012 (35): 81-81.

［5］文其志, 劉選新, 宋敬濤, 等. 民用天然氣輸差分析及其對策探討[J]. 重慶科技學院學報: 自然科學版, 2005, 7(2): 34-37.

［6］李鍇, 牛樹偉, 劉治華. 長輸天然氣管道輸損管理[J]. 油氣儲運, 2010, 29(9): 708-710.

［7］張書麗, 尤永建. 天然氣輸差的產生原因及降低途徑[J]. 天然氣與石油, 2006, 23(3): 20-22.

［8］鄧立三. 區域計量與輸差控制研究[J]. 城市燃氣, 2009 (2): 16-21.

［9］岑康, 張天軍, 楊炬, 等. 天然氣輸氣干線系統輸差預警指標研究[J]. 天然氣技術, 2008, 2(5): 51-53.

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［11］吳斌, 劉明亮. 天然氣計量與輸差控制[J]. 儀器儀表標準化與計量, 2006, 2: 32-34.

低溫前處理破解印染高壓

長久以來，印染給人們的印象似乎不太好，環保人士更是談之色變，認為這是來自紡織行業對空氣、水質的重要污染源。不可否認，印染加工過程確實會產生廢氣、廢水，對環境污染負有不可推卸的責任，但從另一方面講，如果通過現代紡織技術手段解決此類問題，也是在推動經濟建設的同時為環保作出了貢獻。

為促進印染行業的清潔生產，降低前處理過程溫度、減少化學品的使用是一條重要途徑，也將是必然選擇。由東華大學、華紡股份有限公司、青島蔚藍生物集團有限公司共同完成的“紡織品低溫前處理關鍵技術”榮獲 2013 年度紡織之光科技進步一等獎，成為印染行業節能減排的關注重點。

細節攻關終獲產業化成果

“織物前處理過程的水耗、能耗和 CODCr排放量占印染加工全過程的 55%～60%?！痹擁椖康谝煌瓿扇?、東華大學博士毛志平介紹說，織物低溫前處理技術中，冷軋堆前處理已經成熟并由產業化應用，該工藝雖然節能，但其化學品使用和污染物排放量卻顯著高于常規工藝，并不是真正意義的清潔生產技術。

據華紡股份有限公司工程部技術中心執行主任李春光介紹，利用有機活化劑降低 H2O2漂白溫度的研究受限于有機活化劑的成本和效率等因素，不論是國際還是國內該技術都未能真正實現產業化應用。在這樣的背景下，“紡織品低溫前處理關鍵技術”成功研發了系列紡織品低溫高效退漿、精練和漂白的前處理工藝，真正實現了坯布按質、按需低溫前處理的產業化應用。之所以能讓低溫前處理技術實現產業化，得益于該項目的幾大創新點，即仿酶催化劑配體合成關鍵技術、仿酶催化劑復配增效關鍵技術、低成本高耐堿果膠酶產業化關鍵技術、織物低溫系列前處理工藝開發。

Review of Analysis and Control for Gas Loss of Pipeline

TIAN Xiao-cui1，DONG Chang-long2，YANG Zheng-ran1，LI Guang-rang1，ZHANG Shi-hu3，MA Qian-qian2
（1. China University of Petroleum, Beijing 102249，China；2. Jiangxi Province Natural Gas Co.,Ltd., Jiangxi Nanchang 330096, China；3. PetroChina Changqing Oilfield Company the Third Gas Production Plant, Inner Mongolia Ordos 017300，China）

Recently, with the widespread of natural gas in China, long-distance natural gas pipelines and urban distribution pipelines are built in large scale, and the problem of natural gas loss in the transportation process attracts more attention of gas companies. In this paper, on the basis of reference to large amount of literature, the concept, cause, warning, analysis method and control measures of gas loss were summarized and analyzed. Therefore the research status and development trend of natural gas loss were grasped in the macro.

gas loss; analysis; control; research status; development trend

TE 832

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1322-04

2014-04-23，

田曉翠（1990-），女，河北衡水人，碩士，2013 年畢業于中國石油大學（華東），現就讀于中國石油大學（北京），研究方向：油氣長距離管輸技術。E-mail：tianxc1990@163.com。