簡述天然氣長輸管道的節(jié)能降耗措施

郝振威

摘要：天然氣長輸管道的節(jié)能降耗是我們所面臨的一個(gè)長期而重要的任務(wù)，節(jié)能降耗的技術(shù)也在不斷地發(fā)展與進(jìn)步。因此，管道企業(yè)一方面要積極采用國內(nèi)外先進(jìn)的輸氣工藝和節(jié)能降耗的技術(shù)、設(shè)備，如使用管道內(nèi)涂技術(shù)；引進(jìn)先進(jìn)的管理檢測系統(tǒng)，防止天然氣泄漏，調(diào)整工藝設(shè)備使其在合理的工況下運(yùn)行。另一方面則要提高員工的節(jié)能意識，增強(qiáng)其工作責(zé)任心，提高其技術(shù)素質(zhì)，防止出現(xiàn)人為誤操作。

關(guān)鍵詞：天然氣；管道；節(jié)能措施；設(shè)計(jì)

1. 天然氣長輸管道的節(jié)能降耗措施的重要意義

天然氣是一種清潔廉價(jià)的優(yōu)質(zhì)能源，在世界各國的應(yīng)用都在大幅度上漲。但是，天然氣的分布地區(qū)大部分是在環(huán)境惡劣、交通不發(fā)達(dá)的地區(qū)，而它的使用地區(qū)主要是在城市和工業(yè)區(qū)，所以，天然氣的運(yùn)輸成了一個(gè)棘手的問題。而長輸管道的運(yùn)用恰好保證了天然氣從生產(chǎn)到運(yùn)輸這個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。

雖然，長輸管道能夠有效的運(yùn)輸天然氣，但是，在運(yùn)輸過程中，也存在一些能源的消耗，經(jīng)濟(jì)性不好。長輸管道對天然氣的能耗體現(xiàn)在兩個(gè)方面，分別是直接能耗和間接能耗。直接能耗是由壓縮機(jī)組、管道阻力、設(shè)備阻力等引起的能源損耗。間接能耗是由天然氣放空、泄露等引起的能量損耗。其中，直接能耗是不能避免的，它只能通過改進(jìn)工藝，采用新設(shè)備、新技術(shù)等來降低。而間接能耗是能夠避免的。由于降低天然氣長輸管道的能耗能有效的提高運(yùn)輸運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本，所以，在長輸管道方面采用一些節(jié)能降耗措施是十分必要的。

2.天然氣長輸管道的節(jié)能降耗措施

2.1設(shè)計(jì)節(jié)能

（1）系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化

在目前管道大發(fā)展階段及以后的管道建設(shè)和運(yùn)行中，很難有單一輸氣管道獨(dú)立運(yùn)行，基本形成區(qū)域管網(wǎng)系統(tǒng)。在新管線設(shè)計(jì)時(shí)，必須既滿足新老管線系統(tǒng)安全可靠供氣，又能達(dá)到新建系統(tǒng)投資最省，運(yùn)營費(fèi)用最低的效果。要實(shí)現(xiàn)上述功能，使系統(tǒng)構(gòu)成最優(yōu)化，必須將新老系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)完整的可以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)配的管網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行工況模擬計(jì)算、分析，對管網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成方案進(jìn)行優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)在充分利用已建設(shè)施的基礎(chǔ)上，新建系統(tǒng)投資省、安全、環(huán)保和節(jié)能的目的。

（2）管道內(nèi)涂層設(shè)計(jì)節(jié)能分析

天然氣在輸送過程中，要克服管道摩阻。影響摩阻的主要因素是管內(nèi)壁粗糙度。在輸送量和出口壓力一定時(shí)，內(nèi)壁粗糙度越大，輸送壓降越大。管道內(nèi)涂層技術(shù)在可以有效防止管道內(nèi)腐蝕發(fā)生的同時(shí)，也是提高輸量的有效手段，尤其是對長輸輸氣管道更顯著。實(shí)際檢測表明，內(nèi)涂層能夠使管道的輸氣量提高4%～8%。輸氣管道采用內(nèi)涂層，可以使管道內(nèi)表面光滑、降低粗糙度、減小水力摩阻系數(shù)，從而達(dá)到提高管道輸氣量；在相同輸氣量條件下，可以降低壓縮機(jī)需用功率，既能減少機(jī)組建設(shè)的投資費(fèi)用，又能減少投運(yùn)后壓縮機(jī)的能耗費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。如果從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，是否采取內(nèi)涂層需要將管道全生命周期發(fā)生的費(fèi)用合并計(jì)算。如果從節(jié)能減排方面考慮，采用內(nèi)涂層后將擴(kuò)大壓氣站的間距，減少壓氣站的數(shù)量和總裝機(jī)功率，從而降低燃料動(dòng)力消耗。

2.2管道運(yùn)行節(jié)能

（1）管道運(yùn)行優(yōu)化

天然氣管道的優(yōu)化運(yùn)行就是在管道系統(tǒng)物理參數(shù)已經(jīng)確定的條件下，根據(jù)氣源的供氣情況和各用戶的用氣情況，對管道系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，既能滿足安全平穩(wěn)輸氣和供氣，也能使管道總的燃料動(dòng)力費(fèi)用最低。由于優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是以管道總能耗或者總功率最低，所以對于長輸管道來說，管道的優(yōu)化運(yùn)行是管道企業(yè)最大的節(jié)能技措。管道優(yōu)化運(yùn)行的影響因素較多。目前國內(nèi)常用離線模擬軟件TGNET、SPS進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行分析。通過SCADA系統(tǒng)將實(shí)際能耗數(shù)據(jù)在線采集上來，與方案進(jìn)行對比分析，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方案。

（2）提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率

壓氣站的運(yùn)行費(fèi)用占管道總運(yùn)營費(fèi)用的50%左右，壓縮機(jī)及其配套的原動(dòng)機(jī)的能耗占壓氣站運(yùn)營費(fèi)用的70%以上，占長輸管道能耗費(fèi)用的96%左右。因此，提高壓縮機(jī)組的效率將是降低輸氣能耗的重要措施。各類型機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)，電驅(qū)機(jī)組的效率為70%～85%，燃驅(qū)機(jī)組的效率為25%～40%。雖然機(jī)組的效率均在正常范圍內(nèi)，但是效率相對低的壓縮機(jī)組就有節(jié)能的空間。壓縮機(jī)組在非滿負(fù)荷的情況下，通過提高入口壓力和調(diào)整壓縮機(jī)余隙達(dá)到提高運(yùn)行效率降低能耗的目的。

（3）減少天然氣放空

天然氣長輸管道在運(yùn)行過程中，由于各種原因需要進(jìn)行天然氣放空，如壓縮機(jī)的啟停放空、管線施工放空、站場設(shè)備的維檢修放空以及緊急情況的應(yīng)急放空等。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，通過合理安排管道施工作業(yè)方案和優(yōu)化壓縮機(jī)的啟停，減少放空的次數(shù)并盡可能降低放空壓力，使放空量減少。

2.3應(yīng)用先進(jìn)的輸氣工藝

（1）高壓輸氣

高壓輸氣是當(dāng)前國際天然氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢。高壓輸送使天然氣密度增加，流速下降，可降低管道沿程摩擦損失，提高輸送效率；同時(shí)，天然氣密度增加將有利于提高氣體的可壓縮性，降低壓縮能耗，提高壓縮效率，減少增壓站裝機(jī)功率。

（2）富氣輸送

富氣輸送是指所輸送的天然氣富含乙烷、丙烷、丁烷等重組分（NGL）。由于富氣的天然氣密度高于常規(guī)天然氣，可使其流速下降，從而降低管道沿途摩擦損失，提高輸送效率；天然氣密度增加，還可提高氣體的可壓縮性，降低壓縮能耗，提高壓縮效率；管道能耗下降，有利于減少裝機(jī)功率，加大站間距。高壓富氣輸送代表了當(dāng)前天然氣管道輸送工藝的最高水平，不但進(jìn)一步提高了管輸效率，而且兼顧了節(jié)能環(huán)保。

2.4新能源利用

目前可以在長輸管道站場應(yīng)用的新能源有太陽能和地?zé)崮堋＠锰柲馨l(fā)電可以替代天然氣管道閥室中的TEG發(fā)電設(shè)備，可以減少TEG所帶來的維護(hù)量、高維護(hù)成本和部分安全隱患，該節(jié)能技術(shù)尤其適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)不易引入外電的閥室

2.5防止天然氣泄漏

天然氣泄漏不僅會(huì)造成管道公司的直接經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)污染環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜叭说纳踩Ｒ虼耍乐固烊粴庑孤┎粌H是節(jié)能的要求，也是輸氣安全的需要。天然氣泄漏包括輸氣設(shè)備泄漏和輸氣管道泄漏。輸氣設(shè)備泄漏主要是由于壓縮機(jī)和閥門等設(shè)備無法做到絕對密封，或者法蘭密封墊老化破損造成的。據(jù)計(jì)算，在5MPa的壓力下，當(dāng)存在1mm的當(dāng)量不密封度時(shí)，一晝夜即可泄漏850～900kg天然氣。因此，選擇新的壓縮機(jī)密封技術(shù)和密封性能好的閥門產(chǎn)品，可有效地減少泄漏損失。天然氣長輸管道在運(yùn)行過程中由于受各種自然和人為因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)泄漏。究其原因主要有：①防腐絕緣層裂化或者陰極保護(hù)度低（或失效）造成的管道腐蝕穿孔。②管道自身缺陷，包括環(huán)形焊縫存在未焊透、熔蝕、錯(cuò)邊等缺陷。受到輸氣壓力或其他外力在斷面上所產(chǎn)生的應(yīng)力作用，這些原始缺陷擴(kuò)展到臨界值時(shí)就會(huì)造成裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展進(jìn)而使焊縫開裂，管道連接部位密封不良等。③人為因素的破壞，一方面是不法分子對輸氣管道的有意破壞，另一方面是由于操作不當(dāng)或者工程機(jī)械的使用不當(dāng)損壞輸氣管道。為了防止泄漏事故的發(fā)生，針對引發(fā)泄漏的主要原因，可以采取以下措施：①對管道的整體安全性進(jìn)行評估，對存在缺陷的管段進(jìn)行整改或更換。②按設(shè)計(jì)要求做好防腐涂層和陰極保護(hù)，并定期進(jìn)行檢測。③提高員工的技術(shù)水平，防止出現(xiàn)人為誤操作。④設(shè)立管道線路的標(biāo)志，加大對管道的維護(hù)管理力度，建立完善的巡線制度，杜絕出現(xiàn)人為破壞事故。⑤加強(qiáng)管道檢測，使用高靈敏度的在線檢測系統(tǒng)，以快速準(zhǔn)確地檢測泄漏點(diǎn)位置。

3.結(jié)語

總而言之，在天然氣長輸管道的設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中，根據(jù)不同管道的具體特點(diǎn)，積極有效的開展各項(xiàng)節(jié)能措施，優(yōu)化輸送工藝，合理的選擇設(shè)備，改善設(shè)備的節(jié)能性能，將會(huì)明顯地提高長輸管道輸氣效率和降低管道能耗，同時(shí)也能降低管道運(yùn)輸成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]李長俊，天然氣管道輸送[M].北京：石油工業(yè)出版社：2010：1-342.

[2]劉銀春，劉檔，王登海等.天然氣輸送管道選材.分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2007，18（4）：44-47.