節能環保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析

付春江 霍玉霞

（1.. 濟南濟華燃氣有限公司，山東 濟南250000；2. 魯焱工程技術咨詢有限公司，山東 濟南250021）

0 引言

天然氣長輸管道的能耗根據方式不同可分為直接能耗和間接能耗，間接能耗是指天然氣長輸管道在輸送天然氣過程中出現的放空和泄露等問題引起的資源能耗，這種能耗在理論上可以通過有效措施消除[1]；直接能耗是指天然氣長輸管道系統中壓縮機組能耗、燃料氣消耗以及天然氣長輸管道阻力損失產生的能耗，對于這種直接能耗的降耗方法只能通過技術、工藝以及設備去控制，沒辦法完全消除[2]。此次提出節能環保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析，為天然氣長輸管道降耗措施實施提供參考依據。

1 節能環保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析方法

1.1 天然氣長輸管道單耗模型

根據單耗熱力學理論思想，結合天然氣長輸管道運行理論，建立單耗模型，分析天然氣長輸管道儲存和釋能環節中壓縮機組降耗[3]。由理想中天然氣壓縮時壓縮機組耗功與實際中壓縮時壓縮機組耗功的商求得壓縮機組絕熱效率。再以壓縮機組理想定熵膨脹產生的耗功與壓縮機組實際定熵膨脹產生的耗功求得相對內效率。

通過上文分析計算，根據熱力學第二定律，天然氣長輸管道能源利用過程的能力平衡守則，可以將其描述為燃料能量消耗的總量為天然氣能力與能力損耗的和，經過化簡即可得到天然氣長輸管道單耗模型：

公式（1）中，bmin為天然氣長輸管道最低燃料單耗；∑bmax為天然氣長輸管道附加單耗。運用公式該模型可以得到天然氣長輸管道任一運輸環節中消耗的能量值。

1.2 天然氣長輸管道燃料降耗分析

天然氣長輸管道在儲能過程中，經過壓縮機組壓縮的天然氣成為運輸產品，如果在壓縮過程中，管道壓力為p，則能量比為：

公式（2）中，ν表示管道內產品密度；pn為管道環境壓力；pm為壓縮機組壓力。在天然氣長輸管道釋放天然氣過程中，管道的主要燃料為天然氣，如果燃料的能力比以100%地進行產品轉，即物理意義為單位體積的天然氣燃料能量在理想狀態下轉化為最大產品量，運用上文建立的單耗模型，求得天然氣長輸管道理想最低燃料單耗，即天然氣長輸管道輸送的天然氣電能的能量比。

天然氣長輸管道分為回熱、燃燒、膨脹等過程，運用單耗模型對這幾個過程進行降耗分析，分析出天然氣長輸管道處理燃料耗能外，其它附加最低耗能，其公式如下：

公式（3）中，ρ為燃燒過程燃料附加最低單耗；ω為膨脹過程附加最低單耗；θ為回熱過程附加最低單耗；η為節流過程附加最低單耗。以上述分析為依據，降低天然氣長輸管道能量消耗，實現了基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析。

2 對比實驗

實驗以某天然氣長輸管道為實驗對象，對該管道進行降耗分析。該管道儲能過程采用5級壓縮和冷卻的方式，而釋放過程采用4級燃燒和膨脹的方式，管道共由四個站場組成。運用此次提出方法與傳統方法對該天然氣長輸管道進行單耗分析，對比兩種方法分析誤差。

從圖1可以看出，傳統方法平均分析誤差為0.13 MW，而此次提出方法平均分析誤差為0.03MW，遠遠低于傳統分析方法，所以實驗證明，本文方法具有較低的分析誤差，可以精準的分析出天然氣長輸管道最低耗能。

圖1 兩種方法分析誤差對比

3 結語

在節能環保背景下，此次將單耗模型應用到天然氣長輸管道降耗分析中，形成一種新的分析方法，具有較低的分析誤差，為天然氣長輸管道降耗措施提供依據。由于研究時間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但還存在一些不足之處，今后還需在天然氣長輸管道降耗分析方面進行深入研究。