天然氣長輸管道節能設計探討

馬禮

摘 要：天然氣的傳輸離不開長輸管道的節能設計，做好管道的節能設計對提高天然氣傳輸效率、減少和降低管道使用中不必要的能源損失具有重要意義。正確認識長輸管道的技能設計的重要性，采用先進的設計工藝，以控制不合理的管道運行，可以真正達到節能環保的目標。

關鍵詞：天然氣長輸管道;節能設計;應用

1國內研究現狀

伴隨我國經濟不斷發展，人們對于天然氣也提出全新需求，在這一背景下，長輸管道節能設計便顯現出極大必要性，我國現階段針對長輸管道節能設計方式主要有提升設計系數、增加管道直徑、提升綱級等，但是此類方式皆需將具有較高可靠性的設計與評價方法作為支撐依托。以現階段含有一級天然氣管道并進行0.8設計系數地區為例，在現階段所取得節能效果與理想狀態差異較小。同時，我國長輸管道標準將ISO16708—2006—Petroleumandnaturalgasindustries-Pipelinetransportationsystems-Reliability-basedlimitstatemethods等正式引入到國內管線可靠性設計理念當中，但是，這一標準由于僅僅是站在定性角度對節能理念展開闡述，因此，需在經過更深層次研究后才能將其在我國天然氣長輸管道節能設計當中真正有效應用。

2天然氣長輸管道節能設計

2.1優化工藝方案

天然氣長輸管道會朝著高壓、長距離等方向發展，且對管道輸送技術可靠性依賴性強。這種傳輸模式能夠有效增加輸送的天然氣密度，提高天然氣傳輸速度，把握站內設備的能耗，為將天然氣的流速控制在合理的范圍內起到一定作用，減少摩擦時的能源流失，進一步降低天然氣輸送時的能耗。由于長輸管道可以增加輸氣密度，隨著輸氣密度的增加，單位面積內的氣量增加，可以很大程度上減少沿途壓力站的數量，從而降低天然氣運輸時的成本。

在對管道進行設計時，應當考慮管道的管徑、能耗水平、設計壓力及項目投資效益等，采用科學合理的方案，最大程度地減少天然氣輸送過程中的直接能耗。具體為：當天然氣管道管徑相同時，設計壓力增大，會降低綜合能耗;若管道設計壓力相同，管徑的增大，會減少綜合能耗。因此，在對管道進行輸送工藝設計時，應結合實際，可續合理匹配管徑與壓力設計。同時，在確保設計壓力、管徑大小合理性的基礎上，選擇相對性能可靠的管材，可以大大地降低天然氣管道在實際運行過程中可能存在各種安全隱患。

2.2控制沿程燃氣摩擦阻力

在長輸管道運行過程中，必然會伴隨著傳輸阻力的存在，進而產生摩擦消耗，降低管道的節能效果。實踐得出，影響燃氣傳輸的摩擦度與傳輸效率的一個重要因素是管道內層是否光滑。結果表明：當管徑為355.6mm的前提下：當粗糙度為62um時，壓降為3.84MPa，當粗糙度為210um時，壓降達到4.5MPa。針對此種現象，需要在設計過程中，注重輸氣時對摩擦阻力控制。表現為：（1）應將管壁的粗糙程度作為在設計時的一個考量因素，利用管內涂層減少管壁粗糙，使長輸管道實際運行過程中減少所受沿程摩擦阻力，從而使壓縮機輸送功率的設置增強合理性;

（2）通過對比分析壓縮機運行中燃料使用費用與天然氣長輸管道內涂層設置費用可知，選用可以減少沿途摩擦力的可靠內涂層，提升管道的輸送效率，減少管道輸氣能耗，減少壓氣站設置數量。

除了需要關注輸送過程中沿程的摩擦阻力，實際運行過程中輸送溫度也是需要考慮的因素，保證其良好的運行壓力，能夠降低壓縮機的運行能耗。注重空冷器設置的合理性，也可以實現節能的設計目標，對其實際的耗電情況的分析如下：如果空冷器運行過程中的耗電費用高于長輸管道輸送過程中溫度降低所節省的費用，則說明降低管道輸送溫度，可以有效降低管道沿程阻力，實現輸氣管道的節能型設計。因此，節能設計中應當對長輸管道進行綜合考慮，為滿足長輸管道節能降耗設計要求，需確定可靠的內涂層，合適的管徑，適當的輸氣溫度，精確把握不同出站溫度條件下的管道系統能耗。

2.3優化選擇與調整輸氣設備

壓縮機通常設置于壓氣站，其功能為提高管道壓力，從而加快天然氣的傳輸。在這個過程中，壓縮機存在的能量損耗，壓縮機通常是指離心式與往復式壓縮機，離心式壓縮機優勢明顯，具體表現為：熱效率與壓縮比較低、排量大，在控制流量的作用上更加突出，于是認為離心式壓縮機能夠更好的達到節能環保的目標。壓縮機的原動機一般是燃氣輪機，在實際運轉時，燃氣輪機能夠更加平穩且結構清晰，不收外界干擾，其可以更好的配合電動機，因此被用于大排量壓縮機。在選擇時，應規劃壓氣站和電網之間的距離，在距離較遠的情況下，燃氣輪機可當作原動機，但要盡可能地配備高效率機組，同時還需要安裝熱力回收的循環系統，控制機組的熱效率，控制能耗，相反，就應該選擇電動機。

2.4壓氣站地運行優化

在對天然氣長輸管道設計中，應在綜合評估時重點考慮，壓氣站的運行優化為運輸的節能所帶來的效果，以降低輸氣成本為目的，實現長輸管道輸氣過程優化。壓縮機組能耗能夠導致天然氣輸氣管道在實際運行過程中的能耗，在很多時候的長輸管道設計中，多條管線并行敷設的方式被多次采用，一定程度上增加了壓縮機組運行過程中的能耗。

2.5余熱利用合理化

在對天然氣長輸管道設計中，若使用燃驅壓氣站，在設備工作中產生的高溫煙氣，大大增加了能源消耗，影響長輸管道的節能效果。因此，需要根據壓氣站的實際工作情況，采用余熱利用系統，有效回收高溫煙氣中的熱能。體現在：選擇功能性更強的余熱換熱裝置，減少站內燃料氣加熱設備的能耗，提升余熱系統的工作性能;優化系統內部耗能設備的工作性能，通過對余熱系統能耗的分析，提高包括熱能在內的能源利用率。最后，應優化配置壓力站內設備，降低管道摩擦損耗，減少能源浪費起到節能效果。

2.6輸氣管道的運行優化

2.6.1調控供需關系

為實現天然氣高效、快速、合理地運輸，重點在管道運行的初始時期調控好供需關系，形成供需平衡，進一步實現在充分保證天然氣供應的前提下降低燃氣的輸送成本，可以從以下幾個方面考慮具體的優化措施：最合理工況、最優調度等，選用最優的控制系統，為了減少和降低管道在運行時的能源損耗，讓控制系統盡可能處于低能耗狀態，進而可以達到節能降耗的目的。

2.6.2加強檢測天然氣泄漏

利用高效的模擬仿真法，對天然氣長輸管道泄漏進行檢測，可以實現在減少天然氣泄漏的同時，方便管道維修人員準確、高效地工作。為降低在對管道相連的各種設備開展設置工作時，天然氣泄漏事故發生率，改良焊接的使用方式，促使天然氣長輸管道能夠運行穩定。

結束語

近些年來，我國天然氣管道發展極為迅速，但是這一背景也令管道在設計、施工、輸送等各環節當中出現不同可靠性問題。就管道行業而言，天然氣長輸管道運輸工作是關鍵核心所在，伴隨我國節能減排理念不斷深入，節能工作在長輸管道設計當中所受重視力度也在逐漸加大。

參考文獻：

[1]高維友，時麗謐.天然氣長輸管道設計中的節能研究[J].石化技術，2020，27（09）：209+212.

[2]陳華.天然氣長輸管道設計節能有效措施[J].化工管理，2019（34）：142.

[3]劉力升，毛學彬，羅佳，張肇軍，王銳.天然氣長輸管道的節能環保設計[J].石化技術，2019，26（11）：258-259.

[4]李凱，欒軍.天然氣長輸管道的節能降耗措施[J].化工設計通訊，2019，45（03）：25.