天然氣高壓管網余壓發電項目可行性分析

鄭宇 金綦慶 鄒佑彤

摘 要：近些年來，隨著城市化發展進程的不斷加快，天然氣管網的建設程度與應用范圍也在不斷提升。在天然氣的高壓管網中有大量的壓力能存在，利用高壓管網中的余壓可以進行發電，這樣既能夠節約能源，又能夠提升經濟效益。本文主要對天然氣高壓管網余壓發電項目的可行性進行分析與研究，旨在更好地將管網中的余壓有效的利用起來，促進經濟效益與社會效益的兼顧與統一。

關鍵詞：天然氣;高壓管網;余壓發電;可行性

1 分析天然氣高壓管網余壓回收的可行性

近年來，隨著經濟發展水平的不斷提升，天然氣的需求量也在持續增加，我國陸續建設了很多天然氣管道運輸工程，大大地推動了我國天然氣管道事業的快速發展，如著名的西氣東輸和川氣東送工程等。在天然氣運輸方面，我國通常運用高壓管輸的方法，輸送的天然氣的壓力很高，一般會經過調壓站進行調壓，將壓力降低到中壓標準，然后將降低壓力的天然氣輸入到燃氣管網當中，最后再經過調壓站箱來再次降壓，將低壓天然氣氣提供給用戶進行使用。在調整天然氣壓力時，會有大量的壓力能遭受損失，同時也會因為降溫速度太快對調壓和管道設備的安全運行產生嚴重威脅。如果能夠運用科學、合理、恰當的方式來對壓力能進行回收和再利用，那么能夠推動能源利用率的更好提高，使得資源浪費問題得到有效地遏制，有利于推動天然氣管網運行的經濟效益與社會效益的全面與統一。

1.1 天然氣管道壓力分級

燃氣管道壓力分級如下表所示，燃氣壓力設計分級的原理主要是：在運用調壓器來對輸氣管道中的高壓或者次高壓進行節流時，將高壓或者次高壓的壓力進行降低，然后再將更低一級壓力的燃氣輸入到管網中，天然氣管道壓力分級就是按照下表的壓力值進行劃分的。

1.2 可用壓力能的分析與評價

通常情況下，天然氣管網中壓力能可利用價值的評價一般會運用?分析法來實現，該方法比較實際且科學，分析與評價的效果較好。壓力?與工質等溫流動時產生的技術功相匹配，能夠對天然氣中甲烷的構成情況進行有效地假定與計算，從而得出不同輸氣管網壓力下的單位質量天然氣的壓力?的數值呈現正相關的關系。為了能夠更好、更全面、更充分的對天然氣管網的壓力差進行利用，可以運用余壓透平發電裝置，經過運用透平膨脹機進行做功，從而有效地轉化成機械能，從而更好地回收發電機發電產生的二次能源。

1.3 余壓透平發電原理的分析

余壓透平發電原理主要是利用余壓透平發電裝置來實現。余壓透平發電裝置主要是由冷卻水系統、氮氣密封系統、潤滑油系統、液壓伺服控制系統、高低壓發配電系統、余壓透平主機系統、自動化控制系統及其配套設施構成。余壓透平發電裝置在進行發電時，主要是將燃氣的壓力導入到透平機中，經過兩級動靜葉片的持續膨脹做功，驅動透平轉子進行轉動，推動壓力能逐漸轉化成機械能，然后余壓透平發電裝置中的透平轉子再通過聯軸器來對發電機進行驅動，從而實現對電能的回收。我國首都鋼鐵公司是我國第一個安裝余壓透平發電裝置的單位，隨后萊鋼、昆鋼、青鋼以及包鋼等鋼鐵單位也陸續安裝和運用了余壓發電技術，并取得了很好的效果。

1.4 分析天然氣高壓管網余壓發電項目的可行性研究方案

在天然氣管網輸配系統中，天然氣都是經過逐級降壓之后才配送給終端用戶的。而在降壓過程中，只要進行降壓，那么就存在余壓回收發電的可能性。天然氣調壓都是在調壓站進行，那么將余壓透平發電裝置安裝在調壓站是最為理想的，能夠及時、有效地通過透平膨脹機來進行壓力能的回收。由于天然氣管網線路比較長、門站較多，在輸配過程中會有很多交接站存在，每個交接站都具有計量、加熱、清管和加臭等功能，基本是不用經過調壓，因而在設置和安裝余壓發電回收裝置時，不宜在門站多的交接站。與此同時，在天然氣管網中有很多低壓調壓站箱廣泛分布，其力量小、壓力地、數量多，如果在低壓調壓站箱出設置余壓發電裝置，那么會有很多的難度和問題存在，投資較大、整地比較苦難以及管理過于繁瑣等等，這些都會加大電能回收的難度，因而余壓發電回收裝置也不適宜安裝在低壓調壓站箱處。而在高中壓、高高壓的調壓站中有大流量的高壓天然氣存在，在調壓時，將高高壓調壓到高中壓或者從高中壓調壓到低壓時，有很多的壓力能可以利用，將余壓進行回收和轉化成電能，就可以將電能直接并入到電網當中，在此處設置和安裝余壓透平發電回收裝置比較適宜。

我國的武漢地區當前就有高壓外環線、高壓中環線接收了中石油的淮武線、忠武線以及中石化的川氣東輸線的來氣。在高壓中環線上安裝了9座高中壓調壓站和2座門站，高壓外環線安裝了1座高高壓調壓站與1座門站。在對高高壓調壓站余壓發電項目進行改造時，主要對調壓站的旁通管道進行改造，增加了與余壓發電回收相關的配電設備、透平膨脹機、發電設備、閥門等。而原來的調壓系統可以當做透平發電系統故障檢修時的備用供氣裝置即可。

中石化的川氣東送向武漢的高壓外環供氣大約有5*108Nm3/a，按照全年均衡供氣小時流量大約有5.7*104Nm3/a。高高壓調壓站將上游的4.0MPa來氣調壓到1.6MPa后，將其輸送到高壓中環。如果上網電價參照國家標準0.616元/kWh來計算，那么年電量銷售收入大約有460*104元/a之多。可見其經濟效益與價值相當顯著。與此同時，當前，面對能源短缺的局限與現狀，積極開展節能、降耗、減排工作是當前大勢所趨，也是推動國家可持續發展的重要路徑。天然氣高壓管網余壓回收發電項目的實施，能夠對天然氣輸送過程中產生的壓力能進行有效地回收，并通過余壓透平發電裝置來進行發電，彌補經濟發展過程中所需的電能短缺問題，這與我國的《中華人民共和國節約能源法》相適應。天然氣高壓管網余壓發電項目既能夠對天然氣輸送過程中產生的大量能源進行有效回收，還能夠促進能源綜合利用率的全面提升，能夠給企業帶來更多的經濟價值的同時，又獲得了良好的社會效益，一舉兩得，名利兼收。由此可見，天然氣高壓管網余壓發電項目具有很高的可行性，值得廣泛推廣。

2 結束語

綜上所述，在輸送天然氣過程中會有大量的壓力能存在，且天然氣管網的壓力越高，其然后的焓值也就越大，回收和利用壓力能進行發電，能夠有效的節約資源，減少能源浪費。在研究天然氣高壓管網余壓發電項目可行性時，通過對天然氣透平膨脹余壓發電裝置的充分利用，能夠有效的實現管網壓力能回收的目標，且投資小、效果好，能夠對電力能源的缺口進行有效地彌補，使得我國的電力壓力得以有效緩解，提升我國能源綜合利用率，其顯著的經濟效益與社會效益受到了廣泛的認可，值得深入推廣。

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