輸氣管道放空天然氣回收技術(shù)

摘 要：長輸管道場站和閥室放空主要包括緊急搶險放空和計劃性放空，前者具有隨機(jī)性，不具備回收的技術(shù)條件，后者主要是管道整改或定期檢修放空，具有良好的回收條件和回收價值。輸氣管道整改或檢修情況下，通常采取利用下游分輸或壓縮機(jī)抽吸，將干線壓力降至一定壓力后點(diǎn)火放空。這種放空方式不僅造成了比較嚴(yán)重的環(huán)境污染，也導(dǎo)致了巨大的資源浪費(fèi)。為了保護(hù)環(huán)境同時減少經(jīng)濟(jì)損失，放空天然氣的回收工作迫在眉睫，也具有十分重要的意義。為此，設(shè)計了一套以燃?xì)獍l(fā)電機(jī)和電解水制氫為中心的放空天然氣回收技術(shù)，可對計劃性放空天然氣進(jìn)行回收制為高壓氫氣，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：天然氣;放空;回收;燃?xì)獍l(fā)電機(jī);電解水制氫

0 前言

天然氣是一種不可再生資源，管道輸送天然氣是一種基本方式，但在輸氣管道整改和計劃檢修情況下，經(jīng)常需要對一段管線進(jìn)行放空，通常采取先對管線存量天然氣進(jìn)行部分抽吸，然后點(diǎn)火放空的方式。經(jīng)濟(jì)合理地回收利用輸氣管道放空天然氣，用最簡潔、快速、有效的方法使之轉(zhuǎn)化為可用資源，具有十分重要的意義[1]。目前，放空天然氣回收利用技術(shù)主要包括以下幾個方面：壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、 吸附天然氣（ANG）、水合物（NGH）、天然氣發(fā)電 （GTW）、溴化鋰直燃機(jī)、信息化技術(shù)等[2]。由于這些回收技術(shù)存在很多技術(shù)難題并未得到廣泛采用，文章采用一套創(chuàng)新技術(shù)，以放空天然氣發(fā)電，再通過電解水產(chǎn)出高壓氫氣儲存和運(yùn)輸，實現(xiàn)了長輸管道放空天然氣的高效回收。

1 工藝流程（見圖1）

啟動四輛分別載有壓縮機(jī)增壓撬、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)撬、電解水制氫撬、壓縮機(jī)增壓回收撬的可移動板車駛?cè)胍?guī)劃好的放空區(qū)附近，壓縮機(jī)增壓撬與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)撬用高壓軟管連接，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)撬與電解水制氫撬用電纜連接，電解水制氫撬與壓縮機(jī)增壓回收撬用高壓軟管連接，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與兩臺增壓撬裝用電纜連接。打開4個球閥，啟動燃?xì)獍l(fā)電機(jī)開始發(fā)電，發(fā)出的電能為前后兩臺增壓壓縮機(jī)和電解水制氫裝置供電。

壓縮機(jī)增壓 放空區(qū)通過高壓軟管引出天然氣至一個裝置在板車上的緩沖罐，緩沖管與增壓壓縮機(jī)撬裝直接連通，通過壓縮機(jī)反向增壓抽取需要放空管段中的天然氣[3，4]。

燃?xì)獍l(fā)電 天然氣通過第二個緩沖罐后，直接進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，根據(jù)放空量的.大小和時間要求來設(shè)置燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。

電解水制氫 發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能直接通往電解水制氫撬裝，根據(jù)放空量的大小和時間要求來設(shè)置電解水制氫的制氫功率[5-8]，電解水制氫采用質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)[9]。

壓縮機(jī)增壓電解水制出的氫氣通過增壓壓縮機(jī)撬裝充入高壓氣瓶，根據(jù)放空量的大小計算可制氫氣的標(biāo)準(zhǔn)體積，提前準(zhǔn)備合適容積和壓力的氫氣氣瓶。

結(jié)束 放空回收任務(wù)完成后依次關(guān)閉第一臺壓縮機(jī)增壓撬、球閥1、球閥2、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、球閥3、電解水制氫機(jī)、球閥4、第二臺壓縮機(jī)增壓撬，拆除設(shè)備間連接的高壓軟管和電纜，裝載撬裝的車輛駛離放空現(xiàn)場。

2 經(jīng)濟(jì)性研究

以靖西一線某分輸站放空為例，每年有1到3次計劃性放空，單次放空量1萬Nm3左右，這里模擬放空量為1萬Nm3的情況。

功率為37Kw的增壓壓縮機(jī)撬單價約10萬元，兩臺20萬元，1000Kw燃?xì)獍l(fā)電機(jī)撬約246萬元，電解水制氫裝置單價約200萬元，裝載貨車單價30萬元，4量約120萬元，DN110高壓軟管280米單價65元，4個球閥單價500元，高壓軟管和球閥約2萬元，7m3緩沖罐單價1萬元，3個約3萬元，合計約692萬元。1Nm3天然氣可放出8500大卡熱量，經(jīng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)能發(fā)出7.5度左右電量，1度電經(jīng)電解水制氫機(jī)能生產(chǎn)約0.28Nm3氫氣，故1萬Nm3天然氣可生產(chǎn)2.1萬Nm3氫氣。1Nm3純度為99.99%的氫氣價格為100元，2.1萬Nm3氫氣總價格約210萬元。

整套放空回收設(shè)備成本692萬元，而單次回收生產(chǎn)氫氣價值210萬元，需要30到40次回收作業(yè)方可回收成本。1000Kw的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)1小時消耗420Nm3天然氣，消耗1萬Nm3天然氣需要23.8小時[10]。對于一般的計劃性放空作業(yè)23.8小時的回收時間是可行的。

3 安全性、可靠性研究

管道放空天然氣回收生產(chǎn)的氫氣是易燃、易爆氣體，一旦發(fā)生爆炸后果不堪設(shè)想，所以整套回收工藝系統(tǒng)必須提前做好安全實施方案，由專職安全員做好現(xiàn)場監(jiān)護(hù)工作。四輛板車只要留有足夠的安全距離且裝上防火帽，在有專人監(jiān)護(hù)的情況下可將安全風(fēng)險降到最低。

由于這套放空回收工藝是針對計劃性放空，放空前根據(jù)放空量和放空時間選用合適功率的增壓壓縮機(jī)和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，所有裝置均為可移動撬裝，裝載在板車上，可非常高效的移動和裝卸，生產(chǎn)出的氫氣第一時間運(yùn)送到需要高壓氫氣的中間商，也將安全風(fēng)險以最快的時間消除。

4 結(jié)論和建議

該放空回收技術(shù)均采用現(xiàn)有成熟的壓縮、發(fā)電、制氫技術(shù)，工藝流程簡單。當(dāng)放空量在1萬Nm3左右時比較適合實施，放空量太大時整個工藝流程耗時太長，影響下游正常供氣，放空量太小時經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，安全性也需要格外注意，必須由專業(yè)人員操作回收。但由于這種回收工藝尚未投入現(xiàn)場實施，需要經(jīng)過多次實驗使得各項工藝參數(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化并符合相應(yīng)的安全規(guī)范。

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作者簡介：范錦濤，1984-11，男，漢，山東臨沂，本科，高級工程師，輸氣管道輸送。