長輸管道設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

何東海，曹勇，杜俊

(四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暤吞辑h(huán)保，為了能夠讓人們生活在一個(gè)綠色健康的環(huán)境下，我國極其重視對(duì)天然氣在人民群眾生活中的推廣和使用。天然氣相比于傳統(tǒng)使用的煤炭來說清潔環(huán)保，因此為了能夠更好地滿足人們對(duì)高質(zhì)量生活的需求，我國加大對(duì)天然氣的推廣和使用。但是天然氣長輸管道在運(yùn)輸?shù)倪^程中，會(huì)出現(xiàn)能源的消耗問題。為了能夠降低運(yùn)輸?shù)某杀荆捅匾捎每茖W(xué)合理地方式進(jìn)行制定可行的方案，來解決在天然氣運(yùn)輸過程中存在的耗能過高的問題。

1 降低長輸管道耗能，進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 科學(xué)合理地確定運(yùn)輸方案

在對(duì)天然氣長輸管道進(jìn)行制定合理的運(yùn)輸方式時(shí)，應(yīng)該要對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)在我國的長輸管道技術(shù)進(jìn)行一個(gè)基本的了解和掌握基本情況。實(shí)施長輸管道作業(yè)時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)有的情況來考慮高壓輸送的效果，使其能夠在合理范圍之內(nèi)，減少天然氣在長距離的運(yùn)輸過程中由于摩擦所帶來的能源浪費(fèi)。除此之外，天然氣在長輸管道運(yùn)輸過程中，天然氣的密度并不是不變的，而是隨著長輸管道的距離增加，天然氣的密度是在不斷地降低。為了能夠保障天然氣在長距離運(yùn)輸?shù)倪^程中減少密度的降低，需采用天然氣壓縮技術(shù)，可有效地減少壓氣站設(shè)置的數(shù)量，降低天然氣在長距離運(yùn)輸過程中的成本，從而達(dá)到很好的節(jié)能效果[1]。在長輸管道運(yùn)行的實(shí)踐中，還要考慮到管道的壓力、管道的口徑以及管道的長度，綜合這幾個(gè)方面來評(píng)估長輸管道對(duì)天然氣耗能的影響，根據(jù)這些情況制定出節(jié)能運(yùn)輸方案。同時(shí)為了避免長輸管道在運(yùn)輸方面存在的安全隱患，在選擇制作管道的材料時(shí)，要選擇安全可靠的材料，既可以保障在運(yùn)輸過程中的安全，同時(shí)也能夠有利于節(jié)能。

1.2 長輸管道運(yùn)輸過程中沿程摩擦阻力的控制和耗能

在長輸管道的運(yùn)輸過程中，為了有效地避免管道中存在的阻力，必須考慮管道壁的粗糙程度以及管道口徑的大小。為了減少管道中存在的阻力，還要在管道壁內(nèi)涂上一層防阻力的物質(zhì)，以此減少長輸管道在運(yùn)輸?shù)倪^程中所受的沿程摩擦力，增強(qiáng)天然氣的運(yùn)輸效率。除了減少長輸管道在運(yùn)輸過程中的阻力問題，還要注意到管道內(nèi)的溫度。如果管道內(nèi)的溫度過高，就會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力快速增高，增加生產(chǎn)的安全隱患。為了保障長輸管道在運(yùn)輸?shù)倪^程中良好的平均運(yùn)行壓力，要適時(shí)調(diào)整管道內(nèi)的溫度，達(dá)到降低壓力和減少耗能的目的[2]。為了實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)目標(biāo)，保障長輸管道在運(yùn)輸時(shí)減少沿程摩擦阻力和減少耗能，專業(yè)技術(shù)人員需注重合理設(shè)置空冷器，并且還要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)耗能的情況。如果長輸管道內(nèi)溫度的降低導(dǎo)致了使用的費(fèi)用要低于空冷器在運(yùn)行時(shí)的費(fèi)用，說明降低長輸管道溫度的操作是正確的，表明確實(shí)降低了能源的浪費(fèi)，達(dá)到了節(jié)能的目的。

1.3 合理選擇離心式壓縮機(jī)為管道驅(qū)動(dòng)方式

在初期探索時(shí)，曾選擇汽輪機(jī)方式驅(qū)動(dòng)天然氣長輸管道的運(yùn)輸，在實(shí)際過程中發(fā)現(xiàn)長輸管道不適用以汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式在天然氣長輸管道運(yùn)行中很難得到真正的應(yīng)用。與此同時(shí)，相關(guān)人員在實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式也不適用于天然氣長輸管道運(yùn)輸。雖然電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如在運(yùn)行維護(hù)方面、節(jié)能和環(huán)保等方面的優(yōu)點(diǎn)，但是由于這種方式受限于電網(wǎng)的要求，如果強(qiáng)行應(yīng)用到天然氣長輸管道的運(yùn)輸中，就有很大的電量需求，會(huì)產(chǎn)生大量的電費(fèi)，達(dá)不到節(jié)能的效果[3]。

根據(jù)這些討論的情況，相比之下離心式壓縮機(jī)比較適合用于長輸管道運(yùn)行。在選擇離心式壓縮機(jī)的過程中，首先要考慮到當(dāng)?shù)厥欠駶M足這樣的能源要求，此外還要考慮到節(jié)能設(shè)計(jì)的理念，減少耗能。采用這種離心式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，可以很好地減少能源成本。在這個(gè)基礎(chǔ)上，完善離心式壓縮機(jī)的工作性能，可以達(dá)到長輸管道的節(jié)能需求。

2 天然氣長輸管道設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

2.1 在管道運(yùn)行中要減少天然氣的放空

在進(jìn)行管道運(yùn)輸?shù)倪^程中，要注意減少天然氣的放空，要定期定時(shí)進(jìn)行優(yōu)化清管的流程。為了能夠降低對(duì)天然氣耗能，要注意管道的長度，因?yàn)楣艿肋^長就會(huì)出現(xiàn)清管不徹底的情況。為了避免反復(fù)清管的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)設(shè)定科學(xué)合理的管道長度，使得工作人員在正常的清管過程中能減少工作量，同時(shí)還能夠有效地保障了天然氣的正常運(yùn)輸，降低能源成本，經(jīng)常性進(jìn)行清管也能保障管道在運(yùn)輸過程中的安全性。

在優(yōu)化天然氣管道時(shí)，要考慮到多重因素，主要有管道的運(yùn)輸情況和用戶的使用情況。為了能夠降低管道對(duì)天然氣的放空，使得天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中放空達(dá)到最低值，就要求工作人員在事先操作時(shí)，優(yōu)化管道的節(jié)能措施。與此同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管道的過程中，還要考慮整體的因素，再根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行一些調(diào)整[4]。

2.2 加強(qiáng)對(duì)天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中的泄漏檢測(cè)

為了能夠有效避免天然氣在長輸管道運(yùn)輸過程中的泄漏，工作人員在平時(shí)的工作中，需嚴(yán)格根據(jù)工作守則進(jìn)行操作，必要時(shí)還可以進(jìn)行模擬仿真演練，讓工作人員能夠意識(shí)到其嚴(yán)重性。除此之外，因?yàn)殚L輸管道連接了各種各樣的設(shè)備，為了能夠使這些設(shè)備在運(yùn)輸時(shí)不脫落，要求采用焊接的方式保障其牢固性，也能夠有效地降低天然氣在長輸管道的運(yùn)輸過程中存在泄漏問題，使得天然氣在運(yùn)輸時(shí)始終保持著安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中如果受到了過高的壓力，也會(huì)導(dǎo)致天然氣的泄漏。為了避免這種情況的發(fā)生，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)管道內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)整。眾所周知，管道壁內(nèi)的粗糙程度越大，管道內(nèi)所產(chǎn)生的阻力就會(huì)越大，因?yàn)樽枇蛪毫Τ烧嚓P(guān)，管道內(nèi)所產(chǎn)生的壓力也就會(huì)越高，那么天然氣泄漏的可能性也就會(huì)越大。基于這種情況，在進(jìn)行天然氣長輸管道運(yùn)輸?shù)倪^程中，相關(guān)人員可以事先在管道壁內(nèi)采用涂層技術(shù)進(jìn)行管道內(nèi)壁表面處理，這樣一方面能夠有效減少管道內(nèi)所產(chǎn)生的阻力和壓力，另一方面也能夠很好地降低管道的腐蝕，使得管道能夠更長久平穩(wěn)運(yùn)行，有效提升管道的運(yùn)送效能[5]。

3 長輸送管道在運(yùn)行時(shí)的節(jié)能措施

3.1 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化

根據(jù)我國現(xiàn)有的管道建設(shè)和運(yùn)行，不難發(fā)現(xiàn)想要進(jìn)行單一的輸氣管運(yùn)行是非常困難的，需要建立一套完善的體系結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)式的管線設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。此外這種傳統(tǒng)式的管線設(shè)計(jì)由于缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)難以同步，再加上傳統(tǒng)的管線設(shè)計(jì)是在二維條件下進(jìn)行的平面圖、立面圖和剖面圖這嚴(yán)重的影響了設(shè)計(jì)的整體性、連續(xù)性和一致性，這樣就加大了成本。相比較老式的管線設(shè)計(jì)，新式的管線設(shè)計(jì)它既能夠滿足于傳統(tǒng)管線的安全性，同時(shí)也能夠降低成本。

綜合上面的分析，想要讓系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)做到優(yōu)化，就必須將傳統(tǒng)的管線設(shè)計(jì)和新式的管線設(shè)計(jì)進(jìn)行有效地結(jié)合，構(gòu)成一套成熟的、靈活的管網(wǎng)系統(tǒng)，然后對(duì)其進(jìn)行分析、調(diào)整。再根據(jù)我國現(xiàn)有的管線建設(shè)基礎(chǔ)上，將其整合起來進(jìn)行優(yōu)化，以此來達(dá)到安全節(jié)能的要求[6]。

3.2 優(yōu)化壓氣站的運(yùn)行

在進(jìn)行優(yōu)化壓氣站的運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)壓縮機(jī)所提供的壓力和管道在運(yùn)輸?shù)倪^程中所消耗的能量進(jìn)行分析。如果壓縮機(jī)提供的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道在運(yùn)輸過程中所消耗的能量時(shí)，則說明管道在運(yùn)輸?shù)倪^程中消耗了太多的能量，這樣不利于優(yōu)化壓氣站的運(yùn)行。因?yàn)檩敋夤艿赖膬?yōu)化運(yùn)行是降低運(yùn)輸成本的重要手段之一，為了減少耗能的情況和優(yōu)化壓氣站的有效運(yùn)行，壓縮機(jī)所產(chǎn)生的壓力要和管道在運(yùn)輸過程中所消耗的能量匹配。隨著我國天然氣事業(yè)的發(fā)展，全國各地建立了很多的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)，建立了完整的網(wǎng)絡(luò)管道體系，更加利于保障壓氣站的運(yùn)行[7]。

3.3 管道運(yùn)行中的優(yōu)化

天然氣管道運(yùn)行的優(yōu)化就是在現(xiàn)有的管道建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)管道系統(tǒng)參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)天然氣在長輸管道運(yùn)輸供氣的情況和居民用戶使用到的天然氣情況，綜合所有可參考的因素對(duì)管道運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。這樣做有兩方面的好處，一方面是由于經(jīng)常性進(jìn)行管道運(yùn)行的優(yōu)化，這樣可以很好保障天然氣在管道運(yùn)輸?shù)陌踩裕涣硪环矫嬉材軌驕p少管道的耗能，從而達(dá)到了節(jié)能的效果。所以管道運(yùn)行優(yōu)化不僅給管道企業(yè)減少了能源的浪費(fèi)從而帶來了一定的利益，而且還為普通用戶帶來了安全[8]。

4 利用余熱開展節(jié)能工作

因?yàn)樘烊粴庠陂L輸管道中的運(yùn)輸過程，摩擦?xí)a(chǎn)生很高的溫度，但是溫度過高不利于天然氣運(yùn)輸安全，還會(huì)加劇運(yùn)輸天然氣時(shí)的能量損失，從而影響了管道的節(jié)能效果。正是因?yàn)檫@種原因，在長輸管道運(yùn)行時(shí)，要嚴(yán)格根據(jù)燃驅(qū)壓氣站的實(shí)際情況，有效利用在運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的高溫?zé)崃浚扇⌒率降睦糜酂岱绞介_展節(jié)能工作。這種方式就是設(shè)計(jì)一套完善的余熱換熱裝置，將管道在運(yùn)輸時(shí)所產(chǎn)生的高溫收集起來，利用余熱實(shí)現(xiàn)節(jié)能。要加強(qiáng)對(duì)耗能設(shè)備的優(yōu)化，對(duì)余熱系統(tǒng)進(jìn)行合理地分析，改進(jìn)天然氣運(yùn)輸工藝條件，從而提高能源的利用率。與此同時(shí)，如果天然氣在長輸管道運(yùn)輸?shù)倪^程中遇到的阻力過大，也會(huì)產(chǎn)生過高的溫度。所以綜合以上情況分析得知，降低長輸管道壁內(nèi)的阻力和摩擦力都會(huì)降低管道內(nèi)所產(chǎn)生的溫度，這樣就能夠減少能量的損失。此外，調(diào)整余熱裝置可有效利用管道內(nèi)所產(chǎn)生的高溫，進(jìn)而降低能量的損失[9]。

合理地設(shè)置余熱利用系統(tǒng)，有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，需要注意以下兩個(gè)方面：第一，要根據(jù)對(duì)現(xiàn)有的余熱系統(tǒng)的分析，設(shè)置安全和高效的余熱換熱裝置，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)燃料氣加熱，以此來降低天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中所消耗的能量；第二，要加強(qiáng)余熱系統(tǒng)內(nèi)部的加熱裝備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣在管道運(yùn)輸?shù)倪^程中所產(chǎn)生的余熱，再根據(jù)實(shí)際情況對(duì)余熱裝備進(jìn)行科學(xué)合理地性能優(yōu)化，以此來保證能源在運(yùn)輸時(shí)沒有被浪費(fèi)而是被有效利用。

5 結(jié)語

天然氣在長輸管道運(yùn)行過程中存在了很多節(jié)能方面問題，為減少天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中過度的耗能現(xiàn)象，就必須對(duì)長輸管道設(shè)備進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，提高天然氣在長輸管道的運(yùn)行效率。因此要制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，在長輸管道設(shè)計(jì)階段，針對(duì)長輸管道在運(yùn)行時(shí)存在的耗能問題進(jìn)行分析，采取有效的節(jié)能舉措，制定合理地運(yùn)輸方案以及采用余熱的方式來開展節(jié)能工作。促使天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^程中能夠保持安全、可靠和高效的運(yùn)行狀態(tài)。