天然气长输管道的节能降耗技术研究与分析

【摘 要】天然气长输管道在输送天然气的同时也消耗了大量能源， 因此降低其能耗有着十分重要的意义。文章在分析天然气长输管道直接和间接能耗的基础上， 提出了通过合理选择压缩机组， 优化压缩机运行， 采用内涂层技术和高压输送、富气输送等先进输气工艺以降低直接能耗； 通过减少天然气放空、防止天然气泄漏等措施以降低间接能耗等建议。

【关键词】天然气长输管道 能耗

引言：天然气是一种清洁廉价的优质能源，在世界各国的应用都在大幅度上涨。但是，天然气的分布地区大部分是在环境恶劣、交通不发达的地区，而它的使用地区主要是在城市和工业区，所以，天然气的运输成了一个棘手的问题。而长输管道的运用恰好保证了天然气从生产到运输这个环节的实现。

一、降低管道直接能耗

1.合理选择压缩机及原动机

压气站是长输天然气的能量补充站，它的主要作用是给管道增压，提高其输气能力。压气站的核心设备是压缩机，压缩机既为整个输气管道供应能量，同时也是整个管道耗能最多的设备。因此，降低压缩机能耗是长输管道节能的一个重要方面。天然气长输管道压缩机一般选择往复式或离心式这两种类型。往复式压缩机的压比通常达3∶1或4∶1，有较高的热效率，但它有往复运动部件，易损件多，适用于低排量高压比的情况。离心式压缩机则正好相反，压比和热效率相对较低，但无往复活动部件，排量大，容易实现自控，便于调节流量和节能，适用于大排量低压比的情况。由于天然气长输管道日输量大，考虑其要求运行平稳、实现自控、维修工作量小等因素，推荐采用离心式压缩机。压缩机的原动机主要有电动机和燃气轮机。电动机结构简单，运行可靠，受工况影响小；燃气轮机是大排量压缩机的主要动力设备，虽然热效率低，但易与压缩机匹配；在电力供应充足且电价较低的地区应首先考虑使用电动机；如果压气站地处边远地区，远离电网则宜选用燃气轮机。燃气轮机要选用效率高的机组，同时采用联合热力循环系统、复合循环等余热回收利用方式提高机组效率。采用联合热力循环系统，可以将燃气轮机组的热效率由18%～29%提高到45%～47%。

2.减少沿程压降和局部压降

在天然气管道输送过程中，还有相当一部分能量消耗在克服管道的摩擦阻力上，也就是输送压降，包括沿程压降和局部压降。管道内壁的粗糙程度和管道内的清洁程度对沿程压降有很大影响。测试结果表明，经清洗和涂敷处理后的管道输送能力提高了10%，其中6%归功于内涂，4%归功于管道清洗。内涂前的管道粗糙度为45μm，内涂后的表面粗糙度下降90%，摩擦系数减少33%，气体输送能力最大可提高24%，或管径可缩小8%。文献详细分析了内涂技术用于商业管道的经济效益，指出：①可提高管道的输气能力。管道内涂后平均增加输气量16.56%。而内涂后的输量提高1%～2%时，便可回收内涂费用。②可扩大压气站站间距。压气站站间距平均可增大32.87%，压气站数量至少可减少20%。③输气动力平均降低18.89%。可见，采用内涂技术可明显提高天然气长输管道的节能效益和经济效益。

3.应用先进的输气工艺

3.1高压输气

高压输气是当前国际天然气管道输送技术的发展趋势。高压输送使天然气密度增加，流速下降，可降低管道沿程摩擦损失，提高输送效率；同时，天然气密度增加将有利于提高气体的可压缩性，降低压缩能耗，提高压缩效率，减少增压站装机功率。

3.2富气输送

富气输送是指所输送的天然气富含乙烷、丙烷、丁烷等重组分（NGL）。由于富气的天然气密度高于常规天然气，可使其流速下降，从而降低管道沿途摩擦损失，提高输送效率；天然气密度增加，还可提高气体的可压缩性，降低压缩能耗，提高压缩效率；管道能耗下降，有利于减少装机功率，加大站间距。高压富气输送代表了当前天然气管道输送工艺的最高水平，不但进一步提高了管输效率，而且兼顾了节能环保。以Alliance管道为例，若将该管道输气压力由常规天然气管道的6.9MPa提高到12MPa，天然气可压缩系数将由0.89下降到0.83，减少能耗6.74%。再将组分C2～C5+含量由4.6%提高到12.13%，天然气可压缩系数将下降到0.78，共计减少能耗12.36%。可见，该管道靠提高压力和重组分含量即可减少压缩天然气能耗12.36%。

二、减少天然气直接损失

1.减少天然气放空

长输管道沿线须设置一定数量的截断阀，在事故抢修和计划检修时，可通过关断抢修段上下游的截断阀，将天然气放空量降到最低。若条件允许，还可以利用移动压缩机将放空管段中的天然气送至相邻管段，保持抢修或检修时系统的密闭。清管作业也要采用密闭不停气流程，清管过程中天然气不放空，杜绝放空引球作业，减少天然气放空量。

2.防止天然气泄漏

天然气泄漏不仅会造成管道公司的直接经济损失，而且会污染环境，严重时甚至会危及人的生命安全。因此，防止天然气泄漏不仅是节能的要求，也是输气安全的需要。天然气泄漏包括输气设备泄漏和输气管道泄漏。输气设备泄漏主要是由于压缩机和阀门等设备无法做到绝对密封，或者法兰密封垫老化破损造成的。据计算，在5MPa的压力下，当存在1mm的当量不密封度时，一昼夜即可泄漏850～900kg天然气。因此，选择新的压缩机密封技术和密封性能好的阀门产品，可有效地减少泄漏损失。天然气长输管道在运行过程中由于受各种自然和人为因素的影响，导致出现泄漏。究其原因主要有：①防腐绝缘层裂化或者阴极保护度低（或失效）造成的管道腐蚀穿孔。②管道自身缺陷，包括环形焊缝存在未焊透、熔蚀、错边等缺陷。受到输气压力或其他外力在断面上所产生的应力作用，这些原始缺陷扩展到临界值时就会造成裂纹的失稳扩展进而使焊缝开裂，管道连接部位密封不良等。③人为因素的破坏，一方面是不法分子对输气管道的有意破坏，另一方面是由于操作不当或者工程机械的使用不当损坏输气管道。为了防止泄漏事故的发生，针对引发泄漏的主要原因，可以采取以下措施：①对管道的整体安全性进行评估，对存在缺陷的管段进行整改或更换。②按设计要求做好防腐涂层和阴极保护，并定期进行检测。③提高员工的技术水平，防止出现人为误操作。④设立管道线路的标志，加大对管道的维护管理力度，建立完善的巡线制度，杜绝出现人为破坏事故。⑤加强管道检测，使用高灵敏度的在线检测系统，以快速准确地检测泄漏点位置。

三、结论与建议

天然气长输管道的节能降耗是我们所面临的一个长期而重要的任务， 节能降耗的技术也在不断地发展与进步。因此，管道企业一方面要积极采用国内外先进的输气工艺和节能降耗的技术、设备，如使用管道内涂技术；引进先进的管理检测系统，防止天然气泄漏，调整工艺设备使其在合理的工况下运行；选用新的增压效率高、节能性能好的压缩机组和密封性能好的阀件。另一方面则要提高员工的节能意识，增强其工作责任心，提高其技术素质，防止出现人为误操作。

参考文献：

[1]陈绍凯.高压天然气管道压力能的回收与利用技术[J].油气储运，2009.

[2]王菁，王瑶.关于天然气长距离运输管道的施工技术[J].科技与企业，2012.

[3]冯成功，张平.埋地长输管道防腐方法及质量控制[J].焊管，2011.

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