天然氣長輸管道的節(jié)能降耗技術(shù)研究

郭安娜

山東省天然氣管道有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250000

天然氣能源以其對環(huán)境的污染比較小的優(yōu)點被人們廣泛應(yīng)用，但是這種能源主要儲存在交通不發(fā)達(dá)的地區(qū)，而城市對天然氣的需求相對較大，所以就需要通過長輸管道對天然氣進(jìn)行輸送。如何保證輸送過程中降低能源損耗，并且節(jié)約輸送成本是研究的重點問題。研究降低管道的動力耗能、優(yōu)化長輸管道、降低管道對天然氣的消耗等節(jié)能降耗技術(shù)，是解決這個問題的有效途徑。

1 使管道動力耗能降低的技術(shù)

1.1 科學(xué)地選擇和運用壓縮機(jī)以及原動機(jī)

在對天然氣進(jìn)行長距離輸送的過程中，需要利用壓氣站對管道進(jìn)行增壓，提供能源傳輸?shù)哪芰?，壓縮機(jī)就是壓氣站的核心設(shè)備。但是壓縮機(jī)對天然氣能源的損耗很大，所以選擇合適的壓縮機(jī)，能夠直接減少管道動力對能源的消耗。首先，天然氣長輸管道壓縮機(jī)分為復(fù)式或離心式2種。復(fù)式壓縮機(jī)的熱效率較高，但是存在易損件比較多的情況。離心式壓縮機(jī)的熱效率相對較低，但是容易進(jìn)行自控，能夠?qū)崿F(xiàn)對天然氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，比較適合用于長輸管道的節(jié)能降耗[1]。其次，在進(jìn)行壓縮機(jī)的原動機(jī)選擇時，如果壓氣站和電網(wǎng)之間的距離較近，而且電價比較低時，可以選擇電動機(jī)作為原動機(jī)。因為電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，受到工作環(huán)境的干擾比較小，能耗比較低。如果二者距離較遠(yuǎn)，就需要選擇燃?xì)廨啓C(jī)，而且要配合使用高效率的機(jī)組和熱力回收循環(huán)系統(tǒng)，這樣能夠?qū)C(jī)組的熱效率進(jìn)行利用，從而降低對天然氣能源的消耗（見表1）。

表1 壓氣站兩種原動機(jī)的運輸效率和價格對比

1.2 優(yōu)化輸氣管道的運行

優(yōu)化數(shù)據(jù)管控的運行需要在管道輸氣初期對能源損耗最低的情況下，實現(xiàn)供需平衡，而針對天然氣的高效運輸，在保證能源供應(yīng)量的同時，最大限度地降低對能源的損耗和運輸成本，就需要保證數(shù)據(jù)管道工作環(huán)境的穩(wěn)定，能夠?qū)?shù)據(jù)管道運行進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測，及時調(diào)整管道運輸能源的量。然后再通過相應(yīng)的控制系統(tǒng)，在滿足天然氣供應(yīng)的同時，爭取將能耗降到最低，以此來降低管道運輸?shù)闹苯雍哪躘2]。

1.3 減少管道的壓降

在通過長輸管道運輸天然氣能源的同時，有一部分能源會用來克服管道摩擦阻力，這就是輸送過程中的壓降，壓降分為沿途壓降和局部壓降。所以輸送管道內(nèi)壁的清潔狀況和粗糙狀況對壓降的干擾程度很大。首先，為了減少沿途壓降，降低能源損耗，就需要在管道內(nèi)壁進(jìn)行清洗和涂敷處理，減少管道的摩擦力和阻力。

根據(jù)表2能夠明顯看出，通過涂敷能夠有效地減少管道的壓降，從而降低對能源的消耗。其次，可以在輸氣站設(shè)置管道清潔設(shè)備的接收和發(fā)送裝置。一方面在管道輸送氣體之前，需要對管道進(jìn)行清潔，清除管道的積水、雜質(zhì)和殘留物。另一方面，在輸送管道正式投入使用后，也需要定期對管道進(jìn)行清潔，降低輸氣的摩擦力，實現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。第三，除了對管道進(jìn)行清潔和涂敷以外，還能夠通過擴(kuò)大增壓站的間距，提高壓縮機(jī)的效率，在保證氣體輸送能量的同時減少增壓站的數(shù)量，從而降低增壓站的能耗。最后，局部壓降主要來自于輸氣站站場的閥門、計量裝置等設(shè)備，為了達(dá)到減少局部壓降的目的，可以使用超聲波流量計代替孔板流量計，并且更換全開型閥門，減少閥門對天然氣的阻力消耗[3]。

表2 涂敷前后管道的粗糙系數(shù)、摩擦系數(shù)、輸氣效率對比

1.4 根據(jù)工作狀況優(yōu)化壓縮機(jī)的運行

管道輸送量的變化能夠影響到壓縮機(jī)組的效率，如果壓縮機(jī)組和最優(yōu)的工作狀態(tài)存在偏離，就會降低壓縮機(jī)組的工作效率，并且造成耗能增加。所以可以通過增加末端管道儲氣或者建設(shè)地下儲氣庫以及分散用戶等方式對于長輸管道進(jìn)行降能，改善管道供氣不平衡的情況。而且還能夠通過改善機(jī)組的自動控制系統(tǒng)，使壓縮機(jī)組時刻保持最優(yōu)的工作狀態(tài)，提高工作機(jī)組的運行效率，降低對能源的消耗?？梢愿鶕?jù)季節(jié)來更換離心式壓縮機(jī)的氣動部件，提高壓縮機(jī)的瞬時性能，也就是說在寒冷的季節(jié)用氣高峰期，可以通過更換壓縮機(jī)的氣動部件使壓縮機(jī)的電能和天然氣能源的消耗量低[4]。

1.5 引進(jìn)先進(jìn)的輸氣工藝

（1）使用高壓輸氣。高壓輸氣是目前天然氣輸送技術(shù)發(fā)展的大趨勢，能夠使天然氣的密度增加，流速降低，這樣就能夠降低沿途輸氣中管道對天然氣的摩擦消耗，提高運輸?shù)恼w效率。而且，天然氣密度增加能夠提高氣體的可壓縮性，這樣就能夠降低氣體壓縮過程中對能源的消耗，提高壓縮效率，減少增壓設(shè)備的成本[5]。

（2）富氣運輸。輸送的天然氣中富含甲烷、乙烷、丁烷等成分。使用富氣運輸?shù)奶烊粴饷芏雀哂谄胀ㄟ\輸，能夠使天然氣的流速下降，降低沿途管道摩擦的能源損耗，從而提高運輸效率。天然氣密度增加的好處和高壓輸氣原理一樣。運輸管道對天然氣的耗能降低，就能夠減少增壓站的數(shù)量，加大增壓站的間距。

高壓輸氣和富氣運輸不但能夠提高天然氣的運輸效率，而且還能夠做到節(jié)能環(huán)保。是未來天氣長輸管道運輸發(fā)展等主要輸氣工藝。

2 優(yōu)化天然氣長輸管道的設(shè)計

2.1 天然氣長輸管道設(shè)計的原則

首先，天然氣長輸管道在設(shè)計時，需要遵守國家和天然氣行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇耐腐蝕性能強(qiáng)的管道材料，滿足長時間遠(yuǎn)距離輸送天然氣的要求。其次，對長輸管道進(jìn)行埋設(shè)時，需要在保障工程質(zhì)量的同時降低工程的成本。保證天然氣長輸管道的安全、穩(wěn)定運行。需要對長輸管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，利用天然氣自身的能量，向使用地點運輸，滿足用戶的使用需求。發(fā)揮天然氣的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第三，天然氣長輸管道必須要能夠滿足連接天然氣產(chǎn)地和用戶的需求，這就需要對長輸管道的走向和位置進(jìn)行設(shè)計。天然氣的管道埋設(shè)地點需要避開風(fēng)險因素，遠(yuǎn)離河道和湖泊，避免管道泄露污染水源，而且能夠防止地下管道被腐蝕。第四，遵循安全環(huán)保原則。天然氣管道的埋設(shè)必須要優(yōu)先考慮安全和環(huán)保原則，采取一定的安全措施，加強(qiáng)管道的密閉輸送和環(huán)保性，防止管道損壞引起天然氣泄漏，造成安全事故和環(huán)境污染。

2.2 天然氣長輸管道的優(yōu)化技術(shù)

首先，通過對天然氣長輸管道進(jìn)行計算，獲得有關(guān)管道水力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，為后期管道的規(guī)格和材質(zhì)選擇提供基礎(chǔ)依據(jù)。而且還需要調(diào)查輸氣站場的熟悉流程和相關(guān)設(shè)備，選擇最為合適的輸氣設(shè)備，提高運輸天然氣設(shè)備安全運行效率，降低長輸管道對天然氣能源的消耗。其次，天然氣的輸氣首個站點，必須能夠提供天然氣的分離、壓力調(diào)整、準(zhǔn)確計量等技術(shù)，為節(jié)能降耗提供技術(shù)支撐[6]。能夠從天然氣的生產(chǎn)場地中，對天然氣進(jìn)行科學(xué)的處理，使天然氣能夠符合運輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。并且對長途輸氣的壓力增加、計量和分離效果進(jìn)行全面的考慮，建設(shè)能夠滿足長距離運輸?shù)南到y(tǒng)。第三，運輸過程中的增壓站，需要提高對天然氣氣體的加壓處理效率，能夠?qū)崿F(xiàn)運輸管道的自動清潔，在提高管道運行效率的同時，保障長距離運輸?shù)陌踩?。第四，科學(xué)地選擇輸氣管道系統(tǒng)的地面站，選擇地勢平坦、水電供給比較便利的地區(qū)建設(shè)地面站，并且需要和周圍居民的建筑保持安全距離。而且需要避免在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)建設(shè)地面站，保持運輸?shù)孛嬲竞凸艿赖姆€(wěn)定運行。第五，增加天然氣輸送管道系統(tǒng)的智能控制和管理系統(tǒng)，對管道運輸?shù)墓ぷ鳡顩r進(jìn)行實時監(jiān)控和管理，如果發(fā)現(xiàn)安全問題，需要及時發(fā)出信號并且啟動應(yīng)急裝置，降低管道的天然氣泄漏，將事故的危害降到最低。

3 降低長輸管道對天然氣的消耗

3.1 優(yōu)化天然氣長輸管道系統(tǒng)

優(yōu)化天然氣長輸管道主要從對天然氣管道的路徑進(jìn)行縮短，選擇最優(yōu)的路徑進(jìn)行天然氣運輸，在節(jié)約管道能源消耗的同時能夠減少管道材料的消耗成本。首先，需要在城市運輸系統(tǒng)中完善全方位的供氣管道網(wǎng)絡(luò)，在對分支輸氣管道進(jìn)行建設(shè)過程中，需要對老舊管道進(jìn)行全面的了解，對能夠利用的老舊管道進(jìn)行維修和利用，不能利用的及時更換，避免管道的重復(fù)建設(shè)。其次，縮短長輸管道的距離時，需要將輸送安全放在首位。綜合考慮各種可能導(dǎo)致天氣浪費和泄漏的風(fēng)險因素，對這些風(fēng)險因素進(jìn)行規(guī)避。而且，需要對輸送管道中的閥門等部件的安裝數(shù)量進(jìn)行科學(xué)的規(guī)定，提高管道的平整性，避免浪費。第三，需要選擇抗腐蝕性能優(yōu)異的材料制作管道，防止管道被腐蝕破壞造成天然氣泄漏以及安全事故。

3.2 減少天然氣輸送過程的空放量

天然氣空放量是在對輸送管道進(jìn)行維修工作期間，將天然氣直接排放到空中，造成浪費。為了解決這個問題可以采取以下方法：

（1）安裝截止閥?？茖W(xué)的劃分距離在長輸管道上安裝截止閥，當(dāng)遇到問題需要退款進(jìn)行維修時，就可以在管道斷開處的上下游關(guān)閉截止閥，減少天然氣的空放量。

（2）裝配移動式壓縮機(jī)。在進(jìn)行管道維修工作過程中，使用移動式壓縮機(jī)可以將回收到的天然氣輸送到管道下游位置，暫時抑制天然氣的排放。

（3）提高管道的氣密性。在對長輸管道進(jìn)行清潔工作時，可以繼續(xù)輸氣，增加管道的氣密性，也能夠有效降低天然氣空放量。

（4）設(shè)置空放段長度。根據(jù)已有經(jīng)驗，并且進(jìn)行科學(xué)的計算和試驗，設(shè)置合適的空放段長度，能夠?qū)辗努F(xiàn)象起到有效的預(yù)防作用。

3.3 避免天然氣泄漏

天然氣泄漏會造成能源的直接損耗，而且還會給天然氣行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重時甚至?xí)斐芍卮蟀踩鹿释{人們的生命健康，所以需要重視天然氣的泄漏預(yù)防工作。天然氣泄漏分為輸氣設(shè)備泄漏和輸氣管道泄漏2種，輸氣設(shè)備泄漏主要是因為壓縮機(jī)和閥門等設(shè)備無法做到完全密封，如果設(shè)備老化，那么泄漏的天然氣能源會更多。導(dǎo)致輸氣管道泄漏的原因有很多：防腐絕緣層破壞、管道自身缺陷、人為挖開等因素都會造成輸氣管道損壞。為了避免天然氣泄漏，首先就需要對管道的安全性進(jìn)行評估，將存在安全隱患問題的管道進(jìn)行更換。其次，做好管道防腐，并且定期檢查。第三，在天然氣長輸管道附近設(shè)置標(biāo)志，防止人為破壞。

4 結(jié)束語

天然氣長輸管道的安全性和節(jié)能降耗技術(shù)需要長期進(jìn)行優(yōu)化和提升，技術(shù)人員需要對天然氣長輸管道的輸送特點進(jìn)行全面考慮，對輸氣設(shè)備、輸氣管道進(jìn)行全方面的改進(jìn)，降低設(shè)備和管道對能源的消耗。此外，還需要提高技術(shù)人員的水平和責(zé)任意識，以此來提高長輸管道的質(zhì)量，提高管道的輸氣效率。