盧東林（中國石油西部管道獨(dú)山子輸油氣分公司）

引言

天然氣因自身熱值高、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，但是由于天然氣的產(chǎn)區(qū)主要集中在人煙較少的地方，而天然氣的消費(fèi)區(qū)主要是東部沿海城市，為解決天然氣的供需不平衡，長距離天然氣運(yùn)輸管道應(yīng)運(yùn)而生。目前國內(nèi)的輸氣管道處于發(fā)展的高峰期，已建成管線長達(dá)8.5×108m，各種類型管道比例如圖1所示。

圖1 不同類型管道所占比例

在“十二五”規(guī)劃期間，國內(nèi)將會(huì)繼續(xù)修建大量管道，如表1所示。隨著國內(nèi)輸氣管線的不斷增多，天然氣管道的耗能問題也逐漸成為制約其發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此，開展天然氣長輸管線耗能問題的研究是非常有意義的。

表1 管道長度

1 天然氣管道的耗能特點(diǎn)

天然氣的能耗主要集中在管道運(yùn)輸過程中，分為直接能耗、間接能耗兩種形式[1]。直接能耗主要是由壓縮機(jī)組、管道阻力等氣體運(yùn)輸途中產(chǎn)生的，而間接能耗是由天然氣運(yùn)輸過程中管道漏氣、氣體放空等產(chǎn)生的。從這兩種天然氣管道能耗的形式來看，間接能耗是可以通過先進(jìn)的技術(shù)、完善的設(shè)備來消除的，直接能耗雖然也可以通過新材料、新技術(shù)等來減少，但是并不能徹底消除。因此要想快速有效地降低長距離輸氣管道的能耗，必須從減少壓縮機(jī)組能耗、降低輸氣管道阻力等方面入手，針對性地提出解決方法和措施。

2 降低輸氣管道直接耗能措施

2.1 降低壓縮機(jī)組的能耗

壓縮機(jī)在整個(gè)天然氣長距離運(yùn)輸系統(tǒng)中扮演著不可替代的角色，是整個(gè)輸氣系統(tǒng)的動(dòng)力提供者，也是整個(gè)系統(tǒng)中能耗最高的設(shè)備，因此采取有效措施降低壓縮機(jī)組的能耗對降低整個(gè)長距離輸氣管道的能耗具有重要意義。降低壓縮機(jī)組能耗的主要措施分為三個(gè)方面。

2.1.1 選擇合理的壓縮機(jī)組

長距離天然氣輸氣系統(tǒng)中常用的空氣壓縮機(jī)分往復(fù)式、離心式兩種。兩種不同形式的壓縮機(jī)使用的范圍不同，往復(fù)式壓縮機(jī)由于周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其損耗配件較多，在排量小、壓比高的條件下使用具有顯著優(yōu)勢。離心式壓縮機(jī)自身不進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在排量大、壓比低的條件下具有優(yōu)勢。考慮天然氣長距離輸氣管道運(yùn)行過程穩(wěn)定，損耗配件較少，管道維修頻率較低等情況，在管道系統(tǒng)運(yùn)行期間易采用離心式壓縮機(jī)。另外，空氣壓縮機(jī)的核心設(shè)備是電動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，在電力資源充足的地區(qū)易選用電動(dòng)機(jī)，在電力資源匱乏的地區(qū)易選用燃?xì)廨啓C(jī)[2]。

2.1.2 優(yōu)化運(yùn)行過程

當(dāng)長距離輸氣管道輸送的天然氣量比較均衡時(shí)，壓縮機(jī)的能耗較低；當(dāng)天然氣管道內(nèi)輸送的天然氣量波動(dòng)較大時(shí)，壓縮機(jī)的能耗就會(huì)顯著升高。因此，在天然氣長距離輸送系統(tǒng)中應(yīng)盡可能地保證輸送氣體量均勻，避免出現(xiàn)較大幅度的變化。可以考慮在天然氣的消費(fèi)區(qū)修建調(diào)峰作用的地下儲(chǔ)氣庫、地上儲(chǔ)油罐等大型天然氣存儲(chǔ)設(shè)備，這樣就可以有效地調(diào)節(jié)長距離輸氣管道的輸氣量，大大降低壓縮機(jī)的能耗，進(jìn)而降低整個(gè)輸氣系統(tǒng)的能耗。

2.1.3 季節(jié)性地修整壓縮機(jī)

國外相關(guān)管道雜志的研究表明，對于離心式壓縮機(jī)進(jìn)行季節(jié)性的修整，定期更換氣動(dòng)部件可有效減少壓縮機(jī)的能源消耗。國內(nèi)熊光德的研究同樣證明了這一點(diǎn)，因此要從壓縮機(jī)的使用環(huán)境和條件出發(fā)，對壓縮機(jī)的相應(yīng)配件進(jìn)行及時(shí)更換，以降低天然氣長距離輸氣系統(tǒng)的能耗。

2.2 降低沿程摩阻

由于天然氣從偏遠(yuǎn)的產(chǎn)區(qū)輸送到消費(fèi)區(qū)經(jīng)歷了長距離的管道，管道的沿程阻力是相當(dāng)大的，這就使得整個(gè)管道運(yùn)輸能耗較大。輸氣管道的沿程摩阻由輸送氣體的流動(dòng)狀態(tài)和管道內(nèi)壁的粗糙程度決定，紊流、層流的摩阻系數(shù)是不同的，但是由于輸氣管道的輸氣相對穩(wěn)定，在此就不需考慮氣體流動(dòng)狀態(tài)的影響，只需考慮管內(nèi)壁的粗糙度。

美國曾做過一個(gè)關(guān)于輸氣管道內(nèi)壁粗糙程度對沿程壓降的影響，實(shí)驗(yàn)對象是一根使用多年的管道，通過對管道進(jìn)行清洗和涂抹保護(hù)層處理，對比涂抹前后管道的內(nèi)壁對輸送氣體的摩阻大小[3]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，涂抹保護(hù)層后的管道內(nèi)壁粗糙度、摩擦系數(shù)大幅度下降。工程中常用的降低管道內(nèi)壁粗糙度的方法是在輸氣管道的內(nèi)壁涂抹保護(hù)層，從而達(dá)到降低沿程摩阻、降低輸氣系統(tǒng)能耗的目的。

管道壓力損失不僅僅表現(xiàn)在管道摩阻上，還包括輸氣系統(tǒng)壓氣站閥門、彎頭等局部壓力損失。為減少局部壓力損失，在輸送天然氣過程中應(yīng)盡量避免使用彎頭，易采用全開型閥門等措施。

2.3 采用先進(jìn)的輸氣工藝

采用新技術(shù)、新工藝可以有效地降低天然氣長輸管線的能耗：

1）維持高壓輸氣過程。管道高壓運(yùn)送天然氣能夠大大降低輸氣系統(tǒng)的能耗。高壓輸氣一方面增大了天然氣的密度，提高了輸氣效率，降低了壓縮機(jī)的能耗；另一方面高壓輸氣使天然氣在輸送過程中流速降低，進(jìn)而降低了管道輸氣的沿程阻力。

2）維持富氣輸送過程。富氣輸送之所以能降低輸氣過程中的能耗是因?yàn)楦粴饫锩婧卸喾N氣體，導(dǎo)致輸送氣體的密度偏高，而產(chǎn)生低于常規(guī)氣體輸送過程的流速，進(jìn)而使輸氣管道產(chǎn)生較低的摩阻力。在現(xiàn)代常用的輸氣方式中，富氣輸送是天然氣長距離輸送高水平技術(shù)的體現(xiàn)，該方法與其他方法相比具有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：輸氣環(huán)保安全；輸氣效率高。

2.4 壓氣站設(shè)置余熱利用系統(tǒng)

由于天然氣輸送技術(shù)具有高壓、長距離等特點(diǎn)，在天然氣輸送過程中設(shè)置余熱利用系統(tǒng)，吸收壓氣站排出的高溫?zé)煔獾哪芰?，然后利用引?dǎo)設(shè)備將高溫?zé)煔馀c鍋爐里的水進(jìn)行換熱，被換熱的鍋爐水可以用作生活用水。設(shè)置余熱換熱裝置的目的是減小燃?xì)饨禍貙?dǎo)致冰堵的概率，從而實(shí)現(xiàn)降低管道輸氣系統(tǒng)的能耗。

3 降低輸氣管道間接耗能措施

3.1 降低天然氣放空量

在天然氣長輸管道使用過程中，難免會(huì)有檢修、搶修等工作，這就產(chǎn)生了修理管道期間出現(xiàn)天然氣放空的問題。減少天然氣放空量的措施包括：

1）設(shè)置截?cái)嚅y。天然氣長輸管道每隔一定長度配備截?cái)嚅y之后，就可以在管道維修過程中關(guān)閉上下游的截?cái)嚅y，進(jìn)而降低天然氣的放空。

2）配備移動(dòng)壓縮機(jī)。使用移動(dòng)壓縮機(jī)輸送放空段的氣體到上下游管道時(shí)，可有效保持維修階段長輸系統(tǒng)的氣密性。

3）清管階段保持輸氣管道密閉性。在進(jìn)行輸氣管道的清洗、清潔工作時(shí)應(yīng)保持管路密閉，不能停氣，否則將會(huì)導(dǎo)致管道天然氣放空。

4）設(shè)定合理的放空段長度。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，科學(xué)合理地設(shè)定放空段管道長度可以降低天然氣放空量，因此可以通過計(jì)算、試驗(yàn)來確定合理的放空段長度。

3.2 減少天然氣泄漏

天然氣泄漏帶來的危害眾多，輕則產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，重則危及群眾的生命安全，因此無論從哪個(gè)角度來講都應(yīng)該減少天然氣泄漏事故的發(fā)生。天然氣在輸送過程中容易出現(xiàn)泄漏的位置主要集中在兩處：長輸管道和輸氣設(shè)備。導(dǎo)致輸氣管道、設(shè)備出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象的原因較多，總結(jié)如下：

1）輸氣管道在使用過程中出現(xiàn)防腐保護(hù)層破損等問題導(dǎo)致的管壁穿孔漏氣。

2）長輸管道在制造過程中存在應(yīng)力集中、未焊透等問題，當(dāng)管道在輸氣過程中受到內(nèi)部高壓氣體壓力作用時(shí)可能導(dǎo)致管道連接法蘭、管壁等位置出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象。

3）管道施工過程中一些不恰當(dāng)?shù)氖┕げ僮饕鸸艿榔茡p。

4）隨著壓縮機(jī)、閥門等使用年限的增加，天然氣輸氣設(shè)備的密封性出現(xiàn)問題引起天然氣的泄漏。

從天然氣管道泄漏的原因入手，提出相應(yīng)的解決措施：對于使用環(huán)境較差，經(jīng)常出現(xiàn)破損的輸氣管道位置要定期檢查，對于出現(xiàn)問題的管道及時(shí)進(jìn)行更換；加強(qiáng)管道的防腐保護(hù)檢測，確保防腐層、陰極保護(hù)等措施發(fā)揮保護(hù)作用；提高管道施工人員專業(yè)技術(shù)，降低人為操作的影響。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)天然氣管道鋪設(shè)長度的不斷增大，長輸管道的能耗問題也急需解決，因此要加強(qiáng)輸氣管道節(jié)能降耗工作的開展。降低天然氣管道能耗必須從管道高能耗的原因入手，提出針對性的解決措施。

[1]郭揆常.天然氣輸送管道的節(jié)能降耗[J].能源技術(shù),2011,22(6):241-242,248.

[2]劉銀春,楊光,常志波,等.天然氣長輸管道的節(jié)能降耗[J].天然氣技術(shù),2007,1(6):57-59.

[3]張宗榮.國內(nèi)外管道內(nèi)壁涂層技術(shù)的綜述[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2005,4(3):41-46.