高輝 李宏偉

1中原油田勘探開發(fā)科學研究院2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院

油氣長輸管道的運行管理

高輝1李宏偉2

1中原油田勘探開發(fā)科學研究院2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院

隨著管道輸氣能力的逐步增長，新輸氣客戶的需求模式與以前有很大不同，管道公司必須根據(jù)客戶需要制定自己的運行計劃。提高系統(tǒng)運行可靠性的技術(shù)改造措施包括調(diào)整離心式壓縮機的葉輪直徑，更換往復式壓縮機的柱塞，設(shè)計先進的壓縮機脈動控制系統(tǒng)，對電機拖動壓縮機進行調(diào)速控制。一個管道系統(tǒng)的運行效率，在設(shè)計之初就應(yīng)該全面考慮，一旦建成投產(chǎn)，管道公司就要通過監(jiān)控整個系統(tǒng)，確定是否有必要進行維修、改造、更換或技術(shù)升級，以改善系統(tǒng)運行狀態(tài)，提高運行效率和經(jīng)濟性。

天然氣；長輸管道；效率；維護；投資

管道系統(tǒng)的運行，往往會偏離當初設(shè)計的市場條件。為此，美國能源管理委員會（FERC）頒布的636、637條例，使輸氣客戶有選用不同管線輸氣能力的自由度和靈活度。另外，隨著管道輸氣能力的逐步增長，新輸氣客戶的需求模式與以前有很大不同，管道公司必須根據(jù)客戶需要制定自己的運行計劃，盡管有時客戶的路徑選擇并不是最高效的或者反應(yīng)客觀實際需求。所有這一切，都對管道系統(tǒng)的運行管理提出了挑戰(zhàn)。

1 適應(yīng)市場變化以提高運行效率

與過去不同，當前天然氣管道系統(tǒng)的流量變化已呈多峰型態(tài)。由于需要滿足簽約客戶的需求，使得管道系統(tǒng)無法達到在優(yōu)化的、穩(wěn)定的工況下高效運行。發(fā)電企業(yè)并不關(guān)心燃氣消耗，只關(guān)心能否最大限度地得到他們需要的氣量。管道公司不得不采取很多技術(shù)措施，以便在滿足客戶的用氣量變化需求的同時，盡量使管道系統(tǒng)的效率最大化。這些技術(shù)措施包括：

（1）采用流量模擬軟件進行實時模擬，協(xié)助運行管理人員擺脫對管道儲氣量的依賴。這樣做能夠提高輸氣效率，但需要操控人員高度警惕，同時對壓縮機要進行頻繁啟閉以防管道超壓。

（2）縮短高效設(shè)備的停運時間，提高其利用率。管道公司應(yīng)強化維修管理，延長高效設(shè)備維護管理人員的工作時間，或者高薪請專業(yè)維修公司加快修復工作，以便盡快使由于種種原因停運的高效設(shè)備重新投入運行，縮短其停運時間。

（3）管道公司應(yīng)該始終如一地遵守管道和危險材料安全管理局的規(guī)定，提高管道最大允許操作壓力（MAOP），提高管道輸量，降低壓縮機燃料消耗。提高MAOP，能夠提高管輸能力和管道效率。據(jù)悉，一家美國州際天然氣協(xié)會（INGAA）會員管道公司，已經(jīng)得到管理部門的特許，允許將其管道的最大允許操作壓力從規(guī)定的最小屈服強度（SMYS）的72%提高到80%，提高高峰輸量時的管道效率8～9個百分點。

2 管道維護與改造

隨著使用年限的延長，管道維護的工作量會越來越大，從修復損毀部件到日常保養(yǎng)，再到根據(jù)復雜的運行數(shù)據(jù)資料通過電腦處理結(jié)果進行的預(yù)防性維修等。

管道公司通常會采用多種方式監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，以判斷系統(tǒng)是否在高效區(qū)運行，制定最優(yōu)維護、維修計劃。美國的管道公司會定期維護和更換易損件，如壓縮機閥等。對于往復式壓縮機站，壓縮機閥的損毀是造成其非計劃停運的最大原因。管道公司計劃、非計劃停運往復式壓縮站的最主要原因，就是更換壓縮機閥。

另外，管道公司還會考慮以下技術(shù)改造措施，以提高系統(tǒng)運行的可靠性。

（1）調(diào)整離心式壓縮機的葉輪直徑。對于運行條件已經(jīng)遠遠偏離原來的設(shè)計條件，造成離心式壓縮機效率很低，可以通過調(diào)整壓縮機葉輪直徑，使其適應(yīng)新的工況條件。這一技術(shù)方法有時是為了適應(yīng)一年之內(nèi)不同季節(jié)氣量的變化，有時是為了適應(yīng)較長時期的供需變化。在這方面，英國MSE公司積累了豐富的經(jīng)驗，曾經(jīng)為BP、Marathon、HESS等公司提供服務(wù)，以適應(yīng)氣田產(chǎn)量降低、集輸氣系統(tǒng)壓力變化大等情況。

（2）更換往復式壓縮機的柱塞。為了適應(yīng)更高的壓力需求或負荷變化，用改進后的新柱塞替換復式壓縮機的現(xiàn)有柱塞。

（3）設(shè)計先進的壓縮機脈動控制系統(tǒng)。運用先進的壓縮機脈動控制系統(tǒng)，在降低脈動的同時還能夠提高運行效率，降低能量消耗。

（4）對電機拖動壓縮機進行調(diào)速控制。調(diào)整電機拖動壓縮機轉(zhuǎn)速，使其適應(yīng)氣量變化，達到較高的運行效率。但由于此項改造比較復雜，改造費用較高，此項技術(shù)應(yīng)用較少。

3 提高管道系統(tǒng)效率的經(jīng)濟性

一個管道系統(tǒng)的運行效率，在設(shè)計之初就應(yīng)該全面考慮，一旦建成投產(chǎn)，管道公司就要通過監(jiān)控整個系統(tǒng)，確定是否有必要進行維修、改造、更換或技術(shù)升級，以改善系統(tǒng)運行狀態(tài)，提高運行效率和經(jīng)濟性。目前，美國擁有數(shù)量巨大的天然氣壓縮站和各種類型的壓縮機，管道公司往往不會隨時采用最先進的技術(shù)對壓縮系統(tǒng)進行改造，以提高其經(jīng)濟性。由于天然氣壓縮機的建設(shè)費用在過去15年內(nèi)已經(jīng)翻番，而且壓縮機屬于長期耐用設(shè)備，安裝一套新型壓縮系統(tǒng)的費用已經(jīng)遠遠超過現(xiàn)有系統(tǒng)當初的費用，通過節(jié)省燃料回收投資的周期將會超過10～15年。因此，更換新型設(shè)備往往并無必要或者并不經(jīng)濟，盡管新的先進的設(shè)備效率確實很高。可見，為了提高效率進行技術(shù)改造，是一項非常復雜的工作。

如果一條管道設(shè)計時的假設(shè)條件發(fā)生改變，或者在以后的運行過程中發(fā)現(xiàn)并不準確，則任何技術(shù)改造或設(shè)備更換后的燃料節(jié)省、經(jīng)濟效益都將改變。例如，如果當初預(yù)計的天然氣價格發(fā)生重大變化，將會嚴重影響為了提高效率而更換壓縮機的投資回收期。技術(shù)改造后的輸氣費率變化，以及由于氣量變化模式與當初預(yù)測的不同，造成更換設(shè)備的運行時間變化，都會影響投資回收期，使此項改造變得并不經(jīng)濟。

4 結(jié)語

一個管道系統(tǒng)在運行期間的任何技術(shù)改造，都需要仔細研究計算投資、長期運轉(zhuǎn)的可行性、操作條件的可能變化以及維護費用等。通過過去30年的技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)開發(fā)了很多提高壓縮機系統(tǒng)效率的技術(shù)，但對于具體的改造項目，仍然要仔細研究其提高效率的可能性，確保投資收益。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.048