王畇潤(rùn) 中國(guó)人民大學(xué)

“十一五”以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展以及節(jié)能減排、改善環(huán)境的需求日趨迫切，天然氣作為環(huán)保、高效、便捷和相對(duì)廉價(jià)的能源，市場(chǎng)需求大幅增加。中石化及中石油等國(guó)內(nèi)能源公司均加大了對(duì)上游氣田增產(chǎn)、非常規(guī)天然氣開發(fā)、進(jìn)口LNG資源獲取的力度。天然氣長(zhǎng)輸管道的輸氣負(fù)荷也快速提升，亟待增加輸送能力。

1 影響輸氣能力的因素

在考慮投資成本的情況下，國(guó)內(nèi)外一般采用建設(shè)復(fù)線、管道內(nèi)噴涂減阻涂層、加注減阻劑以及優(yōu)化泵站等方法提高管道的輸氣能力。

（1）管道直徑及長(zhǎng)度影響。當(dāng)輸氣管道其他條件相同，直徑分別為D1和D2，則流量比為Q1/Q2=（D1/D2）2.5，即輸氣管道的通過(guò)能力與管徑的2.5次方成正比；若管徑增大一倍，D2=2D1，則Q2=22.5Q1，流量為原來(lái)的5.66倍，這也是輸氣管道向大口徑發(fā)展的主要原因。當(dāng)其他條件相同，管道長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，則流量比為Q1/Q2=（L2/L1）0.5，即輸氣量與管道計(jì)算長(zhǎng)度的0.5次方成反比；若在已建管道中間擴(kuò)建壓氣站，即管道長(zhǎng)度減可以看出管道中間擴(kuò)建1座壓氣站，壓氣站壓力維持不變，輸氣量可以增加41%。

（2）壓力、溫度影響。輸氣量與管道起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力平方差的0.5次方成正比，改變起、終點(diǎn)壓力都能影響流量，但效果不同。提高起點(diǎn)壓力對(duì)流量增大的影響大于降低終點(diǎn)壓力的影響，如果壓差不變，同時(shí)提高兩端壓力，也能增大輸氣量，高壓輸氣比低壓輸氣的輸送量更大。管道數(shù)量與氣體溫度的關(guān)系式為Q1/Q2=（T1/T2）0.5，即流量與輸氣的絕對(duì)溫度的0.5次方成反比。輸氣溫度越低，輸氣能力越大。目前，國(guó)外已提出在-70℃左右輸氣的設(shè)想，假設(shè)輸氣溫度從50℃降低到-70℃，流量可增加26%，實(shí)際上由于壓縮系數(shù)的影響，流量還會(huì)增大一定的比例。

（3）摩阻及輸送介質(zhì)物性影響。造成輸氣管道能量損失的直接因素就是管道摩阻，減小沿程摩阻損失是增加輸量的有效途徑。由流體力學(xué)原理可知，流動(dòng)在阻力平方區(qū)管道的水力摩阻系數(shù)與雷諾數(shù)幾乎無(wú)關(guān)，只會(huì)作為管壁絕對(duì)粗糙度函數(shù)的一個(gè)參數(shù)，倘若能使管道內(nèi)壁的粗糙度減小，就可以使水力摩阻有效降低。此外，管輸天然氣是否含有有害成分以及有害成分的比例，對(duì)管道的工作狀況、服役壽命有較大影響。有害雜質(zhì)主要是機(jī)械雜質(zhì)如粉塵、碎屑及游離水等。

2 各類增輸方式特點(diǎn)

由于在役管道管徑已定，可以通過(guò)增加浮現(xiàn)的方式增加管道橫截面積，進(jìn)而增加管道輸量；同時(shí)，在管道沿線擴(kuò)建壓氣站也能有效增加輸氣能力。在不超出管道最大允許操作壓力的前提下，提高起點(diǎn)的操作壓力也可以有效提高輸量，為安全起見(jiàn)，對(duì)于長(zhǎng)期在較低操作壓力下運(yùn)行的管道，在提高操作壓力前，需要對(duì)管道進(jìn)行全面的檢測(cè)，確保升壓后的運(yùn)行安全。對(duì)于建有壓氣站的管道，壓縮機(jī)出口壓力降低后可以在一定程度上增加輸氣量并降低能耗。

采用內(nèi)減阻涂層可以有效改善長(zhǎng)輸管道的輸送性能，提高輸送量，該技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)很多已建的天然氣管道中得到應(yīng)用，并取得了良好的效果。目前比較成熟的工藝技術(shù)是管道整體擠涂工藝，其通過(guò)雙清管器組合裝置將涂料夾裝在兩個(gè)清管器中，在高壓氣體推動(dòng)下勻速在管道內(nèi)壁形成連續(xù)膜層。

天然氣減阻劑近年成為管道增輸?shù)难芯繜狳c(diǎn)，其作用機(jī)理可以從兩方面考慮：一是光滑減阻，及減阻劑的“填坑”作用降低管道的絕對(duì)粗糙度，消除脈動(dòng)產(chǎn)生的條件；二是彈性壁面減阻，降低已有脈動(dòng)的強(qiáng)度。具有表面活性劑類似結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的聚合物，其極性端牢固的粘附在管道內(nèi)表面，形成“氣—液”界面，大幅減小天然氣和管道內(nèi)壁之間的摩擦阻力可降低輸送過(guò)程中的壓降和能量損耗，提高管道輸氣量。

此外，通過(guò)在管線適當(dāng)位置安裝管道增輸器、建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)和LNG調(diào)峰站、加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線建設(shè)等方式均能在一定程度上提高整個(gè)管網(wǎng)的輸氣能力。

3 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)在役管道較多，需要根據(jù)各管道特點(diǎn)選取不同的增輸方式，從安全、經(jīng)濟(jì)、可操作性等方面進(jìn)行綜合比選后確定。應(yīng)對(duì)減阻劑等新興增輸方式加快技術(shù)攻關(guān)，對(duì)已投產(chǎn)的管道定期進(jìn)行內(nèi)壁粗糙度檢測(cè)，總結(jié)粗糙度隨時(shí)間變化的關(guān)系，并對(duì)管道運(yùn)行進(jìn)行完整性管理分析，確保天然氣管道在安全生產(chǎn)的前提下通過(guò)提高操作壓力以增加輸量。