田曉翠，董常龍，楊正然，李光讓，張世虎，馬倩倩

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然氣有限公司，江西 南昌 330096；3. 長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300）

天然氣管輸損耗分析與控制綜述

田曉翠1，董常龍2，楊正然1，李光讓1，張世虎3，馬倩倩2

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然氣有限公司，江西 南昌 330096；3. 長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300）

近年來(lái)，隨著天然氣在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣普及，天然氣長(zhǎng)輸管道及城市配氣管網(wǎng)大量建設(shè)，其在管道運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的損耗問(wèn)題也越來(lái)越受到輸氣企業(yè)的重視。在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)并分析了管輸損耗的概念、產(chǎn)生原因、預(yù)警、分析方法及控制措施，從宏觀上把握了我國(guó)天然氣管輸損耗的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

管輸損耗；分析；控制；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

隨著 PM2.5、霧霾的熱議，大氣污染及其治理倍受矚目。在眾多導(dǎo)致大氣污染的原因中，石油、煤炭的燃燒首當(dāng)其沖。而天然氣則以燃燒物環(huán)境污染少、高熱值等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到大力推廣[1]。在我國(guó)，天然氣從產(chǎn)出、運(yùn)輸?shù)戒N售的整個(gè)過(guò)程，幾乎全部依靠管道運(yùn)輸來(lái)完成。管輸損耗不僅是評(píng)價(jià)管道運(yùn)輸效率的指標(biāo)，同時(shí)也關(guān)乎企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。因此，伴隨天然氣的大量開(kāi)采，管輸損耗問(wèn)題也越發(fā)受到天然氣貿(mào)易雙方的重視。本文在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)于管輸損耗的概念、產(chǎn)生原因、預(yù)警、分析方法及控制措施的研究進(jìn)程，分析了其中存在的問(wèn)題，并對(duì)管輸損耗控制與管理的前景做出了合理展望。

1 管輸損耗的概念

天然氣管輸損耗是指平衡商品天然氣中間計(jì)量與交接計(jì)量之間流量的差值[2]。對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道而言，管輸損耗是指天然氣在長(zhǎng)輸管道輸送過(guò)程中的量值減量[3];對(duì)于燃?xì)夤径?，管輸損耗是指燃?xì)夤竞蜌獾V交接的總氣量與燃?xì)夤竟┙o用戶的總氣量之差[4]。

根據(jù)上述概念可得絕對(duì)管輸損耗與相對(duì)管輸損耗計(jì)算公式如下：

式中：ΔQ—天然氣管輸損耗, m3;

Qr—進(jìn)入天然氣管道的總氣量，m3;

Qc—流出天然氣管道的總氣量，m3;

Vc—期初天然氣管道總存氣量，m3;

Vm—期末天然氣管道總存氣量，m3;

Qs—自用氣，m3;

Qf—放空氣量，m3;

η—管輸損耗率（相對(duì)管輸損耗）。

2 管輸損耗產(chǎn)生的原因

伴隨對(duì)天然氣管輸損耗理解的加深，人們對(duì)管輸損耗產(chǎn)生原因的認(rèn)識(shí)也不斷發(fā)展。文其志等[5]認(rèn)為，引起管輸損耗的原因主要有三個(gè)方面：一，由計(jì)量設(shè)備的計(jì)量誤差所產(chǎn)生的管輸損耗；二，由于泄漏帶來(lái)的管輸損耗；三，其他人為因素造成的管輸損耗。而李鍇等[6]認(rèn)為，參與管輸損耗計(jì)算的各部分氣量計(jì)算的準(zhǔn)確性也是管輸損耗產(chǎn)生的原因之一。

2.1 計(jì)量誤差帶來(lái)的管輸損耗

天然氣長(zhǎng)輸管道進(jìn)、出氣計(jì)量多采用孔板流量計(jì)和超聲流量計(jì)，張書麗等[7]對(duì)影響上述流量計(jì)計(jì)量精度的因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析。另外，伴隨城市配氣管網(wǎng)的迅速發(fā)展，專家學(xué)者對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)的管輸損耗也越發(fā)重視，鄧立三[8]立足鄭州燃?xì)夤芫W(wǎng)，分析了燃?xì)庥糜?jì)量?jī)x表的精度問(wèn)題。

（1）孔板流量計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作過(guò)程中，由于孔板流量計(jì)的安裝、使用、維護(hù)沒(méi)有嚴(yán)格按照 GB/T 21446-2008 標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，或由于天然氣氣體組分錄入不及時(shí)，未按周期檢定，脈動(dòng)流等原因，造成孔板流量計(jì)產(chǎn)生額外計(jì)量誤差，帶來(lái)管輸損耗。

（2）超聲流量計(jì)

相比于孔板流量計(jì)，超聲流量計(jì)適用性更好。速度分布不對(duì)稱、渦流等會(huì)為超聲流量計(jì)的計(jì)量帶來(lái)誤差，進(jìn)而引起管輸損耗。

（3）燃?xì)庥脩粲?jì)量用表

城市燃?xì)庥脩舳嗖捎媚な奖砗?IC 卡表。膜式表屬戶外掛表，計(jì)量精度受溫度影響較大；IC卡表故障率較高，盜氣隱患較大，相比于膜式表，會(huì)帶來(lái)更大的管輸損耗。

2.2 泄漏帶來(lái)的管輸損耗

天然氣管道的泄露可以分為偶然性、長(zhǎng)期性和運(yùn)行中泄露。設(shè)備安裝不當(dāng)、腐蝕或發(fā)生故障引起偶然性泄露，設(shè)計(jì)不合理或設(shè)備質(zhì)量不合格引起長(zhǎng)期性泄露，運(yùn)行過(guò)程中由維修、防腐不當(dāng)?shù)仍斐筛g引起運(yùn)行中泄露，不法分子的盜氣行為引起盜氣泄露。由上述各種原因而產(chǎn)生的天然氣泄露，是真正損失的氣體，帶來(lái)天然氣管輸損耗。

2.3 其它人為因素帶來(lái)的管輸損耗

計(jì)量人員未按嚴(yán)格規(guī)程進(jìn)行計(jì)量、儀表未按時(shí)檢定、交接雙方流量計(jì)參數(shù)設(shè)置不同等因素帶來(lái)計(jì)量誤差，引起管輸損耗。另外，對(duì)于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，抄表人員誤記、漏記等一些行為也會(huì)帶來(lái)較大的管輸損耗。

2.4 計(jì)算誤差帶來(lái)的管輸損耗

管輸損耗計(jì)算公式（1）中的各部分誤差均會(huì)引起管輸損耗，進(jìn)氣量、出氣量、自用氣量均由計(jì)量?jī)x表進(jìn)行計(jì)量，誤差由計(jì)量誤差引起。放空量、管存量由計(jì)算得到，計(jì)算參數(shù)的選取或計(jì)算方法不合理帶來(lái)誤差。

管存是利用狀態(tài)方程將工況下氣體體積換算到標(biāo)準(zhǔn)工況下得到的。在管輸損耗計(jì)算中，需將管存變化量（管存差）減去。通常，計(jì)量交接雙方會(huì)選擇一天中固定的某一時(shí)刻作為交接時(shí)間，某一天的管存差為當(dāng)天交接時(shí)刻的管存與前一天交接時(shí)刻管存的差值。目前，國(guó)內(nèi)計(jì)算管存差普遍采用上述方法，但這僅適用于穩(wěn)態(tài)工況。當(dāng)交接時(shí)刻管道的運(yùn)行壓力溫度變化幅度較大時(shí)，管存來(lái)不及變化，用上述方法計(jì)算的管存差誤差較大，引起管輸損耗，但此損耗僅表現(xiàn)在管輸損耗的數(shù)據(jù)上，并未真正損失，為賬面管輸損耗。雖然賬面管輸損耗的氣體并未正損失，但是這部分氣體顯示在管輸損耗的數(shù)據(jù)上，有礙找出管輸損耗的真正原因，應(yīng)盡量避免。

放空量是通過(guò)放空前后管存量的變化得到的，由于放空時(shí)壓力、溫度的計(jì)量不確定性較大，其計(jì)算誤差較大，引起管輸損耗。

3 管輸損耗的預(yù)警

天然氣管輸損耗關(guān)系到交氣雙方的經(jīng)濟(jì)利益，必須引起足夠重視?？己颂烊粴夤茌敁p耗的前提是，明確管輸損耗的合理范圍[9]或管輸損耗處于合理范圍時(shí)管道的運(yùn)行狀況，一旦管輸損耗超出合理范圍或管道運(yùn)行狀況發(fā)生變化，立即進(jìn)行管輸損耗分析定位，并采取相應(yīng)措施，這個(gè)過(guò)程就叫做管輸損耗預(yù)警。根據(jù)徐慶磊等[10]和岑康等[9]的研究，得出管輸損耗預(yù)警的兩種方法：一，反算水力摩阻系數(shù)法；二，不確定度合成法。下面對(duì)這兩種方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3.1 反算水力摩阻系數(shù)法

利用 SCADA 系統(tǒng)對(duì)整個(gè)輸氣系統(tǒng)建立運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，將管道運(yùn)行的壓力、溫度、流量等參數(shù)存檔，利用運(yùn)行參數(shù)反算出各管段的水力摩阻系數(shù)，并進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)水力摩阻系數(shù)異常與否，判定管輸損耗發(fā)生的管段。水力摩阻系數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式(3)。

式中：λ—水力摩阻系數(shù)；

C—流量系數(shù)，與單位有關(guān)；

D—天然氣管道內(nèi)徑，m；

Qn—第 n 段管道的流量，m3；

P1—天然氣管道的起點(diǎn)壓力，Pa；

P2—天然氣管道的終點(diǎn)壓力，Pa；

Z—壓縮因子；

Δ—天然氣的相對(duì)密度；

T—天然氣的溫度，K;

L—管道的長(zhǎng)度，m。

3.2 不確定度合成法

輸氣系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為多個(gè)進(jìn)氣點(diǎn)和多個(gè)出氣點(diǎn)的串聯(lián)，而進(jìn)氣端和出氣端之間為并聯(lián)關(guān)系，如圖1。首先得到各進(jìn)氣點(diǎn)和出氣點(diǎn)的計(jì)量不確定度, 將各進(jìn)氣點(diǎn)和出氣點(diǎn)的計(jì)量不確定度分別按照誤差的并聯(lián)合成法進(jìn)行合成，得到進(jìn)氣端計(jì)量不確定度和出氣端的計(jì)量不確定度；再將進(jìn)氣端和出氣端計(jì)量不確定度按照誤差的串聯(lián)合成法則進(jìn)行合成，則得到整個(gè)輸氣系統(tǒng)的計(jì)量不確定度。根據(jù)輸氣系統(tǒng)的計(jì)量不確定度與流量值，則可確定管輸損耗的上限和下限，這兩個(gè)界限指標(biāo)即為輸差預(yù)警指標(biāo)。當(dāng)管輸損耗超出上下限后，需對(duì)管輸損耗的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而采取措施對(duì)其進(jìn)行有效控制（圖 1）。

圖 1 輸氣系統(tǒng)計(jì)量簡(jiǎn)化圖Fig.1 The metering simplified graph of gas transmission pipeline system

4 管輸損耗的分析方法

天然氣管輸損耗超出合理范圍后，需對(duì)引起管輸損耗的原因進(jìn)行分析（即管輸損耗定位），才能有針對(duì)性的采取措施降低管輸損耗。吳斌等[11]總結(jié)出如下幾種分析方法。

4.1 計(jì)量先行法

對(duì)于天然氣管道，管道進(jìn)、出氣量數(shù)量級(jí)最大，計(jì)量設(shè)備稍有誤差便會(huì)產(chǎn)生很大管輸損耗，且計(jì)量?jī)x表產(chǎn)生誤差的可能性遠(yuǎn)比發(fā)生泄露等問(wèn)題的可能性大，因此對(duì)管輸損耗的定位，首先應(yīng)從對(duì)計(jì)量設(shè)備的分析著手。

4.2 計(jì)量先行法

所謂曲線對(duì)比法是指將全線管輸損耗曲線與組成管輸損耗計(jì)算的各部分曲線進(jìn)行對(duì)比，若某一部分（如管存差）曲線走勢(shì)與全線管輸損耗曲線走勢(shì)相似，則很有可能是此部分的計(jì)算（或計(jì)量）出現(xiàn)問(wèn)題，可進(jìn)一步進(jìn)行管輸損耗分析。

4.3 相關(guān)分析法

管輸損耗不僅僅是由某單一因素的影響引起的，在管輸損耗分析時(shí)，應(yīng)盡量對(duì)各種因素（如開(kāi)泵方案的調(diào)整、氣量波動(dòng)、計(jì)量設(shè)備參數(shù)的調(diào)整）進(jìn)行綜合考慮，避免重復(fù)性的查找某單一因素的影響，從而提高管輸損耗分析的效率，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

4.4 數(shù)據(jù)跟蹤法

在各站均配備計(jì)量設(shè)備的條件下，可通過(guò)逐段比對(duì)上下游計(jì)量設(shè)備示值差量來(lái)確定管輸損耗發(fā)生的管段，以縮小分析范圍，提高分析效率。

上述四種管輸損耗分析方法中，最重要的當(dāng)屬計(jì)量先行法，因?yàn)榱髁坑?jì)的計(jì)量誤差對(duì)管輸損耗的貢獻(xiàn)最大。曲線對(duì)比法較易實(shí)施，其余兩種方法則需要一定的技術(shù)和設(shè)備支持。

5 管輸損耗的控制措施

管輸損耗的提出、預(yù)警以及分析都是為了更好地降低管輸損耗，維護(hù)輸氣企業(yè)的利益。從管輸損耗的原因入手，岑康等[9]認(rèn)為降低管輸損耗應(yīng)采取技術(shù)和管理兩方面的措施。

5.1 技術(shù)措施

（1）計(jì)量設(shè)備的選型、安裝、維護(hù)和使用

計(jì)量設(shè)備應(yīng)根據(jù)輸量的大小進(jìn)行選型，使流量計(jì)在最佳工作范圍內(nèi)運(yùn)行，在保證精度的同時(shí)又能保證安全。有些流量計(jì)（如孔板流量計(jì)）對(duì)安裝、使用和維護(hù)要求較高，應(yīng)盡可能地滿足這些條件，才能使流量計(jì)在最佳狀態(tài)工作，使計(jì)量誤差在可控范圍內(nèi)。

（2）建立管道運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)管道運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將運(yùn)行參數(shù)存檔，建立管道運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，為管輸損耗分析提供條件，有利于管輸損耗預(yù)警的實(shí)施。

（3）管輸損耗預(yù)警系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，建立管輸損耗預(yù)警系統(tǒng)，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)管輸損耗異常情況，在第一時(shí)間找出原因，采取措施，降低管輸損耗及其帶來(lái)的損失。

（4）配備流量計(jì)在線檢定系統(tǒng)

計(jì)量誤差是引起管輸損耗最主要的原因，建立流量計(jì)在線檢定系統(tǒng)或通過(guò)設(shè)置一定流程實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的在線互檢能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備的故障，有利于盡快解決問(wèn)題，從而降低管輸損耗。

5.2 技術(shù)措施

（1）加強(qiáng)人工巡線

輸氣管線綿延幾百甚至上千公里，燃?xì)夤芫W(wǎng)分支眾多，很容易為不法分子的偷盜行為提供可乘之機(jī)。應(yīng)成立巡線小組，定期巡線，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道存在的問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)腐蝕、泄露等情況，立即采取措施。

（2）加強(qiáng)計(jì)量人才隊(duì)伍的管理

對(duì)計(jì)量人才一定要堅(jiān)持崗前培訓(xùn)，確保其具備基本的計(jì)量設(shè)備安裝、維護(hù)、使用知 識(shí)，能夠正確操作和維護(hù)計(jì)量設(shè)備，減少計(jì)量誤差。另外，對(duì)于燃?xì)夤芫W(wǎng)，應(yīng)采取一定措施，減少查表人員的漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)等情況，降低管輸損耗。

6 結(jié) 論

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，輸氣企業(yè)對(duì)關(guān)乎其切身利益的管輸損耗也越發(fā)重視，對(duì)其計(jì)算方法、產(chǎn)生原因、預(yù)警、分析方法及控制措施的探究也越發(fā)成熟。但就目前而言，只有少數(shù)企業(yè)專門建立管輸損耗預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)管輸損耗時(shí)刻保持警惕；多數(shù)企業(yè)仍處于以年為單位計(jì)算管輸損耗的狀態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)現(xiàn)和解決的滯后，使企業(yè)利益遭受損失。隨著對(duì)管輸損耗問(wèn)題認(rèn)識(shí)和研究的深入，將來(lái)會(huì)有更加成熟的管輸損耗預(yù)警系統(tǒng)的出現(xiàn)，也會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)建立預(yù)警系統(tǒng)，采取各種措施使管輸損耗降到最低，維護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

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低溫前處理破解印染高壓

長(zhǎng)久以來(lái)，印染給人們的印象似乎不太好，環(huán)保人士更是談之色變，認(rèn)為這是來(lái)自紡織行業(yè)對(duì)空氣、水質(zhì)的重要污染源。不可否認(rèn)，印染加工過(guò)程確實(shí)會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水，對(duì)環(huán)境污染負(fù)有不可推卸的責(zé)任，但從另一方面講，如果通過(guò)現(xiàn)代紡織技術(shù)手段解決此類問(wèn)題，也是在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)為環(huán)保作出了貢獻(xiàn)。

為促進(jìn)印染行業(yè)的清潔生產(chǎn)，降低前處理過(guò)程溫度、減少化學(xué)品的使用是一條重要途徑，也將是必然選擇。由東華大學(xué)、華紡股份有限公司、青島蔚藍(lán)生物集團(tuán)有限公司共同完成的“紡織品低溫前處理關(guān)鍵技術(shù)”榮獲 2013 年度紡織之光科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，成為印染行業(yè)節(jié)能減排的關(guān)注重點(diǎn)。

細(xì)節(jié)攻關(guān)終獲產(chǎn)業(yè)化成果

“織物前處理過(guò)程的水耗、能耗和 CODCr排放量占印染加工全過(guò)程的 55%～60%。”該項(xiàng)目第一完成人、東華大學(xué)博士毛志平介紹說(shuō)，織物低溫前處理技術(shù)中，冷軋堆前處理已經(jīng)成熟并由產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，該工藝雖然節(jié)能，但其化學(xué)品使用和污染物排放量卻顯著高于常規(guī)工藝，并不是真正意義的清潔生產(chǎn)技術(shù)。

據(jù)華紡股份有限公司工程部技術(shù)中心執(zhí)行主任李春光介紹，利用有機(jī)活化劑降低 H2O2漂白溫度的研究受限于有機(jī)活化劑的成本和效率等因素，不論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)該技術(shù)都未能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在這樣的背景下，“紡織品低溫前處理關(guān)鍵技術(shù)”成功研發(fā)了系列紡織品低溫高效退漿、精練和漂白的前處理工藝，真正實(shí)現(xiàn)了坯布按質(zhì)、按需低溫前處理的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。之所以能讓低溫前處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，得益于該項(xiàng)目的幾大創(chuàng)新點(diǎn)，即仿酶催化劑配體合成關(guān)鍵技術(shù)、仿酶催化劑復(fù)配增效關(guān)鍵技術(shù)、低成本高耐堿果膠酶產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、織物低溫系列前處理工藝開(kāi)發(fā)。

Review of Analysis and Control for Gas Loss of Pipeline

TIAN Xiao-cui1，DONG Chang-long2，YANG Zheng-ran1，LI Guang-rang1，ZHANG Shi-hu3，MA Qian-qian2
（1. China University of Petroleum, Beijing 102249，China；2. Jiangxi Province Natural Gas Co.,Ltd., Jiangxi Nanchang 330096, China；3. PetroChina Changqing Oilfield Company the Third Gas Production Plant, Inner Mongolia Ordos 017300，China）

Recently, with the widespread of natural gas in China, long-distance natural gas pipelines and urban distribution pipelines are built in large scale, and the problem of natural gas loss in the transportation process attracts more attention of gas companies. In this paper, on the basis of reference to large amount of literature, the concept, cause, warning, analysis method and control measures of gas loss were summarized and analyzed. Therefore the research status and development trend of natural gas loss were grasped in the macro.

gas loss; analysis; control; research status; development trend

TE 832

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1322-04

2014-04-23，

田曉翠（1990-），女，河北衡水人，碩士，2013 年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)就讀于中國(guó)石油大學(xué)（北京），研究方向：油氣長(zhǎng)距離管輸技術(shù)。E-mail：tianxc1990@163.com。