康惠珊

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

持續(xù)快速增長(zhǎng)的能源需求推動(dòng)了管道的大規(guī)模建設(shè)和投運(yùn)。據(jù)測(cè)算，站場(chǎng)建設(shè)投資一般占管道總投資的20%～30%，其中管道壓縮機(jī)組的投資通常占站場(chǎng)投資的60%以上。同時(shí)，壓縮機(jī)組能耗約占天然氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行總能耗的90%以上，若將管道全線壓縮機(jī)組消耗的天然氣及電能均折合為天然氣，其能耗一般占管道總輸量的8%～10%?？梢?，壓縮機(jī)站場(chǎng)的設(shè)置及壓縮機(jī)組節(jié)能降耗是必須重視的問題。合理的選擇壓縮機(jī)組的驅(qū)動(dòng)方式能夠整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，利于管道長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行及節(jié)能降耗。

1 機(jī)組驅(qū)動(dòng)方式判定條件及方法

天然氣長(zhǎng)輸管道用大功率離心式壓縮機(jī)主要采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方式。無論采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，在技術(shù)上均需滿足天然氣輸送工藝的要求。

（1）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案與外部供電條件密切相關(guān)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)消耗的能源需從外電網(wǎng)中取得，對(duì)電網(wǎng)的依賴性較大；燃?xì)怛?qū)動(dòng)設(shè)備消耗的能源為管輸天然氣，對(duì)外界的依賴性較小，但耗氣量較大。

（2）燃?xì)怛?qū)動(dòng)設(shè)備大修周期為5年，維護(hù)和維修費(fèi)用高。電機(jī)大修周期為11年，維修時(shí)間短，維護(hù)和維修費(fèi)用較低。但由于用電量較大，會(huì)受供電部門制約，外電線路需委托給供電部門維護(hù)。

（3）從運(yùn)行可靠方面，電機(jī)機(jī)組的平均無故障時(shí)間MTBF（運(yùn)行時(shí)間/停機(jī)次數(shù)總和）比燃?xì)鈾C(jī)組平均無故障時(shí)間MTBF 多。

不同的驅(qū)動(dòng)方式，有著其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于外界條件均滿足要求的站場(chǎng)，需要通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選來確定壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。

2 管道實(shí)際運(yùn)行帶來的啟示

壓氣站一旦投用，運(yùn)行商更關(guān)注整個(gè)管道運(yùn)行周期中的運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)目前已建電驅(qū)壓氣站場(chǎng)所反饋的信息，存在以下問題導(dǎo)致運(yùn)行成本支出增高。

2.1 用戶繳納電費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理

電驅(qū)站場(chǎng)電費(fèi)由電度電費(fèi)、基本電費(fèi)和力調(diào)電費(fèi)構(gòu)成。其中，電度電費(fèi)是用戶用電度電量與銷售電價(jià)的乘積?；倦娰M(fèi)分為兩種方式，一種方式是按照變壓器容量計(jì)費(fèi)，即變壓器容量與基本電價(jià)乘積；另一種方式是按用戶實(shí)際用電負(fù)荷的需量計(jì)費(fèi)，即用戶用電負(fù)荷所需容量與基本電價(jià)乘積。力調(diào)電費(fèi)是用電用戶功率因數(shù)小于0.9 而征收的罰款。

根據(jù)某管道公司近3年電驅(qū)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，各電驅(qū)站出現(xiàn)了基本電費(fèi)占電費(fèi)總額比例高、力調(diào)電費(fèi)金額高的現(xiàn)象。以某輸氣管線兩座壓氣站場(chǎng)為例，各站電費(fèi)支出比例情況見圖1、圖2。

地方電網(wǎng)供電能力閑置是影響各電驅(qū)站場(chǎng)電費(fèi)支出比例的原因，這與機(jī)組利用率有直接的關(guān)系。機(jī)組利用率越低，基本電費(fèi)占比越大，力調(diào)電費(fèi)金額越高。

圖1 某站電費(fèi)支出比例

圖2 某站電費(fèi)支出比例

2.2 外界能源價(jià)格波動(dòng)

隨著外部大環(huán)境的變化，國(guó)家發(fā)改委在不同時(shí)期調(diào)整其相關(guān)政策。如2013年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于調(diào)整銷售電價(jià)分類結(jié)構(gòu)有關(guān)問題的通知》，壓氣站場(chǎng)屬于大工業(yè)用戶，申請(qǐng)大工業(yè)電價(jià)。2015年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布關(guān)于下調(diào)非居民天然氣最高門站氣價(jià)的通知，燃料氣價(jià)格降幅較大。

管道持續(xù)低輸量運(yùn)行，機(jī)器閑置可能持續(xù)存在，電費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理的問題成為常態(tài)。由于能源價(jià)格的調(diào)整，電驅(qū)和燃驅(qū)的能耗在設(shè)計(jì)階段與實(shí)際運(yùn)行階段存在差異。機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不足和能源價(jià)格調(diào)整等多變的外部環(huán)境導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)階段比選方案存在偏離，所選取的電驅(qū)未達(dá)到管道理想運(yùn)行收益。因此，驅(qū)動(dòng)方式方案判定的條件及方法需要重新審視，有必要通過定量分析來對(duì)壓氣站驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行最優(yōu)方案比選。

3 驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 考慮管道在實(shí)際運(yùn)行中管輸量及運(yùn)行天數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)比選方案的影響。

常規(guī)的驅(qū)動(dòng)方案比選往往只考慮壓縮機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的能耗對(duì)比，而忽略掉了機(jī)組實(shí)際運(yùn)行并非完全按照設(shè)計(jì)工況。下游用戶市場(chǎng)量會(huì)隨著季節(jié)的變化而波動(dòng)，最終出現(xiàn)夏季用氣量少，而冬季用氣量大。低輸量的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致部分電驅(qū)機(jī)組出現(xiàn)停運(yùn)。因此，擬定的比選方案工況以及機(jī)組運(yùn)行天數(shù)都應(yīng)作為影響能耗的關(guān)鍵參數(shù)，并納入比選方案所考慮的因素。

3.2 考慮能源價(jià)格波動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)比選方案的影響

在整個(gè)管道運(yùn)行周期中，動(dòng)力費(fèi)用在基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)中占有極其重要的一部分。在方案比選中，電價(jià)和燃料氣價(jià)選取的不同，會(huì)導(dǎo)致比選結(jié)果的差異很大。因此，壓氣站燃驅(qū)電驅(qū)方案比選應(yīng)緊隨國(guó)家政策選擇合理的電價(jià)和氣價(jià)。

對(duì)于模擬管徑為D1219 mm、15 MPa 管線的壓氣站為例，以3+6+3 情景工況（管道各壓氣站機(jī)組運(yùn)行按3個(gè)月低月工況+6個(gè)月年均工況+3個(gè)月高月工況考慮）為基礎(chǔ)，在燃料氣價(jià)格和運(yùn)行天數(shù)不變的情況下，改變電價(jià)，經(jīng)計(jì)算，該壓氣站平均電價(jià)為0.69 元/kWh 時(shí)，電驅(qū)和燃驅(qū)的費(fèi)用現(xiàn)值相當(dāng)；超過0.69 元/kWh，則燃驅(qū)費(fèi)用現(xiàn)值較低。同樣，在燃料氣價(jià)格和運(yùn)行天數(shù)不變的情況下，改變氣價(jià)，也存在臨界氣價(jià)。

在動(dòng)力費(fèi)取值不變的情況下，改變壓氣站運(yùn)行時(shí)間，該壓氣站年運(yùn)行天數(shù)為99 天時(shí)，電驅(qū)和燃驅(qū)費(fèi)用現(xiàn)值相當(dāng)。超過99 天，則電驅(qū)費(fèi)用現(xiàn)值較低；少于99 天運(yùn)行則燃驅(qū)方案較優(yōu)。

表1 該壓氣站臨界電價(jià)和臨界運(yùn)行時(shí)間

因此，對(duì)于管徑D1219 mm、15 MPa 管線，在燃料氣價(jià)為2.78 元/m3條件下，1.3 壓比方案的費(fèi)用現(xiàn)值最低，但與1.35 和1.25 壓比下的費(fèi)用現(xiàn)值相差不足0.1%，與1.2、1.4 和1.45 壓比的費(fèi)用現(xiàn)值相差也在3%以內(nèi)，因此1219 mm/15 MPa 輸氣管道推薦經(jīng)濟(jì)壓比范圍在1.25～1.40。

對(duì)于模擬管徑為D1422 mm、12 MPa 管線（材質(zhì)X80），在燃料氣價(jià)為2.78 元/m3條件下，仍是1.3壓比方案的費(fèi)用現(xiàn)值最低，但與1.35 和1.25 壓比下的費(fèi)用現(xiàn)值相差不足0.1%，與1.4 和1.45 壓比的費(fèi)用現(xiàn)值相差也在2.5%以內(nèi)，因此D1422 mm/12 MPa輸氣管道推薦經(jīng)濟(jì)壓比范圍在1.25～1.45。

4 結(jié)論及建議

（1）驅(qū)動(dòng)方式的選取采用綜合比選的方法確定，以經(jīng)濟(jì)比選為基礎(chǔ)，充分考慮壓氣站的電源條件、供電環(huán)境以及對(duì)管道系統(tǒng)安全性等方面的影響。經(jīng)濟(jì)比選應(yīng)采用費(fèi)用現(xiàn)值法，涵蓋建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用等。

（2）方案比選工況的選取應(yīng)緊密結(jié)合天然氣管輸運(yùn)行計(jì)劃方案。從管道全線整體角度出發(fā)，根據(jù)逐年任務(wù)輸量合理地確定壓氣站場(chǎng)的投產(chǎn)計(jì)劃，避免因低輸量運(yùn)行導(dǎo)致已建電驅(qū)站場(chǎng)機(jī)組閑置，減少不必要的電費(fèi)支出。

（3）經(jīng)濟(jì)比選中應(yīng)合理地選取電價(jià)及燃料氣價(jià)。由于國(guó)家政策的調(diào)整，氣價(jià)、電價(jià)也會(huì)隨著波動(dòng)，可根據(jù)目前價(jià)格進(jìn)行測(cè)算，同時(shí)可對(duì)未來可能出現(xiàn)的價(jià)格趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。電價(jià)可參照大工業(yè)用戶電價(jià)，燃料氣價(jià)參照所在省份門站價(jià)格，考慮管輸成本。

（4）比選過程中應(yīng)考慮全生命周期，并按全成本核算。管道設(shè)計(jì)壽命年限應(yīng)考慮機(jī)組維護(hù)費(fèi)用、電子器件壽命等。