馮彥錚

摘 要：天然氣的使用，是采集、運(yùn)輸、調(diào)配、管理各個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)作的結(jié)果。文中從天然氣用于城市燃?xì)獾膬?yōu)勢(shì)出發(fā)，指出天然氣在輸配環(huán)節(jié)的節(jié)能措施，闡述了天然氣輸配節(jié)流過(guò)程中能量損失的控制與利用，以供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;輸配管理;節(jié)能措施;能量損失;控制與利用

天然氣是蘊(yùn)藏在地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣、生物生成氣等，是一種優(yōu)質(zhì)的燃料和化工原料[1]。城市發(fā)展中，普遍將天然氣作為城市燃?xì)猓┚用裆詈凸ど虡I(yè)生產(chǎn)使用。受到技術(shù)、材料、管理等因素的影響，天然氣在輸配環(huán)節(jié)會(huì)存在損耗現(xiàn)象，對(duì)這部分損失的能量進(jìn)行控制與利用，成為一個(gè)研究重點(diǎn)。

1 天然氣用于城市燃?xì)獾膬?yōu)勢(shì)

天然氣無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，將其作為城市燃?xì)馐褂茫瑑?yōu)勢(shì)如下：第一，綠色環(huán)保。天然氣是潔凈的能源，幾乎不含有硫、粉塵及其他有害物質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳少，帶來(lái)的溫室效應(yīng)低，可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境。第二，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。和人工煤氣相比，天然氣的同比熱值價(jià)格接近，但是更清潔，既能延長(zhǎng)灶具的使用壽命，又能減少維修費(fèi)用。對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而言，可以提供新的動(dòng)力，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)繁榮。第三，安全可靠。天然氣無(wú)毒無(wú)害，容易散發(fā)，比重比空氣要輕，因此不容易積聚成爆炸性氣體，人們使用時(shí)更加安全。第四，改善生活。家庭使用天然氣，可以改善家居環(huán)境，提高生活質(zhì)量[2]。

2 天然氣在輸配環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

2.1 提高管道運(yùn)輸效率

天然氣在管道內(nèi)運(yùn)輸，運(yùn)輸效率受到輸送壓下降的影響，原因主要有兩個(gè)：一是管道內(nèi)壁粗糙，二是管道中存在油類、碳水化合物等雜質(zhì)。提高管道運(yùn)輸效率，可行措施包括：1）在管道內(nèi)進(jìn)行涂層處理，消除摩擦阻力，兼具防腐蝕的作用。以西氣東輸工程為例，管道采用內(nèi)涂層技術(shù)后，天然氣的運(yùn)輸量明顯增加[3]。2）定期清理管道，尤其是冬季之后，此時(shí)應(yīng)該清理管道內(nèi)的水、油等成分，提高管道的清潔度。3）減少局部壓降。管道分壓來(lái)源于壓縮機(jī)的閥門(mén)，合理選擇儀表、彎頭、三通、其他配件，優(yōu)化管道的運(yùn)行角度，可以減少壓力損失。

2.2 優(yōu)化輸配運(yùn)行管理

隨著西氣東輸、川氣東送、陜京線等工程的完工和使用，天然氣管網(wǎng)已基本覆蓋全國(guó)。對(duì)管道的運(yùn)輸路線進(jìn)行合理規(guī)劃，可以抵消山川河流的影響，從而減少能耗。1）加強(qiáng)輸配規(guī)劃管理。理論上來(lái)看，天然氣最佳輸配規(guī)劃，是制定每周、每月計(jì)劃，了解氣源動(dòng)態(tài)，根據(jù)用戶的使用需求進(jìn)行輸配，達(dá)到開(kāi)發(fā)和利用的均衡。2）采用SCADA系統(tǒng)，從現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)后，利用控制中心的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、傳輸，并生成視覺(jué)信息，輸出到目標(biāo)區(qū)域，具有控制、調(diào)整、報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸管道的精確管理。

2.3 合理選擇設(shè)備

一是增壓設(shè)備，以壓縮機(jī)為代表。針對(duì)普通流量的天然氣，增壓時(shí)一般選擇燃?xì)廨啓C(jī)-離心壓縮機(jī)組;如果流量范圍較大，則要選擇燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)-往復(fù)壓縮機(jī)組。二是油氣分離器，在天然氣的采集和輸送中應(yīng)用頻繁，功能是從氣體里分離出液滴，從液體里分離出氣泡。如果天然氣流量比較大，可使用多臺(tái)分離器串聯(lián)或并聯(lián)，進(jìn)一步強(qiáng)化分離效果，有利于雜質(zhì)排出。

2.4 減少泄露問(wèn)題

天然氣輸送管道埋設(shè)在地下，隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，管道容易發(fā)生老化、腐蝕、破壞損傷的情況，導(dǎo)致天然氣泄漏[4]。對(duì)于這種情況，大泄漏更容易發(fā)現(xiàn)，能及時(shí)明確泄漏部位;小泄漏則要依靠監(jiān)測(cè)設(shè)備，動(dòng)態(tài)觀察管道的運(yùn)行情況。例如：在管道內(nèi)安裝分布式傳感器，通過(guò)分析信號(hào)，判斷管道是否出現(xiàn)破壞。

3 天然氣輸配節(jié)流過(guò)程中能量損失的利用

天然氣管道輸送時(shí)，多采用高壓輸送模式，經(jīng)調(diào)壓站降壓后，用戶才能正常使用。調(diào)壓時(shí)，以節(jié)流降壓為主，會(huì)造成能量損失。利用余壓發(fā)電系統(tǒng)，回收這部分壓力并使用，可轉(zhuǎn)化為電能用于生產(chǎn)或生活[5]。

3.1 方案設(shè)計(jì)

在燃?xì)怆姀S內(nèi)，會(huì)配置天然氣調(diào)壓系統(tǒng)，對(duì)上游供應(yīng)站的天然氣進(jìn)行接收和計(jì)量，并開(kāi)展調(diào)溫、過(guò)濾、調(diào)壓等處理，滿足用戶使用燃?xì)獾钠焚|(zhì)要求。余壓發(fā)電系統(tǒng)，是在調(diào)壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用透平膨脹機(jī)代替節(jié)流調(diào)壓閥，配置輔助系統(tǒng)，對(duì)天然氣的壓力能進(jìn)行回收利用。工作流程見(jiàn)圖1。

3.2 系統(tǒng)設(shè)置

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置如下：1）入口單元有ESD閥，可在緊急狀態(tài)下切斷氣源，確保系統(tǒng)安全。2）流量計(jì)量單元中，采用超聲流量計(jì)、熱值探測(cè)儀，可測(cè)量天然氣的流量、熱值。3）分離過(guò)濾單元，能將天然氣中的液體、固體分離出來(lái)，確保進(jìn)入燃機(jī)的是清潔天然氣。4）前加熱器和后加熱器，通過(guò)加熱可提高天然氣的溫度，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。5）調(diào)壓?jiǎn)卧怯鄩喊l(fā)電系統(tǒng)的核心，由發(fā)電機(jī)、透平膨脹機(jī)、調(diào)壓閥、快開(kāi)閥等組成，既能利用余壓發(fā)電，又能保證供氣安全。6）前加熱器、后加熱器、調(diào)壓?jiǎn)卧M成的控制單元，在系統(tǒng)并網(wǎng)、發(fā)電、停機(jī)、加速時(shí)，可以保證供氣壓力的穩(wěn)定性。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

以某燃?xì)怆姀S為例，基準(zhǔn)工況下，天然氣的出口溫度是229.92K，膨脹機(jī)的輸出功率是3230.77Kw，按照兩班制機(jī)組運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間為3500h，余壓發(fā)電系統(tǒng)全年發(fā)電量達(dá)到1130.7萬(wàn)kWh，按照單價(jià)0.8元計(jì)算，全年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約904萬(wàn)元。其中，膨脹降壓后，天然氣的溫度能降低10-20K/MPa，低溫度出口的天然氣可冷卻機(jī)組循環(huán)水，進(jìn)一步提高機(jī)組的發(fā)電效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣作為城市燃?xì)馐褂?，具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、安全可靠、改善生活的優(yōu)勢(shì)。天然氣在輸配環(huán)節(jié)，提高管道運(yùn)輸效率、優(yōu)化輸配運(yùn)行管理、合理選擇設(shè)備、減少泄露問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。文章以余壓發(fā)電系統(tǒng)為例，介紹了天然氣輸配節(jié)流過(guò)程中能量損失的利用情況，結(jié)果顯示經(jīng)濟(jì)效益良好，具有推廣價(jià)值。

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