天然气输配节能技术综述

天然气输配节能技术综述【摘要】天然气管道输送已成为天然气工业的一个重要组成部分，输配中采取技术措施，能够收到很好的节能效果。

大型输气管道的能耗直接影响着输气成本的高低。

在天然气输送管道迅速发展的今天，对管道实行优化运行、减少管道阻力损失、减小天然气损耗、气压力能回收利用技术、管道完整性管理等措施对降低输气能耗、提高输气效率都是行之有效的。

本文对这些节能技术进行了介绍，并对其发展前景进行了分析。

【关键词】天然气输送；节能；优化运行；压力能回收利用1、从设计上选取最优的设计和通讯方案输气管道的优化设计主要包括管径、壁厚、管材、输气压力、压气站布置与压缩机组的配置、储气库位置、类别和容量以及各种情况下的调峰方案等内容。

天然气输配工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。

进行投资控制的关键在于决策和设计阶段，而在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。

据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上。

优化设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常性费用。

天然气长输管道通信系统在长输管道的建设、维护与管理中具有重要的作用。

任何一种通信方案的确立都需综合考虑当地的自然条件、设备技术性能、初期建设费用、长期维护管理等诸多因素。

天然气长输气管道通信的基本特点是：一是大部分管道途经山川、丘陵、河流、农田或是戈壁沙漠等复杂地形，且沿线气候多变，风、霜、雨、雪、交替显现，人为或是自然的突发事件较多。

二是每条管道一般均有一个调度控制中心，沿线还有必要的输气管理部门。

通信点一般设在沿线各站场。

每个站需与调度控制中心建立通信联络，并与有关的输气管理部门保持通信能力。

三是大部分rtu阀室为无人值守站，工作环境较恶劣。

使用简化供电系统，通信设备耗电量要小是一个重要的考虑因素。

四是在故障发生时，抢修速度一定要快，时效性非常强。

根据天然气长输管道的实际情况，综合考虑技术、经济、运行维护、故障抢修及今后发展等各种因素，应优先选择专用卫星通信为主、公网通信为辅的通信方案来作为天然气长输管道的主用通信方案[1]。

2、管道输送中采取节能技术2.1管道输送中采用最优输量[2]长距离输气管道的输量受输送压力、管径及壁厚、沿途所设压缩机站数等工艺参数的制约，当输送压力、管径确定后，可通过增设管道压缩机站的方法提高管道输量，而要增加的管输量越多，管道中间增设的压缩机站越多，工程项目的投资和营运成本越高。

当超过一定界限后，管输量的增量效益就会低于相应的投入增量，导致整个管道工程的经济效益下降。

因此，长距离输气管道存在一个使管道的经济效益最大的最优输量。

体现长距离输气管道工程经济效益的主要经济指标是财务内部收益率（irr），通过计算该值，可以找到最优输量，从而很好的利用管道和设备来进行天然气的输送。

2.2 采用高钢级管材[3]，选择合适的输气温度，提高输气压力通过高钢级管材的开发和应用可以减小壁厚，减轻钢管的自重，并缩短焊接时间，从而大大降低钢材耗量和管道建设成本。

此外，采用复合材料增强管道强度的技术也正在开发，即在高钢级钢管外部包敷一层玻璃钢和合成树脂。

采用这种管材，可以进一步提高管道的输送压力，降低建设成本，同时可增加管输量以及提高钢管抵抗各种破坏的能力和安全性。

天然气沿管道流动时，因要克服流体阻力，压力会逐渐降低。

压力降低会使气体密度下降，线速度也要变化。

此外，由于天然气与土壤的热交换，天然气的温度也会降低。

输气温度对系统能耗关系很大，除向土壤散热损耗外，压气机组的效率与输气温度密切相关。

输气管道向更高压的方向发展是一个趋势，也在一定程度上反映了一个国家输气管道的整体技术水平。

输气时气流与管壁的磨擦，造成压力损耗，靠沿线压气站连续升压实现长距离输气。

所以，摩擦损耗是能耗的基本构成。

从物理意义上讲，提高压力使管内天然气的密度加大，降低了管内天然气的实际速度以及压力降。

所以，作为主要线路损耗形式的磨损减少了。

另外，天然气的密度越大，压缩机的效率也越高，同样功率的压缩机所产生的压头也越高。

系统的最大工作压力，因受输气机组能力及管材机械性能所限，各国采用管道钢材都有一个发展过程。

总之，不断提高输气压力，是今后管道工业发展的方向。

2.3 采用内涂层和减阻剂减阻技术，提高输送能力天然气管道内壁敷设内涂层后，可以有效地改善和提高天然气在管道中的流动特性；可以减少管道沿线压缩机站的数量；可以降低输送的动力成本和泵输成本；在一定程度上可以提高管输量；可以延长清管周期；可以降低输送动力消耗和泵输成本。

因此，管道内涂层技术[4]具有良好的经济效益，在国外天然气管道已经普遍采用此技术，并且取得较好效益。

国内也应该尽快掌握和发展天然气管道的内涂层技术，这将有利于天然气管道事业的发展。

纵观现有减阻剂[5]的成分及化合物结构，现有减阻剂基本都是基于以下减阻机理，具有表面活性剂类似结构特点的聚合物，其极性端牢固地粘附在管道内表面上，而非极性长链顺流向悬浮在管壁附近气流中，或者将聚合物充分溶解在某种溶剂中，调节聚合物含量，使溶液具有一定的粘性和弹性，涂在壁面上形成弹性膜，将“气固”界面变为“气液”界面。

因液体表面的粗糙度比固体表面小得多，形成的涡流区也小得多，从而能够大大减小天然气和管道内壁之间的摩擦阻力，降低天然气输送过程中的压降和能量损耗，提高管道输气量。

2.4 根据具体情况，选择最合适的管道干燥方法[6]如果天然气管道中含有水，则液态的水就有可能与天然气中的少量酸性气体生成酸性物质，腐蚀管道内壁，影响管道系统使用寿命及其可靠性；同时，可能形成天然气水合物或造成冰堵，使管道堵塞，影响管道安全运行。

因此，为了避免这些问题的产生，在投产前必须对管道进行干燥，脱除管道中游离的水和大部分的水蒸气，使其露点处于-16～5℃。

天然气长输管道常用的干燥方法有干燥剂法、流动气体蒸发法（包括干空气干燥法、氮气干燥法、天然气干燥法）、真空法等。

以下两种干燥方法效果好，成本低，节能效果明显。

真空干燥法在20世纪80年代初开始应用。

该方法适合于海底、江底、河底等区域管道的干燥，特别适合于小口径、短距离、明水少的管道干燥，空气可以任意排放，无毒无味，不燃不爆，无安全隐患；对地层温度较高的管道有特殊的效果；既适用于陆地管道，也适用于海底管道；受管径、管道长度的影响相对较小；干燥成本低；易与管道建设和水压试验相衔接。

目前，在国内广泛使用的是干空气干燥法。

干空气干燥是采用经过除油、过滤和脱水的干燥纯净压缩空气吹扫管线，由于其低露点的特点使管道内壁附着的水分蒸发，并利用后继干空气将管道内的湿空气排出管外，达到干燥管道的目的。

3、减少天然气在输送过程中的损失避免超压放空，应建立上、下游协调制度及生产通报制度，防止输气管网局部超压。

当供气量大于用气量，造成输气管网压力过高时，需要天然气调度人员必须全面了解和掌握天然气管网的运行动态，平衡各站点用气压力和流量，加强气量调配灵活度，及时地将富余的天然气调往其他用户，使生产运行更加安全、经济、平衡，并应积极发展用户，增加用气量。

针对低压放空采取的措施一是选用经济、可靠、方便的增压设备，把低压气增压后输进管网系统。

二是建立低压输配气管网，将低压天然气在不进高压输气管网的情况下，直接供给用户。

对于自用气损耗，此现象发生在供气单位内部，如增压站的压缩机和自用水套炉用气。

采取措施是：提高压缩机有效利用率，在满足设备安全运行的条件下，使设备尽可能满负荷运行，此举也可延长压缩机的有效寿命。

对其他用气应选用热效率高的加热炉及节能型燃烧器。

对管线泄漏情况应采取措施，认真抓好管理工作，防止跑、冒、滴、漏。

认真巡线，及时发现泄漏点并上报处理；做好阴极防腐工作，延长管道的使用寿命，减少管道腐蚀泄漏的发生；做好各阀门的维修保养工作，杜绝排污阀和放空阀的管道内泄漏[7]。

4、气压力能回收利用技术目前国内外回收利用天然气管网压力能的方式主要有发电和制冷两大类[8]。

利用压力能发电，产生的电能可进入城市电网，或用于发电站自身生活、生产使用，或用于分布式制氢；在制冷方面，目前主要是将膨胀后低温天然气的冷量，用于燃气调峰、冷库、冷水空调、橡胶深冷粉碎以及轻烃回收等。

将高压管网天然气压力能回收并用于发电主要是以膨胀机代替传统的调压阀来回收高压天然气降压过程中的压力能，并将其用于发电，具体说有3种方式：（1）利用天然气膨胀机输出功驱动同轴发电机发电。

这类工艺一般在天然气膨胀前先将其预热，以保证天然气膨胀后的温度在0℃以上，从而可防止天然气中的水汽凝结。

（2）利用天然气膨胀所做功，将膨胀后的低温天然气冷量用于燃气轮机进气冷却。

该方式可增加进入压气机和燃气透平的空气质量，从而在压比不变的情况下减少所需的压缩功，省去了发电厂传统的燃气轮机机组冷却设备。

（3）上述两种方式结合，在利用膨胀机做功的同时也利用膨胀后天然气的冷量。

高压管网天然气压力能制冷用于燃气调峰、轻烃回收以及天然气脱水。

城市燃气用量随时段、昼夜、季节等波动非常大，因此，投资建设天然气调峰设施显得非常必要。

高压管网天然气压力能制冷用于橡胶深冷粉碎工业上深冷粉碎橡胶一般需要将原料胶冷却至-70℃以下，以增强粉碎效果。

5、对管道进行完整性管理[9]现代化的管道控制室，都配备了计算机系统来监视管道的流量、压力和温度数据，系统每天都在获取大量的监测数据，这就涉及到管道完整性管理计划（imp）中的数据管理的问题。

当投入的管道完整性维护费用越少，管道安全的收益越大，但管道安全的风险也就越大；投入越多，虽然管道运行风险降低，但管道的收益也就会大大减小。

管道完整性维护的效益不仅与完整性维护的费用和收益紧密相连，且与管道的风险也息息相关。

对管道进行完整性维护的目的是降低风险成本，使管道的运行效益最好，此目的达到的程度就是管道运行的效用。

因此盲目地减少或增加管道完整性维护费用以获取高的收益或确保管道安全是不科学、不可行的，管道经营者需要对管道的完整性维护决策进行优化，以降低管道运行风险，最好地分配维护资金，从而获得最大的效益。

6、总结我国天然气资源总量列世界第五位、亚洲第一位。

天然气与煤炭、石油相比，具有清洁、无污染的优点，在油价持续高涨的情况下，天然气的优势得以显现。

在我国一次能源消费结构中，目前天然气只占有5.3%（2010年数据）的份额，而全球天然气在一次能源中的平均比重达到近1/4。

随着我国天然气探明储量及产量的稳步增长，天然气在我国一次能源中的比重将稳步提升。

因此，天然气输配节能技术将有很大的发展前景。

目前，一些天然气输配工程已经在使用以上的这些技术，但由于我国的天然气输配节能技术发展较晚，在对管道进行完整性管理技术等方面还不是很成熟，这就要求我们在该方面继续努力，使天然气输配节能技术充分发挥它在节约能源，提高经济效益方面的重大作用。