天然气长输管道设计节能分析

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摘要：从管道输送设计入手，通过工艺方案和设备的选择来降低管道输送能耗，指出用管道内涂层来降低摩阻能耗，选择高压输送来确定输送工艺，在条件允许的情况下选择合适的压气站压缩机驱动方案，根据输气量的变化，合理选择压气站的数量，通过不断优化输气工艺，优选设备的方式，降低天然气输送过程中产生的能耗。

关键词：天然气；长输管道设计；节能

天然气管道输送能耗可分为直接能耗和间接能耗。燃料消耗、燃气在输送过程中与管道设备摩阻产生的能量消耗，压缩机组在运行的过程中消耗的燃料统称为直接能耗。这种能耗能通过一定的方法来降低，比如优化燃气输送工艺、降低摩阻、降低压降损失等方法，但不能完全消除。天然气被无效地释放，管线或者设备密闭不严导致天然气泄漏统称为间接能耗。如果管线、设备能做到完全密封，那么间接能耗是可以完全消除的，但在实际生产中很难做到管线、设备完全密封的状态。就如何降低直接能耗、减少间接能耗，本文从长输管道的设计角度来分析。

1降低长输管道直接能耗

1.1确定输送工艺方案

纵观长输管道的发展历程，高压、长距离、输量大是当今天然气输送管道技术的发展方向。通过高压输送天然气，可以提高密度、降低流速、从而降低摩阻，提高输送效率。同时，天然气密度增加，可以增加天然气的可压缩性，进而降低了压缩能耗，压缩效率提高，这样，压气站就不需要很高的配置来提供大的能耗，只需要低配置的压气站来完成作业，节约了配置所需要的能耗。当然，最终的输送方案，包括管道设计压力和管径，需要由项目投资、运行成本和综合能耗来确定。通过对在不同的设计压力下，对不同管径的输气工艺进行对比得出，在管进不变的情况下，天然气输送压力越低，综合能耗越高；在压力不变的情况下，管径越小，综合能耗越高。综上所述，在长输管道的设计中，高压力和大管径可以有效降低能耗。但是在实际生产中，管径不能无限放大，压力也不能无限增高，这就需要综合考虑项目的综合成本和综合风险承担能力和控制能力。有研究表明，当天然气输送管道管径越大，则当管道发生爆炸事故后，爆炸破坏力影响的范围就越大，影响范围大小在数值上跟管径大小成正比关系，与输送压力数值平方根成正比关系。可以看出，管径大小对输气管道爆炸危害范围的影响要明显大于输送压力对爆炸危害范围的影响，所以，管径越大，所产生的爆炸安全隐患就越大。我们在确定输送方案的同时，既要考虑输送效率和降低能耗，也要考虑输送管道的安全性能和输送过程中产生的风险。

1.2降低摩阻

天然气在输送管道内沿途产生的摩阻是产生能耗的重要组成部分。众所周知，天然气在管道内流动的流态对流体产生摩阻的大小有很重要的关系，但是还有一个很重的影响因素就是输送管道内壁的粗糙度。如果管道内壁足够光滑，则能有效减少摩阻消耗，从而减少压缩机输送功率和压气站数量。在日常生产中，管壁内涂层可以有效降低管壁粗糙度，从而降低摩阻，降低输送能耗。然而管道内涂层必然要产生费用，所以，在保证设计要求的前提下，可以综合考虑采用内涂层减少摩阻后，在其他设备或者性能的节省费用与涂层产生的费用进行对比分析，如果节省的费用比涂层产生的费用要低，则没必要使用涂层技术；如果节省的费用被涂层产生的费用要高，则可以考虑用涂层技术或者考虑选择何种涂层技术。有研究表明，采用管道内涂层技术，可以有效提高输送能力，提高输送效率。伴随着压气站数量的增加和输送管道长度的增加，有内涂层的输送管道在节能和提效方面就有更明显的优势。在国外，采用内涂层的输气管道在输送天然气过程中，可以增加5%~20%的输气量，同时，由于摩阻的减少，能有效减轻管道磨损程度，减少清理管道的次数，有效延长管道的使用年限。

1.3优选离心式压缩机的驱动方式

离心式压缩机能提供大的计算功率，能满足大的输气量的要求。所以，在天然气长距离管道输送工程中，一般都选用离心式压缩机。离心式压缩机的驱动是由原动机提供的，原动机一般有三种形式，即电动机、燃气机和汽轮机。汽轮机要正常工作，需要给其提供稳定的气源，但是，在实际工程项目中，长距离天然气管道一般都埋设在偏远地带，这里人烟稀少，资源匮乏，很难提供持续供气需要的供气系统。所以，在长距离输送管道工程项目中，很少采用汽轮机作为离心式压缩机的驱动方式。电驱动和燃气驱动相比，具有运行简单、节省气耗的特点，但是，电动机驱动也需要稳定可靠的电网提供电能，而且还要考虑电能消耗和供水条件。天然气是直接从地层开采出来的自然能源，为一次能源，而电为消耗自然资源或者其他资源而产生的二次能源，从国家的能源政策来讲，应该尽量使用一次能源，减少能源转化次数。但是有研究表明，从节能的角度来看，电驱动比燃气驱动更能节约能源。所以，对驱动方式方案的确定，要综合对压气站的地理位置、当地电网条件、结合电价和气加来综合考虑。

1.4优化压气站运行

输气管道消耗的能耗是有压缩机组所提供的，所以，合理优化输气管道运行模式可以有效降低输送成本。在我国，天然气输送管道越来越多，网格越来越复杂，出现了很多地区的同一地点有双条或者多条输送管道并行或者联网的局面。为了确保压缩机一直工作在高效率区，可以通过合理分配压气站和启动的压缩机台数来控制。对并列敷设的双输气管道在不同输气量压气站优化运行调研中发现，输气量越低，管道联合运行启动的压气站就越少，压缩机运行台数越少、产生的气耗也越少。因此，输气量越低，双管并联运行比两条管道独立运行更能节约能耗，效果明显。

1.5燃驱压气站设置余热利用系统

在燃驱压气站的运行过程中，产生的高温烟气通过余热换热系统回收高温烟气中的热能。可以在余热热水锅炉与燃气机轮排烟管道之间设置风管，利用引风机把高温烟气送至余热热水锅炉进行热量交换，余热锅炉产生的热水可以用作生活用水。在燃料气调压的过程中，为了防止燃料气压降产生冰堵，往往需要提前将燃料气加热至55~60度，这个加热过程可以由余热换热装置来完成，同时，减少了燃料气撬对燃料气加热产生的能耗。

2减少间接能耗

在天然气输送管道清管过程中，可以采用密闭的清管流程，减少天然气放空。同时，还可以设置合理的清管长度，来减少天然气放空量。可以在气站设置旁通管线直接把天然气输送到下一个站场中，这样做的目的是为了防止站场进行检修或者事故时，避免天然气过多放空。使用成熟的技术手段来检测管道泄漏，有灵敏可靠的报警系统和连锁保护措施输送管道上所有的连接部位均采用焊接方式，保障焊接质量，避免天然气从连接处发生泄漏。

3结束语

通过对天然气长输管道设计节能的研究，提高管道输送效率，降低能耗，提高长输管线输气经济效益，为天然气生产企业创造利润和价值。

参考文献

[1]李海建.天然气长输管道设计中的节能分析[J].化学工程与装备，2017（10）：114-115.

作者：高维友 时丽谧 单位：山东中石大工程设计有限公司