天然气管道技术现状及发展趋势

1、天然气管道技术现状及开展趋势天然气市场快速开展,根底设施建设速度加快,但产业 链开展不协调,逐步显现由需求增加和设施缺乏的矛盾,以 及市场开发与配套水平落后的矛盾日益突生,特别是区域管 网和储气库建设严重滞后.天然气管道与其他运输石油天然 气的方式相比,通过管道输送具有独特优势,世界石油天然 气管道建设获得了长足开展,但今后建设难度将越来越大, 为此需要不断研发新技术.1、世界天然气管道技术现状(1)长运距、大管径和高压力管道是当今世界天然气管道 开展主流自20世纪70年代以来,世界上新开发的大型气田多远 离消费中央.同时,国际天然气贸易量的增加,促使全球输 气管道的建设向长运距、 大管径和高

2、压力方向开展.1990年, 前苏联的天然气管道的平均运距到达2698km o从20世纪至今,世界大型输气管道的直径大都在1000mm以上.至U 1993年,俄罗斯直径 1000mm以上的管 道约占63%,其中最大直径为1420mm的管道占34.7%.西 欧国家管道最大直径为 1219mm,如著名的阿-意管道等.干线输气管道的压力等级 20世纪70年代为68MPa;80 年代为810MPa;90年代为1012MPa.2000年建成的 Alliance管道压力为12MPa、管径为914mm、长度为3000km,采用富气输送工艺,是一条公认 的代表当代水平的输气管道.(2)输气系统网络化随着天然气产

3、量和贸易量的增长以及消费市场的扩大, 目前全世界形成了洲际的、多国的、全国性的和许多地区性 的大型供气系统.这些系统通常由假设干条输气干线、多个集 气管网、配气管网和地下储气库构成,可将多个气田和成千 上万的用户连接起来.这样的大型供气系统具有多气源、多 通道供气的特点,保证供气的可靠性和灵活性.前苏联的统 一供气系统是世界最庞大的输气系统,连接了数百个气田、 数十座地下储气库及约 1500个城市,管道总长度超过 20 X 104kmo目前欧洲的输气管网已从北海延伸到地中海,从东 欧边境的中转站延伸到大西洋,阿-意输气管道的建成实际上已将欧洲的管网和北非连接起来.阿尔及利亚一西班牙的输 气管道

4、最终将延伸到葡萄牙、法国和德国,并与欧洲输气管 网连成一体.(3)建设地下储气库是平安稳定供气的主要手段无论是天然气由口国家,还是主要依赖进口天然气的一 些西欧国家,对建造地下储气库都十分重视,将地下储气库 作为调峰、平衡天然气供需、保证平安稳定供气的必要手段. 截止到1998年,全世界建成储气库 605座,总库容575.5亿立方米、工作气量 307.7立方米.工作气量相当于世界天然 气消费量的11%,相当于民用及商业领域消费量的44%.2001年美国的储气库总工作气量约120立方米,预计到 2021年储气水平将到达170立方米.2、国外天然气管道在计量技术、泄漏检测和储存技术 等方面取得了一

5、些新进展(1)天然气的热值计量技术20世纪80年代以后,热值计量技术的应用在西欧和北 美日益普遍,已成为当今天然气计量技术的开展方向.天然 气热值计量比体积和质量计量更为科学和公平,由于天然气 成分比拟稳定,按热值计价可以表达优质优价.天然气热值 的测定方法有两种：直接测定法和间接计算法.近几年,天 然气热值的直接测量技术开展较快,特别是在自动化、连续 性、精确度等方面有了很大提升.(2)天然气管道泄漏检测技术一红外辐射探测器目前,美国天然气研究所(GRI)IE在进行以激光为根底的 遥感检漏技术研究,该方法是利用红外光谱(旧/收甲烷的特 性来探测天然气的泄漏.该遥感系统由红外光谱接收器和车 载

6、式检测器组成,能在远距离对气体泄漏的热柱进行大面积 快速扫描.现场试验说明,检漏效率比旧方法提升 50%以上, 且费用大幅度下降.(3)天然气管道减阻剂(DRA)的研究应用美 国 Chevron 石 油 技 术 公 司 (ChevronPetroleumTechnologyCo)在墨西哥湾一条长 8km、.152mm的输气管道上进行了天然气减阻剂(DRA)的现场试验.结果说明,可提升输量10%15%,最高压力下降达20%.这种减阻剂的主要化学成分是聚酰胺基,通过注入 系统,定期地按一定浓度将减阻剂注入到天然气管道中,减 阻剂可在管道的内外表形成一种光滑的保护膜；这层薄膜能够显著降低输送摩阻,同

7、时还有一定的防腐作用.(4)天然气储存技术从商业利益考虑,国外管道公司非常重视使大型储气库 垫底气最少化的技术研究.目前,正在研究应用一种低挥发 性且廉价的气体作为“工作气体来充当储气库的垫底气.(5)管道运行仿真技术管道在线仿真系统的应用可有效地提升管道运行的安全性和经济性.管道计算机应用表现在3个方面：管道测绘及地理信息系统、管道操作优化治理模型和天然气运销集成 限制系统.仿真技术在长输管道上的应用不仅优化了管道的 设计、运行治理,而且为管输企业带来巨大的经济效益.目 前,国外长输管道仿真系统主要分为3种类型：一是用于油气管道的优化设计、方案优选；二是用于运行操作人员的培训 三是管道的在线

8、运营治理.如美国最大的天然气管道公司之 一的Williams管道公司,采用计算机仿真培训系统在不影响 正常工作的情况下即可完成对一线工人的上岗培训,大大缩 短了培训时间,节约大量费用,比传统的培训方式提升效率 约 50%.(6)GIS技术在管道中的应用随着管道工业自动化的开展,GIS鲍理信息系统)在长输管道中得到了日益广泛的应用.它融合了管道原有的SCADA系统自动限制功能,美国、挪威、丹麦等国家的管道普遍使 用GIS技术.目前,该技术已实现地理信息、数据采集、传 输、储存和作图统一作业,可为管道的勘测、设计、施工、 投产运行、治理监测、防腐等各阶段提供资料.3、技术开展趋势(1)高压力输气与

9、高强度、超高强度管材的组合是新建管 道开展的最主要趋势高压气管道是指运行压力在1015MPa之间的陆上天然气管道.根据专家研究成果,年输量在10亿立方米以上时,采用高压输气可节省运输本钱.当运输距离为5000km、年输量在1530亿立方米之间时,采用高压输气比传统运 输方式可节约运输本钱 20%35%.采用高压输气可减小管 径,通过高钢级管材的开发和应用可减小钢管壁厚,进而减 轻钢管的重量,并减少焊接时间,从而降低建设本钱.例如 采用管材X100比采用X65和X70节约费用约30%,节约管 道建设本钱10%12%.目前X100管道钢管已由日本 NKK、新日铁、住友金属、 欧洲钢管等公司开发由来

10、.另外,复合材料增强管道钢管正 在开发,即在高钢级管材外部包敷一层玻璃钢和合成树脂.采用这种管材,可进一步提升输送压力,降低建设本钱,同 时可增加管输量,增加管道反抗各种破坏的水平和平安性.当管材钢级超过 X120及X125时,单纯依靠提升钢级来减少 本钱已十分困难,必须采用复合材料增强管道钢管.X100及以上管道钢管目前还未得到商业应用的主要原因是对材料 性能、安装技术和现场试验还需进一步验证和更好的了解.(2)高压富气输送技术及断裂限制高压富气输送是指在输送过程中采用高压使输送气体始终保持在临界点上,保证重组分不呈液态析由.采用高压 富气输送能取得很大的经济效益,但富气输送时天然气的热 值

11、较高,要求管材不但能预防裂纹的启裂,而且还要具有更 高的预防延性裂纹扩展的止裂韧性.以 Alliance管道为代表 的高压富气输送是天然气输送技术的重大创新,具断裂限制 是该管道的关键技术之一.深入了解高钢级管道钢管的断裂限制是未来以低本钱 建设管道的前提.由 ECSC CSM、SNAM和European联合进 行的工程,就是研究大口径X100管道在15MPa的高压下的断裂行为.(3)多相混输技术20世纪70年代,各兴旺国家相继投入了大量资金和人 力,进行多相流领域的应用根底与应用技术研究,取得了不 少成果.目前,这些成果已在上百条长距离混输管道上得到 了应用.近年来,英国、美国、法国及挪威等

12、国相继建成了不同 规模的试验环道,采用多种先进测量仪表和计算机数据采集 系统,在大量高质量的试验数据根底上进行多相流研究.已 有的多相流商业软件中,著名的OLGA软件可以进行多相流稳态和瞬态流动模拟.(4)天然气水合物(NGH)储运技术据专家保守估计,世界上天然气水合物所含天然气的总 资源量约为0.018亿亿立方米0.021亿亿立方米,能源总量 相当于全世界目前煤炭、石油和天然气能源总储量的两 倍,被认为是21世纪最理想、最具商业开发前景的新能源. 天然气水合物潜在的战略意义和经济效益,已为世界许多国 家所重视.目前,世界范围内正在兴起从海底开发天然气水 合物新能源的热潮.虽然目前世界上还没有

13、高效开发天然气 水合物的技术,但许多国家已制定了勘探和开发天然气水合 物的国家方案.美国1998年将天然气水合物作为国家开展的战略能源列入长远方案,准备在2021年试开采.日本、加拿大、印度等国都相继制定了天然气水合物的研究方案.根据目前国外对天然气水合物技术的研究,可以得由几点共识：一是天然气水合物在常压、-15-5C的下储存在隔热容器中可长时间保持稳定；二是对于处理海上油田或陆上遥远油田的伴生气,该技术的可行性优于液化天然气、甲醇 和合成油技术.该技术平安且对环境无污染；三是天然气水合 物技术的本钱比液化天然气的生产本钱约低四分之一；四是采用天然气水合物技术可以对天然气进行长距离运输.4、

14、国内天然气管道技术现状西气东输代表了目前我国天然气管道工程的最高水平.西气东输管道设计输量为 120X 108m3/a;管道全长3898.5km; 管径1016mm;设计压力10MPa;管道钢级L485(X70);全线共设 工艺站场35座,线路阀室137座,压气站10座.目前我国 天然气管道的技术水平分析如下：(1)采用的设计和建设标准与国际接轨.(2)采用卫星遥感技术、GPS系统,优化管道线路走向.(3)采用国际上通用的 TGNET SPS AutoCAD等软件,进 行工艺计算、特殊工况模拟分析和设计由图.(4)管材采用高强度、高韧性管道钢,主要有 X52、X60、 X65和X70,国内有生

15、产大口径螺旋缝埋弧焊钢管和直缝钢 管的水平.(5)治理自动化、通信多种方式并用.运营治理采用 SCADA系统进行数据采集、在线检测、监控,进行生产治理 和电子商务贸易；通信采用微波、卫星和租用地方邮网方式,新建管道将与国际接轨,向光缆通信开展.(6)管道防腐.管道外防腐层主要采用煤焦油瓷漆、单层 环氧粉末、双层环氧粉末、聚乙烯防腐层(二层PE沐口环氧粉末聚乙烯复合结构(三层PE管道内涂层主要采用液体环氧 涂料.(7)天然气计量.我国早期建设的管道天然气计量大都采 用孔板计量；而近年新建的几条输气管道采用超声波流量计.(8)主要工艺设备.目前国内输气管道输气站主要工艺阀 门大都采用气动球阀,今后新建管道将以采用气-液联动球阀 为主.国内在役输气管道采用的增压机组有离心式和往复式 压缩机,驱动方式有燃驱和电驱；将来我国的长距离输气管道 主流机型采用离心式,在有电源保证的条件下采用变频电机 驱动为开展方向.(9)管道施工.目前我国的管道建设引进了国际上通行的 HSE治理技术,采用了第三方监理的机制；管道专业化施工企 业整体水平到达国