值得借鉴的加拿大_美国联合输气管道

1、值得借鉴的加拿大 美国联合输气管道周淑慧中国石油规划设计总院北京市100029【摘要】联合管道是横跨美国和加拿大的长距离高压输气管道 ,本文从管道的建设历程 、低操作本钱及低输气费 、压缩机附加功率的配置 、先进的自控系统 、配套设施建设等方面介绍了联合管 道的特点 。指出在我国天然气工业的开展初期 ,天然气管道建设应做好相关的技术研发和储藏工 作 ,充分考虑市场的落实程度及资源的可靠性 ,把握好管线建设进度 。关键词 : 联合管道高压富气输送启示 中图分类号 : T E83212The All iance Pipel ine A Usef ul Long Distance GAS Trans

2、mission f or Ref erenceZho ShuhuiChina Petoleum Plan and Design lnstit ute , Beijing100029Abstract : Alliance Pipeline extends f ro m Nort h area of Canada to t he Midwest of t he U nited States. So me typical fea2 t ures o n t he pipeline ,such as co nst ructio n history ,low operating cost and low

3、 t ransportatio n cost ,placement of horsepower o n t he pipeline ,advanced gas co nt rol system ,AU X plant are enumerated in t his paper . As co nclusio ns ,adequate technologi2 cal develop ment and p reparatio n should be f ully made before our nat ural gas pipelines co nst ructio n ,mar ket dema

4、nd and re2 serve reliability also should be f ully co nsidered ,rate of p rogress must be p rudential .Key Words : Alliance Pipeline , High Pressure , Rich Gas Transimissio n , Inspiratio n.在美国伊利诺依斯州的芝加哥 ,主干线全长 2988km ,管线允许最高操作压力 12MPa ,压气站间距为 193km ,干 线截止阀那么是 32km 设置一个 。全线采用 API 5L X70钢管 ,初期设计输气能力

5、3750 104 m3/ d (将来可增加到 5165 104 m3/ d) ,相当于年输气量 136 108 m3/ a ,输 送天然气的热值可达 4412MJ / m3 。联合管道在加拿大 和美国境内的情况分别介绍如下 。211 加拿大境内主干线上直径 1067mm 的管段 339 km ,这局部管 段分 布 着 36 个 进 气 口 , 进 气 压 力 小 于 12M Pa , 直 径914 mm 的管段 1220 km ; 集气支线总长度 698 km , 长 度从 013 km 至 142 km 、管 径 从 114 mm 至 610 mm 不 等 ; 主干线上有 7 座压气站 ,每

6、座站功率从 23M W 至29M W ,站间距为 193 km ; 集气管线 、主干管线及辅助 配套设施建设投资约 16 亿美元 。212 美国境内主干线直径 914 mm 的管段 1429 km ; 主干线上有7 座压气站 ,每座站功率为 23M W ,站间距为 193 km ;前言联合管道 (Alliance Pipeline) 是国际上新近建成投 产的一条长距离 、跨国 、高压富气输送管道 ,建设这条 管道的资源根底是油公司和联合管道公司签订的 15 年供气合同和这些油公司在西加拿大盆地做勘探开发 活动的良好信誉 。管道将位于加拿大西北角不列颠哥 伦比亚省和阿尔伯特省地区气田的天然气输往

7、美国伊 利诺依斯州的芝加哥地区 ,该地是美国重要的天然气 贸易枢纽 ,从这再与美国东部的天然气管网联接 。联 合管道从发起到建成投产前后历时 5 年 , 长 3000 km 的管道从开工建设到投产仅一年半的时间 。据文献2介绍 ,当输气量为 136 108 m3 / a 时 ,管输费仅仅 相当于人民币 0129 元/ m3 , 经济指标相当好 , 这对我 国正处于起步阶段的天然气管道建设 ,尤其是中俄跨 国输气管道的建设具有较大的借鉴意义 。1管线概况2联合管道起点在加拿大西北角的阿尔伯特省 ,终点管道技术与设备2001 年2主干线 、分输管线及配套设施建设投资约 15 亿美元 。这条跨国管道

8、设立了两个实体负责运营和管理 。 在加 拿 大 阿 尔 伯 特 注 册 的 Alliance Pipeline Limited Part nership 公 司 拥 有 和 负 责 运 营 管 理 加 拿 大 境 内1559 km 管段及相应配套设施 , 在美国特拉华州注册的 Alliance Pipeline L 1 P1 公司拥有和负责运营管理美 国境内 1429 km 管段及相应配套设施 。目前联合管 道共有 5 个法人股东 : 芝加哥能源公司 ( Fo rt Chicago Energy Part ners L P) 持 股 2610 % , 西 海 岸 能 源 公 司( Westco

9、ast Energy Inc1) 持股 2316 % , 安 伯 立 奇 公 司 ( Enbridge Inc1 ) 持 股 2114 % , 威 廉 姆 斯 公 司 ( The Williams Co mpanies , Inc1 ) 持 股 1416 % , 海 岸 公 司( Coastal Co rpo ratio n) 持股 1414 % ,这些股东都是加拿 大和美国的油气管道公司 。2000 年 9 月底 ,两国境内管输费标准分别获加拿大国家能源局和美国联邦能源管理委员会批准 ,2000年 10 月份开始生效 。2000 年 12 月 1 日 ,进行全线试运行 ,到 12 月 21日

10、全面完成了包括所有支线在内的计量系统 、压气站 、 数据监控和采集系统 ( SCADA 系统) 等各个方面的测试工作 。试运行结果说明 ,联合管道完全可以在设计压力和输量下运行 ,这标志着管道从建设阶段转向商 业运行阶段 。4联合管道的特点411 管线施工进度快1999 年 5 月 15 日正式开工 ,2000 年 8 月 26 日完 工 ,长 3000 km 的 管 线 建 设 期 仅 16 个 月 。探 究 其 原 因 ,一是前期准备工作充分 ,在开工时已经把 60 万吨管材沿线摆好 。二是分多段同时施工 ,第一个施工季 节 ,有 9 个工程公司 ,6200 多人上线路 ,把全线分成 9

11、段同时施 工 ; 第 二 个 施 工 季 节 , 1999 年 冬 至 2000 年 春 ,利用结冰季节集中抢建在沼泽地 、水泡子中的 700 多公里干线和支线 ;第三个施工季节 ,即 2000 年夏季 ,只剩下 18 %的干线和各增压站的收尾 , 这就保 证 了2000 年 8 月按期完工 。412 操作费 、输气费用低据文献2介绍 ,联合管道每年操作费仅 7500 万 美元 ,全线操作人员只有 220 人左右 。在按合同规定的输气量 3756 104 m3 / d 运行时 , 每 1000 立方英尺 (281328 m3 ) 的输气费为 110 美元 ( 含 01069 美元的燃 料费)

12、,折合每 m3 的输气费为 3153 美分 ,相当于人民 币 0129 元/ m3 。由于合同规定每立方英尺的热值是1000B TU (英热单位) , 所以按热值计算 , 每 MMB TU(百万英热单位) 的输气费也是 110 美元 。413 管道设计的先进性 高压力 、高热值富气输送联合管道是一个具有革新的新工程 ,采用了最新 的管道技术 ,使用高压和输送富气结合的方法 ,既满足 了市场对输气能力明显增长的要求 ,同时解决了产气区产出的大量轻烃的运输和销售问题 。 更高的输气压力对管线效率的好处是工作压力提高后 ,气体密度加大 ,这就降低了管线中气体的流速和 压降 ;较高的压力也能提高压缩机

13、的效率 ,因为在给定 的功率下 , 液体密度越大 , 压缩机产生压头的效率越高 。把重质组分留在气流内对管线效率的好处是提高 密度及气流的过压缩性 ,省去气体工厂深切割别离系联合管道的建设历程3联合管道从发起到建成投产前后历时 5 年 ,了解这 5 年间的重要阶段对于我国输气管道建设尤其是中 俄跨国油气输送管道建设将有一定的借鉴作用 。1995 年 8 月 ,22 家生产及销售公司协议出资 ,研究建设一条从加拿大西北角的阿尔伯特天然气资源地 至美国中西部地区天然气市场输气管道的可能性 。他 们得出的结论是 : 一条直通线路 、高压富气输送管线 是扩大输气能力最经济有效的方案 ; 在西加拿大沉积

14、 盆地有足够的储量支持这条管线 ; 美国中西部能够吸收增加的加拿大天然气而不产生不利的市场影响 。研 究结果确立了联合管道公司的根底 。1996 年 9 月 ,公布方案 ,听候社会意见 。1996 年 12 月 ,分别向美国联邦能源管理委员会 和加拿大国家能源局提出申请 ; 1997 年 12 月美国方面得到批准 ,1998 年 7 月加方获得批准 。1998 年 4 月开始订购管材和压缩机 。1998 年 5 月 ,各股东开始融资 。1998 年 9 月和 12 月 ,双方收齐全部批件和手续 。1999 年 3 月 ,商业活动结束 。1999 年 5 月 ,管线开工建设 , 投资 4 亿美元

15、的配 套设施 奥萨伯轻烃提取分馏厂 ( Aux Sable Facili2 ties) 也同期开工 。2000 年 3 月 ,对已建成管段进行扫线 、清管 ,对计 量 、通讯 、压缩机和监控系统进行调试 ,整个管线的气体充装量最终将到达 216 108 m3 左右 。2000 年 8 月下旬 , 主干线建设完工 , 奥萨伯轻烃 提取分馏厂也于同期完工 。第 5 期综述3统的投资及将轻烃输向最终用户的昂贵费用 。表 1 为联合管线气体组成及脱除轻烃后的一种典型的输气管 线气体的组成 。表 2 说明当乙烷和丙烷含量增加时 , 气体的压缩系数减小 ,使得气体更容易被压缩 。表 1 摩尔百分比( %)

16、这种措施的原因是对一台机组增加功率比增设第二台机组要 经 济 得 多 。如 果 一 座 站 停 运 , 气 体 将 被 输 送390 km 而到达下一站的进口 ,大约压力为 612M Pa (相 当于传统的操作压力) ,以后的几座压气站利用其附加 功率再将气体加压 ,在 3 至 4 个站之内 ,压力可以完全恢复 。 对每座站设置附加功率而不是设在一个站上的另外一个优越性是 :在各压气站都正常工作时 ,这些附加 的功率可以输送附加的气量 。考虑历年来输气量供不 应求 ,预计这个附加的输气能力将被充分利用 。415 建设了与管线配套的轻烃回收处理厂在联合管道终点芝加哥附近投资 4 亿美元建设了 包

17、括提取 、分馏和输送设施在内的奥萨伯轻烃回收厂 , 从联合管道中来的天然气首先进入轻烃回收装置 ,从 中提取或分馏出乙烷 、丙烷 、丁烷 、戊烷等 。每天可处理管道来的天然气 4530 104 m3 / d , 可回收轻烃 7 104 barrel ( 1barrel = 011415 m3 ) 。目前 ,阿尔伯特地区 的 N GL 市场供大于求 , 多余的被销往加拿大东部和 美国中西部地区 ,过剩的乙烷通常被留在天然气中当 作普通气销售而没有增加效益 。奥萨伯轻烃回收厂为这些过剩的乙烷提供新的市场 ,增加收益 。2000 年第 一季度 ,威廉姆斯能源销售和贸易公司与奥萨伯轻烃 回收厂签订了长

18、期购销乙烷的合同 ,该公司将购置全 部乙烷产品作为化工原料 。分馏出的丙烷 、丁烷和戊 烷将在芝加哥附近的炼油厂消化 ,或者通过已有的管线输往美国和加拿大的其它地区市场 。另外 ,奥萨伯 轻烃回收厂还建有储存设施 ,在冬季需求量少时将分 离出来的轻烃储存起来 。416 先进的数据采集和控制系统联合管道采用了先进完善的电子计算机技术监控 整个管道系统 ,确保系统一年 365 天每时每刻都能安全可靠运行 。控制中心设在首站卡尔加里 ,这里是联合管道的神经中枢 , 远距离监控沿线任一点的情况 。 例如 ,运用“监控和数据采集 ( SCADA) 系统, 每隔几 秒钟通过卫星传输压力 、温度 、流速 、

19、流量等信息 ,实时了解整个管道系统的运行情况 ; 操作员通过 SCADA 系统发出开关阀门 、启动停止或加速减速压缩机等指 示 ,从而控制管道中的充气量 ,确保按照用户需求平安 可靠的定量输送和接收天然气 。运用“实时模块 ( Real Time Mo del) 模拟管线的水力工况 、检测泄漏 、跟踪天然气的组成及漏点 、连续计算管线充气量等 ,进一步确 保管道平安运行 ,完善后还可以预测未来几个小时内 管线运行工况 ,以便提前作出反响 。天然气组分N2CO2CH4C2 H6C3 H8C4C5联合管线典型管线0150012701500155891879514061501197119001510

20、160012501130105表 2天然气乙烷和丙烷含量对压缩系数的影响压缩系数/ 压力 ( k Pa)CH4( %)C3 H6( %)C3 H8( %)其它( %)12000993082756895951489187851011976151115015111911821121173117018301780173018501800176018701820179018901850182图 1 乙烷含量与所需功率的关系高压操作与高热值气体组分的结合所得到的效益 表现在减少需求压缩功率 ,增加总的能源输送量 。图 1 表示模拟 914mm 管线在三个不同压力下的工作情况 , 每一条曲线都按最大输量模

21、拟 ,带三个压气站 ,每座功 率约 2215MW。可以看到 ,随着压力增加 ,其输送量也 增加 ;随着乙烷含量增加 ,其所需功率减少 ,这个节省的 功率又可用来提高工作压力 。高压富气输送还可以缓 解停运造成的影响 。在停运时 ,常常是大量输送流体变 得失去控制 ,停运结束后 ,一般要好几天来对管线重新 充气 ,以到达管内一定的储气量 。高压加上高热值的管 线单位长度的压降小 ,相对于低压管线有更多的储气能 力 ,这就缓解了联合管道上停运造成的影响 。414 压气站上附加功率的设置传统的输气管线都是在一个压气站上装数台压缩 机组作紧急备用或留待以后增加输气能力 ,联合管道设计中引进一种停运灵活

22、的新型“子弹线式管线 ,除了首站和末站采用双机配备 ,中间各站都是单机配备 , 但配有附加功率以适应分子量的变化和越站输送 。按 稳 态 落 实 的 功 率 , 联 合 管 线 每 座 压 气 站 功 率 约 需15M W ,而实装 23M W ,有 8M W 保证停运可靠 。采用管道技术与设备2001 年4联合管道的一些站点设有水和二氧化硫分析仪 ,另一 些 站 点 配 有 在 线 色 谱 分 析 仪 , 通 过 SCADA 和 R TM 联合作用 ,一方面确保进入管道的天然气符合质 量要求 ,一旦发现有被污染的气进入管道 ,在首站气控 室立即发出信号 ,及时关上阀门 ,阻止不合格的天然气进

23、入管道 。另一方面 ,准确预测到达某压气站之前天 然气的组成 ,这一信息再传输给压缩机的燃料控制系 统 ,以优化压缩机燃料混合装置 ,从而减少热损失 。联合 管 道 还 开 发 了 一 种 叫“智 能 地 图 ( SmartMap) 的软件 , 作为整个公司的信息源 。该软件可以 为气控操作人员提供管道沿线其它相关信息 ,如沿线土地所有者名单 ,在紧急情况下可以联络和调度的应急人员 ,还可以作为活档案 ,记载沿线土地所有者不同 时期的某些特殊要求 。对于这条跨越两个国家的管道 ,联合管道的运作思想是把它看作一个没有国界的统一管道系统 ,管道 系统任何地点的工作人员要为其它地点提供必要的援 助

24、。也就是说 ,如果美国境内管道需要技术援助 ,可以 从加拿大境内调用技术人员 ;反之亦然 。的依赖进口 ,这将不利于我国天然气及相关产业的良性开展 ,对我国是个很大的损失 。当前 ,有关公司正在 研究铺设从俄罗斯东西伯利亚地区进口天然气管道 , 同样是跨国输气管道 ,应借鉴联合管道先进的设计 、管理和运作经验 ,提前做好技术储藏工作 。由于东西伯 利亚地区的天然气组分中含有较多的重组分 ,而当地又没有市场 ,应研究采用高压富气输送的可行性 ,将这些珍贵的化工原料输送到中国市场 。512 正确理解输气管道与市场间的紧密依存关系在国际上输气管道与天然气市场的开展已有近百 年历史 ,开展的规律通常是

25、先有市场 ,后建管道 ,是市 场拉动管道 ,管道又促进和扩大了天然气市场 。对联 合管道来说 ,目标地区有充足的天然气市场容量 ,管道修建前与配气商签定了供气协议 ,并且联合管道的某 些股东还扮演着供气商和配气商的双重身份 。另外 , 联合管道在设计输量上还留有充分的余地 ,通过加压 可以将输气量增加 37 % 。我国已建和在建的几条输气管道 ,是在没有足够用气市场的条件下建设的 ,在我 国天然气管道初创时期 、在未健全市场的情况下修建管道是个特殊情况 ,在这种情况下要求输气管道建成后即到达高输量 、高效益是不可能的 。而对我国将要 修建的西气东输管道和正在研究中的引进俄罗斯天然 气输送管道 ,由于其规模宏大 、输送距离在 3000 km4000 km ,应借鉴联合管道和国际上其它管道建设的经验 ,尽可能缩小市场滞后的影响 , 必须在市场落实可 靠 、与用户签定供用气合同后工程才可以实施 ,这就需要在市场开拓上花大力气 。如果不能妥善解决这一问 题 ,即使提前建成 ,也将难以发挥应有的作用 。另一方面 ,还要认识到输气管道是开展型的 , 注意潜在的市场 ,为以后的开展留有一定的余地 。513 天然气资源的可靠性联合管道在前期可研工作中就已经确定西加拿大 沉积盆地有足够的储量支持这条管线 ,并且在管道修建之前 ,