天然气管道输送工艺的分析与探讨

天然气管道输送工艺的分析与探讨

近几十年来，天然气作为一种高效、清洁的能源，在世界各国引起了越来越多的利用。世界天然气工业蓬勃发展。由于天然气的不易存储的特性,管道输送成为运输天然气的经济有效方法。世界范围内天然气管道发展迅速。目前世界上已建成天然气管道约150万km以上。天然气管道已连接成国际性、全国性或地区性管网,构成了规模庞大的供气系统。天然气输送管道的运行,一方面要求安全可靠,保证对用户连续稳定供气;一方面由于大型输气系统的运行能耗和损耗很大。为降低输气成本,节能降耗尤为重要。天然气输送管道可用简单输气效率来衡量输送能耗的大小。简单输气效率为交付与接收的天然气能量之比。世界先进水平的简单输气效率在99%以上。加拿大阿尔伯达输气管道年输气量50×109m3。简单输气效率提高0.6%,每年可节省2.6×108m3天然气。节能降耗的主要途径是降低燃料气耗量,减少天然气损失。1scad系统和poas系统的组成及作用输气管道的经济效益要靠长期稳定高效运行来实现。如果一条输气管道长期在远低于设计输量的条件下运行,则很难实现预期的经济效益。在管道设计中,一般要求管道在设计输量范围内稳定运行30年左右。在近几十年中,世界上取得良好经济效益的输气管道都有此经验。除了确保输气量外,输气管道的优化运行是降低输送成本的重要手段。所谓优化运行是使管道在能耗最小的情况下实现接收与交付的平衡,完成天然气的输送和供应。其目标是使系统总能耗最小。优化运行方案包括最优调度计划、稳态最优工况确定、非稳态工况的最优控制等。为了实现这一目的,硬件方面最有效的工具是SCADA系统。这是一个多功能的运行管理与监控系统,可以对管道运行的全过程进行动态监视。SCADA系统配以适用的软件,可以实现对管道运行全过程进行控制、模拟、分析、预测、计划、调度和优化,可以对管线及设备状态进行诊断并提出维修建议,可以执行事故报警并采取保护措施。目前,SCADA系统的功能已相当完善,并进一步向智能化和专家系统的方向发展。与SCADA系统相伴的是POAS系统。这是一个过程最优化保证系统。POAS的软件功能包括:系统运算模块、实时模块、预测模块、报表分析、输量平衡、泄漏监测、泄漏定位、仪表分析、输气效率分析、气体组分跟踪、清管器跟踪、调峰控制等。SCADA系统和POAS系统置于输气管道的网络管理和控制中心。对管道运行实行实时监测、动态优化。2减少输送压降天然气管道输送过程中,输送能耗相当一部分消耗在克服管线沿程的摩擦阻力上,也即通常所说的输送压降。而沿程摩阻的大小除了与流态有关外,管内壁粗糙度的大小也是一个重要因素。表1中列出了平湖油气田海底天然气输送管道内壁粗糙度对输送压降的影响。该管道管径为35.56cm,全长385km。在输送量和出口压力一定时,内壁粗糙度越大,输送压降越大。为了减小管壁粗糙度,以减小摩阻、降低输送能耗,最常用的办法是进行管壁内涂层。管壁内涂层的标准多采用美国石油学会制定的RP5L2标准。采用内涂层后,在同样的输送温度和压降下,也就提高了输气量。据报道,可提高输量5%~8%,最多达18%,据测算,加拿大NOVA公司在口径D450mm以上的管道内做涂层后,每年可节约燃料气1600万m3。为了降低输送压降,在天然气输气站场内,采用超声波流量计替换压降大的孔板流量计;采用全开型阀门,减小阀件阻力损失;改进管汇设计等。这些措施对降低站场输气压降也是有用的。3离心式压缩机在输气管道上站主导地位天然气输送管道上一般都设有压气站,它是输气管道系统的重要组成部分。压气站内设有天然气压缩机及与之配套的原动机,用于对天然气进行压缩以提高压力继续输送。一般来说,干线压气站的装机功率都在几万kW以上,因而提高压缩机组(包括压缩机和原动机)的效率,也是降低输气能耗的一项重要措施。输气管道压缩机可选用往复式的或离心式的。目前,往复式压缩机的最大功率达10000kW,效率为86%~90%。离心式压缩机的最大功率已超过25000kW,输气量可达300~400万m3/h,效率为80%~84%。由于大型输气管道普遍向大排量、高扬程发展,因而,离心式压缩机正逐渐取代往复式压缩机在输气管道上站主导地位。压气站的原动机主要有电动机、柴油机和燃气轮机。其中燃气轮机是大排量压缩机的主要动力。表2列出了这三类原动机的投资和效率。由表可见,在电力供应充足且电价低的地区应优先考虑电动机为原动机,可大大提高机组效率,且电机运行效率受工况变化影响小。但由于压缩机所需功率大,许多压气站又地处边缘,远离电网,因而,燃气轮机安装功率占压气站原动机总功率的70%以上。燃气轮机的主要缺点是效率低。多年来,燃气轮机的发展方向是提高热效率。20世纪50年代不设热回收装置,最大功率12000kW,效率18%~29%,发展到80年代以来,采用联合热力循环系统,输出功率26700kW,总热效率达到45%~47%。在提高机组效率的同时,改进机组自控系统,使其保持最优运行工况,节省能耗。4上海天然气管道的转变减少天然气输送过程中不必要的损失,如在事故抢修或计划维修时高压天然气的放空等,不仅可提高输气效率,而且避免对环境和安全的影响。采取的措施可以利用移动压缩机将放空管段中的天然气送至相邻管段中,保持抢修或检修时系统的密闭。“十五”期间,我国的天然气管道将有