气体输送管道的降耗设计与使用

　　天然气作为优质高效的清洁能源已为世界各国所广泛使用。由于天然气资源主要集中在交通不发达、自然环境恶劣的地区，而天然气用户则主要集中在城市和工业区，因此长输管道作为运输天然气的一种经济有效的手段得以迅速发展。统计表明，至2000年，世界上油气长输管道总长已经超过200×10 4 km，其中天然气长输管道约占70％，达140×10 4 km。

　　利用管道输送天然气须消耗大量能源，天然气长输管道的能耗可分为直接能耗和间接能耗。直接能耗是指压缩机组能耗、燃料气消耗以及管道阻力损失等在天然气输送过程中产生的能耗。这类能耗可以通过采用新工艺、新技术、新设备予以降低，但不能消除。间接能耗是指天然气放空、泄漏等所导致的直接损失，这类能耗在理论上可以消除。因此，天然气长输管道节能降耗的着力点应放在提高压缩机组效率，降低燃料气耗与管道阻力损失以及减少天然气直接损失等方面。

　　一、降低管道直接能耗1.

　　合理选择压缩机及原动机压气站是长输天然气的能量补充站，它的主要作用是给管道增压，提高其输气能力。压气站的核心设备是压缩机，压缩机既为整个输气管道供应能量，同时也是整个管道耗能*多的设备。因此，降低压缩机能耗是长输管道节能的一个重要方面。

　　天然气长输管道压缩机一般选择往复式或离心式这两种类型。往复式压缩机的压比通常达3∶1或4∶1，有较高的热效率，但它有往复运动部件，易损件多，适用于低排量高压比的情况。离心式压缩机则正好相反，压比和热效率相对较低，但无往复活动部件，排量大，容易实现自控，便于调节流量和节能，适用于大排量低压比的情况。由于天然气长输管道日输量大，考虑其要求运行平稳、实现自控、维修工作量小等因素，推荐采用离心式压缩机。

　　压缩机的原动机主要有电动机和燃气轮机。电动机结构简单，运行可靠，受工况影响小；燃气轮机是大排量压缩机的主要动力设备，虽然热效率低，但易与压缩机匹配。

　可以看出，在电力供应充足且电价较低的地区应首先考虑使用电动机；如果压气站地处边远地区，远离电网则宜选用燃气轮机。燃气轮机要选用效率高的机组，同时采用联合热力循环系统、复合循环等余热回收利用方式提高机组效率。采用联合热力循环系统，可以将燃气轮机组的热效率由18％～29％提高到45％～47％。

　　2.优化压缩机运行管道输气量的变化对压缩机组的效率有很大影响。当压缩机组偏离*优工况运行时，会大大降低机组工作效率，并使能耗增加。对于长输管道，可以通过增加末端管道储气、地下储气库或缓冲用户等方式来调节管道供气的不均衡性；还可以通过改进机组的自控系统，使其保持*优运行工况，来提高机组工作效率，节省能耗。

　　2000年美国《管道气体工业》杂志曾报道：通过季节性更换离心式压缩机的气动部件，可降低压缩机操作成本，使管道的瞬时性能达到*大化。在高峰期，达克公司更换了33个气动部件，使得部分输气管道上压缩机的电力和燃料气耗量降低15％以上。可见，根据工况更换压缩机的部分构件，将是今后降低其能耗的重要方法。

　　3.减少沿程压降和局部压降在天然气管道输送过程中，还有相当一部分能量消耗在克服管道的摩擦阻力上，也就是输送压降，包括沿程压降和局部压降。管道内壁的粗糙程度和管道内的清洁程度对沿程压降有很大影响。

　　1958年美国田纳西天然气管道公司对一条已使用10年、直径为900mm的管道进行清洗、涂敷处理与综合测试。测试分原有管道、清洗后的管道、内涂敷后的管道3个阶段进行。测试结果表明，经清洗和涂敷处理后的管道输送能力提高了10％，其中6％归功于内涂，4％归功于管道清洗。内涂前的管道粗糙度为45μm，内涂后的表面粗糙度下降90％，摩擦系数减少33％，气体输送能力*大可提高24％，或管径可缩小8％。

　　详细分析了内涂技术用于商业管道的经济效益，指出：①可提高管道的输气能力。管道内涂后平均增加输气量16.56％。而内涂后的输量提高1％～2％时，便可回收内涂费用。

　　②可扩大压气站站间距。压气站站间距平均可增大32.87％，压气站数量至少可减少20％。

　　③输气动力平均降低18.89％。可见，采用内涂技术可明显提高天然气长输管道的节能效益和经济效益。

　　在压气站设置清管器接收与发送装置。在管道投产以前必须进行清管作业，清除管道内的积水及施工遗留物，如石块、焊条、木棍等。投产以后要定期清管，以提高管内清洁程度，进而提高管输效率，达到节能的目的。

　　局部压力损失主要来源于压气站站场的阀门、计量装置等设备和弯头、三通等管件。减少这类压降可采用超声波流量计替代压降大的孔板流量计；采用全开型阀门，减少阀件阻力损失；尽量平整管路，减少管件的使用等。

　　4.应用先进的输气工艺

　　（1）高压输气。高压输气是当前国际天然气管道输送技术的发展趋势。高压输送使天然气密度增加，流速下降，可降低管道沿程摩擦损失，提高输送效率；同时，天然气密度增加将有利于提高气体的可压缩性，降低压缩能耗，提高压缩效率，减少增压站装机功率。

　　（2）富气输送。富气输送是指所输送的天然气富含乙烷、丙烷、丁烷等重组分（NGL）。由于富气的天然气密度高于常规天然气，可使其流速下降，从而降低管道沿途摩擦损失，提高输送效率；天然气密度增加，还可提高气体的可压缩性，降低压缩能耗，提高压缩效率；管道能耗下降，有利于减少装机功率，加大站间距。

　　高压富气输送代表了当前天然气管道输送工艺的*高水平，不但进一步提高了管输效率，而且兼顾了节能环保。以Alliance管道为例，若将该管道输气压力由常规天然气管道的6.9MPa提高到12MPa，天然气可压缩系数将由0.89下降到0.83，减少能耗6.74％。再将组分C 2￣C 5＋含量由4.6％提高到12.13％，天然气可压缩系数将下降到0.78，共计减少能耗12.36％。可见，该管道靠提高压力和重组分含量即可减少压缩天然气能耗12.36％。

　　二、减少天然气直接损失1.减少天然气放空长输管道沿线须设置一定数量的截断阀，在事故抢修和计划检修时，可通过关断抢修（检修）段上下游的截断阀，将天然气放空量降到*低。若条件允许，还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，保持抢修或检修时系统的密闭。

　　清管作业也要采用密闭不停气流程，清管过程中天然气不放空，杜绝放空引球作业，减少天然气放空量。

　　2.防止天然气泄漏天然气泄漏不仅会造成管道公司的直接经济损失，而且会污染环境，严重时甚至会危及人的生命安全。因此，防止天然气泄漏不仅是节能的要求，也是输气安全的需要。天然气泄漏包括输气设备泄漏和输气管道泄漏。

　　输气设备泄漏主要是由于压缩机和阀门等设备无法做到绝对密封，或者法兰密封垫老化破损造成的。据计算，在5MPa的压力下，当存在1mm的当量不密封度时，一昼夜即可泄漏850～900kg天然气。因此，选择新的压缩机密封技术和密封性能好的阀门产品，可有效地减少泄漏损失。天然气长输管道在运行过程中由于受各种自然和人为因素的影响，导致出现泄漏。究其原因主要有：①防腐绝缘层裂化或者阴极保护度低（或失效）造成的管道腐蚀穿孔。

　　②管道自身缺陷，包括环形焊缝存在未焊透、熔蚀、错边等缺陷。受到输气压力或其他外力在断面上所产生的应力作用，这些原始缺陷扩展到临界值时就会造成裂纹的失稳扩展进而使焊缝开裂，管道连接部位密封不良等。

　　③人为因素的破坏，一方面是不法分子对输气管道的有意破坏，另一方面是由于操作不当或者工程机械的使用不当损坏输气管道。为了防止泄漏事故的发生，针对引发泄漏的主要原因，可以采取以下措施：①对管道的整体安全性进行评估，对存在缺陷的管段进行整改或更换。

　　②按设计要求做好防腐涂层和阴极保护，并定期进行检测。

　　③提高员工的技术水平，防止出现人为误操作。

　　④设立管道线路的标志，加大对管道的维护管理力度，建立完善的巡线制度，杜绝出现人为破坏事故。

　　⑤加强管道检测，使用高灵敏度的在线检测系统，以快速准确地检测泄漏点位置。

　　三、结论与建议天然气长输管道的节能降耗是我们所面临的一个长期而重要的任务，节能降耗的技术也在不断地发展与进步。因此，管道企业一方面要积极采用国内外先进的输气工艺和节能降耗的技术、设备，如使用管道内涂技术；引进先进的管理检测系统，防止天然气泄漏，调整工艺设备使其在合理的工况下运行；选用新的增压效率高、节能性能好的压缩机组和密封性能好的阀件。另一方面则要提高员工的节能意识，增强其工作责任心，提高其技术素质，防止出现人为误操作。