談天然氣長輸管道節能設計

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【摘要】天然氣通常采用長輸管道的傳輸方式，在實際的傳輸過程中，通常需要使用到各種各樣的設備，在實際輸送過程中必然伴隨著大量的能耗。要想提高天然氣的傳輸效率，盡可能避免損耗，就需要開展科學的設計工作、采取有效的措施，使天然氣在長輸管道傳輸過程中保持良好的節能水平，為長輸管道使用壽命延長及工作性能優化提供保障?；诖?，本文就天然氣長輸管道節能設計展開論述。

【關鍵詞】天然氣；長輸管道；節能設計；能量損耗

如今，對能源的需求越來越大，為了滿足經濟、社會的高速發展，以天然氣為代表的重要清潔能源，正受到越來越多人的關注。天然氣適用范圍大，應用領域廣，其通常采用長輸管道的輸送方式，天然氣的傳輸過程伴隨著能量的消耗與損耗，對天然氣損耗的“放任”和“妥協”，會大大降低天然氣在傳輸過程中的傳輸效率，甚至極有可能在能源浪費方面產生其他問題。為了解決上述問題，需要更加關注在天然氣長輸管道設計過程中的節能相關設計，改善和改良設計的方案和方式，保證在實際運行過程中長輸管道能夠產生和發揮良好的節能效果。為了解決天然氣運輸過程中產生的不必要能源損耗問題，以及減少輸送成本，應注重天然氣管道在節能方面的設計。在實踐中，充分分析天然氣長輸管道的能源損耗問題，用科學的方法解決問題，改良管道的節能設計方案，使管道在一個較高的節能水平長期工作，實現管道運輸的節能目的。

1優化工藝方案

天然氣長輸管道會朝著高壓、長距離等方向發展，且對管道輸送技術可靠性依賴性強。這種傳輸模式能夠有效增加輸送的天然氣密度，提高天然氣傳輸速度，把握站內設備的能耗，為將天然氣的流速控制在合理的范圍內起到一定作用，減少摩擦時的能源流失，進一步降低天然氣輸送時的能耗。由于長輸管道可以增加輸氣密度，隨著輸氣密度的增加，單位面積內的氣量增加，可以很大程度上減少沿途壓力站的數量，從而降低天然氣運輸時的成本。在對管道進行設計時，應當考慮管道的管徑、能耗水平、設計壓力及項目投資效益等，采用科學合理的方案，最大程度地減少天然氣輸送過程中的直接能耗。具體為：當天然氣管道管徑相同時，設計壓力增大，會降低綜合能耗；若管道設計壓力相同，管徑的增大，會減少綜合能耗。因此，在對管道進行輸送工藝設計時，應結合實際，可續合理匹配管徑與壓力設計。同時，在確保設計壓力、管徑大小合理性的基礎上，選擇相對性能可靠的管材，可以大大地降低天然氣管道在實際運行過程中可能存在各種安全隱患。

2控制沿程燃氣摩擦阻力

在長輸管道運行過程中，必然會伴隨著傳輸阻力的存在，進而產生摩擦消耗，降低管道的節能效果。實踐得出，影響燃氣傳輸的摩擦度與傳輸效率的一個重要因素是管道內層是否光滑。結果表明：當管徑為355.6mm的前提下：當粗糙度為62um時，壓降為3.84MPa，當粗糙度為210um時，壓降達到4.5MPa。針對此種現象，需要在設計過程中，注重輸氣時對摩擦阻力控制。表現為：（1）應將管壁的粗糙程度作為在設計時的一個考量因素，利用管內涂層減少管壁粗糙，使長輸管道實際運行過程中減少所受沿程摩擦阻力，從而使壓縮機輸送功率的設置增強合理性；（2）通過對比分析壓縮機運行中燃料使用費用與天然氣長輸管道內涂層設置費用可知，選用可以減少沿途摩擦力的可靠內涂層，提升管道的輸送效率，減少管道輸氣能耗，減少壓氣站設置數量。除了需要關注輸送過程中沿程的摩擦阻力，實際運行過程中輸送溫度也是需要考慮的因素，保證其良好的運行壓力，能夠降低壓縮機的運行能耗。注重空冷器設置的合理性，也可以實現節能的設計目標，對其實際的耗電情況的分析如下：如果空冷器運行過程中的耗電費用高于長輸管道輸送過程中溫度降低所節省的費用，則說明降低管道輸送溫度，可以有效降低管道沿程阻力，實現輸氣管道的節能型設計。因此，節能設計中應當對長輸管道進行綜合考慮，為滿足長輸管道節能降耗設計要求，需確定可靠的內涂層，合適的管徑，適當的輸氣溫度，精確把握不同出站溫度條件下的管道系統能耗。

3優化選擇與調整輸氣設備

壓縮機通常設置于壓氣站，其功能為提高管道壓力，從而加快天然氣的傳輸。在這個過程中，壓縮機存在的能量損耗，壓縮機通常是指離心式與往復式壓縮機，離心式壓縮機優勢明顯，具體表現為：熱效率與壓縮比較低、排量大，在控制流量的作用上更加突出，于是認為離心式壓縮機能夠更好的達到節能環保的目標。壓縮機的原動機一般是燃氣輪機，在實際運轉時，燃氣輪機能夠更加平穩且結構清晰，不收外界干擾，其可以更好的配合電動機，因此被用于大排量壓縮機。在選擇時，應規劃壓氣站和電網之間的距離，在距離較遠的情況下，燃氣輪機可當作原動機，但要盡可能地配備高效率機組，同時還需要安裝熱力回收的循環系統，控制機組的熱效率，控制能耗，相反，就應該選擇電動機。

4壓氣站地運行優化

在對天然氣長輸管道設計中，應在綜合評估時重點考慮，壓氣站的運行優化為運輸的節能所帶來的效果，以降低輸氣成本為目的，實現長輸管道輸氣過程優化。壓縮機組能耗能夠導致天然氣輸氣管道在實際運行過程中的能耗，在很多時候的長輸管道設計中，多條管線并行敷設的方式被多次采用，一定程度上增加了壓縮機組運行過程中的能耗。因此，需要對天然氣長輸管道壓氣站的優化更加重視，為使壓縮機能夠保持在更加高效的工作服務狀態，減少輸氣過程中的能源損耗，進而提高工作效率，應該全面優化配置壓氣站的數量。在實際運行過程中，為了保持良好的節能效果，實現降低輸量和長輸管道運行中的耗氣量，應盡可能的采用數條管線聯合的運行方式。

5余熱利用合理化

在對天然氣長輸管道設計中，若使用燃驅壓氣站，在設備工作中產生的高溫煙氣，大大增加了能源消耗，影響長輸管道的節能效果。因此，需要根據壓氣站的實際工作情況，采用余熱利用系統，有效回收高溫煙氣中的熱能。體現在：選擇功能性更強的余熱換熱裝置，減少站內燃料氣加熱設備的能耗，提升余熱系統的工作性能；優化系統內部耗能設備的工作性能，通過對余熱系統能耗的分析，提高包括熱能在內的能源利用率。最后，應優化配置壓力站內設備，降低管道摩擦損耗，減少能源浪費起到節能效果。

6輸氣管道的運行優化

6.1調控供需關系

為實現天然氣高效、快速、合理地運輸，重點在管道運行的初始時期調控好供需關系，形成供需平衡，進一步實現在充分保證天然氣供應的前提下降低燃氣的輸送成本，可以從以下幾個方面考慮具體的優化措施：最合理工況、最優調度等，選用最優的控制系統，為了減少和降低管道在運行時的能源損耗，讓控制系統盡可能處于低能耗狀態，進而可以達到節能降耗的目的。

6.2加強檢測天然氣泄漏

利用高效的模擬仿真法，對天然氣長輸管道泄漏進行檢測，可以實現在減少天然氣泄漏的同時，方便管道維修人員準確、高效地工作。為降低在對管道相連的各種設備開展設置工作時，天然氣泄漏事故發生率，改良焊接的使用方式，促使天然氣長輸管道能夠運行穩定。

7優化關鍵裝置和設備

在長輸管道上設置截止閥，并控制好截止閥間的距離，尤其是維護期間，需要關閉管道來加以檢修，應該將截止閥安裝在管道斷開位置的上下游等部位，從而防止天然氣被放空。除此之外，移動式壓縮機的使用必不可少，因為其具有良好的輸氣調節功能，可以將放空段的氣體輸送到管線上下游等位置，進而避免天然氣在傳輸過程中會產生的漏氣問題，降低和減少天然氣在運輸過程中不必要的損失。與此同時，通過對運輸管道進行的整體性、綜合性整治，保證運輸管道的良好氣密性。實際操作中，對運輸管道的檢維修、清洗時，要在保證管道氣密性的要求上進行正常的輸氣，科學且有效地規劃放空段的長度。在實際建設施工過程中可知，為了預防和避免管道在防空過沉重的問題，對長期管道進行合理設計，科學布局管道放空段的長度，可以減少天然氣在運輸過程中的損耗，提高輸氣的效率。

8天然氣長管道運輸管理過程中SCADA系統的應用

作為一種高效的分布式計算機管理系統，SCADA系統的上位機要使用到大型的中心控制計算機，并負責整個系統的管理，其通過對輸氣站場及遠控閥室進行數據采集構建數據傳輸通道，并對采集的數據進行處理，繼而發出調整和操作等指令。傳感器在整個系統中的應用非常廣泛，微型計算機會與它們直接相連，并通過傳感器有效地掌握整個系統的控制狀態，再通過對反饋的狀態進行分析，繼而對實時地調整系統，使整個長輸管道輸氣系統的工作狀態保持穩定。該系統可以實時有效的檢測系統的能耗，若檢測到個別生產部分的能耗升高異常，提醒會傳送至管理人員，并及時進行處理，及時進行異?；謴?，從而降低整個系統的能耗。此外，在系統工作過程中，還會依據氣量的大小，及時調整系統的工作狀態，從而有效地降低系統能耗。

9結束語

天然氣的傳輸離不開長輸管道的節能設計，做好管道的節能設計對提高天然氣傳輸效率、減少和降低管道使用中不必要的能源損失具有重要意義。正確認識長輸管道的技能設計的重要性，采用先進的設計工藝，以控制不合理的管道運行，可以真正達到節能環保的目標。

參考文獻

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作者：趙峰輝 王馳 關旭輝 彭方輝 單位：中國石油天然氣管道工程有限公司上海分公司