天然氣長輸管道的節能降耗技術研究

郭安娜

山東省天然氣管道有限責任公司 山東 濟南 250000

天然氣能源以其對環境的污染比較小的優點被人們廣泛應用，但是這種能源主要儲存在交通不發達的地區，而城市對天然氣的需求相對較大，所以就需要通過長輸管道對天然氣進行輸送。如何保證輸送過程中降低能源損耗，并且節約輸送成本是研究的重點問題。研究降低管道的動力耗能、優化長輸管道、降低管道對天然氣的消耗等節能降耗技術，是解決這個問題的有效途徑。

1 使管道動力耗能降低的技術

1.1 科學地選擇和運用壓縮機以及原動機

在對天然氣進行長距離輸送的過程中，需要利用壓氣站對管道進行增壓，提供能源傳輸的能量，壓縮機就是壓氣站的核心設備。但是壓縮機對天然氣能源的損耗很大，所以選擇合適的壓縮機，能夠直接減少管道動力對能源的消耗。首先，天然氣長輸管道壓縮機分為復式或離心式2種。復式壓縮機的熱效率較高，但是存在易損件比較多的情況。離心式壓縮機的熱效率相對較低，但是容易進行自控，能夠實現對天然氣的流量進行調節，比較適合用于長輸管道的節能降耗[1]。其次，在進行壓縮機的原動機選擇時，如果壓氣站和電網之間的距離較近，而且電價比較低時，可以選擇電動機作為原動機。因為電動機的結構簡單，受到工作環境的干擾比較小，能耗比較低。如果二者距離較遠，就需要選擇燃氣輪機，而且要配合使用高效率的機組和熱力回收循環系統，這樣能夠對機組的熱效率進行利用，從而降低對天然氣能源的消耗（見表1）。

表1 壓氣站兩種原動機的運輸效率和價格對比

1.2 優化輸氣管道的運行

優化數據管控的運行需要在管道輸氣初期對能源損耗最低的情況下，實現供需平衡，而針對天然氣的高效運輸，在保證能源供應量的同時，最大限度地降低對能源的損耗和運輸成本，就需要保證數據管道工作環境的穩定，能夠對數據管道運行進行動態的監測，及時調整管道運輸能源的量。然后再通過相應的控制系統，在滿足天然氣供應的同時，爭取將能耗降到最低，以此來降低管道運輸的直接耗能[2]。

1.3 減少管道的壓降

在通過長輸管道運輸天然氣能源的同時，有一部分能源會用來克服管道摩擦阻力，這就是輸送過程中的壓降，壓降分為沿途壓降和局部壓降。所以輸送管道內壁的清潔狀況和粗糙狀況對壓降的干擾程度很大。首先，為了減少沿途壓降，降低能源損耗，就需要在管道內壁進行清洗和涂敷處理，減少管道的摩擦力和阻力。

根據表2能夠明顯看出，通過涂敷能夠有效地減少管道的壓降，從而降低對能源的消耗。其次，可以在輸氣站設置管道清潔設備的接收和發送裝置。一方面在管道輸送氣體之前，需要對管道進行清潔，清除管道的積水、雜質和殘留物。另一方面，在輸送管道正式投入使用后，也需要定期對管道進行清潔，降低輸氣的摩擦力，實現節約能源的目標。第三，除了對管道進行清潔和涂敷以外，還能夠通過擴大增壓站的間距，提高壓縮機的效率，在保證氣體輸送能量的同時減少增壓站的數量，從而降低增壓站的能耗。最后，局部壓降主要來自于輸氣站站場的閥門、計量裝置等設備，為了達到減少局部壓降的目的，可以使用超聲波流量計代替孔板流量計，并且更換全開型閥門，減少閥門對天然氣的阻力消耗[3]。

表2 涂敷前后管道的粗糙系數、摩擦系數、輸氣效率對比

1.4 根據工作狀況優化壓縮機的運行

管道輸送量的變化能夠影響到壓縮機組的效率，如果壓縮機組和最優的工作狀態存在偏離，就會降低壓縮機組的工作效率，并且造成耗能增加。所以可以通過增加末端管道儲氣或者建設地下儲氣庫以及分散用戶等方式對于長輸管道進行降能，改善管道供氣不平衡的情況。而且還能夠通過改善機組的自動控制系統，使壓縮機組時刻保持最優的工作狀態，提高工作機組的運行效率，降低對能源的消耗?？梢愿鶕竟潄砀鼡Q離心式壓縮機的氣動部件，提高壓縮機的瞬時性能，也就是說在寒冷的季節用氣高峰期，可以通過更換壓縮機的氣動部件使壓縮機的電能和天然氣能源的消耗量低[4]。

1.5 引進先進的輸氣工藝

（1）使用高壓輸氣。高壓輸氣是目前天然氣輸送技術發展的大趨勢，能夠使天然氣的密度增加，流速降低，這樣就能夠降低沿途輸氣中管道對天然氣的摩擦消耗，提高運輸的整體效率。而且，天然氣密度增加能夠提高氣體的可壓縮性，這樣就能夠降低氣體壓縮過程中對能源的消耗，提高壓縮效率，減少增壓設備的成本[5]。

（2）富氣運輸。輸送的天然氣中富含甲烷、乙烷、丁烷等成分。使用富氣運輸的天然氣密度高于普通運輸，能夠使天然氣的流速下降，降低沿途管道摩擦的能源損耗，從而提高運輸效率。天然氣密度增加的好處和高壓輸氣原理一樣。運輸管道對天然氣的耗能降低，就能夠減少增壓站的數量，加大增壓站的間距。

高壓輸氣和富氣運輸不但能夠提高天然氣的運輸效率，而且還能夠做到節能環保。是未來天氣長輸管道運輸發展等主要輸氣工藝。

2 優化天然氣長輸管道的設計

2.1 天然氣長輸管道設計的原則

首先，天然氣長輸管道在設計時，需要遵守國家和天然氣行業的相關標準，選擇耐腐蝕性能強的管道材料，滿足長時間遠距離輸送天然氣的要求。其次，對長輸管道進行埋設時，需要在保障工程質量的同時降低工程的成本。保證天然氣長輸管道的安全、穩定運行。需要對長輸管道系統進行優化，利用天然氣自身的能量，向使用地點運輸，滿足用戶的使用需求。發揮天然氣的經濟效益和社會效益。第三，天然氣長輸管道必須要能夠滿足連接天然氣產地和用戶的需求，這就需要對長輸管道的走向和位置進行設計。天然氣的管道埋設地點需要避開風險因素，遠離河道和湖泊，避免管道泄露污染水源，而且能夠防止地下管道被腐蝕。第四，遵循安全環保原則。天然氣管道的埋設必須要優先考慮安全和環保原則，采取一定的安全措施，加強管道的密閉輸送和環保性，防止管道損壞引起天然氣泄漏，造成安全事故和環境污染。

2.2 天然氣長輸管道的優化技術

首先，通過對天然氣長輸管道進行計算，獲得有關管道水力學參數數據，為后期管道的規格和材質選擇提供基礎依據。而且還需要調查輸氣站場的熟悉流程和相關設備，選擇最為合適的輸氣設備，提高運輸天然氣設備安全運行效率，降低長輸管道對天然氣能源的消耗。其次，天然氣的輸氣首個站點，必須能夠提供天然氣的分離、壓力調整、準確計量等技術，為節能降耗提供技術支撐[6]。能夠從天然氣的生產場地中，對天然氣進行科學的處理，使天然氣能夠符合運輸的標準。并且對長途輸氣的壓力增加、計量和分離效果進行全面的考慮，建設能夠滿足長距離運輸的系統。第三，運輸過程中的增壓站，需要提高對天然氣氣體的加壓處理效率，能夠實現運輸管道的自動清潔，在提高管道運行效率的同時，保障長距離運輸的安全性。第四，科學地選擇輸氣管道系統的地面站，選擇地勢平坦、水電供給比較便利的地區建設地面站，并且需要和周圍居民的建筑保持安全距離。而且需要避免在地質災害頻發的地區建設地面站，保持運輸地面站和管道的穩定運行。第五，增加天然氣輸送管道系統的智能控制和管理系統，對管道運輸的工作狀況進行實時監控和管理，如果發現安全問題，需要及時發出信號并且啟動應急裝置，降低管道的天然氣泄漏，將事故的危害降到最低。

3 降低長輸管道對天然氣的消耗

3.1 優化天然氣長輸管道系統

優化天然氣長輸管道主要從對天然氣管道的路徑進行縮短，選擇最優的路徑進行天然氣運輸，在節約管道能源消耗的同時能夠減少管道材料的消耗成本。首先，需要在城市運輸系統中完善全方位的供氣管道網絡，在對分支輸氣管道進行建設過程中，需要對老舊管道進行全面的了解，對能夠利用的老舊管道進行維修和利用，不能利用的及時更換，避免管道的重復建設。其次，縮短長輸管道的距離時，需要將輸送安全放在首位。綜合考慮各種可能導致天氣浪費和泄漏的風險因素，對這些風險因素進行規避。而且，需要對輸送管道中的閥門等部件的安裝數量進行科學的規定，提高管道的平整性，避免浪費。第三，需要選擇抗腐蝕性能優異的材料制作管道，防止管道被腐蝕破壞造成天然氣泄漏以及安全事故。

3.2 減少天然氣輸送過程的空放量

天然氣空放量是在對輸送管道進行維修工作期間，將天然氣直接排放到空中，造成浪費。為了解決這個問題可以采取以下方法：

（1）安裝截止閥?？茖W的劃分距離在長輸管道上安裝截止閥，當遇到問題需要退款進行維修時，就可以在管道斷開處的上下游關閉截止閥，減少天然氣的空放量。

（2）裝配移動式壓縮機。在進行管道維修工作過程中，使用移動式壓縮機可以將回收到的天然氣輸送到管道下游位置，暫時抑制天然氣的排放。

（3）提高管道的氣密性。在對長輸管道進行清潔工作時，可以繼續輸氣，增加管道的氣密性，也能夠有效降低天然氣空放量。

（4）設置空放段長度。根據已有經驗，并且進行科學的計算和試驗，設置合適的空放段長度，能夠對空放現象起到有效的預防作用。

3.3 避免天然氣泄漏

天然氣泄漏會造成能源的直接損耗，而且還會給天然氣行業帶來經濟損失，造成環境污染，嚴重時甚至會造成重大安全事故威脅人們的生命健康，所以需要重視天然氣的泄漏預防工作。天然氣泄漏分為輸氣設備泄漏和輸氣管道泄漏2種，輸氣設備泄漏主要是因為壓縮機和閥門等設備無法做到完全密封，如果設備老化，那么泄漏的天然氣能源會更多。導致輸氣管道泄漏的原因有很多：防腐絕緣層破壞、管道自身缺陷、人為挖開等因素都會造成輸氣管道損壞。為了避免天然氣泄漏，首先就需要對管道的安全性進行評估，將存在安全隱患問題的管道進行更換。其次，做好管道防腐，并且定期檢查。第三，在天然氣長輸管道附近設置標志，防止人為破壞。

4 結束語

天然氣長輸管道的安全性和節能降耗技術需要長期進行優化和提升，技術人員需要對天然氣長輸管道的輸送特點進行全面考慮，對輸氣設備、輸氣管道進行全方面的改進，降低設備和管道對能源的消耗。此外，還需要提高技術人員的水平和責任意識，以此來提高長輸管道的質量，提高管道的輸氣效率。