简述天然气长输管道的节能降耗措施

郝振威

摘要：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。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。

关键词：天然气；管道；节能措施；设计

1. 天然气长输管道的节能降耗措施的重要意义

天然气是一种清洁廉价的优质能源，在世界各国的应用都在大幅度上涨。但是，天然气的分布地区大部分是在环境恶劣、交通不发达的地区，而它的使用地区主要是在城市和工业区，所以，天然气的运输成了一个棘手的问题。而长输管道的运用恰好保证了天然气从生产到运输这个环节的实现。

虽然，长输管道能够有效的运输天然气，但是，在运输过程中，也存在一些能源的消耗，经济性不好。长输管道对天然气的能耗体现在两个方面，分别是直接能耗和间接能耗。直接能耗是由压缩机组、管道阻力、设备阻力等引起的能源损耗。间接能耗是由天然气放空、泄露等引起的能量损耗。其中，直接能耗是不能避免的，它只能通过改进工艺，采用新设备、新技术等来降低。而间接能耗是能够避免的。由于降低天然气长输管道的能耗能有效的提高运输运输效率，降低运输成本，所以，在长输管道方面采用一些节能降耗措施是十分必要的。

2.天然气长输管道的节能降耗措施

2.1设计节能

（1）系统工艺设计的优化

在目前管道大发展阶段及以后的管道建设和运行中，很难有单一输气管道独立运行，基本形成区域管网系统。在新管线设计时，必须既满足新老管线系统安全可靠供气，又能达到新建系统投资最省，运营费用最低的效果。要实现上述功能，使系统构成最优化，必须將新老系统有机结合，构成一个完整的可以实现灵活调配的管网系统，进行工况模拟计算、分析，对管网系统构成方案进行优化，才能实现在充分利用已建设施的基础上，新建系统投资省、安全、环保和节能的目的。

（2）管道内涂层设计节能分析

天然气在输送过程中，要克服管道摩阻。影响摩阻的主要因素是管内壁粗糙度。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。管道内涂层技术在可以有效防止管道内腐蚀发生的同时，也是提高输量的有效手段，尤其是对长输输气管道更显著。实际检测表明，内涂层能够使管道的输气量提高4%～8%。输气管道采用内涂层，可以使管道内表面光滑、降低粗糙度、减小水力摩阻系数，从而达到提高管道输气量；在相同输气量条件下，可以降低压缩机需用功率，既能减少机组建设的投资费用，又能减少投运后压缩机的能耗费用和维护费用。如果从经济性方面考虑，是否采取内涂层需要将管道全生命周期发生的费用合并计算。如果从节能减排方面考虑，采用内涂层后将扩大压气站的间距，减少压气站的数量和总装机功率，从而降低燃料动力消耗。

2.2管道运行节能

（1）管道运行优化

天然气管道的优化运行就是在管道系统物理参数已经确定的条件下，根据气源的供气情况和各用户的用气情况，对管道系统的运行参数进行优化，既能满足安全平稳输气和供气，也能使管道总的燃料动力费用最低。由于优化的目标函数是以管道总能耗或者总功率最低，所以对于长输管道来说，管道的优化运行是管道企业最大的节能技措。管道优化运行的影响因素较多。目前国内常用离线模拟软件TGNET、SPS进行优化运行分析。通过SCADA系统将实际能耗数据在线采集上来，与方案进行对比分析，及时调整运行方案。

（2）提高压缩机的运行效率

压气站的运行费用占管道总运营费用的50%左右，压缩机及其配套的原动机的能耗占压气站运营费用的70%以上，占长输管道能耗费用的96%左右。因此，提高压缩机组的效率将是降低输气能耗的重要措施。各类型机组在满负荷时，电驱机组的效率为70%～85%，燃驱机组的效率为25%～40%。虽然机组的效率均在正常范围内，但是效率相对低的压缩机组就有节能的空间。压缩机组在非满负荷的情况下，通过提高入口压力和调整压缩机余隙达到提高运行效率降低能耗的目的。

（3）减少天然气放空

天然气长输管道在运行过程中，由于各种原因需要进行天然气放空，如压缩机的启停放空、管线施工放空、站场设备的维检修放空以及紧急情况的应急放空等。在生产运行过程中，通过合理安排管道施工作业方案和优化压缩机的启停，减少放空的次数并尽可能降低放空压力，使放空量减少。

2.3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最高水平，不但进一步提高了管输效率，而且兼顾了节能环保。

2.4新能源利用

目前可以在长输管道站场应用的新能源有太阳能和地热能。利用太阳能发电可以替代天然气管道阀室中的TEG发电设备，可以减少TEG所带来的维护量、高维护成本和部分安全隐患，该节能技术尤其适用于边远地区不易引入外电的阀室

2.5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。

3.结语

总而言之，在天然气长输管道的设计及运行过程中，根据不同管道的具体特点，积极有效的开展各项节能措施，优化输送工艺，合理的选择设备，改善设备的节能性能，将会明显地提高长输管道输气效率和降低管道能耗，同时也能降低管道运输成本。

参考文献：

[1]李长俊，天然气管道输送[M].北京：石油工业出版社：2010：1-342.

[2]刘银春，刘档，王登海等.天然气输送管道选材.分析[J].石油规划设计，2007，18（4）：44-47.