二氧化碳的管输工艺研究

狄国佳

二氧化碳的管输工艺研究

狄国佳

（甘肃省白银市靖远县兰州理工大学，甘肃白银 730605）

目前，CO2的管道输送技术迅猛发展，相关问题逐渐引起人们的广泛关注。工程上常用的CO2管输方式有气态、密相和超临界输送三种，在工程实践过程中，应根据实际情况综合研究后确定CO2的管输方式。概述了CO2管输的发展现状，并从多方面比较了CO2气态输送、密相输送和超临界输送的区别与联系，同时分析了入口温度、环境温度对CO2管输的影响，对CO2管输实践过程具有一定的指导意义。

CO2；减排；管输方式；影响因素

由于人为因素造成的CO2大量排放是引起全球气候变暖的关键因素，减少CO2的排放已经成为全球各国关注的焦点。2009年我国CO2排放量居世界第一位，与此同时，中国政府也郑重承诺在未来将大幅度降低单位GDP的CO2排放量，因此，我国正面临着巨大的CO2减排压力。

化石能源的清洁高效利用是降低CO2排放量的根本办法，但是，出于其成本高、技术不成熟等方面的考虑，CCUS（CO2的捕集、封存和利用）技术是当前我国实现碳减排目标的最佳选择。一方面，CCUS技术可以大大减少CO2的排放，改善生态环境；另一方面，还能提高油气田采收率，实现CO2的资源化利用。其中，CO2的管输是CCUS技术中的重要环节之一，对CO2的管输工艺进行研究有助于提高整体的经济效益。

1　CO2管输的发展现状

20世纪70年代CO2管道就已经在驱油工业中应用于提高油田采收率，美国在这方面已有超过30a的实践经验。对于输量大、中等距离（小于1 000km）的情况，采用管道输送是运输CO2最经济安全的方式。据统计，世界上约有3 400km的CO2管道，其中位于美国的CO2管道总长度超过2 700km。我国的CO2管输技术起步较晚，目前仍旧没有一条成熟的长距离CO2输送管道，仅个别油田建设了几条CO2管道。如大庆油田建成长达6.5km的CO2输送管道，用于将CO2低压输送至封存场点；吉林油田、江苏油田采用气态或液态输送方式将CO2输送至井场，用于提高油气田采收率。

2　CO2的管输工艺

CO2的管输可采取3种输送方法，分别是管道输送、槽车输送和轮船输送。对于长距离、大容量的输送任务常采用管道输送（最经济的CO2输送方法）。CO2管输系统与常规油气制品输送系统类似，由管道、中间加压站及其它辅助设备三大部分组成。常用的CO2管输方式有气态、密相以及超临界。气态输送是指CO2在管输过程中始终保持气相状态，通过压缩机对CO2气体进行增压时切忌压力过高，以免CO2进入超临界态；密相输送是指以CO2作为载气，保证颗粒在输送管道中的密集程度（固气比大于25）的输送过程；超临界输送是指在管输过程中CO2的温度超过其临界温度、压力高于其临界压力，保持超临界状态，沿程通过压缩机、保温层维持CO2的超临界稠密状态。

从经济层面看，3种CO2管输方式的投资成本由低到高依次是密相输送、超临界输送、气态输送。主要原因有两点：（1）CO2在密相输送和超临界输送时的最佳流态处于水力光滑区，而在气态输送时最佳流态处于水力粗糙区，密相输送和超临界输送相较气态输送时的水力摩阻损失更小；（2）CO2超临界输送的设计压力略高于CO2密相输送的设计压力，造成超临界输送投入成本增加。理论上超临界输送从经济上优于气态输送，同时，采用超临界方式输送的CO2可直接注入地层以及废弃的油气田，从技术上讲优于气态输送和密相输送。但是，实践过程中具体采用哪种输送方式最经济，应根据CO2气源、注入场点实际情况比选而定。

通常管道的安全性主要从泄漏与事故破坏2方面考虑。从泄漏层面看，密相输送的泄漏总量远高于气态输送；从事故破坏层面看，密相输送的危险性及影响范围高于气态输送，主要是因为密相输送时的管道运行压力高于气态输送，管道运行压力越高，其产生爆破时的超压能量越大，对周围的地物、地貌的破坏作用也就越大。

3　CO2管输的影响因素

3.1入口温度

入口温度通常对管道沿线压降影响较大。一般来说，入口温度越高，水力坡度会越大，在首端入口压力相同的情况下，末端出口压力也会越低，因此需要增设加压站，这样不仅增加了固定资产的投资成本、耗费了更多的能量，还提高了相应的管道维护费用，非常不经济。同时，入口温度的高低并不影响管道末端CO2出口温度，管道末端CO2出口温度始终无限趋近于环境温度，并随着输送距离的增加，越来越接近环境温度。因此，在管输过程中应该适当降低CO2入口温度，降低管输过程的成本及能耗。

3.2环境温度

CO2运输管道一般采用地下敷设方式，温度较稳定，受气候季节、地理环境和管道埋深等因素的影响，管道所处的环境温度对管输过程存在一定影响。随着输送距离的增加，管道沿线温度呈下降趋势，环境温度越低，管道沿线温度下降速率越快，当管内CO2的温度下降到接近环境温度时，下降速率开始减缓，且最终温度会趋于环境温度，不低于环境温度。

4　结束语

通过上述分析可以得出如下结论：（1）在人烟稀少的情况下，宜采用成本更低的密相输送或超临界输送；（2）在人

口密集的情况下，对管道的安全性要求高，宜采用安全性更高的气态输送；（3）相较气态输送和密相输送，超临界输送对于长距离、大流量CO2输送具有更好的经济性和安全性，针对CO2管输，推荐使用超临界输送；（4）在管输过程中应该适当降低CO2入口温度，降低管输过程的成本及能耗；（5）环境温度对CO2管输有一定的影响，在CO2的输送过程中应考虑管道所经路线的环境因素，加强管道保温效果。

［1］ 吴瑕，李长俊，贾文龙.二氧化碳的管道输送工艺［J］.油气田地面工程，2010，（9）.

［2］ 邵长彬，梁海宁，铁生浩，等，二氧化碳输送工艺分析［J］.山东化工，2014，（4）.

［3］ 李昕.二氧化碳输送管道关键技术研究现状［J］.油气储运，2013，（4）.

Research on Pipeline Transport of Carbon Dioxide

Di Guo-jia

At present，CO2pipeline of rapid technological development，issues related to gradually attracted widespread attention. Commonly used CO2pipeline project on the way there is a gas，and supercritical dense phase conveying are three in engineering practice should be determined according to the CO2pipeline manner comprehensive study on the actual situation.An overview of the current development pipeline of CO2，and in many ways compared the CO2gas transportation，dense phase conveying and transporting supercritical difference and connection，as well as analysis of the inlet temperature，ambient temperature on CO2pipeline transportation of CO2pipeline practice has a certain significance.

CO2；emissions；pipeline；modeFactors

TS225.19

A

1003-6490（2016）06-0064-02