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天然氣輸配技術(shù)論文

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天然氣輸配技術(shù)論文

  天然氣輸配已成為天然氣工業(yè)的一個(gè)重要組成部分,下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的天然氣輸配技術(shù)論文,希望你能從中得到感悟!

  天然氣輸配技術(shù)論文篇一

  天然氣輸配節(jié)能技術(shù)綜述

  【摘 要】天然氣管道輸送已成為天然氣工業(yè)的一個(gè)重要組成部分,輸配中采取技術(shù)措施,能夠收到很好的節(jié)能效果。大型輸氣管道的能耗直接影響著輸氣成本的高低。在天然氣輸送管道迅速發(fā)展的今天,對(duì)管道實(shí)行優(yōu)化運(yùn)行、減少管道阻力損失、減小天然氣損耗、氣壓力能回收利用技術(shù)、管道完整性管理等措施對(duì)降低輸氣能耗、提高輸氣效率都是行之有效的。本文對(duì)這些節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了介紹,并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

  【關(guān)鍵詞】天然氣輸送;節(jié)能;優(yōu)化運(yùn)行;壓力能回收利用

  1、從設(shè)計(jì)上選取最優(yōu)的設(shè)計(jì)和通訊方案

  輸氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括管徑、壁厚、管材、輸氣壓力、壓氣站布置與壓縮機(jī)組的配置、儲(chǔ)氣庫(kù)位置、類別和容量以及各種情況下的調(diào)峰方案等內(nèi)容。天然氣輸配工程建設(shè)過(guò)程包括項(xiàng)目決策、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和項(xiàng)目實(shí)施三大階段。進(jìn)行投資控制的關(guān)鍵在于決策和設(shè)計(jì)階段,而在項(xiàng)目作出投資決策后,其關(guān)鍵就在于設(shè)計(jì)。據(jù)研究分析,設(shè)計(jì)費(fèi)一般只相當(dāng)于建設(shè)工程全壽命費(fèi)用的1%以下,但正是這少于1%的費(fèi)用對(duì)投資的影響卻高達(dá)75%以上。優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅影響項(xiàng)目建設(shè)的一次性投資,而且還影響使用階段的經(jīng)常性費(fèi)用。

  天然氣長(zhǎng)輸管道通信系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道的建設(shè)、維護(hù)與管理中具有重要的作用。任何一種通信方案的確立都需綜合考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、設(shè)備技術(shù)性能、初期建設(shè)費(fèi)用、長(zhǎng)期維護(hù)管理等諸多因素。天然氣長(zhǎng)輸氣管道通信的基本特點(diǎn)是:一是大部分管道途經(jīng)山川、丘陵、河流、農(nóng)田或是戈壁沙漠等復(fù)雜地形,且沿線氣候多變,風(fēng)、霜、雨、雪、交替顯現(xiàn),人為或是自然的突發(fā)事件較多。二是每條管道一般均有一個(gè)調(diào)度控制中心,沿線還有必要的輸氣管理部門(mén)。通信點(diǎn)一般設(shè)在沿線各站場(chǎng)。每個(gè)站需與調(diào)度控制中心建立通信聯(lián)絡(luò),并與有關(guān)的輸氣管理部門(mén)保持通信能力。三是大部分RTU閥室為無(wú)人值守站,工作環(huán)境較惡劣。使用簡(jiǎn)化供電系統(tǒng),通信設(shè)備耗電量要小是一個(gè)重要的考慮因素。四是在故障發(fā)生時(shí),搶修速度一定要快,時(shí)效性非常強(qiáng)。根據(jù)天然氣長(zhǎng)輸管道的實(shí)際情況,綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行維護(hù)、故障搶修及今后發(fā)展等各種因素,應(yīng)優(yōu)先選擇專用衛(wèi)星通信為主、公網(wǎng)通信為輔的通信方案來(lái)作為天然氣長(zhǎng)輸管道的主用通信方案[1]。

  2、管道輸送中采取節(jié)能技術(shù)

  2.1管道輸送中采用最優(yōu)輸量[2]

  長(zhǎng)距離輸氣管道的輸量受輸送壓力、管徑及壁厚、沿途所設(shè)壓縮機(jī)站數(shù)等工藝參數(shù)的制約,當(dāng)輸送壓力、管徑確定后,可通過(guò)增設(shè)管道壓縮機(jī)站的方法提高管道輸量,而要增加的管輸量越多,管道中間增設(shè)的壓縮機(jī)站越多,工程項(xiàng)目的投資和營(yíng)運(yùn)成本越高。當(dāng)超過(guò)一定界限后,管輸量的增量效益就會(huì)低于相應(yīng)的投入增量,導(dǎo)致整個(gè)管道工程的經(jīng)濟(jì)效益下降。因此,長(zhǎng)距離輸氣管道存在一個(gè)使管道的經(jīng)濟(jì)效益最大的最優(yōu)輸量。體現(xiàn)長(zhǎng)距離輸氣管道工程經(jīng)濟(jì)效益的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(IRR),通過(guò)計(jì)算該值,可以找到最優(yōu)輸量,從而很好的利用管道和設(shè)備來(lái)進(jìn)行天然氣的輸送。

  2.2 采用高鋼級(jí)管材[3],選擇合適的輸氣溫度,提高輸氣壓力

  通過(guò)高鋼級(jí)管材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可以減小壁厚,減輕鋼管的自重,并縮短焊接時(shí)間,從而大大降低鋼材耗量和管道建設(shè)成本。此外,采用復(fù)合材料增強(qiáng)管道強(qiáng)度的技術(shù)也正在開(kāi)發(fā),即在高鋼級(jí)鋼管外部包敷一層玻璃鋼和合成樹(shù)脂。采用這種管材,可以進(jìn)一步提高管道的輸送壓力,降低建設(shè)成本,同時(shí)可增加管輸量以及提高鋼管抵抗各種破壞的能力和安全性。天然氣沿管道流動(dòng)時(shí),因要克服流體阻力,壓力會(huì)逐漸降低。壓力降低會(huì)使氣體密度下降,線速度也要變化。此外,由于天然氣與土壤的熱交換,天然氣的溫度也會(huì)降低。輸氣溫度對(duì)系統(tǒng)能耗關(guān)系很大,除向土壤散熱損耗外,壓氣機(jī)組的效率與輸氣溫度密切相關(guān)。輸氣管道向更高壓的方向發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì),也在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家輸氣管道的整體技術(shù)水平。輸氣時(shí)氣流與管壁的磨擦,造成壓力損耗,靠沿線壓氣站連續(xù)升壓實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸氣。所以,摩擦損耗是能耗的基本構(gòu)成。從物理意義上講,提高壓力使管內(nèi)天然氣的密度加大,降低了管內(nèi)天然氣的實(shí)際速度以及壓力降。所以,作為主要線路損耗形式的磨損減少了。另外,天然氣的密度越大,壓縮機(jī)的效率也越高,同樣功率的壓縮機(jī)所產(chǎn)生的壓頭也越高。系統(tǒng)的最大工作壓力,因受輸氣機(jī)組能力及管材機(jī)械性能所限,各國(guó)采用管道鋼材都有一個(gè)發(fā)展過(guò)程??傊?,不斷提高輸氣壓力,是今后管道工業(yè)發(fā)展的方向。

  2.3 采用內(nèi)涂層和減阻劑減阻技術(shù),提高輸送能力

  天然氣管道內(nèi)壁敷設(shè)內(nèi)涂層后,可以有效地改善和提高天然氣在管道中的流動(dòng)特性;可以減少管道沿線壓縮機(jī)站的數(shù)量;可以降低輸送的動(dòng)力成本和泵輸成本;在一定程度上可以提高管輸量;可以延長(zhǎng)清管周期;可以降低輸送動(dòng)力消耗和泵輸成本。因此,管道內(nèi)涂層技術(shù)[4]具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,在國(guó)外天然氣管道已經(jīng)普遍采用此技術(shù),并且取得較好效益。國(guó)內(nèi)也應(yīng)該盡快掌握和發(fā)展天然氣管道的內(nèi)涂層技術(shù),這將有利于天然氣管道事業(yè)的發(fā)展。

  縱觀現(xiàn)有減阻劑[5]的成分及化合物結(jié)構(gòu),現(xiàn)有減阻劑基本都是基于以下減阻機(jī)理,具有表面活性劑類似結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的聚合物,其極性端牢固地粘附在管道內(nèi)表面上,而非極性長(zhǎng)鏈順流向懸浮在管壁附近氣流中,或者將聚合物充分溶解在某種溶劑中,調(diào)節(jié)聚合物含量,使溶液具有一定的粘性和彈性,涂在壁面上形成彈性膜,將“氣固”界面變?yōu)?ldquo;氣液”界面。因液體表面的粗糙度比固體表面小得多,形成的渦流區(qū)也小得多,從而能夠大大減小天然氣和管道內(nèi)壁之間的摩擦阻力,降低天然氣輸送過(guò)程中的壓降和能量損耗,提高管道輸氣量。

  2.4 根據(jù)具體情況,選擇最合適的管道干燥方法[6]

  如果天然氣管道中含有水,則液態(tài)的水就有可能與天然氣中的少量酸性氣體生成酸性物質(zhì),腐蝕管道內(nèi)壁,影響管道系統(tǒng)使用壽命及其可靠性;同時(shí),可能形成天然氣水合物或造成冰堵,使管道堵塞,影響管道安全運(yùn)行。因此,為了避免這些問(wèn)題的產(chǎn)生,在投產(chǎn)前必須對(duì)管道進(jìn)行干燥,脫除管道中游離的水和大部分的水蒸氣,使其露點(diǎn)處于-16~5℃。天然氣長(zhǎng)輸管道常用的干燥方法有干燥劑法、流動(dòng)氣體蒸發(fā)法(包括干空氣干燥法、氮?dú)飧稍锓?、天然氣干燥?、真空法等。   以下兩種干燥方法效果好,成本低,節(jié)能效果明顯。真空干燥法在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始應(yīng)用。該方法適合于海底、江底、河底等區(qū)域管道的干燥,特別適合于小口徑、短距離、明水少的管道干燥,空氣可以任意排放,無(wú)毒無(wú)味,不燃不爆,無(wú)安全隱患;對(duì)地層溫度較高的管道有特殊的效果;既適用于陸地管道,也適用于海底管道;受管徑、管道長(zhǎng)度的影響相對(duì)較小;干燥成本低;易與管道建設(shè)和水壓試驗(yàn)相銜接。目前,在國(guó)內(nèi)廣泛使用的是干空氣干燥法。干空氣干燥是采用經(jīng)過(guò)除油、過(guò)濾和脫水的干燥純凈壓縮空氣吹掃管線,由于其低露點(diǎn)的特點(diǎn)使管道內(nèi)壁附著的水分蒸發(fā),并利用后繼干空氣將管道內(nèi)的濕空氣排出管外,達(dá)到干燥管道的目的。

  3、減少天然氣在輸送過(guò)程中的損失

  避免超壓放空,應(yīng)建立上、下游協(xié)調(diào)制度及生產(chǎn)通報(bào)制度,防止輸氣管網(wǎng)局部超壓。當(dāng)供氣量大于用氣量,造成輸氣管網(wǎng)壓力過(guò)高時(shí),需要天然氣調(diào)度人員必須全面了解和掌握天然氣管網(wǎng)的運(yùn)行動(dòng)態(tài),平衡各站點(diǎn)用氣壓力和流量,加強(qiáng)氣量調(diào)配靈活度,及時(shí)地將富余的天然氣調(diào)往其他用戶,使生產(chǎn)運(yùn)行更加安全、經(jīng)濟(jì)、平衡,并應(yīng)積極發(fā)展用戶,增加用氣量。

  針對(duì)低壓放空采取的措施一是選用經(jīng)濟(jì)、可靠、方便的增壓設(shè)備,把低壓氣增壓后輸進(jìn)管網(wǎng)系統(tǒng)。二是建立低壓輸配氣管網(wǎng),將低壓天然氣在不進(jìn)高壓輸氣管網(wǎng)的情況下,直接供給用戶。

  對(duì)于自用氣損耗,此現(xiàn)象發(fā)生在供氣單位內(nèi)部,如增壓站的壓縮機(jī)和自用水套爐用氣。采取措施是:提高壓縮機(jī)有效利用率,在滿足設(shè)備安全運(yùn)行的條件下,使設(shè)備盡可能滿負(fù)荷運(yùn)行,此舉也可延長(zhǎng)壓縮機(jī)的有效壽命。對(duì)其他用氣應(yīng)選用熱效率高的加熱爐及節(jié)能型燃燒器。

  對(duì)管線泄漏情況應(yīng)采取措施,認(rèn)真抓好管理工作,防止跑、冒、滴、漏。認(rèn)真巡線,及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并上報(bào)處理;做好陰極防腐工作,延長(zhǎng)管道的使用壽命,減少管道腐蝕泄漏的發(fā)生;做好各閥門(mén)的維修保養(yǎng)工作,杜絕排污閥和放空閥的管道內(nèi)泄漏[7]。

  4、氣壓力能回收利用技術(shù)

  目前國(guó)內(nèi)外回收利用天然氣管網(wǎng)壓力能的方式主要有發(fā)電和制冷兩大類[8]。利用壓力能發(fā)電,產(chǎn)生的電能可進(jìn)入城市電網(wǎng),或用于發(fā)電站自身生活、生產(chǎn)使用,或用于分布式制氫;在制冷方面,目前主要是將膨脹后低溫天然氣的冷量,用于燃?xì)庹{(diào)峰、冷庫(kù)、冷水空調(diào)、橡膠深冷粉碎以及輕烴回收等。

  將高壓管網(wǎng)天然氣壓力能回收并用于發(fā)電主要是以膨脹機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)壓閥來(lái)回收高壓天然氣降壓過(guò)程中的壓力能,并將其用于發(fā)電,具體說(shuō)有3種方式:(1)利用天然氣膨脹機(jī)輸出功驅(qū)動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電。這類工藝一般在天然氣膨脹前先將其預(yù)熱,以保證天然氣膨脹后的溫度在0℃以上,從而可防止天然氣中的水汽凝結(jié)。(2)利用天然氣膨脹所做功,將膨脹后的低溫天然氣冷量用于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻。該方式可增加進(jìn)入壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙降目諝赓|(zhì)量,從而在壓比不變的情況下減少所需的壓縮功,省去了發(fā)電廠傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組冷卻設(shè)備。(3)上述兩種方式結(jié)合,在利用膨脹機(jī)做功的同時(shí)也利用膨脹后天然氣的冷量。

  高壓管網(wǎng)天然氣壓力能制冷用于燃?xì)庹{(diào)峰、輕烴回收以及天然氣脫水。城市燃?xì)庥昧侩S時(shí)段、晝夜、季節(jié)等波動(dòng)非常大,因此,投資建設(shè)天然氣調(diào)峰設(shè)施顯得非常必要。高壓管網(wǎng)天然氣壓力能制冷用于橡膠深冷粉碎工業(yè)上深冷粉碎橡膠一般需要將原料膠冷卻至-70℃以下,以增強(qiáng)粉碎效果。

  5、對(duì)管道進(jìn)行完整性管理[9]

  現(xiàn)代化的管道控制室,都配備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視管道的流量、壓力和溫度數(shù)據(jù),系統(tǒng)每天都在獲取大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),這就涉及到管道完整性管理計(jì)劃(IMP)中的數(shù)據(jù)管理的問(wèn)題。當(dāng)投入的管道完整性維護(hù)費(fèi)用越少,管道安全的收益越大,但管道安全的風(fēng)險(xiǎn)也就越大;投入越多,雖然管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降低,但管道的收益也就會(huì)大大減小。管道完整性維護(hù)的效益不僅與完整性維護(hù)的費(fèi)用和收益緊密相連,且與管道的風(fēng)險(xiǎn)也息息相關(guān)。對(duì)管道進(jìn)行完整性維護(hù)的目的是降低風(fēng)險(xiǎn)成本,使管道的運(yùn)行效益最好,此目的達(dá)到的程度就是管道運(yùn)行的效用。因此盲目地減少或增加管道完整性維護(hù)費(fèi)用以獲取高的收益或確保管道安全是不科學(xué)、不可行的,管道經(jīng)營(yíng)者需要對(duì)管道的完整性維護(hù)決策進(jìn)行優(yōu)化,以降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),最好地分配維護(hù)資金,從而獲得最大的效益。

  6、總結(jié)

  我國(guó)天然氣資源總量列世界第五位、亞洲第一位。天然氣與煤炭、石油相比,具有清潔、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn),在油價(jià)持續(xù)高漲的情況下,天然氣的優(yōu)勢(shì)得以顯

  現(xiàn)。在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,目前天然氣只占有5.3%(2010年數(shù)據(jù))的份額,而全球天然氣在一次能源中的平均比重達(dá)到近1/4。隨著我國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量及產(chǎn)量的穩(wěn)步增長(zhǎng),天然氣在我國(guó)一次能源中的比重將穩(wěn)步提升。因此,天然氣輸配節(jié)能技術(shù)將有很大的發(fā)展前景。目前,一些天然氣輸配工程已經(jīng)在使用以上的這些技術(shù),但由于我國(guó)的天然氣輸配節(jié)能技術(shù)發(fā)展較晚,在對(duì)管道進(jìn)行完整性管理技術(shù)等方面還不是很成熟,這就要求我們?cè)谠摲矫胬^續(xù)努力,使天然氣輸配節(jié)能技術(shù)充分發(fā)揮它在節(jié)約能源,提高經(jīng)濟(jì)效益方面的重大作用。

  參考文獻(xiàn):

  [1]徐勇,雙功新.淺談天然氣常數(shù)管道通信方案的選擇,經(jīng)濟(jì)師,2010(8):253-254.

  [2]謝英,袁宗明.長(zhǎng)距離輸氣管道的最優(yōu)輸量研究, 管道技術(shù)與設(shè)備,2006(3):3-4.

  [3]劉雯,鄒曉波.國(guó)外天然氣管道輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,石油工程建設(shè),2005,31,(2):10-12.

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