如何提高天然氣管道的輸氣效率

1、如何提高天然氣管道的輸氣效率 近幾十年來， 天然氣作為高效、 清潔能源日益為世界各國廣 泛利用。 世界天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展。 由于天然氣的不易存儲的特 性，管道輸送成為運輸天然氣的經(jīng)濟有效方法。 世界范圍內(nèi)天然 氣管道發(fā)展迅速。目前世界上已建成天然氣管道約150萬km以 上。天然氣管道已連接成國際性、全國性或地區(qū)性管麗，構成了 規(guī)模龐大的供氣系統(tǒng)。 天然氣輸送管道的運行， 一方面要求安全 可靠，保證對用戶連續(xù)穩(wěn)定供氣； 一方面由于大型輸氣系統(tǒng)的運 行能耗和損耗很大。為降低輸氣成本，節(jié)能降耗尤為重要。天然 氣輸送管道可用簡單輸氣效率來衡量輸送能耗的大小。 1. 影響輸氣效率的因素 從理論上分析，

2、一條管道的輸氣效率主要受以下幾方面因素 的影響： 1.1 因為天然氣本身的特點所決定， 調(diào)峰能力的儲存較為困 難，另外，高壓儲罐的建立也涉及成本和安全問題，輔助設施的 投資也比較大，低壓儲罐的建立不但占地大，體積也很大，且儲 存量有限， 所以一般情況下儲備均是依靠輸氣管道進行。 這就要 求，除了正常的輸送外， 必須要有一定的儲備來對這一特殊性進 行適應，也就是說要在生產(chǎn)調(diào)度中對調(diào)峰能力問題進行考慮。 1.2 影響管道輸送能力的因素之一還有高差， 和液體輸送高 差的影響相比，雖然要小的多，但是也不能被忽視。 1.3 因為液體力學的研究是以試驗科學為基礎， 造成能量損 失的直接因素就是管道磨阻，

3、需要大量的實踐驗證才能對其定量 的分析進行確認， 故而在對管道輸送能力進行分析時， 定量計算 管道磨阻是一個復雜但又必須要解決的課題。 1.4 因為天然氣具有可壓縮性， 所以氣體體積在工況下受壓 力的直接影響， 壓力的分布受管道輸送中的能量損失、 輸出氣量、 輸入壓力等很多因素的決定， 如果壓力可以合理分布， 就會提高 輸氣效率，盡可能的保證管道壓力合理的分布是作為生產(chǎn)調(diào)度的 一個重要依據(jù)。 2. 提高壓氣站的效率 從能量消耗來講， 輸氣效率可以理解為管輸氣體獲得的能量 增加值和壓氣站提供的能量之比。 如果說提高管道效率是盡量減 少消耗的管輸氣體的能量， 那么提高壓氣站的效率就是在同樣的 能耗

4、下，盡量增加管輸氣體的能量。 壓氣站效率的提高就是要在同樣的能耗下， 使壓氣站的出口 壓力盡量的提高， 同時要使壓氣站的出口溫度降低。 經(jīng)過計算大 唐國際天然氣管路項目的進、 排氣溫度，可以得出， 相同的模型， 壓縮機進口的溫度每降低 10C，壓縮機的能耗就會降低 3% -5 %;輸氣首站出口的壓力每降低 2OC,首站進氣的壓力就可 以降低O.IMPa左右。通常情況下，是否在進站設置天然氣的冷 卻裝置，需要根據(jù)需要增加的能耗和降低的能耗來做技術經(jīng)濟的 比較。壓縮機的出口一般都需要進行天然氣冷卻， 才能滿足天然 氣進管道溫度的要求，一般選擇空冷作為冷卻方式。 壓氣站效率的提高最重要的就是要使得壓

5、縮機和其配套動 力系統(tǒng)的效率提高。 壓縮機的主要驅(qū)動方式采用能夠調(diào)速的蒸汽 輪機，空冷器采用變電機驅(qū)動式，高壓電機采用帶變頻手段式， 壓縮機頭采用性能更先進的等都是所采用的具體措施。 此外，為了提高壓氣站的效率還可以采用如超聲波流量計的 壓降更小的計量設備， 壓縮機前面采用壓降更小的分離設備， 使 增壓后的處理環(huán)節(jié)減少，使站內(nèi)的工藝路線減少或優(yōu)化等。 3. 提高管道的效率 參與干線輸氣管道在管道系統(tǒng)建好之后的綜合特性就能夠 理解為管道效率。 其中包含鋼管內(nèi)壁的流態(tài)及粗糙度、 鋼管系統(tǒng) 的首末站高差、管道的縱向和水平角度等。結合這些影響因素， 就能夠?qū)⒁粭l已經(jīng)建好的天然氣長輸管道的管道特性曲線繪

6、制 出來。繪制出的管道特性曲線可以體現(xiàn)管道中氣體的管道距離變 化、流量及能量損矢的關系。 我們知道，天然氣長輸管道在設計的時候總希望盡量使高差 為正，使管道盡可能的筆直，這樣不僅可以使管道長度減少，工 程造價降低， 還可以使管道的水力條件得到優(yōu)化， 使天然氣輸送 所需的能量減少， 進而使天然氣的管輸成本降低。 因為天然氣具 有可壓縮性，如果輸送的壓力越高，此類的影響就會越大。 降低管道內(nèi)壁的粗糙度也是一個重要的方面， 通過設置減阻 內(nèi)涂層來使輸氣效率提高就是常用的方法。由流體力學原理可 知，流動在阻力平方區(qū)管道的水力摩阻系數(shù)與雷諾數(shù)幾乎無關， 只會作為管壁絕對粗糙度的函數(shù)， 倘若能使管道內(nèi)壁的

7、粗糙度減 小，就可以使水力摩阻有效的降低。 減阻內(nèi)涂層主要優(yōu)勢是能提高流動效率，減少壓降，要；隹 確預測內(nèi)涂后輸氣管道的輸氣能力或壓降， 首先就要確定合適的 當量粗糙度和摩阻系數(shù)算式。 當在各種文獻中量粗糙度的推薦值 出入較大時， 其取值還因涂敷的水平和工藝、 各國制管和涂料質(zhì) 量的變化而不同。 顯然將管道輸送效率提高的有效手段就是施加內(nèi)涂層， 在阻 力平方區(qū)運行基本是我國干線輸氣管道的現(xiàn)狀。簡單歸納一下， 大概有如下幾點結論： 如果內(nèi)涂層使表面的粗糙度減少至 90 時，可提高輸送量24%，減少輸氣管道摩阻系數(shù)多達 33%。 在雷諾數(shù)10S-10之間的摩阻系數(shù)變化最大。管徑的影響隨雷 諾數(shù)的增

8、大而越小。摩阻系數(shù)的縮減率隨管徑的減小而增大， 隨雷諾數(shù)的增大而增大。 在國外的內(nèi)涂層減阻技術相對成熟， 幾平都無一例外的在所 有干線天然氣管道上采用了內(nèi)涂層。 換言之， 在技術上天然氣使 用內(nèi)涂層應該是可行的， 但是否在經(jīng)濟上可行就要根據(jù)管道的具 體情況來看了，因為內(nèi)涂層受經(jīng)濟性因素的影響較大，如管長、 管徑和粗糙度等。 影響管道經(jīng)濟性最關鍵的因素是加內(nèi)涂層后管 道粗糙度和裸管的差， 通過實際反推計算國內(nèi)管道和調(diào)研， 我國 干線輸氣管道新管裸管的粗糙度最終被確定應該控制在 40-45卩m之間，且將這個結果應用在了西氣東輸?shù)墓艿拦こ淘O 計中。 西氣東輸工程中應用內(nèi)涂層經(jīng)過方案的對比分析， 最終被 確定是可行的、經(jīng)濟的。 使用管道內(nèi)涂層主要有以下幾個優(yōu)點： 延長管件、 閥門和 管道的壽命， 使沉積物減少， 有助于管道干燥加速投產(chǎn)和提高氣 體純度改善清管效果，減少維修量，減少環(huán)境污染；改善流動 性，有助于目視檢查管子的內(nèi)表面，防止施工期間腐蝕。為利 于管道的安全運行， 使設計壓力降低。 使管道的工作壓力降低 后，節(jié)約設備和管材的一次性投資。提高輸氣效率。降低