優(yōu)化壓縮機(jī)組等設(shè)備提高天然氣輸氣管道效率的方法

1、陜京輸氣管線已經(jīng)安全運(yùn)行10年多,隨著京津地區(qū)天然氣需求量的增加,對(duì)管道輸氣量的增加迫在眉睫。由于管道管徑已經(jīng)確定,如何安全、有效的提高管線輸氣量顯得非常重要。本文僅針對(duì)目前國內(nèi)管線的應(yīng)用情況進(jìn)行分析,以陜京管道為實(shí)例,提出了有效提高輸氣量的看法。優(yōu)化壓縮機(jī)組等設(shè)備提高天然氣輸氣管道效率的方法 文/中石油管道公司德州壓縮技術(shù)公司呂子文龔翠蘭關(guān)鍵詞:陜京管道天然氣水合物壓縮機(jī)組近年來,我國各地區(qū)天然氣需求量呈快速上升趨勢,增加現(xiàn)有管道天然氣的輸送量日益成為制約管道輸氣能力的重要因素,因此努力提高輸氣管道的效率就成了增加輸氣量的重要措施,這點(diǎn)在陜京輸氣管道上顯得尤為重要。根據(jù)天然氣特性和管道輸送方

2、式,可以采用以下方法增加天然氣管道的輸送效率。加強(qiáng)天然氣輸送前的預(yù)處理管輸天然氣是否含有有害成份及有害成份的多少,對(duì)管道的工作狀況、經(jīng)濟(jì)效益和使用壽命有很大的影響。管道輸送中的有害雜質(zhì)主要是機(jī)械雜質(zhì),如粉塵、硫化鐵粉末等,以及游離水、烴類凝析液和硫化氫。二氧化碳也是有害成份,有水存在的情況下它會(huì)產(chǎn)生碳酸腐蝕管道;無水情況下,它是一種無效成份,含量多了會(huì)造成無效的浪費(fèi),且會(huì)造成管道腐蝕。游離水的存在會(huì)增加管道阻力,降低輸送效率。液態(tài)烴多了也會(huì)引起管道堵塞,降低輸送效率。特別是水的存在會(huì)和天然氣中的其它成份形成氣體水合物造成冰堵,危及管道天然氣的輸送。氣體水合物是由一種或幾種氣體的混合物(如CH4

3、、C2H6、CO2、N2等在一定的溫度、壓力條件下和水作用生成的一類籠形結(jié)構(gòu)的冰狀晶體。天然氣水合物外觀結(jié)構(gòu)似碎冰或雪末,約15%重量是氣體,比重在0.9g/cm3左右,隨氣體組成的不同而變化。在氣體水合物中,水分子(主體通過氫鍵作用形成一種點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu),氣體分子(客體則填充于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的空穴中,主、客體分子之間通過范德華力相互作用,水合物的結(jié)構(gòu)類型主要取決于氣體分子填充晶穴的大小。因此,加強(qiáng)天然氣輸送前的預(yù)處理可以有效地防止天然氣管輸過程中發(fā)生以上情況,從而增加管輸效率。另外,可通過加強(qiáng)對(duì)管輸天然氣的氣質(zhì)檢測,合理安排清管作業(yè),適時(shí)清除管道中的雜質(zhì),提高天然氣的輸送效率。優(yōu)化管道輸氣運(yùn)行管理

4、合理增加輸氣管道首站的入口壓力任一站x的進(jìn)站壓力和出站壓力:+=+=21122(1Q y y a P a P n x i n i ni j j Z n xi i Zx (1 221122(1Qb Q y y a P a P x n x i n i n i j j Z n x i i Qx +=+= (2式中,輸氣管道的流量與首站的進(jìn)口壓力P Z1、管道終點(diǎn)壓力P Z 有關(guān)系,但受進(jìn)口壓力P Z1的影響較大;且當(dāng)壓縮機(jī)站數(shù)越多,PZ1對(duì)流量的影響越大,而P Z 對(duì)流量的影響越小。從以上分析可以看出,要想增加輸氣量,提高管道的輸氣能力,提高首站的入口壓力是一個(gè)較為有效的方法。在管道和壓縮機(jī)組允許的

5、情況下,盡力提高首站的入口壓力的方法已在天然氣輸送管道生產(chǎn)運(yùn)營中得到了應(yīng)用。對(duì)壓縮機(jī)出口天然氣進(jìn)行冷卻,降低壓縮機(jī)站出口天然氣溫度經(jīng)過壓縮,天然氣的溫度會(huì)有較大幅度的上升,根據(jù)氣體狀態(tài)方程,不同的溫度下,輸送的天然氣量不同,較低的溫度可以得到較大的輸量。因此,加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)出口溫度的冷卻會(huì)產(chǎn)生較大的輸氣效率,同時(shí)也能保證天然氣溫度不超過管道的防腐層所允許的最高溫度。但對(duì)天然氣進(jìn)行冷卻以降低天然氣的溫度,必須對(duì)天然氣冷卻時(shí)所增加的費(fèi)用與所增加的輸氣能力進(jìn)行比較,并根據(jù)壓縮機(jī)不同季節(jié)運(yùn)行工況點(diǎn)的變化(見圖1,選擇合理的方式,以期得到最合理的經(jīng)濟(jì)效益。 改善沿線各設(shè)備,減少局部阻力損失天然氣管道輸送時(shí)

6、的水力損失主要有沿程阻力損失和局部阻力損失,對(duì)這兩種阻力進(jìn)行有效改善可有效地增加管道的輸送效率。對(duì)天然氣管道進(jìn)行內(nèi)涂層減阻技術(shù)處理,減小沿程阻力損失我國與國外的內(nèi)涂層技術(shù)有較大差距,過去的內(nèi)壁涂敷主要用于油氣田腐蝕性介質(zhì)的集輸管道和注水管道,達(dá)到防腐蝕的目的,而以減阻、提高輸量和節(jié)能為目的內(nèi)壁涂敷技術(shù)剛剛開始應(yīng)用。通過對(duì)西氣東輸管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)進(jìn)行深入的研究,可以給其它管道的建設(shè)提供參考。1西氣東輸內(nèi)涂層的基本參數(shù)內(nèi)涂敷膜厚度:干膜5075m (濕膜時(shí)需達(dá)到100150m 。管道內(nèi)表面處理標(biāo)準(zhǔn):Sa2.5級(jí)。鋼管內(nèi)壁涂前粗糙度:4045m 。鋼管加內(nèi)涂層后表面粗糙度:小于10m 。2減阻型內(nèi)

7、涂層涂料的選擇內(nèi)涂材料的性能必須符合英國天然氣工程標(biāo)準(zhǔn)GBE/CM 2及美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 5L2的要求。經(jīng)過考察和研究,認(rèn)為環(huán)氧樹脂型涂料是最成熟、最實(shí)用的內(nèi)涂層涂料,粉末環(huán)氧樹脂涂料和雙組分液態(tài)環(huán)氧樹脂涂料都有廣泛應(yīng)用記錄,而雙組分液態(tài)環(huán)氧樹脂涂料在天然氣干線管道中應(yīng)用更多,因此,決定西氣東輸管道采用雙組分液態(tài)環(huán)氧樹脂涂料。3內(nèi)涂工藝要求內(nèi)涂施工的基本程序是管道預(yù)熱-表面處理-除塵-端部膠帶-無氣噴涂-加速固化-檢驗(yàn)-堆放。在處理內(nèi)、外涂的關(guān)系上,考慮到“先外后內(nèi)”工藝在內(nèi)涂作業(yè)時(shí),短時(shí)高溫對(duì)防腐層的影響,采用了“先內(nèi)后外”工藝。4內(nèi)涂層技術(shù)的優(yōu)勢及效益西氣東輸管道采用以減阻為目的的內(nèi)

8、涂敷層技術(shù),其效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:A 在管徑、壓力不變的前提下,可以提高輸量;B 在壓力、輸量一定的前提下,可以縮小管徑,節(jié)約鋼材;C 在壓力、輸量不變的前提下,可減少壓縮機(jī)站的數(shù)量,節(jié)省運(yùn)行成本;D 減輕管內(nèi)壁腐蝕,延長清管周期。若按西氣東輸管道已確定的管道長度、管徑、壓力及采用內(nèi)涂敷層技術(shù)前后粗糙度的變化等有關(guān)參數(shù)計(jì)算,西氣東輸工程采用內(nèi)涂敷層后可減少3個(gè)左右的壓氣站,減少投資近10億元,而且每年可節(jié)約大量運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)天然氣管道上的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化組合,合理選用,減小局部阻力損失局部阻力損失雖然只占管道阻力降的一小部分,但如果設(shè)備選用不當(dāng),也可能造成較大的阻力降,減小輸送效率。采用以下

9、方法可以減小局部阻力損失對(duì)管道輸氣量的影響:(1選用較為合理,阻力降較小的氣體凈化設(shè)備,如各種除塵器和過濾器及濾芯的合理選用等。(2盡量少用易產(chǎn)生較大阻力降的閘板閥,改用阻力降較小的直通球閥。(3在滿足要求的情況下,盡量減少深入管道內(nèi)部的檢測儀表設(shè)備或節(jié)流元件,或采用產(chǎn)生較小阻力降的檢測設(shè)備。加強(qiáng)管道各加壓站的設(shè)備維護(hù),減少壓縮機(jī)組的停機(jī)次數(shù)根據(jù)能量平衡原理,某一站壓縮機(jī)停運(yùn)后整個(gè)管道輸量必然降低。2*112112(Q b y a P a P k i k i k i j j Z k i i Qk += (32*1111121112(Q y y a P a P k i k i k i j j Z

10、 k i i Zk += (4從上式可以得出:當(dāng)某一站壓縮機(jī)停運(yùn)后,停運(yùn)站前第k 站進(jìn)出站壓力都要上。(0(122*1112<+=+=+=QQ b y y a a P n k i k n i n i j j n k i i Qk (5+=+=2*1122(1Q y y a P a P n k i n i ni j j Z n k i i Zk (6從上式可以得出:當(dāng)某一站壓縮機(jī)停運(yùn)后,停運(yùn)站后第k站進(jìn)出站壓力都要下降。如圖2所示。 從以上分析可以看出,在輸氣生產(chǎn)的運(yùn)行過程中,只有保持壓縮機(jī)站的正常運(yùn)行,才能確保整個(gè)輸氣管線的輸氣效率。這就要求,在生產(chǎn)運(yùn)行過程中,要大力加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)站設(shè)備,

11、特別是壓縮機(jī)的維護(hù),確保壓縮機(jī)不停機(jī)或少停機(jī),以增加輸氣效率,提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)管道運(yùn)營進(jìn)行完整性管理分析,確保天然氣管道的安全生產(chǎn)安全是管道的生命,對(duì)于大型輸氣管道而言,管道工作的安全可靠直接影響到所輸送的氣量。以往管道安全生產(chǎn)管理多為被動(dòng)的事后響應(yīng)。實(shí)踐中我們感到:完整性管理可以使管道安全生產(chǎn)管理變被動(dòng)為主動(dòng),變事后處理為提前預(yù)控,從而可以最大限度的提高管道的輸氣生產(chǎn)效率。輸氣管道系統(tǒng)的工作可靠性取決于系統(tǒng)的無事故性、耐久性和適修性的總和,它表示系統(tǒng)在其中某一單體發(fā)生事故情況下仍能不間斷地供給不低于預(yù)先規(guī)定的天然氣量。目前,陜京輸氣管道已完成了通過不斷變化的管道因素,對(duì)天然氣管道運(yùn)營中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和技術(shù)評(píng)價(jià),制定了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策,不斷改善識(shí)別到的不利影響因素,從而將管道運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)。通過科學(xué)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測、檢測、檢驗(yàn)、檢查等方式和各種技術(shù)的應(yīng)用,獲取與專業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性信息,以可靠性為中心,對(duì)可能造成管道失效的威脅因素進(jìn)行管道的完整性評(píng)價(jià),最終達(dá)到持