天然氣長輸管道壓氣站設(shè)置理念淺析

摘 要：為了保證天然氣長輸管道壓氣站設(shè)置的合理性，避免提前投資，對管道壓縮機的設(shè)置原則進行淺析。通過對氣量變化、組分變化、市場需求以及壓縮機選型對壓氣站設(shè)置的影響分析，提高壓縮機輸氣效率。

關(guān)鍵詞：天然氣；壓縮機；管道工程；效率；能耗；

中圖分類號：TE89 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-05-00-01

引言[1～4]

作為長輸管道輸送的核心設(shè)備離心壓縮機的需求越來越多，壓縮機的質(zhì)量要求也越來越高，壓氣站的設(shè)置凸顯重要。合理的壓氣站設(shè)置，不僅能夠保證整個長輸管道的平穩(wěn)運行，而且還能盡可能的避免發(fā)生喘振或者打回流等不正常工況的產(chǎn)生，降低整個管道運行能耗成本，提高效益。

一、天然氣長輸管道運行特點分析

管道在首站增壓，首站的運行條件由上游氣源決定，相對穩(wěn)定。最后一個壓氣站受下游市場變化的影響，波動較大。而中間壓氣站分輸用戶相對較少，主要起到壓力接力的作用。因此，首末兩座壓氣站的波動將直接影響到中間壓氣站的運行，所有運行壓氣站機組相互依存和牽制，形成了大型長輸管道整體壓縮的特性，對機組設(shè)計、選型和運行有一個很寬廣的要求。管道運行還受實際市場需求的影響，沿線各分輸站的分輸氣量的變化將導(dǎo)致全線運行模式和參數(shù)發(fā)生變化，特別是存在電廠用戶，整個管道還要滿足調(diào)峰氣量的需求。

總而言之，天然氣長輸管道與上游資源和下游市場同時動態(tài)運行。壓氣站的設(shè)置應(yīng)根據(jù)管道不同運行工況，擇機建設(shè)，逐步建成。

二、壓氣站設(shè)置的原則和目標[1，3]

管道所設(shè)壓氣站和機組必須視為一個整體的壓縮系統(tǒng)，并與整個管道的水力特性相融合，在工藝計算分析中應(yīng)將所有壓氣站和機組作為一個整體的運行系統(tǒng)考慮。壓氣站的選型和配置需要在整個輸量變化的情況下實現(xiàn)連續(xù)性，保證無回流運行，即連續(xù)輸量。這個輸量連續(xù)性使管道的整體壓縮系統(tǒng)達到最高效率。

三、壓氣站投運分析

工藝分析中假定某大型天然氣長輸管道全線干線長度2500 km，設(shè)有5座壓氣站，每座壓氣站之間的間距均為500km，管徑1016mm，設(shè)計壓力10MPa，氣源壓力按6MPa考慮。假設(shè)每座壓氣站都兼有分輸功能，分輸氣量從上游到下游依次按照1：1：2：3：3進行分配，每個分輸口的最小壓力應(yīng)不低于4MPa。因管道輸量的增長主要受沿線分輸站場實際市場需求的影響，管道分輸氣量的變化將導(dǎo)致全線運行模式發(fā)生改變，因此實際工程中應(yīng)以沿線市場需求為準。

（一）站運行模式

在管道輸量超過30億方/年時，此時需投運壓氣站。而首先投運哪座壓氣站輸氣效率、輸氣量最合理需要進行具體工藝分析。

1、1#壓氣站投運時，管道最大輸量為59億方/年，壓縮機功率為10.4MW。

2、2#壓氣站投運時，管道最大輸量為51億方/年，壓縮機功率為10.5MW。對比1#和2#壓氣站，1#壓氣站輸量大、功率低，綜合效率優(yōu)于2#壓氣站。

3、如果將1站運行模式放到3#壓氣站，此時管道最大輸量為38億方/年（按照分輸壓力不低于4MPa考慮），壓縮機功率為3.13MW。雖然3#機組的壓縮機功率低，但輸量范圍窄，只在30億方/年～38億方/年之間使用，輸量調(diào)節(jié)不靈活，不建議采用。由此類推，在4#、5#壓氣站中投運輸量更低，更不合理。

綜上，建議1站模式下首先投運1#壓氣站。

（二）站運行模式

首先2站運行模式應(yīng)基于1#壓氣站已經(jīng)投用的工況考慮，此時共有四種方案，分別是1#和2#、1#和3#、1#和4#、1#和5#。

1、1#和2#投運時，管道最大輸量為73.5億方/年，壓縮機總功率為19.9MW。

2、1#和3#投運時，管道最大輸量為75億方/年，壓縮機總功率為29.4MW。

3、1#和4#投運時，管道最大輸量為64.5億方/年，壓縮機總功率為16MW。同理，雖然此方案壓縮機功率低，但輸量范圍在59億方/年～64.5億方/年之間，輸量調(diào)節(jié)更不靈活，不建議采用。由此類推，1#和5#方案輸量更低，更不采用。

比較1#和2#、1#和3#兩種方案，雖然前者輸量比后者少1.5億方/年，但總功率要比后者少近10MW，單位功率下的輸量3.69億方/（年﹒MW）比后者2.55億方/（年﹒MW）高很多，總體效率優(yōu)于后者，建議采用1#和2#運行模式。

（三）站運行模式

3站運行模式應(yīng)基于1#和2#壓氣站投運的工況考慮，此時共有三種方案，分別是1#、2#和3#，1#、2#和4#，1#、2#和5#。

1、1#、2#和3#投運時，管道最大輸量為96億方/年，壓縮機總功率為54.7MW。

2、1#、2#和4#投運時，管道最大輸量為84億方/年，壓縮機總功率為36.3MW。

結(jié)合以上分析，1#、2#和4#運行模式雖然壓縮機功率低，但輸氣量要比1#、2#和3#少12億方/年，不適合實際工況調(diào)節(jié)靈活性的要求。同樣，1#、2#和5#運行模式的輸量會更低，更加不適合實際工況。因此，建議采用1#、2#和3#運行模式。

（四）站運行模式

4站運行模式共有兩種方案，分別是1#～4#和1#～3#、5#兩種方案。兩種方案最大輸量均為100億方/年，壓縮機總功率都在67MW左右，因此運行4#或5#區(qū)別不大。

該運行模式下，因1#和2#壓氣站之間沒有分輸，此管段達到最大輸量100億方/年成為整個管道輸氣量的瓶頸。

通過以上分析可以看出，在已假定的管道運行條件下，運行4座壓氣站就能實現(xiàn)管道最大輸量100億方/年，無需運行第5座壓氣站。

四、結(jié)論及建議

（一）長輸管道壓氣站設(shè)置及投運時機選擇中，應(yīng)保證管道實現(xiàn)連續(xù)輸量的情況下，降低壓縮功率和燃料氣的總消耗量，即功耗和燃耗，實現(xiàn)單位輸量下能耗最低，提高壓縮系統(tǒng)效率。

（二）壓氣站設(shè)置及投運同時應(yīng)充分結(jié)合沿線市場的變化，不僅滿足近期市場變化，還要考慮遠期市場的需求。

參考文獻：

[1]徐鐵軍.天然氣管道壓縮機組及其在國內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展[J]，油氣儲運，2011，30（5）：321-325.

[2]高順華，陳仁貴.天然氣長輸管道燃壓機組的機型選擇及配置[J]，熱能動力工程，2010，25（4）：374-376.

[3]戴云飛，寇可新等. 天然氣增壓站配套與選型研究[J]，燃氣輪機技術(shù)，2002，15（1）：37-40.

[4]陳瑾， 林敏等.壓氣站大型離心壓縮機組的建設(shè)建議[J]石油和化工設(shè)備，2013，16（6）：62-64.