淺談天然氣高壓管道（西氣東輸二線）開口分輸

【摘要】高壓管道開口分輸，在消耗最少管材的條件下獲得最大的輸氣量。同時(shí)充分利用壓力，在末站CNG母站充裝過程可實(shí)現(xiàn)50%充裝量由管道壓力直充。從而減少CNG充裝過程中電能的消耗，在同行業(yè)中CNG充裝成本上占據(jù)絕對優(yōu)勢權(quán)，在市場競爭中獲得更高競爭能力。

【關(guān)鍵詞】高壓管道；不減壓；分輸

【中圖分類號】TE973；TP273.5

此論文結(jié)合新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十二師天然氣工程（昌吉分輸站西二線開口分輸、高壓長輸管線及總站運(yùn)行）相關(guān)情況完成。

一、城市燃?xì)鈿庠搭愋蛯Ρ?/p>

天然氣氣源是城市天然氣利用工程的重要基礎(chǔ)，其技術(shù)條件必須滿足城市供氣連續(xù)性等基本要求。天然氣氣源按其來源不同，可分為長輸管道天然氣、壓縮天然氣供應(yīng)。

（1）長輸管道天然氣

長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位間的用于輸送商品介質(zhì)（油、氣等），并跨省、市，穿、跨越江河、道路等，中間有加壓泵站的長距離管道。

天然氣的生產(chǎn)和儲存設(shè)施大都遠(yuǎn)離城市，天然氣對城市的供應(yīng)一般都通過長輸管線實(shí)現(xiàn)的。天然氣長輸管線的終點(diǎn)配氣站稱為城市接受門站，是城市天然氣輸配管網(wǎng)的氣源站，其任務(wù)是接收長輸管線輸送的天然氣，在站內(nèi)進(jìn)行過濾、調(diào)壓、計(jì)量后，進(jìn)入城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)。長輸管道天然氣是目前我國大中型城市的主要?dú)庠础?/p>

（2）壓縮天然氣

壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）指壓縮到壓力大于或等于10MPa且不大于25MPa的氣態(tài)天然氣，是天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中。

在用氣城鎮(zhèn)或小區(qū)的壓縮天然氣供氣站（也稱CNG減壓站、卸氣站或釋放站）內(nèi)，長管拖車轉(zhuǎn)運(yùn)的壓縮天然氣經(jīng)卸氣、減壓、儲氣、計(jì)量加臭后，通過城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)供應(yīng)給各燃?xì)庥脩?。系統(tǒng)具有工藝簡單、投資省、成本低、工期短、見效快、靈活多變的優(yōu)點(diǎn)，適用于遠(yuǎn)離長輸管道或暫時(shí)無法建輸氣管道的中小城市或遠(yuǎn)離城市中心的居民小區(qū)提供氣源保證，也可作為管道天然氣的調(diào)峰氣源。

通過二種氣源類型的對比，長輸管道氣源有著非常明顯的優(yōu)勢。而新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十二師地處烏昌腹地，西氣東輸二線在周邊經(jīng)過，得天獨(dú)厚的天然氣資源優(yōu)勢成為本工程的有力支撐點(diǎn)。本項(xiàng)目氣源來自西氣東輸二線昌吉分輸站，通過6.88KmGA1級長輸管道輸送至頭屯河天然氣總站，因此有充分的氣源保障。

二、分輸站不減壓分輸工藝

由于城市燃?xì)饨?jīng)營單位下游用戶主要以居民用氣、公福用氣和工業(yè)用氣為主，且用氣壓力均低于0.4Mpa。因此國內(nèi)城市燃?xì)馄髽I(yè)在從上游分輸站分輸工藝設(shè)計(jì)時(shí)，普遍采用分輸站先減壓后分輸方案，即分輸站將管道天然氣壓力減至2.5～4Mpa后分輸至城市燃?xì)忾T站（調(diào)壓站），城市燃?xì)忾T站（調(diào)壓站）再次減壓后輸往城市管網(wǎng)。此種方案優(yōu)勢在于通過分輸站減壓后，上游分輸站出站壓力降低對下游管道、設(shè)備的壓力等級要求降低，從而降低了管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

通過先減壓后分輸方案與不減壓直接分輸方案的對比，減壓分輸?shù)暮芏嗖蛔阒幰舱宫F(xiàn)在我們面前。上游中石油分輸站內(nèi)分輸設(shè)備，國內(nèi)普遍運(yùn)作模式為由城市燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)按照上游中石油企業(yè)要求采購、安裝分輸設(shè)備，投運(yùn)后委托中石油企業(yè)管理。按照中石油相關(guān)規(guī)范要求，為保證安全運(yùn)行減壓裝置、安全切斷裝置、計(jì)量器具等均需采購國外進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備采購、維護(hù)費(fèi)用高、供貨周期長等為下游城市燃?xì)膺\(yùn)營企業(yè)造成沉重負(fù)擔(dān)。本項(xiàng)目由于設(shè)計(jì)方案為不減壓直接分輸，設(shè)備采購中避免了減壓裝置、安全切斷裝置的采購費(fèi)用，大大降低了城市燃?xì)膺\(yùn)營企業(yè)的投資負(fù)擔(dān)。

于此同時(shí)由于本項(xiàng)目為分輸站西氣東輸二線開口不減壓直接分輸，分輸站至頭屯河天然氣總站長輸管線設(shè)計(jì)壓力等級與上游中石油管線為同等壓力級別，從根本上避免了下游管線超壓而引發(fā)的安全事故。在常規(guī)性減壓分輸項(xiàng)目中，下游管線運(yùn)行企業(yè)需時(shí)刻關(guān)注管線壓力變化，防止管線運(yùn)行壓力超壓造成的燃?xì)庑孤?、爆炸等安全事故的出現(xiàn)。另外以輸氣管道輸氣能力為衡量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)管道直徑為定值時(shí)，管道輸送介質(zhì)壓力等級越高其輸氣能力越大。本項(xiàng)目輸氣管道輸氣能力是同等口徑管道輸氣能力的2～3倍（如圖A.0.1）。

三、12Mpa進(jìn)站運(yùn)行技術(shù)

目前國內(nèi)城市燃?xì)鈭稣鞠到y(tǒng)進(jìn)氣壓力基本在4Mpa以下，此類項(xiàng)目優(yōu)勢在于系統(tǒng)進(jìn)氣壓力等級較低，場站設(shè)備運(yùn)行維護(hù)簡單，同時(shí)此類壓力等級設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)制造水平也趨于成熟穩(wěn)定。此類項(xiàng)目向CNG母站供氣時(shí)由于是分輸站減壓后，CNG母站再次升壓造成不必要的能耗損失。

本項(xiàng)目充分利用上游管道壓力優(yōu)勢，在CNG母站生產(chǎn)過程中先用管道壓力直充，當(dāng)CNG長管拖車壓力與管道壓力趨于平衡后再啟動壓縮機(jī)充裝，從而達(dá)到節(jié)約電量損耗成本的目的。本項(xiàng)目投運(yùn)后CNG 充裝耗電成本與常規(guī)性母站相比能耗降低50%，在激烈的市場競爭中占有強(qiáng)有力優(yōu)勢。同時(shí)12Mpa國產(chǎn)燃?xì)庠O(shè)備制造廠家寥寥無幾，本項(xiàng)目通過與國內(nèi)知名燃?xì)庠O(shè)備廠家合作，在降低自身投資成本的同時(shí)對國內(nèi)12Mpa壓力等級燃?xì)庠O(shè)備研發(fā)制造也做出了卓越貢獻(xiàn)。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十二師總站項(xiàng)目工藝包括過濾、調(diào)壓、計(jì)量、氣體脫水系統(tǒng)、氣體緩沖和廢氣收集系統(tǒng)、氣體壓縮系統(tǒng)、氣體儲存系統(tǒng)和加氣系統(tǒng)。

過濾、調(diào)壓、計(jì)量裝置：本項(xiàng)目天然氣來自西氣東輸二線昌吉分輸站，進(jìn)站壓力為7.0～11.3MPa，進(jìn)站天然氣經(jīng)進(jìn)站工藝系統(tǒng)過濾后利用匯管進(jìn)行分配：一路為CNG加氣母站供氣；一路通過門站調(diào)壓計(jì)量撬向城市高壓管網(wǎng)供氣；一路為LNG液化工廠預(yù)留。在向CNG加氣母站供氣管路上設(shè)置調(diào)壓、計(jì)量裝置后，以8.5MPa的壓力進(jìn)入脫水系統(tǒng)（進(jìn)站壓力低于8.5MPa時(shí)為進(jìn)站壓力）。

氣體脫水系統(tǒng)采用前置干燥器。按當(dāng)前的實(shí)際生產(chǎn)工藝，脫水有壓縮機(jī)前脫水和壓縮機(jī)后脫水兩種，為了延長壓縮機(jī)的使用壽命，設(shè)計(jì)采用壓縮機(jī)前置低壓脫水工藝。低壓脫水工藝采用分子篩硅膠吸附劑，干燥器填料飽和后需用天然氣再生。脫水裝置的再生氣直接采用原料天然氣，并在脫水裝置中加壓循環(huán)，沒有放空損失。經(jīng)分子篩脫水處理后的天然氣，其常壓下露點(diǎn)溫度約-60℃，滿足加氣質(zhì)量要求。在脫水裝置上需設(shè)在線微量水分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測脫水后天然氣中的水含量，當(dāng)天然氣露點(diǎn)不能滿足要求時(shí)，可進(jìn)行吸附與再生的切換。

氣體緩沖和廢氣收集系統(tǒng)主要有1個(gè)緩沖罐和1個(gè)廢氣回收罐組成。緩沖罐為Ⅱ類壓力容器，為壓縮機(jī)自帶，主要是用來穩(wěn)定進(jìn)氣壓力并去除氣體中的雜質(zhì)，減小氣流脈沖，對壓縮機(jī)起到保護(hù)作用。廢棄收集罐為Ⅱ類壓力容器，也是壓縮機(jī)自帶，主要用于收集壓縮機(jī)排污所排出的天然氣。 壓縮系統(tǒng)采用混冷整體撬裝式壓縮機(jī)。本設(shè)計(jì)選取壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)工況范圍為吸氣壓力8.5 Mpa，排氣壓力為25.0 Mpa。天然氣由外部管線經(jīng)一級進(jìn)氣過濾器進(jìn)入一級壓縮缸，經(jīng)一級缸增壓后進(jìn)入一級冷卻器和緩沖分離罐；冷卻后經(jīng)管線進(jìn)入二級壓縮缸，經(jīng)二級壓縮缸增壓后進(jìn)入二級冷卻器和緩沖分離罐，冷卻后經(jīng)高壓過濾器排出系統(tǒng)。級間設(shè)有旁通回路。一級排氣、二級排氣分別設(shè)有安全閥以及自動放空閥，保證管道和設(shè)備運(yùn)行安全，方便維護(hù)修理。

加氣系統(tǒng)：增壓后的天然氣經(jīng)高壓燃?xì)夤艿垒斔椭良託鈾C(jī)，通過加氣機(jī)的加氣槍與CNG汽車相接，直接將CNG充入汽車的儲氣瓶組中，當(dāng)汽車儲氣瓶組中天然氣壓力達(dá)到20.0 Mpa時(shí)，加氣機(jī)自動關(guān)閉加氣槍。

CNG管束拖車加氣系統(tǒng)：增壓后的天然氣經(jīng)加氣柱直接向管束拖車供氣，當(dāng)拖車內(nèi)壓力達(dá)到20.0MPa時(shí)，加氣柱自動停止加氣。

由于調(diào)壓器出口壓力為8.5MPa，脫水裝置出口至壓縮機(jī)之間設(shè)置有直充管線，可不通過壓縮機(jī)直接給CNG管束車充氣，最大限度地利用上游來氣壓力，減少電能消耗。