天然氣長輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)探討

馬禮

摘 要：天然氣的傳輸離不開長輸管道的節(jié)能設(shè)計(jì)，做好管道的節(jié)能設(shè)計(jì)對提高天然氣傳輸效率、減少和降低管道使用中不必要的能源損失具有重要意義。正確認(rèn)識長輸管道的技能設(shè)計(jì)的重要性，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工藝，以控制不合理的管道運(yùn)行，可以真正達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：天然氣長輸管道;節(jié)能設(shè)計(jì);應(yīng)用

1國內(nèi)研究現(xiàn)狀

伴隨我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對于天然氣也提出全新需求，在這一背景下，長輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)便顯現(xiàn)出極大必要性，我國現(xiàn)階段針對長輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)方式主要有提升設(shè)計(jì)系數(shù)、增加管道直徑、提升綱級等，但是此類方式皆需將具有較高可靠性的設(shè)計(jì)與評價(jià)方法作為支撐依托。以現(xiàn)階段含有一級天然氣管道并進(jìn)行0.8設(shè)計(jì)系數(shù)地區(qū)為例，在現(xiàn)階段所取得節(jié)能效果與理想狀態(tài)差異較小。同時(shí)，我國長輸管道標(biāo)準(zhǔn)將ISO16708—2006—Petroleumandnaturalgasindustries-Pipelinetransportationsystems-Reliability-basedlimitstatemethods等正式引入到國內(nèi)管線可靠性設(shè)計(jì)理念當(dāng)中，但是，這一標(biāo)準(zhǔn)由于僅僅是站在定性角度對節(jié)能理念展開闡述，因此，需在經(jīng)過更深層次研究后才能將其在我國天然氣長輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)當(dāng)中真正有效應(yīng)用。

2天然氣長輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1優(yōu)化工藝方案

天然氣長輸管道會朝著高壓、長距離等方向發(fā)展，且對管道輸送技術(shù)可靠性依賴性強(qiáng)。這種傳輸模式能夠有效增加輸送的天然氣密度，提高天然氣傳輸速度，把握站內(nèi)設(shè)備的能耗，為將天然氣的流速控制在合理的范圍內(nèi)起到一定作用，減少摩擦?xí)r的能源流失，進(jìn)一步降低天然氣輸送時(shí)的能耗。由于長輸管道可以增加輸氣密度，隨著輸氣密度的增加，單位面積內(nèi)的氣量增加，可以很大程度上減少沿途壓力站的數(shù)量，從而降低天然氣運(yùn)輸時(shí)的成本。

在對管道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮管道的管徑、能耗水平、設(shè)計(jì)壓力及項(xiàng)目投資效益等，采用科學(xué)合理的方案，最大程度地減少天然氣輸送過程中的直接能耗。具體為：當(dāng)天然氣管道管徑相同時(shí)，設(shè)計(jì)壓力增大，會降低綜合能耗;若管道設(shè)計(jì)壓力相同，管徑的增大，會減少綜合能耗。因此，在對管道進(jìn)行輸送工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，可續(xù)合理匹配管徑與壓力設(shè)計(jì)。同時(shí)，在確保設(shè)計(jì)壓力、管徑大小合理性的基礎(chǔ)上，選擇相對性能可靠的管材，可以大大地降低天然氣管道在實(shí)際運(yùn)行過程中可能存在各種安全隱患。

2.2控制沿程燃?xì)饽Σ磷枇?/p>

在長輸管道運(yùn)行過程中，必然會伴隨著傳輸阻力的存在，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦消耗，降低管道的節(jié)能效果。實(shí)踐得出，影響燃?xì)鈧鬏數(shù)哪Σ炼扰c傳輸效率的一個(gè)重要因素是管道內(nèi)層是否光滑。結(jié)果表明：當(dāng)管徑為355.6mm的前提下：當(dāng)粗糙度為62um時(shí)，壓降為3.84MPa，當(dāng)粗糙度為210um時(shí)，壓降達(dá)到4.5MPa。針對此種現(xiàn)象，需要在設(shè)計(jì)過程中，注重輸氣時(shí)對摩擦阻力控制。表現(xiàn)為：（1）應(yīng)將管壁的粗糙程度作為在設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)考量因素，利用管內(nèi)涂層減少管壁粗糙，使長輸管道實(shí)際運(yùn)行過程中減少所受沿程摩擦阻力，從而使壓縮機(jī)輸送功率的設(shè)置增強(qiáng)合理性;

（2）通過對比分析壓縮機(jī)運(yùn)行中燃料使用費(fèi)用與天然氣長輸管道內(nèi)涂層設(shè)置費(fèi)用可知，選用可以減少沿途摩擦力的可靠內(nèi)涂層，提升管道的輸送效率，減少管道輸氣能耗，減少壓氣站設(shè)置數(shù)量。

除了需要關(guān)注輸送過程中沿程的摩擦阻力，實(shí)際運(yùn)行過程中輸送溫度也是需要考慮的因素，保證其良好的運(yùn)行壓力，能夠降低壓縮機(jī)的運(yùn)行能耗。注重空冷器設(shè)置的合理性，也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對其實(shí)際的耗電情況的分析如下：如果空冷器運(yùn)行過程中的耗電費(fèi)用高于長輸管道輸送過程中溫度降低所節(jié)省的費(fèi)用，則說明降低管道輸送溫度，可以有效降低管道沿程阻力，實(shí)現(xiàn)輸氣管道的節(jié)能型設(shè)計(jì)。因此，節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)對長輸管道進(jìn)行綜合考慮，為滿足長輸管道節(jié)能降耗設(shè)計(jì)要求，需確定可靠的內(nèi)涂層，合適的管徑，適當(dāng)?shù)妮敋鉁囟?，精確把握不同出站溫度條件下的管道系統(tǒng)能耗。

2.3優(yōu)化選擇與調(diào)整輸氣設(shè)備

壓縮機(jī)通常設(shè)置于壓氣站，其功能為提高管道壓力，從而加快天然氣的傳輸。在這個(gè)過程中，壓縮機(jī)存在的能量損耗，壓縮機(jī)通常是指離心式與往復(fù)式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)為：熱效率與壓縮比較低、排量大，在控制流量的作用上更加突出，于是認(rèn)為離心式壓縮機(jī)能夠更好的達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。壓縮機(jī)的原動機(jī)一般是燃?xì)廨啓C(jī)，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)能夠更加平穩(wěn)且結(jié)構(gòu)清晰，不收外界干擾，其可以更好的配合電動機(jī)，因此被用于大排量壓縮機(jī)。在選擇時(shí)，應(yīng)規(guī)劃壓氣站和電網(wǎng)之間的距離，在距離較遠(yuǎn)的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)可當(dāng)作原動機(jī)，但要盡可能地配備高效率機(jī)組，同時(shí)還需要安裝熱力回收的循環(huán)系統(tǒng)，控制機(jī)組的熱效率，控制能耗，相反，就應(yīng)該選擇電動機(jī)。

2.4壓氣站地運(yùn)行優(yōu)化

在對天然氣長輸管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)在綜合評估時(shí)重點(diǎn)考慮，壓氣站的運(yùn)行優(yōu)化為運(yùn)輸?shù)墓?jié)能所帶來的效果，以降低輸氣成本為目的，實(shí)現(xiàn)長輸管道輸氣過程優(yōu)化。壓縮機(jī)組能耗能夠?qū)е绿烊粴廨敋夤艿涝趯?shí)際運(yùn)行過程中的能耗，在很多時(shí)候的長輸管道設(shè)計(jì)中，多條管線并行敷設(shè)的方式被多次采用，一定程度上增加了壓縮機(jī)組運(yùn)行過程中的能耗。

2.5余熱利用合理化

在對天然氣長輸管道設(shè)計(jì)中，若使用燃驅(qū)壓氣站，在設(shè)備工作中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓蟠笤黾恿四茉聪?，影響長輸管道的節(jié)能效果。因此，需要根據(jù)壓氣站的實(shí)際工作情況，采用余熱利用系統(tǒng)，有效回收高溫?zé)煔庵械臒崮?。體現(xiàn)在：選擇功能性更強(qiáng)的余熱換熱裝置，減少站內(nèi)燃料氣加熱設(shè)備的能耗，提升余熱系統(tǒng)的工作性能;優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部耗能設(shè)備的工作性能，通過對余熱系統(tǒng)能耗的分析，提高包括熱能在內(nèi)的能源利用率。最后，應(yīng)優(yōu)化配置壓力站內(nèi)設(shè)備，降低管道摩擦損耗，減少能源浪費(fèi)起到節(jié)能效果。

2.6輸氣管道的運(yùn)行優(yōu)化

2.6.1調(diào)控供需關(guān)系

為實(shí)現(xiàn)天然氣高效、快速、合理地運(yùn)輸，重點(diǎn)在管道運(yùn)行的初始時(shí)期調(diào)控好供需關(guān)系，形成供需平衡，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在充分保證天然氣供應(yīng)的前提下降低燃?xì)獾妮斔统杀荆梢詮囊韵聨讉€(gè)方面考慮具體的優(yōu)化措施：最合理工況、最優(yōu)調(diào)度等，選用最優(yōu)的控制系統(tǒng)，為了減少和降低管道在運(yùn)行時(shí)的能源損耗，讓控制系統(tǒng)盡可能處于低能耗狀態(tài)，進(jìn)而可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.6.2加強(qiáng)檢測天然氣泄漏

利用高效的模擬仿真法，對天然氣長輸管道泄漏進(jìn)行檢測，可以實(shí)現(xiàn)在減少天然氣泄漏的同時(shí)，方便管道維修人員準(zhǔn)確、高效地工作。為降低在對管道相連的各種設(shè)備開展設(shè)置工作時(shí)，天然氣泄漏事故發(fā)生率，改良焊接的使用方式，促使天然氣長輸管道能夠運(yùn)行穩(wěn)定。

結(jié)束語

近些年來，我國天然氣管道發(fā)展極為迅速，但是這一背景也令管道在設(shè)計(jì)、施工、輸送等各環(huán)節(jié)當(dāng)中出現(xiàn)不同可靠性問題。就管道行業(yè)而言，天然氣長輸管道運(yùn)輸工作是關(guān)鍵核心所在，伴隨我國節(jié)能減排理念不斷深入，節(jié)能工作在長輸管道設(shè)計(jì)當(dāng)中所受重視力度也在逐漸加大。

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