談天然氣長(zhǎng)輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)
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【摘要】天然氣通常采用長(zhǎng)輸管道的傳輸方式，在實(shí)際的傳輸過(guò)程中，通常需要使用到各種各樣的設(shè)備，在實(shí)際輸送過(guò)程中必然伴隨著大量的能耗。要想提高天然氣的傳輸效率，盡可能避免損耗，就需要開(kāi)展科學(xué)的設(shè)計(jì)工作、采取有效的措施，使天然氣在長(zhǎng)輸管道傳輸過(guò)程中保持良好的節(jié)能水平，為長(zhǎng)輸管道使用壽命延長(zhǎng)及工作性能優(yōu)化提供保障?；诖耍疚木吞烊粴忾L(zhǎng)輸管道節(jié)能設(shè)計(jì)展開(kāi)論述。
【關(guān)鍵詞】天然氣；長(zhǎng)輸管道；節(jié)能設(shè)計(jì)；能量損耗
如今，對(duì)能源的需求越來(lái)越大，為了滿足經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展，以天然氣為代表的重要清潔能源，正受到越來(lái)越多人的關(guān)注。天然氣適用范圍大，應(yīng)用領(lǐng)域廣，其通常采用長(zhǎng)輸管道的輸送方式，天然氣的傳輸過(guò)程伴隨著能量的消耗與損耗，對(duì)天然氣損耗的“放任”和“妥協(xié)”，會(huì)大大降低天然氣在傳輸過(guò)程中的傳輸效率，甚至極有可能在能源浪費(fèi)方面產(chǎn)生其他問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，需要更加關(guān)注在天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的節(jié)能相關(guān)設(shè)計(jì)，改善和改良設(shè)計(jì)的方案和方式，保證在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)輸管道能夠產(chǎn)生和發(fā)揮良好的節(jié)能效果。為了解決天然氣運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的不必要能源損耗問(wèn)題，以及減少輸送成本，應(yīng)注重天然氣管道在節(jié)能方面的設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，充分分析天然氣長(zhǎng)輸管道的能源損耗問(wèn)題，用科學(xué)的方法解決問(wèn)題，改良管道的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，使管道在一個(gè)較高的節(jié)能水平長(zhǎng)期工作，實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)輸?shù)墓?jié)能目的。
1優(yōu)化工藝方案
天然氣長(zhǎng)輸管道會(huì)朝著高壓、長(zhǎng)距離等方向發(fā)展，且對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(guò)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(huì)降低綜合能耗；若管道設(shè)計(jì)壓力相同，管徑的增大，會(huì)減少綜合能耗。因此，在對(duì)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(duì)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(guò)程中可能存在各種安全隱患。
2控制沿程燃?xì)饽Σ磷枇?/p>
在長(zhǎng)輸管道運(yùn)行過(guò)程中，必然會(huì)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(duì)此種現(xiàn)象，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重輸氣時(shí)對(duì)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(zhǎng)輸管道實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(guò)對(duì)比分析壓縮機(jī)運(yùn)行中燃料使用費(fèi)用與天然氣長(zhǎng)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?jī)?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(guò)程中沿程的摩擦阻力，實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(duì)其實(shí)際的耗電情況的分析如下：如果空冷器運(yùn)行過(guò)程中的耗電費(fèi)用高于長(zhǎng)輸管道輸送過(guò)程中溫度降低所節(jié)省的費(fèi)用，則說(shuō)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(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行綜合考慮，為滿足長(zhǎng)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)妮敋鉁囟龋_把握不同出站溫度條件下的管道系統(tǒng)能耗。
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(guò)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(shì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)。
4壓氣站地運(yùn)行優(yōu)化
在對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)在綜合評(píng)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(lái)的效果，以降低輸氣成本為目的，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸管道輸氣過(guò)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(guò)程中的能耗，在很多時(shí)候的長(zhǎng)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(guò)程中的能耗。因此，需要對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道壓氣站的優(yōu)化更加重視，為使壓縮機(jī)能夠保持在更加高效的工作服務(wù)狀態(tài)，減少輸氣過(guò)程中的能源損耗，進(jìn)而提高工作效率，應(yīng)該全面優(yōu)化配置壓氣站的數(shù)量。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為了保持良好的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)降低輸量和長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中的耗氣量，應(yīng)盡可能的采用數(shù)條管線聯(lián)合的運(yùn)行方式。
5余熱利用合理化
在對(duì)天然氣長(zhǎng)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?，大大增加了能源消耗，影響長(zhǎng)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(guò)對(duì)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。
6輸氣管道的運(yùn)行優(yōu)化
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。
6.2加強(qiáng)檢測(cè)天然氣泄漏
利用高效的模擬仿真法，對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道泄漏進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)管道相連的各種設(shè)備開(kāi)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(zhǎng)輸管道能夠運(yùn)行穩(wěn)定。
7優(yōu)化關(guān)鍵裝置和設(shè)備
在長(zhǎng)輸管道上設(shè)置截止閥，并控制好截止閥間的距離，尤其是維護(hù)期間，需要關(guān)閉管道來(lái)加以檢修，應(yīng)該將截止閥安裝在管道斷開(kāi)位置的上下游等部位，從而防止天然氣被放空。除此之外，移動(dòng)式壓縮機(jī)的使用必不可少，因?yàn)槠渚哂辛己玫妮敋庹{(diào)節(jié)功能，可以將放空段的氣體輸送到管線上下游等位置，進(jìn)而避免天然氣在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的漏氣問(wèn)題，降低和減少天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中不必要的損失。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸管道進(jìn)行的整體性、綜合性整治，保證運(yùn)輸管道的良好氣密性。實(shí)際操作中，對(duì)運(yùn)輸管道的檢維修、清洗時(shí)，要在保證管道氣密性的要求上進(jìn)行正常的輸氣，科學(xué)且有效地規(guī)劃放空段的長(zhǎng)度。在實(shí)際建設(shè)施工過(guò)程中可知，為了預(yù)防和避免管道在防空過(guò)沉重的問(wèn)題，對(duì)長(zhǎng)期管道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，科學(xué)布局管道放空段的長(zhǎng)度，可以減少天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中的損耗，提高輸氣的效率。
8天然氣長(zhǎng)管道運(yùn)輸管理過(guò)程中SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用
作為一種高效的分布式計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)的上位機(jī)要使用到大型的中心控制計(jì)算機(jī)，并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理，其通過(guò)對(duì)輸氣站場(chǎng)及遠(yuǎn)控閥室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸通道，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繼而發(fā)出調(diào)整和操作等指令。傳感器在整個(gè)系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，微型計(jì)算機(jī)會(huì)與它們直接相連，并通過(guò)傳感器有效地掌握整個(gè)系統(tǒng)的控制狀態(tài)，再通過(guò)對(duì)反饋的狀態(tài)進(jìn)行分析，繼而對(duì)實(shí)時(shí)地調(diào)整系統(tǒng)，使整個(gè)長(zhǎng)輸管道輸氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)保持穩(wěn)定。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)有效的檢測(cè)系統(tǒng)的能耗，若檢測(cè)到個(gè)別生產(chǎn)部分的能耗升高異常，提醒會(huì)傳送至管理人員，并及時(shí)進(jìn)行處理，及時(shí)進(jìn)行異?；謴?fù)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。此外，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，還會(huì)依據(jù)氣量的大小，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而有效地降低系統(tǒng)能耗。
9結(jié)束語(yǔ)
天然氣的傳輸離不開(kāi)長(zhǎng)輸管道的節(jié)能設(shè)計(jì)，做好管道的節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)長(zhǎng)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)。
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作者：趙峰輝 王馳 關(guān)旭輝 彭方輝 單位：中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司上海分公司
