試論天然氣管道冬季高峰運行管理與工藝優(yōu)化

李亞娟 辛鑫

摘要：管道輸運是現(xiàn)代油氣運輸?shù)闹饕绞?，受到多重因素影響，冬季高峰運行時，天然氣管道可能面臨破壞、堵塞問題，需給予處理?；诖?，本文以天然氣管道冬季高峰運行面臨的問題作為切入點，給予簡述，再以此為基礎(chǔ)，重點論述天然氣管道冬季高峰運行管理與工藝優(yōu)化的建議，給出應(yīng)用伴熱帶、優(yōu)化管道管理、控制氣源質(zhì)量、合理調(diào)配下游用戶輸氣時間、增加儲氣調(diào)峰等具體措施，以期通過分析為后續(xù)具體工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；高峰運行；儲氣調(diào)峰；運輸堵塞；管道管理

前言：天然氣管道是指將天然氣（包括油田生產(chǎn)的伴生氣）從開采地或處理廠輸送到城市配氣中心或工業(yè)企業(yè)用戶的管道，又稱輸氣管道。自20世紀中后期以來，我國天然氣生產(chǎn)和使用量大大增加，天然氣運輸管理的壓力也因此顯著提升，尤其是冬季高峰運行過程中，各類問題也時有發(fā)生，影響工作質(zhì)量。針對該項工作中常見問題類型、運行管理與工藝優(yōu)化進行綜合分析具有突出的現(xiàn)實意義。

1.天然氣管道冬季高峰運行面臨的問題

1.1管道工藝不理想

冬季高峰運行的天然氣管道，面臨的典型問題之一是管道工藝不理想，如冬運期間上游供氣量一定，但下游用戶用氣量突增，出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象；上游或下游工藝管網(wǎng)存在輸氣瓶頸，不能達到管線的互連互通，導(dǎo)致輸氣工藝不靈活；管道內(nèi)存在液態(tài)水和雜質(zhì)，可造成水合物形成等問題。水合物是以天然氣中的烴類物質(zhì)為主，與水分子結(jié)合后產(chǎn)生的固體沉淀，冬季發(fā)生率最高。當水合物持續(xù)積累時，管道的運輸能力將會出現(xiàn)下降，甚至導(dǎo)致管道連接穩(wěn)定性下降。這一問題需要通過管理工藝的優(yōu)化謀求解決。

1.2設(shè)備超流速運行

設(shè)備超流速運行問題包括兩個層面，一是氣源不足的情況下，用戶用氣量增加、場站設(shè)備工作壓力增大導(dǎo)致的超流速運行，是目前天然氣管道冬季高峰運行面臨的核心問題。超流速運行的設(shè)備噪音大、震動明顯，導(dǎo)致故障率大幅增加，大大降低管道設(shè)備的安全性能。二是下游下游儲氣調(diào)峰設(shè)施功能不佳、管存小，高峰期間天然氣瞬時流量過大，出現(xiàn)設(shè)備超流速運行的情況[1]。超流速運行可能導(dǎo)致較多故障甚至安全問題，需要作為重點問題加以處理。

2.天然氣管道冬季高峰運行管理與工藝優(yōu)化的建議

2.1伴熱帶工藝

伴熱帶工藝的使用，是目前應(yīng)對堵塞最直接的方法，主要應(yīng)對水合物形成的問題。天然氣的成分復(fù)雜，難以在運輸前完全進行脫水，也不能進行烴類物質(zhì)的去除，可在運輸作業(yè)前，與管道處增設(shè)伴熱帶，以避免水合物的形成，提升天然氣流動性。伴熱帶的選取和應(yīng)用方面，應(yīng)結(jié)合運輸作業(yè)所在地點的具體需要，保證能夠有效應(yīng)對低溫影響的類型，并能在冬季過后拆除，以備二次使用。此外還應(yīng)嘗試優(yōu)化管道管理，包括更換新式管道、對管道進行干燥處理、調(diào)整埋深等方式。新式管道的更換方面，可參考俄羅斯和德國的管道進行強化，俄羅斯東部地區(qū)溫度較我國更低，且管道長度長，管理難度大。為應(yīng)對管道低溫堵塞問題，俄羅斯與德國合作，制作帶有夾層的管道，應(yīng)用于局部低溫地區(qū)，夾層中填充保溫材料，包括苯復(fù)合材料等，降低溫度過低的不利影響。該項改造耗資較大，可選取局部地區(qū)進行更換。

2.2優(yōu)化管道工藝

2.2.1工藝優(yōu)化是提升天然氣管道冬季高峰運行質(zhì)量的基本途徑。首先可通過增加上游氣源供應(yīng)量來優(yōu)化工藝。目前在下游用戶中除工業(yè)用戶用氣較平穩(wěn)外，其余民用氣用戶在夏季和冬季用氣存在較大的用氣特點，夏季用氣量較少，設(shè)備基本都在較低負荷工況下運行，而在冬季高峰期下游用戶用氣量突增，設(shè)備基本處于滿負荷或超負荷運行狀態(tài)，若上游供氣量不能滿足下游用戶用氣需求，則導(dǎo)致整個管網(wǎng)運行壓力較低，甚至達到管網(wǎng)低低限壓力，導(dǎo)致設(shè)備安全連鎖裝置啟動，使設(shè)備自動關(guān)斷造成停氣事件，必須通過上游管線工藝調(diào)整，如開啟輸氣場站越站旁通、增大下游用戶配氣壓力等措施優(yōu)化工藝。

2.2.2管道分流工藝?？稍诤诵墓艿牢恢锰幵O(shè)置若干可以獨立工作的閥門，常規(guī)工作狀態(tài)下，開啟其中一個閥門，冬季運輸高峰期，開啟其中兩個閥門。當運輸堵塞發(fā)生時，開啟剩余閥門，保證天然氣管道始終能夠滿足工作需要，當運輸壓力降低時，關(guān)閉上一級閥門，該工藝可應(yīng)對超流速運行的問題，各處管道均可應(yīng)用伴熱帶進行堵塞預(yù)防。

2.2.3增加輸氣場站供氣裝置。場站在設(shè)計前期根據(jù)下游用戶提出的用氣量而建設(shè)，但有些用戶周邊發(fā)展較快，導(dǎo)致已有設(shè)備裝置不能滿足下游用戶用氣需求，需對已有場站進行擴能改造，即增加分離器、供氣支路等，提高場站輸氣能力。

2.2.4下游用戶管線互連互通。以我公司為例，給渭南天然氣公司供氣點有兩處，即西安臨潼分輸站給經(jīng)開區(qū)門站供氣，氣源來自關(guān)中環(huán)線（管線為DN900），渭南分輸站給高新區(qū)門站供氣，氣源來自西渭線（管徑為DN200），兩座場站設(shè)計日輸氣能力分別為186萬和85萬，但在2018年冬運期間，西安臨潼分輸站日最高供氣量為54萬，設(shè)備處于低負荷運行狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備利用率嚴重不足，而渭南分輸站日供氣量高達84萬，設(shè)備基本處于滿負荷運行，同時受西渭線整個管網(wǎng)輸氣能力限制而無法再提高輸氣量。據(jù)了解，渭南市天然氣公司經(jīng)開區(qū)門站和高新區(qū)門站城市管網(wǎng)存在輸氣瓶頸，未很好實現(xiàn)管網(wǎng)互連互通。需下游公司加快其城市配套管網(wǎng)建設(shè)，消除輸氣瓶頸，增加冬季高峰期輸氣靈活性，同時可降低渭南分輸站高負荷供氣風(fēng)險。

2.3控制氣源質(zhì)量

氣源控制的基本方式，是在運輸作業(yè)開始前進行初步的脫水處理，考慮到天然氣本身具有易燃易爆屬性，脫水處理主要采用固體吸附法。在管道傳輸?shù)钠鹗疾课?，設(shè)置至少四個傳輸口，每個傳輸口放置若干活性炭或是氧化鋁，使天然氣在運輸之前實現(xiàn)初步的脫水。除此之外，也可以采用液體進行脫水，如甘醇，該物質(zhì)的親水性理想，且由于天然氣中的水分相對不多，甘醇可以有效實現(xiàn)脫水作業(yè)，以此提升氣源質(zhì)量，應(yīng)對堵塞等問題。

總結(jié)：綜上，現(xiàn)代天然氣的管理水平和質(zhì)量均在提升，但在進行冬季高峰運輸時，相關(guān)問題依然無法完全避免，包括水合物形成、設(shè)備破壞、運輸堵塞等。對相關(guān)問題的原因進行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)不同問題無法完全避免，但可以通過運行管理與工藝優(yōu)化加以控制，降低其不利影響，主要措施包括應(yīng)用伴熱帶、優(yōu)優(yōu)化管道工藝以及控制氣源質(zhì)量。可在后續(xù)工作中予以應(yīng)用，提升冬季天然氣運輸質(zhì)量。

參考文獻：

[1]孫杰，張盟.淺析天然氣管道穿越施工中定向鉆技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2018，38（10）：175-176.

[2]葉海斌.關(guān)于中亞天然氣管道霍爾果斯計量站C線站場綜合優(yōu)化的評價[J].石化技術(shù)，2018，25（01）：284+146.