簡述天然氣輸配節(jié)流過程中能量損失的控制與利用

馮彥錚

摘 要：天然氣的使用，是采集、運輸、調(diào)配、管理各個環(huán)節(jié)協(xié)作的結(jié)果。文中從天然氣用于城市燃氣的優(yōu)勢出發(fā)，指出天然氣在輸配環(huán)節(jié)的節(jié)能措施，闡述了天然氣輸配節(jié)流過程中能量損失的控制與利用，以供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;輸配管理;節(jié)能措施;能量損失;控制與利用

天然氣是蘊藏在地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣、生物生成氣等，是一種優(yōu)質(zhì)的燃料和化工原料[1]。城市發(fā)展中，普遍將天然氣作為城市燃氣，供居民生活和工商業(yè)生產(chǎn)使用。受到技術(shù)、材料、管理等因素的影響，天然氣在輸配環(huán)節(jié)會存在損耗現(xiàn)象，對這部分損失的能量進行控制與利用，成為一個研究重點。

1 天然氣用于城市燃氣的優(yōu)勢

天然氣無色、無味、無毒，將其作為城市燃氣使用，優(yōu)勢如下：第一，綠色環(huán)保。天然氣是潔凈的能源，幾乎不含有硫、粉塵及其他有害物質(zhì)，燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳少，帶來的溫室效應(yīng)低，可以保護生態(tài)環(huán)境。第二，經(jīng)濟實惠。和人工煤氣相比，天然氣的同比熱值價格接近，但是更清潔，既能延長灶具的使用壽命，又能減少維修費用。對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展而言，可以提供新的動力，帶動經(jīng)濟繁榮。第三，安全可靠。天然氣無毒無害，容易散發(fā)，比重比空氣要輕，因此不容易積聚成爆炸性氣體，人們使用時更加安全。第四，改善生活。家庭使用天然氣，可以改善家居環(huán)境，提高生活質(zhì)量[2]。

2 天然氣在輸配環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

2.1 提高管道運輸效率

天然氣在管道內(nèi)運輸，運輸效率受到輸送壓下降的影響，原因主要有兩個：一是管道內(nèi)壁粗糙，二是管道中存在油類、碳水化合物等雜質(zhì)。提高管道運輸效率，可行措施包括：1）在管道內(nèi)進行涂層處理，消除摩擦阻力，兼具防腐蝕的作用。以西氣東輸工程為例，管道采用內(nèi)涂層技術(shù)后，天然氣的運輸量明顯增加[3]。2）定期清理管道，尤其是冬季之后，此時應(yīng)該清理管道內(nèi)的水、油等成分，提高管道的清潔度。3）減少局部壓降。管道分壓來源于壓縮機的閥門，合理選擇儀表、彎頭、三通、其他配件，優(yōu)化管道的運行角度，可以減少壓力損失。

2.2 優(yōu)化輸配運行管理

隨著西氣東輸、川氣東送、陜京線等工程的完工和使用，天然氣管網(wǎng)已基本覆蓋全國。對管道的運輸路線進行合理規(guī)劃，可以抵消山川河流的影響，從而減少能耗。1）加強輸配規(guī)劃管理。理論上來看，天然氣最佳輸配規(guī)劃，是制定每周、每月計劃，了解氣源動態(tài)，根據(jù)用戶的使用需求進行輸配，達到開發(fā)和利用的均衡。2）采用SCADA系統(tǒng)，從現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)后，利用控制中心的計算機對數(shù)據(jù)進行分析、傳輸，并生成視覺信息，輸出到目標區(qū)域，具有控制、調(diào)整、報警等功能，實現(xiàn)運輸管道的精確管理。

2.3 合理選擇設(shè)備

一是增壓設(shè)備，以壓縮機為代表。針對普通流量的天然氣，增壓時一般選擇燃氣輪機-離心壓縮機組;如果流量范圍較大，則要選擇燃氣發(fā)動機-往復壓縮機組。二是油氣分離器，在天然氣的采集和輸送中應(yīng)用頻繁，功能是從氣體里分離出液滴，從液體里分離出氣泡。如果天然氣流量比較大，可使用多臺分離器串聯(lián)或并聯(lián)，進一步強化分離效果，有利于雜質(zhì)排出。

2.4 減少泄露問題

天然氣輸送管道埋設(shè)在地下，隨著使用時間延長，管道容易發(fā)生老化、腐蝕、破壞損傷的情況，導致天然氣泄漏[4]。對于這種情況，大泄漏更容易發(fā)現(xiàn)，能及時明確泄漏部位;小泄漏則要依靠監(jiān)測設(shè)備，動態(tài)觀察管道的運行情況。例如：在管道內(nèi)安裝分布式傳感器，通過分析信號，判斷管道是否出現(xiàn)破壞。

3 天然氣輸配節(jié)流過程中能量損失的利用

天然氣管道輸送時，多采用高壓輸送模式，經(jīng)調(diào)壓站降壓后，用戶才能正常使用。調(diào)壓時，以節(jié)流降壓為主，會造成能量損失。利用余壓發(fā)電系統(tǒng)，回收這部分壓力并使用，可轉(zhuǎn)化為電能用于生產(chǎn)或生活[5]。

3.1 方案設(shè)計

在燃氣電廠內(nèi)，會配置天然氣調(diào)壓系統(tǒng)，對上游供應(yīng)站的天然氣進行接收和計量，并開展調(diào)溫、過濾、調(diào)壓等處理，滿足用戶使用燃氣的品質(zhì)要求。余壓發(fā)電系統(tǒng)，是在調(diào)壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用透平膨脹機代替節(jié)流調(diào)壓閥，配置輔助系統(tǒng)，對天然氣的壓力能進行回收利用。工作流程見圖1。

3.2 系統(tǒng)設(shè)置

整個系統(tǒng)設(shè)置如下：1）入口單元有ESD閥，可在緊急狀態(tài)下切斷氣源，確保系統(tǒng)安全。2）流量計量單元中，采用超聲流量計、熱值探測儀，可測量天然氣的流量、熱值。3）分離過濾單元，能將天然氣中的液體、固體分離出來，確保進入燃機的是清潔天然氣。4）前加熱器和后加熱器，通過加熱可提高天然氣的溫度，提高生產(chǎn)經(jīng)濟性。5）調(diào)壓單元是余壓發(fā)電系統(tǒng)的核心，由發(fā)電機、透平膨脹機、調(diào)壓閥、快開閥等組成，既能利用余壓發(fā)電，又能保證供氣安全。6）前加熱器、后加熱器、調(diào)壓單元組成的控制單元，在系統(tǒng)并網(wǎng)、發(fā)電、停機、加速時，可以保證供氣壓力的穩(wěn)定性。

3.3 經(jīng)濟效益

以某燃氣電廠為例，基準工況下，天然氣的出口溫度是229.92K，膨脹機的輸出功率是3230.77Kw，按照兩班制機組運行，每年運行時間為3500h，余壓發(fā)電系統(tǒng)全年發(fā)電量達到1130.7萬kWh，按照單價0.8元計算，全年創(chuàng)造經(jīng)濟效益約904萬元。其中，膨脹降壓后，天然氣的溫度能降低10-20K/MPa，低溫度出口的天然氣可冷卻機組循環(huán)水，進一步提高機組的發(fā)電效率。

4 結(jié)語

綜上所述，天然氣作為城市燃氣使用，具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟實惠、安全可靠、改善生活的優(yōu)勢。天然氣在輸配環(huán)節(jié)，提高管道運輸效率、優(yōu)化輸配運行管理、合理選擇設(shè)備、減少泄露問題，可以實現(xiàn)節(jié)能運行。文章以余壓發(fā)電系統(tǒng)為例，介紹了天然氣輸配節(jié)流過程中能量損失的利用情況，結(jié)果顯示經(jīng)濟效益良好，具有推廣價值。

參考文獻

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[2]沈東青，甘顯燦.天然氣長輸管道的節(jié)能降耗技術(shù)措施[J].化工設(shè)計通訊，2019，45（1）：201.

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[4]李明飛.燃氣電站天然氣余壓發(fā)電技術(shù)方案分析[J].節(jié)能，2019，38（3）：17-20.

[5]常硯蕓.淺析天然氣開采集輸節(jié)能技術(shù)途徑[J].化工管理，2018，（18）：170.