鄭宇 金綦慶 鄒佑彤

摘 要：近些年來，隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，天然氣管網(wǎng)的建設(shè)程度與應(yīng)用范圍也在不斷提升。在天然氣的高壓管網(wǎng)中有大量的壓力能存在，利用高壓管網(wǎng)中的余壓可以進(jìn)行發(fā)電，這樣既能夠節(jié)約能源，又能夠提升經(jīng)濟(jì)效益。本文主要對(duì)天然氣高壓管網(wǎng)余壓發(fā)電項(xiàng)目的可行性進(jìn)行分析與研究，旨在更好地將管網(wǎng)中的余壓有效的利用起來，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的兼顧與統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：天然氣;高壓管網(wǎng);余壓發(fā)電;可行性

1 分析天然氣高壓管網(wǎng)余壓回收的可行性

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，天然氣的需求量也在持續(xù)增加，我國陸續(xù)建設(shè)了很多天然氣管道運(yùn)輸工程，大大地推動(dòng)了我國天然氣管道事業(yè)的快速發(fā)展，如著名的西氣東輸和川氣東送工程等。在天然氣運(yùn)輸方面，我國通常運(yùn)用高壓管輸?shù)姆椒?，輸送的天然氣的壓力很高，一般?huì)經(jīng)過調(diào)壓站進(jìn)行調(diào)壓，將壓力降低到中壓標(biāo)準(zhǔn)，然后將降低壓力的天然氣輸入到燃?xì)夤芫W(wǎng)當(dāng)中，最后再經(jīng)過調(diào)壓站箱來再次降壓，將低壓天然氣氣提供給用戶進(jìn)行使用。在調(diào)整天然氣壓力時(shí)，會(huì)有大量的壓力能遭受損失，同時(shí)也會(huì)因?yàn)榻禍厮俣忍鞂?duì)調(diào)壓和管道設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。如果能夠運(yùn)用科學(xué)、合理、恰當(dāng)?shù)姆绞絹韺?duì)壓力能進(jìn)行回收和再利用，那么能夠推動(dòng)能源利用率的更好提高，使得資源浪費(fèi)問題得到有效地遏制，有利于推動(dòng)天然氣管網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的全面與統(tǒng)一。

1.1 天然氣管道壓力分級(jí)

燃?xì)夤艿缐毫Ψ旨?jí)如下表所示，燃?xì)鈮毫υO(shè)計(jì)分級(jí)的原理主要是：在運(yùn)用調(diào)壓器來對(duì)輸氣管道中的高壓或者次高壓進(jìn)行節(jié)流時(shí)，將高壓或者次高壓的壓力進(jìn)行降低，然后再將更低一級(jí)壓力的燃?xì)廨斎氲焦芫W(wǎng)中，天然氣管道壓力分級(jí)就是按照下表的壓力值進(jìn)行劃分的。

1.2 可用壓力能的分析與評(píng)價(jià)

通常情況下，天然氣管網(wǎng)中壓力能可利用價(jià)值的評(píng)價(jià)一般會(huì)運(yùn)用?分析法來實(shí)現(xiàn)，該方法比較實(shí)際且科學(xué)，分析與評(píng)價(jià)的效果較好。壓力?與工質(zhì)等溫流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的技術(shù)功相匹配，能夠?qū)μ烊粴庵屑淄榈臉?gòu)成情況進(jìn)行有效地假定與計(jì)算，從而得出不同輸氣管網(wǎng)壓力下的單位質(zhì)量天然氣的壓力?的數(shù)值呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。為了能夠更好、更全面、更充分的對(duì)天然氣管網(wǎng)的壓力差進(jìn)行利用，可以運(yùn)用余壓透平發(fā)電裝置，經(jīng)過運(yùn)用透平膨脹機(jī)進(jìn)行做功，從而有效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而更好地回收發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的二次能源。

1.3 余壓透平發(fā)電原理的分析

余壓透平發(fā)電原理主要是利用余壓透平發(fā)電裝置來實(shí)現(xiàn)。余壓透平發(fā)電裝置主要是由冷卻水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、高低壓發(fā)配電系統(tǒng)、余壓透平主機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其配套設(shè)施構(gòu)成。余壓透平發(fā)電裝置在進(jìn)行發(fā)電時(shí)，主要是將燃?xì)獾膲毫?dǎo)入到透平機(jī)中，經(jīng)過兩級(jí)動(dòng)靜葉片的持續(xù)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)壓力能逐漸轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后余壓透平發(fā)電裝置中的透平轉(zhuǎn)子再通過聯(lián)軸器來對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的回收。我國首都鋼鐵公司是我國第一個(gè)安裝余壓透平發(fā)電裝置的單位，隨后萊鋼、昆鋼、青鋼以及包鋼等鋼鐵單位也陸續(xù)安裝和運(yùn)用了余壓發(fā)電技術(shù)，并取得了很好的效果。

1.4 分析天然氣高壓管網(wǎng)余壓發(fā)電項(xiàng)目的可行性研究方案

在天然氣管網(wǎng)輸配系統(tǒng)中，天然氣都是經(jīng)過逐級(jí)降壓之后才配送給終端用戶的。而在降壓過程中，只要進(jìn)行降壓，那么就存在余壓回收發(fā)電的可能性。天然氣調(diào)壓都是在調(diào)壓站進(jìn)行，那么將余壓透平發(fā)電裝置安裝在調(diào)壓站是最為理想的，能夠及時(shí)、有效地通過透平膨脹機(jī)來進(jìn)行壓力能的回收。由于天然氣管網(wǎng)線路比較長、門站較多，在輸配過程中會(huì)有很多交接站存在，每個(gè)交接站都具有計(jì)量、加熱、清管和加臭等功能，基本是不用經(jīng)過調(diào)壓，因而在設(shè)置和安裝余壓發(fā)電回收裝置時(shí)，不宜在門站多的交接站。與此同時(shí)，在天然氣管網(wǎng)中有很多低壓調(diào)壓站箱廣泛分布，其力量小、壓力地、數(shù)量多，如果在低壓調(diào)壓站箱出設(shè)置余壓發(fā)電裝置，那么會(huì)有很多的難度和問題存在，投資較大、整地比較苦難以及管理過于繁瑣等等，這些都會(huì)加大電能回收的難度，因而余壓發(fā)電回收裝置也不適宜安裝在低壓調(diào)壓站箱處。而在高中壓、高高壓的調(diào)壓站中有大流量的高壓天然氣存在，在調(diào)壓時(shí)，將高高壓調(diào)壓到高中壓或者從高中壓調(diào)壓到低壓時(shí)，有很多的壓力能可以利用，將余壓進(jìn)行回收和轉(zhuǎn)化成電能，就可以將電能直接并入到電網(wǎng)當(dāng)中，在此處設(shè)置和安裝余壓透平發(fā)電回收裝置比較適宜。

我國的武漢地區(qū)當(dāng)前就有高壓外環(huán)線、高壓中環(huán)線接收了中石油的淮武線、忠武線以及中石化的川氣東輸線的來氣。在高壓中環(huán)線上安裝了9座高中壓調(diào)壓站和2座門站，高壓外環(huán)線安裝了1座高高壓調(diào)壓站與1座門站。在對(duì)高高壓調(diào)壓站余壓發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行改造時(shí)，主要對(duì)調(diào)壓站的旁通管道進(jìn)行改造，增加了與余壓發(fā)電回收相關(guān)的配電設(shè)備、透平膨脹機(jī)、發(fā)電設(shè)備、閥門等。而原來的調(diào)壓系統(tǒng)可以當(dāng)做透平發(fā)電系統(tǒng)故障檢修時(shí)的備用供氣裝置即可。

中石化的川氣東送向武漢的高壓外環(huán)供氣大約有5*108Nm3/a，按照全年均衡供氣小時(shí)流量大約有5.7*104Nm3/a。高高壓調(diào)壓站將上游的4.0MPa來氣調(diào)壓到1.6MPa后，將其輸送到高壓中環(huán)。如果上網(wǎng)電價(jià)參照國家標(biāo)準(zhǔn)0.616元/kWh來計(jì)算，那么年電量銷售收入大約有460*104元/a之多?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益與價(jià)值相當(dāng)顯著。與此同時(shí)，當(dāng)前，面對(duì)能源短缺的局限與現(xiàn)狀，積極開展節(jié)能、降耗、減排工作是當(dāng)前大勢(shì)所趨，也是推動(dòng)國家可持續(xù)發(fā)展的重要路徑。天然氣高壓管網(wǎng)余壓回收發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)施，能夠?qū)μ烊粴廨斔瓦^程中產(chǎn)生的壓力能進(jìn)行有效地回收，并通過余壓透平發(fā)電裝置來進(jìn)行發(fā)電，彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中所需的電能短缺問題，這與我國的《中華人民共和國節(jié)約能源法》相適應(yīng)。天然氣高壓管網(wǎng)余壓發(fā)電項(xiàng)目既能夠?qū)μ烊粴廨斔瓦^程中產(chǎn)生的大量能源進(jìn)行有效回收，還能夠促進(jìn)能源綜合利用率的全面提升，能夠給企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，又獲得了良好的社會(huì)效益，一舉兩得，名利兼收。由此可見，天然氣高壓管網(wǎng)余壓發(fā)電項(xiàng)目具有很高的可行性，值得廣泛推廣。

2 結(jié)束語

綜上所述，在輸送天然氣過程中會(huì)有大量的壓力能存在，且天然氣管網(wǎng)的壓力越高，其然后的焓值也就越大，回收和利用壓力能進(jìn)行發(fā)電，能夠有效的節(jié)約資源，減少能源浪費(fèi)。在研究天然氣高壓管網(wǎng)余壓發(fā)電項(xiàng)目可行性時(shí)，通過對(duì)天然氣透平膨脹余壓發(fā)電裝置的充分利用，能夠有效的實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力能回收的目標(biāo)，且投資小、效果好，能夠?qū)﹄娏δ茉吹娜笨谶M(jìn)行有效地彌補(bǔ)，使得我國的電力壓力得以有效緩解，提升我國能源綜合利用率，其顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益受到了廣泛的認(rèn)可，值得深入推廣。

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