反输工艺流程在国内煤层气长输管道中首次应用VIP

石油工 程建设 工程设计 l 反输工艺流 程在 国 内煤层气 长输 管道 中首次应用 牛振宇 ，杨宏丽，刘佳明 西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安 7 1 0 0 1 8 d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 5 0 5 0 1 2 摘要 ： 管道输送是石油天然气最安全、最经济、最普及的一种输送方式。随着国内天然气 ( 煤层气 )管道建设工程 的发展 ，国家骨干管网系统逐步形成 ，管道由指定起点至指定末点单一方向输送方式在管道系统建设中局限性 越来越明显。因此在长输天然气( 煤层气) 管道输送中增设反输工艺流程 ，增强了管道输送的调度能力，使 资源调配更加合理，提高了管道输送效率。 关键词 Oi l a n d g a s t r a n s p o a t i o n b y p i p e l i n e s i s t h e s a f e s t ， mo s t e c o n o mi c a l a n d mo s t p o p u la r t r a n s p o a t io n mo d e Wi t h t h e i n c r e a s e o f d o me s t i c n a t u r a l g a s( C B M) p i p e l i n e p r o j e c t s ，t h e n a t i o n a l t r u n k p i p e l i n e s y s t e m wi l l b e f or m e dL i m it a t i on o f s i ng l e di r e c t ion t r a ns p or t a t i o n mod e， i n whi c h t h e pi p el i n e h a s a de s i gn a t ed s t a r t i n g p oi n t an d a t er m i n a l p oi n t ， i S m o r e o b vi ou s i n c o ns t r uc t i on o f pi p el i n e s y s t em SO t h e r e v er s e di r ec t i on t r an s p o r t a t i o n p r o c e s s i s a d d e d i n lo n g - d i s t a n c e n a t u r a l g a s ( C B M ) p i p e l i n e p r o j e c t ，t h a t i s a b l e t o e n h a n c e d i s p a t c h i n g c a p a b i l it y o f p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n， a n d r a t io n a l iz e a l lo c a t i o n o f r e s o u r c e s a n d i mp r o v e p i p e li n e t r an s p or t a t i on ef f i c i e nc y K e y wor d s ： r e v e r s e t r a n s p o r t a t i o n；c o a l b e d me t h a n e；l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e 1 工程概 况 临县 一柳林 一临汾煤层气输气管道工程 ( 以下简 称 “ 双临线”)是国内目前长度最长 ，口径最大的煤 层气输气管道 ，由山西国际电力集团筹建 ，管道建设 在山西省吕梁市和临汾市境内，沿线经过吕梁市、临 汾市两市两区 1 2县。管道设计采用密闭不增压、定 期清管的输送工艺。设计输量为 4 9 8亿 m3 a ，工程 总投资约 1 4 7 亿元，工程已于 2 0 1 1 年建成投产。 双临线包括 1 条干线 ( 临县 一柳林 一临汾 )和 1 条支线 ( 隰县分输站 一石口末站) 。干线管道全长 4 6 7 6 5 k m，管径 5 0 8 mm，设计压力 6 3 MP a ，干 线设首站 1 座，分输站 3 座 ，末站 1 座 ，沿线设置阀 室 1 5 座 ，其中分输阀室 8 座 ，阴极保护站 6座 ( 与 站场或阀室合建 ) 。支线起点位于干线管道的隰县分 输站 ，管道全长 4 5 3 2 k m，管径 2 1 9 1 mm，设置 普通阀室 1 座。管道初期接收陕京三线天然气 ，后期 将用于输送山西境内煤层气。 管道经过乡宁煤层气区块、柳林煤层气区块、三 交煤层气区块，伴随后期这些煤层气区块的开发 ，开 第 4 1 卷 第 5期4 7 _工程设计 石油工 程建设 采煤层气将由沿线的分输阀室、分输站、末站进入主 管道，将山西境内天然气 ( 煤层气 )输入陕京三线， 补充陕京线气源。 2 煤层气储量及开发现状 2 1 煤层气储量分析 双临线周边煤层气开发单元的勘探开发现状如 下。 2 1 1 乡宁开发单元 乡宁开发单元位于山西省西部 ，河东煤田的南 段，处于国家规划的乡宁煤矿区大型矿井井田。开发 单元面积约 4 1 0 k m ，煤类以焦煤 、瘦煤、贫煤为 主，煤层气资源丰度高，资源量大，煤层埋深平均深 度较浅 ，含气量丰富，渗透率大于 1 mD 。 2 1 2 柳林开发单元 柳林开发单元位于 山西省西部 ，河东煤田的中 段 ，处于离柳矿区中部大型生产矿井沙曲矿、贺西矿 等深井田内。开发单元面积 5 8 0 k m ，煤类以焦煤为 主，煤层气储量丰富，勘探开发杨家坪实验井组，经 水力压裂 ，单井产气量 1 0 0 0 3 0 0 0 m3 d ，最高单 井产量达 7 0 5 0 m3 d 。 2 1 3 三交开发单元 三交开发单元位于 山西省西部 ，河东煤田的中 段 ，处于离柳矿区中部重点生产矿井双柳矿等深井口 内，开发单元面积 7 O 0 k m ，煤类以肥煤、焦煤、瘦 煤为主，平均含气量为 1 2 1 2 m3 t ，该区块各目标煤 储层均具有良好的渗透性。 2 2 煤层气开发现状 煤层气抽采开发遵循 “ 整体部署、分布实施”原 则。在开发区内率先形成 35个煤层气开发井群 ， 进行先期工业性试产，以采促探 ，以探保产 ，达到规 划产能、实现产量目标和中长期煤层气开发的持续稳 定增长的目的 ，目前正值高产、稳产期。 按照国家对煤层气勘探开发规划 ，已开始在各个 区块进行开发 ，总产量已达 7 5亿 m。 ，其中： 其一 ，乡宁区建设产能 2 亿 m3 产量 1 5 f Z m3 0 其二，柳林区建设产能4 5 亿 m。 、产量 3 5 亿 m。 。 其三，三交区建设产能4 亿 m。 、产量 2 5 亿m3 o 其四，吉县 一大宁区建设产能 1 0 亿 m。 。 3 反输工艺的实际应用现状 双临线已于 2 0 1 1 年建成投产 ，截止目前运行良 好。投产初期 ，管道接收陕京三线气源，气化吕梁地 区、临汾地区。2 0 1 2年底 ，伴随着柳林煤层气区块 开发利用 ，开采的煤层气已经进入双临线。2 0 1 3年 年底 ，北京气源紧张时期，为了保障向北京供气，启 动了临县 一柳林 一临汾煤层气输气管道工程反输功 能，将柳林煤层气区块、三交煤层气区块开采的煤层 气反输至陕京三线 ，有力保证了北京人民冬季用气。 后于 2 0 1 4年 4月份切换为正输流程 ，每个冬季利用 反输功能送往北京煤层气约 1 8亿 ms 。 4 增设反输工艺流程的目的 反输工艺即停止正常方向输送而向相反方向输送。 双临线管道建成初期接收陕京三线天然气 ，满足管道 下游用户用气需求，伴随管道沿线地区煤层气的开 发 ，管道随后用于输送煤层气 ，吕梁、临汾境内煤层 气资源将作为陕京三线的补充气源 ，这就要求管道初 期运行阶段接收陕京三线天然气时由首站向末站正向 输送，当输送管道沿线煤层气补充陕京气源时就需要 具有反向输送的能力。 5 反输工艺可实现性分析 当管道输送沿线煤层气与陕京三线天然气混输 时，由于天然气与煤层气发热量和组成不同会存在互 换性问题。它们之间有无可能互换需要进行计算分析 和实验验证，国际燃气联盟 ( I GU)推荐采用沃指 数和燃烧势或火焰速度指数对燃气进行分类 ，我国在 G B T 1 3 6 1 1 2 0 0 6 城镇燃气分类和基本特性 标 准中采用沃指数和燃烧势对燃气进行分类。 经过计算比较，按9 城镇燃气分类和基本特 性 中对天然气进行的分类和互换性范围 ，山西吕 梁、临汾地区煤层气与陕京三线天然气燃气类别均属 于 1 2 T ，符合互换性要求 ，可以实现混输。 6 反输工艺流程在双临线上的设计 结合管道沿线用户分布和气量需求 ，通过分年 度管道运行状况分析，确定本工程的总体工艺系统 方案为 ：首站接收陕京三线来气 ( 5 7 MP a )，通过 设置的 5 座站场和 8座分输阀室，输送至用户，到达 末站的压力不低于 4 0 M P a 。考虑到管道系统存在反 输的问题 ，干线按照统一管径设计 ，管道设计压力为 6 3 MP a ，采用密闭输送 ，全线不增压的输送工艺 ， 设计输量为 4 9 8 亿 m3 a 。 正输时首站进站压力按照 5 7 MP a ，末站向门站 牛振宇等 ： 反输工艺流程在国内煤层气长输管道中首次应用 供气 ，考虑到末站调压器的工作状况 ，末站最低进站 压力取 4 0 MP a ( 便于和市区内高压管网相接) 。 反输时末站进站压力按照 4 5 MP a计算 ，达到 最远端用户( 离石分输站)压力不小于 4 0 MP a 。 以冬季和夏季平均地温为计算基础 ，在保证临 汾末站 4 0 MP a的情况下 ，考虑柳林 、交 口区块预 留气量时管道的最大输送能力为 2 3 2 1 X 1 0 。 m3 d ( 8 1 2 亿 m3 a ) ，不考虑柳林、交口区块预留气量时管 道的最大输送能力为 2 0 3 41 0 。 m3 d ( 7 2亿 m3 a ) ， 均可满足设计输量需求 ( 4 9 8 亿 m3 a ) 。 首站流程 ：正输流程为由陕京三线上游来气一 ( 进入正输流程 )一过滤一计量一外输出站。反输流 程由下游来气一 ( 进入反输流程 )一过滤一计量一 ( 进入反输流程 ) 一出站反输至陕京三线。首站正 输、反输流程图见图 1 。 反输流程 工程设计 _ 分输站主要功能是接收上游来气，具有接收清管 器和发送清管器的清管功能 ，将天然气 ( 煤层气 ) 分输至下游用户。正输、反输时均运行主流程 ，分输 流程不会受到影响。分输流程包括过滤分离一计量一 调压一分输至用户。全线共设置分输站 3座。分输站 正输 、反输流程见图 2 。 “ 匝 缶 奏吾站来气 E 三睾三 j三 站 末站主要功能是将接收的上游来气进行过滤、分 离、计量、调压，而后输送至终端用户 ，其基本功能 与分输站相同，不同点是末站不具有事故越站旁通。 反输流程启动时由预留口进气 ，反输至乡宁分输站。 末站正输、反输流程见图 3 。 在各站场的流程设计中，正输、反输流程中设置 电动截断阀 ，可实现远程操控( 开、关 ) ，安全可 靠 ，流程切换简单、高效。 7 实现反输工艺的意义 一 正输流程 图1首站正输、 反输流程示意 临县 一柳林 一临汾煤层气输气管道工程增设反 ， 1- l I ； 。 卜 - ， 口 - 调压 一 了 旋 风 分 - 过 滤 分 离 + 呈 ： l ： 一 _ n 来 气 l l 旦用 兰刍三；三三 三耄 国 3 末站正输、反输流程示意 输工艺流程 ，为管道与陕京线互调资源提供了有效方 I- J 3 科技情报开发与经济， 2 0 0 9 ， 1 9 ( 3 3 ) ： 9 9 1 0 1 式，正输的情况下满足下游用户用气 ，达到了气化山 【 2 l 毛 舾山 西省煤 层气 开发利 用浅 析 J 山 西煤炭， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 2 ) ： 西的目的 ，为全面实现山西气化起到了实质