天然气长输管道输气效率的提高途径

1、天然气长输管道输气效率的提高途径 输气效率系数表明了与理想计算的程度相比， 输气管道实际 运行情况所偏离的程度， 是指输气管道的理论计算输气量和实际 输气量的比值。 为了使管道的建设成本与运行成本 （ 即输气能耗 ） 取得平衡，在设计中就要对管道运行中可能会出现的各种情况进 行综合考虑，对适当的输气效率系数进行选取。一般而言，主要 有管道内壁的粗糙度、 管径、 压力等因素影响着设计中输气效率 系数的取值。 下文就从两方面来对如何提高管道的输气效率进行 分析。 1 影响输气效率的因素 从理论上分析， 一条管道的输气效率主要受以下几方面因素 的影响： 1.1 因为天然气本身的特点所决定， 调峰能力

2、的储存较为困 难，另外，高压储罐的建立也涉及成本和安全问题，辅助设施的 投资也比较大，低压储罐的建立不但占地大，体积也很大，且储 存量有限， 所以一般情况下储备均是依靠输气管道进行。 这就要 求，除了正常的输送外， 必须要有一定的储备来对这一特殊性进 行适应，也就是说要在生产调度中对调峰能力问题进行考虑。 1.2 影响管道输送能力的因素之一还有高差， 和液体输送高 差的影响相比，虽然要小的多，但是也不能被忽视。 1.3 因为液体力学的研究是以试验科学为基础， 造成能量损 失的直接因素就是管道磨阻， 需要大量的实践验证才能对其定量 的分析进行确认， 故而在对管道输送能力进行分析时， 定量计算 管

3、道磨阻是一个复杂但又必须要解决的课题。 1.4 因为天然气具有可压缩性， 所以气体体积在工况下受压 力的直接影响， 压力的分布受管道输送中的能量损失、 输出气量、 输入压力等很多因素的决定， 如果压力可以合理分布， 就会提高 输气效率，尽可能的保证管道压力合理的分布是作为生产调度的 一个重要依据。 2 提高压气站的效率 输气效率从能量消耗的角度来讲， 能够理解为压气站提供的 能量和管输气体获得的能量增加值之比。 如果说提高管道效率就 是使得消耗的管输气体的能量尽量减少， 那么压气站效率的提高 就是要在相同的能耗下，使得管输气体的能量尽量增加。 压气站效率的提高就是要在同样的能耗下， 使压气站的

4、出口 压力尽量的提高， 同时要使压气站的出口温度降低。 经过计算大 唐国际天然气管路项目的进、 排气温度，可以得出， 相同的模型， 压缩机进口的温度每降低 10C，压缩机的能耗就会降低 3%-5% 输气首站出口的压力每降低 20C，首站进气的压力就可以降低 O.IMPa左右。通常情况下，是否在进站设置天然气的冷却装置， 需要根据需要增加的能耗和降低的能耗来做技术经济的比较。 压 缩机的出口一般都需要进行天然气冷却， 才能满足天然气进管道 温度的要求，一般选择空冷作为冷却方式。 压气站效率的提高最重要的就是要使得压缩机和其配套动 力系统的效率提高。 压缩机的主要驱动方式采用能够调速的蒸汽 轮机，

5、空冷器采用变电机驱动式，高压电机采用带变频手段式， 压缩机头采用性能更先进的等都是所采用的具体措施。 此外，为了提高压气站的效率还可以采用如超声波流量计的 压降更小的计量设备， 压缩机前面采用压降更小的分离设备， 使 增压后的处理环节减少，使站内的工艺路线减少或优化等。 3 提高管道的效率 参与干线输气管道在管道系统建好之后的综合特性就能够 理解为管道效率。 其中包含钢管内壁的流态及粗糙度、 钢管系统 的首末站高差、管道的纵向和水平角度等。结合这些影响因素， 就能够将一条已经建好的天然气长输管道的管道特性曲线绘制 出来。绘制出的管道特性曲线可以体现管道中气体的管道距离变 化、流量及能量损失的关

6、系。 我们知道，天然气长输管道在设计的时候总希望尽量使高差 为正，使管道尽可能的笔直，这样不仅可以使管道长度减少，工 程造价降低， 还可以使管道的水力条件得到优化， 使天然气输送 所需的能量减少， 进而使天然气的管输成本降低。 因为天然气具 有可压缩性，如果输送的压力越高，此类的影响就会越大。 降低管道内壁的粗糙度也是一个重要的方面， 通过设置减阻 内涂层来使输气效率提高就是常用的方法。由流体力学原理可 知，流动在阻力平方区管道的水力摩阻系数与雷诺数几乎无关， 只会作为管壁绝对粗糙度的函数， 倘若能使管道内壁的粗糙度减 小，就可以使水力摩阻有效的降低。 减阻内涂层主要优势是能提高流动效率， 减

7、少压降， 要准确 预测内涂后输气管道的输气能力或压降， 首先就要确定合适的当 量粗糙度和摩阻系数算式。 当在各种文献中量粗糙度的推荐值出 入较大时， 其取值还因涂敷的水平和工艺、 各国制管和涂料质量 的变化而不同。 在推导过程中通用的 Colebrook-White 公式采用 的最大雷诺数远低于输气管道雷诺数 1 x 106-1 x 108的主要范 围，仅为1X 106。忽略比重变化且输量相同时，裸管和内涂管 的压降比约等于摩阻系数之比； 忽略流速和高程变化且压降相同 时，裸管和内涂管的质量流量比和摩阻系数的平方根成反比。 显然将管道输送效率提高的有效手段就是施加内涂层， 在阻 力平方区运行基

8、本是我国干线输气管道的现状。简单归纳一下， 大概有如下几点结论：如果内涂层使表面的粗糙度减少至90% 时，可提高输送量24%减少输气管道摩阻系数多达 33%在 雷诺数 105-107 之间的摩阻系数变化最大。 管径的影响随雷诺 数的增大而越小。 摩阻系数的缩减率随管径的减小而增大， 随 雷诺数的增大而增大。 在国外的内涂层减阻技术相对成熟， 几乎都无一例外的在所 有干线天然气管道上采用了内涂层。 换言之， 在技术上天然气使 用内涂层应该是可行的， 但是否在经济上可行就要根据管道的具 体情况来看了，因为内涂层受经济性因素的影响较大，如管长、 管径和粗糙度等。 影响管道经济性最关键的因素是加内涂层

9、后管 道粗糙度和裸管的差， 通过实际反推计算国内管道和调研， 我国 干线输气管道新管裸管的粗糙度最终被确定应该控制在 40-45卩m之间，且将这个结果应用在了西气东输的管道工程设 计中。 西气东输工程中应用内涂层经过方案的对比分析， 最终被 确定是可行的、经济的。 使用管道内涂层主要有以下几个优点： 延长管件、 阀门和 管道的寿命， 使沉积物减少， 有助于管道干燥加速投产和提高气 体纯度；改善清管效果，减少维修量，减少环境污染；改善流动 性，有助于目视检查管子的内表面，防止施工期间腐蚀。为利 于管道的安全运行， 使设计压力降低。 使管道的工作压力降低 后，节约设备和管材的一次性投资。提高输气效率。降低管 道粗糙度等。 4 结语 由于不仅