天然气储运技术的新动态与发展趋势

天然气储运技术的新动态与发展趋势

随着世界天然气需求的增加，世界天然气长距离管道的建设和发展迅速，天然气运输水平显著提高。为了提高我国天然气储运技术的整体水平,实施低成本可持续发展战略,了解国内外天然气储运技术的发展动态十分必要。一、天然气储存项目水平1、采用先进的地质测量技术管道选线的原则是将线路最短、投资最低的线路作为最佳路线。目前,国外选线一般都是利用卫星图片、航行图纸及遥感测量所获得的资料作为研究线路的依据,并规定选定的线路长度不得超过航空距离的12%。美国和苏联在线路勘察设计技术方面比较先进。美国阿拉斯加输气管道的线路勘测,采用先进的摄影技术,从U-2飞机和NASA的CV990飞机上拍摄地面情况,使用了一种高分辨率的脉冲凝聚雷达仪、美国空军卫星定位系统和T14100全球导航仪。苏联主要采用航空测绘技术,并开发了相应的软件程序,对航测数据进行计算机自动化处理,建立了勘测自动化系统,获得了显著的经济效果。我国西气东输管道选线和定线过程中采用了卫星遥感技术(RS),以地理信息系统(GIS)技术为平台,直接从最新的遥感影像图上进行线路选择,然后再将选定的坐标用全球卫星定位系统(GPS)进行现场定位,线路长度由最初可研阶段的4167km缩短为3900km,节约投资约27×108元。2、计算机出图率计算方法CAD制图技术在输气管道设计中已得到普遍采用,所有设计计算均由计算机来完成,计算机出图率已达到或接近100%,比传统方法大约快9倍。CAD的制图技术硬件设备和软件系统得到飞速的发展,设计质量和效率得到不断的提高。3、输气管道模拟方法计算机模拟技术是现代输气管道设计的重要手段,设计人员通过CAD系统中配置的输气管道模拟软件,可以迅速而全面地模拟管道系统在正常工况和事故工况下的运行情况,从而作出可行而合理的设计方案。目前国外开发出多种商业化输气管道模拟软件,如Gregg、Stoner、SIMONE和LIC等软件。这些模拟软件用于输气管道的设计和运营管理编辑:刘春阳中,既可以对现有管道系统进行模拟,又可以通过模拟找出现有系统的薄弱环节,从而为系统扩建或改造提供依据。4、储气库调峰技术主要内容输气管道的优化设计主要包括管径、壁厚、管材、输气压力、压气站布置与压缩机组的配置、储气库位置、类别和容量以及各种情况下的调峰方案等内容。世界上目前的储运技术的优化设计软件有很多种,但是尚未开发出输气管道优化设计专用软件,而主要依靠多方案对比和局部优化相结合的方法选取最优方案。5、模块化设计程度目前的压气站和气田集输站场普遍采用模块化设计,大大减少了设计工作量。20世纪90年代初,苏联压气站模块化设计程度大多已达到100%。与模块化设计相配套的一项技术称为模型技术,它通过制作比例精确的缩尺模型来确定总图布置、模块组装及管道安装的具体方案。二、管道天然气输送技术1、天然气长距离输送的发展动态(1)输气管道的国外分布加大管径和提高压力既可以提高管道的输送能力,又可以节约投资和降低钢材消耗。输气管道的直径在1000mm及其以上的管道属于大口径管道。目前国际上长输管道最大直径为苏联至欧洲的1420mm输气干线,著名的阿意输气管道直径为1220mm,我国的西气东输管道直径为1016mm,也进入了近年来世界性的大口径输气管道行列。高压输送是当前输气管道技术发展的趋势。管道采用的最高输气压力,在一定程度上反映了一个国家输气管道的整体技术水平。目前欧洲和北美天然气管道的设计压力普遍在10MPa以上。加拿大至美国的ALLAINCE输气管道设计压力为12MPa,是目前压力最高的陆上长距离输气管道。我国的西气东输管道采用10MPa的输气压力,达到了当代世界先进水平。(2)美国贯美国的输气管道系统采用超长管道输送天然气被认为是最为经济的方法。20多年来,欧美各国投入大量资金建设了一大批长距离、大口径的输气管道。美国为了开发阿拉斯加的天然气资源,于1980～1986年建成了美国横贯阿拉斯加输气管道系统,该系统贯穿阿拉斯加和加拿大境内,向美国本土的48个州输气,管道总长为7763km。我国最长的西气东输天然气管道,总长近4000km,是目前世界上最长的输气管道之一。(3)管道钢和钢管生产技术已趋成熟目前,世界上干线输气管道均采用高强度合金钢,以达到减少钢材耗量,降低工程造价的目的。加拿大的统计分析表明,每提高一个钢级可减少建设成本7%。国外输气管道普遍采用X70管道钢,少数采用了X80管道钢。某些公司正在研制X100及更高等级的管道钢。国内X70级管道钢和钢管生产技术已趋成熟。西气东输管道完全采用国产X70级管道钢,不仅填补了我国高强度大口径螺旋埋弧焊钢管和大口径埋弧焊钢管制造技术的空白,而且也标志着西气东输管道工程的高强度大口径钢管国产化目标的实现。(4)减少设备磨损和清管次数技术天然气管道的内涂减阻技术是一项经济效益显著的高新技术,国外已经广泛应用。输气管道采用内涂技术后一般能提高输气量6%～10%,同时还可以有效地减少设备磨损和清管次数,延长管道的使用寿命。我国西气东输管道工程则是首次全线采用这项技术,降低了工程投资。西气东输管道工程采用内涂技术后,减少了3座压气站,增加输气量近20×108m3/a,减少投资近10×108元,而且每年可以节约大量的运行费用。2、回热联合系统近年来,国外在输气增压方面广泛采用了回热循环及联合循环系统工艺,提高了燃气透平的热效率。例如,阿意输气管道Messina压气站的燃气机组,采用回热联合循环系统后,每台燃气轮机的综合热效率由原来的36.5%上升到47.5%。此外,国外还广泛采用离心式压缩机的机械干密封与磁性轴承技术和故障诊断技术,有效地延长了轴承的使用寿命,降低了压缩机的运行成本,提高了机组的可靠性和完整性。3、scad系统和系统现代输气管道自动化管理多采用SCADA系统(数据采集与监控系统)。这是一种技术先进的自动化系统,也是国外长距离油气管道普遍采用的自控技术。ALLIANCE管道采用SCADA系统,通过设在总部的计算机系统,由主控室对约2988km的干线、698km的支线压气站及其它64座站场和90座干线截断阀室等进行实时监控和管理,全线只需很少的操作管理人员。西气东输管道采用先进的SCADA系统进行全线数据采集、实时监控和系统运行参数优化,实现管道泄漏检测与定位和全线运行调度管理。沿线各站场可无人操作或无人值守,实现控制中心远控、站控自动和手动控制、设备和子系统就地控制等三级控制,并独立设置有各站场紧急停车系统、可燃气体检测及火灾报警系统。这套系统将使西气东输管道的运行管理达到当今世界的先进水平。4、天然气管道泄漏检测技术(1)压力点分析法国内外很多油气管道的泄漏检测一般采用人工检测方法。一些先进的油气长输管道安装了在线泄漏检测系统(多数基于瞬变流模型法、压力点分析法而建立),但由于受多种因素的限制,不能同时满足检测泄漏灵敏度、定位准确度和即时报警等多项技术要求。分布式光纤传感器系统是基于Sagnac光纤干涉仪的原理研制的,具有测量准确度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可实现远距离分布式传感的优点,而且体积小,易于安装,是目前国内外新兴的一项技术,可用于城市中高压天然气管道的泄漏检测系统。(2)气体泄漏实测美国天然气研究所(GRI)正在进行以激光为基础的遥感检漏(系统)技术研究,旨在利用红外光谱(IR)吸收甲烷的特性来探测天然气的泄漏。该遥感系统由红外光谱接收器和车载式检测器组成,能在远距离对气体泄漏形成的热柱进行大面积快速扫描。现场试验表明,检漏效率较以前提高50%以上,而且费用大幅度下降。加拿大、美国、俄罗斯等国家还在直升飞机上安装了红外或激光遥感探测器进行气体泄漏检测,大大缩短了巡检周期,扩大了检测范围。(3)泄漏的监测和分析壳牌公司研发的ATMOSPipe管道泄漏检测系统利用模式识别技术,根据管道进、出口的流量和压力,使用优化序列分析法(SPRT),连续计算泄漏的统计概率。当检测到泄漏时,该系统就自动计算出泄漏的位置和泄漏量。该系统已广泛用于世界各地的原油、成品油和天然气管道,是目前世界上公认的最优秀的自动泄漏检测系统。(4)智能型管道缺陷检测技术天然气管道的内检测技术是将各种无损检测(NDT)设备加载到清管器(PIG)上,将原来用于清扫的非智能PIG改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器,通过清管器在管道内的运行,达到连续检测管道缺陷的目的。早在1965年,美国Tuboscopc公司就已将漏磁(MFL)无损检测技术成功地应用于油气长输管道的内检测。目前已有多种仪器和设备,有用于检测管道凹坑、椭圆度和内径等几何变形的测径仪,有用于检测管道微小泄漏的泄漏检测仪,也有用于对因腐蚀产生体积缺陷的漏磁检测器和用于裂纹类平面型缺陷的涡流检测仪、超声波检测仪以及以弹性剪切波为基础的裂纹检测设备等。5、天然气的测量技术(1)损失、无运动部件气体超声波流量计具有精度高、量程范围宽、无压力损失、无运动部件又可双向测量等优点,适用于大口径管道。我国西气东输管道工程中已经应用了这种流量计,这在国内大口径输气管道计量系统中尚无先例。(2)天然气计量仪表新热点该仪表由U形探头和传感器组成,通过探测振动管上承受的科式力来计算质量流量,是继超声波流量计之后天然气计量仪表发展的一个新热点,适用于计量未净化气或湿气、乙烯和二氧化碳等特殊气体,特别适用于缺乏安装直管段空间、天然气组分或密度发生变化、贸易交接计量或工艺控制等场合。科氏质量流量计将成为汽车加气站的主要计量仪表,目前全世界已有2万多台用于气体计量。(3)天然气热值的测量技术近年来,热值计量技术已在西欧和北美普遍应用,是当今天然气计量技术的一个发展方向。天然气热值的直接测量技术发展较快,特别是在自动化、连续性、精确度等方面有了很大提高。日本生产的一种在线式热值自动测试仪,热工结构简单,实现了自动连续测量,响应速度快,测量精度高,低热值时精度为±1.5%,高热值时为±1.0%。(4)超声波流量计使用能量计美国天然气研究院西南研究所研制出了SWRI新型色谱仪,是将气压、温度、声速和流量以及CO2浓度、氮气浓度等数据输入计算机进行修正来实时计算能量。当与超声波流量计一起使用时,所测能量值与常规气体色谱仪仅差37.2×106J/m3。美国AmetekInc.公司正进行AmetekGEC天然气能量计的商业开发。该能量计的工作原理是通过使天然气采样与介质气反应后测量反应中散发的热量,可为大流量用户低成本实时地提供热值。经过样机试验和多家公司严格的现场测试,显示计量结果的平均可重复性小于1.1×106J。该能量计还可以储存大量数据,通过通信系统连接到异地数据采集系统,无需现场收集数据。6、bio-sr微生物脱硫微生物脱硫技术是近年来受到国内外重视的天然气净化新技术。生物脱硫的概念产生于20世纪50年代,由Leathan等人首先将分离得到的氧化亚铁硫杆菌(简称T.F菌)应用于煤炭脱硫,近几年开始用于天然气脱硫。日本钢管公司京滨制作所于1984年研制出了第一套适用于酸性条件下的Bio-SR微生物脱硫工艺,应用于钡化学试剂厂的排放气脱硫。它利用T.F菌的间接氧化作用,用硫酸铁脱除硫化氢,再用T.F菌将亚铁氧化为三价铁。其脱硫原理如下:H2S+Fe2(SO4)3→S⏐↓+2FeSO4+H2SO4Η2S+Fe2(SΟ4)3→S↓+2FeSΟ4+Η2SΟ42FeSO4+H2SO4+12O2→细菌Fe2(SO4)3+H2O2FeSΟ4+Η2SΟ4+12Ο2→细菌Fe2(SΟ4)3+Η2Ο荷兰Paques公司和Shell公司联合开发了Shell-Paques工艺,它采用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除硫化氢。三、基于ang的储气工艺流程天然气的地下储气库储存方式目前已得到国际上的普遍认同。国外管道公司非常重视大型储气库最少化技术的研究,目前,正在研究应用一种低挥发性且廉价的气体作为“工作气体”来充当储气岩洞中的缓冲气垫。天然气的吸附储存(ANG)是一种新的储气方式,将超级活性炭作为吸附剂,用特殊的方法装填在储罐中,在一定的储存压力(3～4MPa)下使吸附天然气达到与压缩天然气相接近的存储容量。此项技术对充分利用边远油气田的天然气和进行车用天然气的存储具有一定的意义。天然气水合物(NGH)储存技术也是近几年国外研究的热点之一。天然气水合物是一种高能量、高密度的能源,在2～6MPa,0～20℃的条件下制备,在常压和-15℃以上稳定储存,加热或降压可以实现天然气水合物的分解。单位体积的天然气水合物可以储存164倍自身体积的天然气。NGH储存技术对于小型气田、零散气田、边远气田和海底天然气的储运具有很高的经济性,还可以作为一种调峰的手段。四、天然气净化新工艺和新理念模随着科学技术的进步,天然气储运技术在各个方面都有很大的发展,新技术、新工艺不断涌现,其发展趋势将在以下5个方面得到体现。(1)天然气管道将呈现出长距离、大口径、高压力、大压比、全自动、长寿命、输气干线网络化的发展趋势。天然气管道的减阻内涂技术也将在大型的长输管道上得到大规模应用。(2)天然气计量必然从体积式计量转向能量计量,计量仪表选型从单一仪表向多元化仪表方向发展,并逐步向在线、实时、智能、实流检定发展,同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。(3)天然气净化新工艺及其配套溶剂和催化剂开发的理论和模型化研究将得到加强,同时还将加强高含H2S的天然气、高含CO2的天然气、高含N2的天然气净化工艺技术及微生物净化的研究。(4)天然气水合物(NGH)储存技术有可能成为常用的气体储存