天然气管道输送管线的工艺设计分析

天然气管道输送管线的工艺设计分析

夏田

大庆油田天然气分公司油气储运二大队

摘要：随着我国天然气开发力度不断加大，天然气需求量及贸易量的不断增加，对天然气输气系统提出了更高的要求。天然气输气系统由若干输气干线、集气管网等组成，加强对天然气输送管线的工艺设计，对于提升输送管线的效率、降低能耗、提高输气管线的安全性具有重要意义。

关键词：天然气；输送管线；工艺设计

1 前言

    随着我国不断加大环境保护力度，天然气作为清洁能源，生产及需求量快速增加，相应的天然气贸易量也不断增加。为满足消费市场需求，必须要建成区域性或全国性天然气供气网络。天然气输送系统由多条主干线，多个集气管网组成、配气管网，以及各种地下储气库组成。通过天然气输送网络，可以油气田与千家万户连通起来，保证了供气网络的灵活性，形成了多个气源，多个通道的供气系统。在天然气管道输送过程中，加强对管道设计，对于提供输送效率、节约输送能量、保障网络安全具有重要意义。

2 天然气输送管道风险分析

天然气输送管线距离较长、输送压力较高、介质量大，且输送介质具有易燃、易爆危险性。在运行管理过程中，可能存在设计不合理、施工质量问题，或因腐蚀、疲劳等因素，容易造成管线、阀门、仪器仪表等设备设施及连接部位泄漏而引起火灾、爆炸事故。此外，由于气候原因会出现管道冻裂、腐蚀或应力腐蚀等。设计不合理管道设计是确保工程安全的第一步，也是十分重要的一步。

设计不合理主要有以下影响因素：（1）工艺流程不合理；（2）系统工艺计算不准确；（3）管道强度计算不准确；（4）管道、站场的位置选址不合理；（5）材料选择、设备选型不合理；（6）防腐设计不合理；（7）管线布置、柔性考虑不周；（8）结构设计不合理；（9）防雷防静电设计缺陷等。

施工质量问题（1）管道施工队伍水平低、质量失控；（2）强力组装；（3）焊接缺陷；（4）补口、补伤质量问题；（5）管沟、管架质量问题；（6）穿、跨越质量问题；（7）检验控制问题；（8）没有严格按施工标准设计；（9）施工质量管理体系不健全。

3 天然气管道输送管线工艺设计

3.1我国天然气管道输送技术现状

我国天然气输送技术现状如下：（1）采用的设计和建设标准与国际接轨。（2）采用卫星遥感技术、GPS系统，优化管道线路走向。（3）采用国际上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等软件，进行工艺计算、特殊工况模拟分析和设计出图。（4）管材采用高强度、高韧性管道钢，主要有X52、X60、X65和X70，国内有生产大口径螺旋缝埋弧焊钢管和直缝钢管的能力。（5）管理自动化、通信多种方式并用。运营管理采用SCADA系统进行数据采集、在线检测、监控，进行生产管理和电子商务贸易；通信采用微波、卫星和租用地方邮网方式，新建管道将与国际接轨，向光缆通信发展。（6）管道防腐。管道外防腐层主要采用煤焦油瓷漆、单层环氧粉末、双层环氧粉末、聚乙烯防腐层（二层PE）和环氧粉末聚乙烯复合结构（三层PE）。管道内涂层主要采用液体环氧涂料。（7）天然气计量。我国早期建设的管道天然气计量大都采用孔板计量；而近年新建的几条输气管道采用超声波流量计。（8）主要工艺设备。目前国内输气管道输气站主要工艺阀门大都采用气动球阀，今后新建管道将以采用气-液联动球阀为主。国内在役输气管道采用的增压机组有离心式和往复式压缩机，驱动方式有燃驱和电驱；将来我国的长距离输气管道主流机型采用离心式，在有电源保证的条件下采用变频电机驱动为发展方向。

3.2 常见天然气输送工艺技术

常见天然气输送工艺技术有：（1）高含蜡、高黏易凝原油常温输送技术 管道输送高含蜡、高黏易凝原油的发展趋势是逐步降低输油温度，进而实现常温输送。这也是我国原油管道输油工艺科技攻关的一项重大课题。 利用化学方法，辅之以物理方法，从原油流变性的微观机理以及原油凝结的微观机理入手，研究高效降黏剂的分子结构特点和要求，进行分子结构设计，开发适用于多种类原油的降黏剂、降凝剂，实现高含蜡高黏易凝原油常温输送。（2）原油冷热交替输送技术 目前国内原油管道只能输送单一油品，适应性和灵活性较差。应结合哈萨克斯坦原油、俄罗斯原油的引进时机，进行油品冷热交替输送工艺技术研究。进口原油和国产原油若能实现冷热交替输送，可产生较大的经济效益。（3）多油品、多品种成品油管道输送技术 我国成品油管道输送比例小（不足5%），其它输送方式降低了我国成品油的市场竞争力。目前国外大石油公司正加紧进入我国油品市场，我们必须尽快完善多油品、多品种成品油管道输送工艺，弥补输送技术方面的不足，降低运输成本，提高市场竞争力。（4）天然气管道高压富气输送技术 高压富气输送具有传统干气输送不能比拟的优点：一是高热值的富气组分和高压运行提高了管道输送效益；二是单位热值输气量对压缩机功率的需求降低，减少能量消耗；三是优化管道设计，减少工程投资；四是节省凝析液输送到最终用户的高昂运费。

3.3 天然气管道输送节能设计

从国际长输管道的发展趋势来看，世界天然气输送管道技术朝着高压、大输量、长距离、的方向发展。高压输送使天然气密度增加，流速下降，可降低管道沿程摩阻损失，提高输送效率。同时，天然气密度增加有利于提高气体的可压缩性，降低压缩能耗，提高压缩效率，减少压气站的配置。设计过程中，管道的设计压力、管径等的比选需根据综合项目投资、综合能耗、运行成本最终确定输送工艺方案。

（1）减少沿程摩阻。天然气管道输送过程中，输送能耗相当一部分消耗在克服管线沿程的摩擦阻力上。而沿程摩阻的大小除了与流态有关外，管内壁粗糙度的大小也是一个重要因素。减少管壁粗糙度，可以减小沿程摩阻，从而减少压气站数量或压缩机组输送功率，降低输送能耗，最常用的办法是进行管壁内涂层。设计中针对设计输量、管道设计压力、管径以及压气站位置选定的基础上，对管道采用内涂层增加的工程建设投资与节省压缩机组燃料气消耗所节省的运行费用进行分析，确定管道采用内涂层减阻技术，提高输送能力。管道设内涂层，输送压降小，提高管道的输送能力，减少压缩机组输送功率。随着管道长度的增加，压气站配置数量的递增，管道设内涂层，燃料气消耗减少更明显，从而进一步提高输气量。国外输气管道使用内涂层后，可使输气量增加5%～20%，同时，还可有效地减少设备的磨损和清管次数，延长管道的使用寿命。

（2）降低管道的输送温度，可以提高管道的平均运行压力，减少管道的沿程摩阻，降低压缩机组的能耗。为降低管道的输送温度，空冷器的投资和耗电均需增加。如果管道因降低输送温度所节约的燃料气消耗费用，比增设空冷器所增加投资和空冷器耗电所增加的费用之和高，则管道降温输送是经济节能的

（3）合理选用离心式压缩机的驱动方式。天然气长输管道输量大、压缩机组计算功率大，一般都需用离心式压缩机。离心式压缩机常用的原动机有电动机、汽轮机及燃气轮机等3种。汽轮机需要较稳定的供汽系统，由于长距离天然气管道所经过的大部分为人烟稀少的边远地区，远离供汽系统，因此，长输管道采用的离心式压缩机很少选用汽轮机驱动。电动机驱动与燃气轮机驱动相比，具有运行维护简单、节省管道耗气、可将更多的天然气输向下游等优点。但是，压气站的压缩机组采用电动机驱动，受电网条件、电价、供水条件等制约。

参考文献：

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