油氣長輸管道的運行管理

高輝 李宏偉

1中原油田勘探開發科學研究院2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院

油氣長輸管道的運行管理

高輝1李宏偉2

1中原油田勘探開發科學研究院2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院

隨著管道輸氣能力的逐步增長，新輸氣客戶的需求模式與以前有很大不同，管道公司必須根據客戶需要制定自己的運行計劃。提高系統運行可靠性的技術改造措施包括調整離心式壓縮機的葉輪直徑，更換往復式壓縮機的柱塞，設計先進的壓縮機脈動控制系統，對電機拖動壓縮機進行調速控制。一個管道系統的運行效率，在設計之初就應該全面考慮，一旦建成投產，管道公司就要通過監控整個系統，確定是否有必要進行維修、改造、更換或技術升級，以改善系統運行狀態，提高運行效率和經濟性。

天然氣；長輸管道；效率；維護；投資

管道系統的運行，往往會偏離當初設計的市場條件。為此，美國能源管理委員會（FERC）頒布的636、637條例，使輸氣客戶有選用不同管線輸氣能力的自由度和靈活度。另外，隨著管道輸氣能力的逐步增長，新輸氣客戶的需求模式與以前有很大不同，管道公司必須根據客戶需要制定自己的運行計劃，盡管有時客戶的路徑選擇并不是最高效的或者反應客觀實際需求。所有這一切，都對管道系統的運行管理提出了挑戰。

1 適應市場變化以提高運行效率

與過去不同，當前天然氣管道系統的流量變化已呈多峰型態。由于需要滿足簽約客戶的需求，使得管道系統無法達到在優化的、穩定的工況下高效運行。發電企業并不關心燃氣消耗，只關心能否最大限度地得到他們需要的氣量。管道公司不得不采取很多技術措施，以便在滿足客戶的用氣量變化需求的同時，盡量使管道系統的效率最大化。這些技術措施包括：

（1）采用流量模擬軟件進行實時模擬，協助運行管理人員擺脫對管道儲氣量的依賴。這樣做能夠提高輸氣效率，但需要操控人員高度警惕，同時對壓縮機要進行頻繁啟閉以防管道超壓。

（2）縮短高效設備的停運時間，提高其利用率。管道公司應強化維修管理，延長高效設備維護管理人員的工作時間，或者高薪請專業維修公司加快修復工作，以便盡快使由于種種原因停運的高效設備重新投入運行，縮短其停運時間。

（3）管道公司應該始終如一地遵守管道和危險材料安全管理局的規定，提高管道最大允許操作壓力（MAOP），提高管道輸量，降低壓縮機燃料消耗。提高MAOP，能夠提高管輸能力和管道效率。據悉，一家美國州際天然氣協會（INGAA）會員管道公司，已經得到管理部門的特許，允許將其管道的最大允許操作壓力從規定的最小屈服強度（SMYS）的72%提高到80%，提高高峰輸量時的管道效率8～9個百分點。

2 管道維護與改造

隨著使用年限的延長，管道維護的工作量會越來越大，從修復損毀部件到日常保養，再到根據復雜的運行數據資料通過電腦處理結果進行的預防性維修等。

管道公司通常會采用多種方式監控系統運行狀態，以判斷系統是否在高效區運行，制定最優維護、維修計劃。美國的管道公司會定期維護和更換易損件，如壓縮機閥等。對于往復式壓縮機站，壓縮機閥的損毀是造成其非計劃停運的最大原因。管道公司計劃、非計劃停運往復式壓縮站的最主要原因，就是更換壓縮機閥。

另外，管道公司還會考慮以下技術改造措施，以提高系統運行的可靠性。

（1）調整離心式壓縮機的葉輪直徑。對于運行條件已經遠遠偏離原來的設計條件，造成離心式壓縮機效率很低，可以通過調整壓縮機葉輪直徑，使其適應新的工況條件。這一技術方法有時是為了適應一年之內不同季節氣量的變化，有時是為了適應較長時期的供需變化。在這方面，英國MSE公司積累了豐富的經驗，曾經為BP、Marathon、HESS等公司提供服務，以適應氣田產量降低、集輸氣系統壓力變化大等情況。

（2）更換往復式壓縮機的柱塞。為了適應更高的壓力需求或負荷變化，用改進后的新柱塞替換復式壓縮機的現有柱塞。

（3）設計先進的壓縮機脈動控制系統。運用先進的壓縮機脈動控制系統，在降低脈動的同時還能夠提高運行效率，降低能量消耗。

（4）對電機拖動壓縮機進行調速控制。調整電機拖動壓縮機轉速，使其適應氣量變化，達到較高的運行效率。但由于此項改造比較復雜，改造費用較高，此項技術應用較少。

3 提高管道系統效率的經濟性

一個管道系統的運行效率，在設計之初就應該全面考慮，一旦建成投產，管道公司就要通過監控整個系統，確定是否有必要進行維修、改造、更換或技術升級，以改善系統運行狀態，提高運行效率和經濟性。目前，美國擁有數量巨大的天然氣壓縮站和各種類型的壓縮機，管道公司往往不會隨時采用最先進的技術對壓縮系統進行改造，以提高其經濟性。由于天然氣壓縮機的建設費用在過去15年內已經翻番，而且壓縮機屬于長期耐用設備，安裝一套新型壓縮系統的費用已經遠遠超過現有系統當初的費用，通過節省燃料回收投資的周期將會超過10～15年。因此，更換新型設備往往并無必要或者并不經濟，盡管新的先進的設備效率確實很高。可見，為了提高效率進行技術改造，是一項非常復雜的工作。

如果一條管道設計時的假設條件發生改變，或者在以后的運行過程中發現并不準確，則任何技術改造或設備更換后的燃料節省、經濟效益都將改變。例如，如果當初預計的天然氣價格發生重大變化，將會嚴重影響為了提高效率而更換壓縮機的投資回收期。技術改造后的輸氣費率變化，以及由于氣量變化模式與當初預測的不同，造成更換設備的運行時間變化，都會影響投資回收期，使此項改造變得并不經濟。

4 結語

一個管道系統在運行期間的任何技術改造，都需要仔細研究計算投資、長期運轉的可行性、操作條件的可能變化以及維護費用等。通過過去30年的技術攻關，已經開發了很多提高壓縮機系統效率的技術，但對于具體的改造項目，仍然要仔細研究其提高效率的可能性，確保投資收益。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.048