淺談天然氣高壓管道（西氣東輸二線）開口分輸

【摘要】高壓管道開口分輸，在消耗最少管材的條件下獲得最大的輸氣量。同時充分利用壓力，在末站CNG母站充裝過程可實現50%充裝量由管道壓力直充。從而減少CNG充裝過程中電能的消耗，在同行業中CNG充裝成本上占據絕對優勢權，在市場競爭中獲得更高競爭能力。

【關鍵詞】高壓管道；不減壓；分輸

【中圖分類號】TE973；TP273.5

此論文結合新疆生產建設兵團第十二師天然氣工程（昌吉分輸站西二線開口分輸、高壓長輸管線及總站運行）相關情況完成。

一、城市燃氣氣源類型對比

天然氣氣源是城市天然氣利用工程的重要基礎，其技術條件必須滿足城市供氣連續性等基本要求。天然氣氣源按其來源不同，可分為長輸管道天然氣、壓縮天然氣供應。

（1）長輸管道天然氣

長輸管道是指產地、儲存庫、使用單位間的用于輸送商品介質（油、氣等），并跨省、市，穿、跨越江河、道路等，中間有加壓泵站的長距離管道。

天然氣的生產和儲存設施大都遠離城市，天然氣對城市的供應一般都通過長輸管線實現的。天然氣長輸管線的終點配氣站稱為城市接受門站，是城市天然氣輸配管網的氣源站，其任務是接收長輸管線輸送的天然氣，在站內進行過濾、調壓、計量后，進入城市燃氣輸配管網。長輸管道天然氣是目前我國大中型城市的主要氣源。

（2）壓縮天然氣

壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡稱CNG）指壓縮到壓力大于或等于10MPa且不大于25MPa的氣態天然氣，是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中。

在用氣城鎮或小區的壓縮天然氣供氣站（也稱CNG減壓站、卸氣站或釋放站）內，長管拖車轉運的壓縮天然氣經卸氣、減壓、儲氣、計量加臭后，通過城市燃氣輸配管網供應給各燃氣用戶。系統具有工藝簡單、投資省、成本低、工期短、見效快、靈活多變的優點，適用于遠離長輸管道或暫時無法建輸氣管道的中小城市或遠離城市中心的居民小區提供氣源保證，也可作為管道天然氣的調峰氣源。

通過二種氣源類型的對比，長輸管道氣源有著非常明顯的優勢。而新疆生產建設兵團第十二師地處烏昌腹地，西氣東輸二線在周邊經過，得天獨厚的天然氣資源優勢成為本工程的有力支撐點。本項目氣源來自西氣東輸二線昌吉分輸站，通過6.88KmGA1級長輸管道輸送至頭屯河天然氣總站，因此有充分的氣源保障。

二、分輸站不減壓分輸工藝

由于城市燃氣經營單位下游用戶主要以居民用氣、公福用氣和工業用氣為主，且用氣壓力均低于0.4Mpa。因此國內城市燃氣企業在從上游分輸站分輸工藝設計時，普遍采用分輸站先減壓后分輸方案，即分輸站將管道天然氣壓力減至2.5～4Mpa后分輸至城市燃氣門站（調壓站），城市燃氣門站（調壓站）再次減壓后輸往城市管網。此種方案優勢在于通過分輸站減壓后，上游分輸站出站壓力降低對下游管道、設備的壓力等級要求降低，從而降低了管道運行風險。

通過先減壓后分輸方案與不減壓直接分輸方案的對比，減壓分輸的很多不足之處也展現在我們面前。上游中石油分輸站內分輸設備，國內普遍運作模式為由城市燃氣經營企業按照上游中石油企業要求采購、安裝分輸設備，投運后委托中石油企業管理。按照中石油相關規范要求，為保證安全運行減壓裝置、安全切斷裝置、計量器具等均需采購國外進口設備，設備采購、維護費用高、供貨周期長等為下游城市燃氣運營企業造成沉重負擔。本項目由于設計方案為不減壓直接分輸，設備采購中避免了減壓裝置、安全切斷裝置的采購費用，大大降低了城市燃氣運營企業的投資負擔。

于此同時由于本項目為分輸站西氣東輸二線開口不減壓直接分輸，分輸站至頭屯河天然氣總站長輸管線設計壓力等級與上游中石油管線為同等壓力級別，從根本上避免了下游管線超壓而引發的安全事故。在常規性減壓分輸項目中，下游管線運行企業需時刻關注管線壓力變化，防止管線運行壓力超壓造成的燃氣泄漏、爆炸等安全事故的出現。另外以輸氣管道輸氣能力為衡量標準，當管道直徑為定值時，管道輸送介質壓力等級越高其輸氣能力越大。本項目輸氣管道輸氣能力是同等口徑管道輸氣能力的2～3倍（如圖A.0.1）。

三、12Mpa進站運行技術

目前國內城市燃氣場站系統進氣壓力基本在4Mpa以下，此類項目優勢在于系統進氣壓力等級較低，場站設備運行維護簡單，同時此類壓力等級設備已實現國產化，技術制造水平也趨于成熟穩定。此類項目向CNG母站供氣時由于是分輸站減壓后，CNG母站再次升壓造成不必要的能耗損失。

本項目充分利用上游管道壓力優勢，在CNG母站生產過程中先用管道壓力直充，當CNG長管拖車壓力與管道壓力趨于平衡后再啟動壓縮機充裝，從而達到節約電量損耗成本的目的。本項目投運后CNG 充裝耗電成本與常規性母站相比能耗降低50%，在激烈的市場競爭中占有強有力優勢。同時12Mpa國產燃氣設備制造廠家寥寥無幾，本項目通過與國內知名燃氣設備廠家合作，在降低自身投資成本的同時對國內12Mpa壓力等級燃氣設備研發制造也做出了卓越貢獻。

新疆生產建設兵團第十二師總站項目工藝包括過濾、調壓、計量、氣體脫水系統、氣體緩沖和廢氣收集系統、氣體壓縮系統、氣體儲存系統和加氣系統。

過濾、調壓、計量裝置：本項目天然氣來自西氣東輸二線昌吉分輸站，進站壓力為7.0～11.3MPa，進站天然氣經進站工藝系統過濾后利用匯管進行分配：一路為CNG加氣母站供氣；一路通過門站調壓計量撬向城市高壓管網供氣；一路為LNG液化工廠預留。在向CNG加氣母站供氣管路上設置調壓、計量裝置后，以8.5MPa的壓力進入脫水系統（進站壓力低于8.5MPa時為進站壓力）。

氣體脫水系統采用前置干燥器。按當前的實際生產工藝，脫水有壓縮機前脫水和壓縮機后脫水兩種，為了延長壓縮機的使用壽命，設計采用壓縮機前置低壓脫水工藝。低壓脫水工藝采用分子篩硅膠吸附劑，干燥器填料飽和后需用天然氣再生。脫水裝置的再生氣直接采用原料天然氣，并在脫水裝置中加壓循環，沒有放空損失。經分子篩脫水處理后的天然氣，其常壓下露點溫度約-60℃，滿足加氣質量要求。在脫水裝置上需設在線微量水分析儀，實時監測脫水后天然氣中的水含量，當天然氣露點不能滿足要求時，可進行吸附與再生的切換。

氣體緩沖和廢氣收集系統主要有1個緩沖罐和1個廢氣回收罐組成。緩沖罐為Ⅱ類壓力容器，為壓縮機自帶，主要是用來穩定進氣壓力并去除氣體中的雜質，減小氣流脈沖，對壓縮機起到保護作用。廢棄收集罐為Ⅱ類壓力容器，也是壓縮機自帶，主要用于收集壓縮機排污所排出的天然氣。 壓縮系統采用混冷整體撬裝式壓縮機。本設計選取壓縮機組設計工況范圍為吸氣壓力8.5 Mpa，排氣壓力為25.0 Mpa。天然氣由外部管線經一級進氣過濾器進入一級壓縮缸，經一級缸增壓后進入一級冷卻器和緩沖分離罐；冷卻后經管線進入二級壓縮缸，經二級壓縮缸增壓后進入二級冷卻器和緩沖分離罐，冷卻后經高壓過濾器排出系統。級間設有旁通回路。一級排氣、二級排氣分別設有安全閥以及自動放空閥，保證管道和設備運行安全，方便維護修理。

加氣系統：增壓后的天然氣經高壓燃氣管道輸送至加氣機，通過加氣機的加氣槍與CNG汽車相接，直接將CNG充入汽車的儲氣瓶組中，當汽車儲氣瓶組中天然氣壓力達到20.0 Mpa時，加氣機自動關閉加氣槍。

CNG管束拖車加氣系統：增壓后的天然氣經加氣柱直接向管束拖車供氣，當拖車內壓力達到20.0MPa時，加氣柱自動停止加氣。

由于調壓器出口壓力為8.5MPa，脫水裝置出口至壓縮機之間設置有直充管線，可不通過壓縮機直接給CNG管束車充氣，最大限度地利用上游來氣壓力，減少電能消耗。