二氧化碳的管輸工藝研究

狄國佳

二氧化碳的管輸工藝研究

狄國佳

（甘肅省白銀市靖遠縣蘭州理工大學，甘肅白銀 730605）

目前，CO2的管道輸送技術迅猛發展，相關問題逐漸引起人們的廣泛關注。工程上常用的CO2管輸方式有氣態、密相和超臨界輸送三種，在工程實踐過程中，應根據實際情況綜合研究后確定CO2的管輸方式。概述了CO2管輸的發展現狀，并從多方面比較了CO2氣態輸送、密相輸送和超臨界輸送的區別與聯系，同時分析了入口溫度、環境溫度對CO2管輸的影響，對CO2管輸實踐過程具有一定的指導意義。

CO2；減排；管輸方式；影響因素

由于人為因素造成的CO2大量排放是引起全球氣候變暖的關鍵因素，減少CO2的排放已經成為全球各國關注的焦點。2009年我國CO2排放量居世界第一位，與此同時，中國政府也鄭重承諾在未來將大幅度降低單位GDP的CO2排放量，因此，我國正面臨著巨大的CO2減排壓力。

化石能源的清潔高效利用是降低CO2排放量的根本辦法，但是，出于其成本高、技術不成熟等方面的考慮，CCUS（CO2的捕集、封存和利用）技術是當前我國實現碳減排目標的最佳選擇。一方面，CCUS技術可以大大減少CO2的排放，改善生態環境；另一方面，還能提高油氣田采收率，實現CO2的資源化利用。其中，CO2的管輸是CCUS技術中的重要環節之一，對CO2的管輸工藝進行研究有助于提高整體的經濟效益。

1　CO2管輸的發展現狀

20世紀70年代CO2管道就已經在驅油工業中應用于提高油田采收率，美國在這方面已有超過30a的實踐經驗。對于輸量大、中等距離（小于1 000km）的情況，采用管道輸送是運輸CO2最經濟安全的方式。據統計，世界上約有3 400km的CO2管道，其中位于美國的CO2管道總長度超過2 700km。我國的CO2管輸技術起步較晚，目前仍舊沒有一條成熟的長距離CO2輸送管道，僅個別油田建設了幾條CO2管道。如大慶油田建成長達6.5km的CO2輸送管道，用于將CO2低壓輸送至封存場點；吉林油田、江蘇油田采用氣態或液態輸送方式將CO2輸送至井場，用于提高油氣田采收率。

2　CO2的管輸工藝

CO2的管輸可采取3種輸送方法，分別是管道輸送、槽車輸送和輪船輸送。對于長距離、大容量的輸送任務常采用管道輸送（最經濟的CO2輸送方法）。CO2管輸系統與常規油氣制品輸送系統類似，由管道、中間加壓站及其它輔助設備三大部分組成。常用的CO2管輸方式有氣態、密相以及超臨界。氣態輸送是指CO2在管輸過程中始終保持氣相狀態，通過壓縮機對CO2氣體進行增壓時切忌壓力過高，以免CO2進入超臨界態；密相輸送是指以CO2作為載氣，保證顆粒在輸送管道中的密集程度（固氣比大于25）的輸送過程；超臨界輸送是指在管輸過程中CO2的溫度超過其臨界溫度、壓力高于其臨界壓力，保持超臨界狀態，沿程通過壓縮機、保溫層維持CO2的超臨界稠密狀態。

從經濟層面看，3種CO2管輸方式的投資成本由低到高依次是密相輸送、超臨界輸送、氣態輸送。主要原因有兩點：（1）CO2在密相輸送和超臨界輸送時的最佳流態處于水力光滑區，而在氣態輸送時最佳流態處于水力粗糙區，密相輸送和超臨界輸送相較氣態輸送時的水力摩阻損失更小；（2）CO2超臨界輸送的設計壓力略高于CO2密相輸送的設計壓力，造成超臨界輸送投入成本增加。理論上超臨界輸送從經濟上優于氣態輸送，同時，采用超臨界方式輸送的CO2可直接注入地層以及廢棄的油氣田，從技術上講優于氣態輸送和密相輸送。但是，實踐過程中具體采用哪種輸送方式最經濟，應根據CO2氣源、注入場點實際情況比選而定。

通常管道的安全性主要從泄漏與事故破壞2方面考慮。從泄漏層面看，密相輸送的泄漏總量遠高于氣態輸送；從事故破壞層面看，密相輸送的危險性及影響范圍高于氣態輸送，主要是因為密相輸送時的管道運行壓力高于氣態輸送，管道運行壓力越高，其產生爆破時的超壓能量越大，對周圍的地物、地貌的破壞作用也就越大。

3　CO2管輸的影響因素

3.1入口溫度

入口溫度通常對管道沿線壓降影響較大。一般來說，入口溫度越高，水力坡度會越大，在首端入口壓力相同的情況下，末端出口壓力也會越低，因此需要增設加壓站，這樣不僅增加了固定資產的投資成本、耗費了更多的能量，還提高了相應的管道維護費用，非常不經濟。同時，入口溫度的高低并不影響管道末端CO2出口溫度，管道末端CO2出口溫度始終無限趨近于環境溫度，并隨著輸送距離的增加，越來越接近環境溫度。因此，在管輸過程中應該適當降低CO2入口溫度，降低管輸過程的成本及能耗。

3.2環境溫度

CO2運輸管道一般采用地下敷設方式，溫度較穩定，受氣候季節、地理環境和管道埋深等因素的影響，管道所處的環境溫度對管輸過程存在一定影響。隨著輸送距離的增加，管道沿線溫度呈下降趨勢，環境溫度越低，管道沿線溫度下降速率越快，當管內CO2的溫度下降到接近環境溫度時，下降速率開始減緩，且最終溫度會趨于環境溫度，不低于環境溫度。

4　結束語

通過上述分析可以得出如下結論：（1）在人煙稀少的情況下，宜采用成本更低的密相輸送或超臨界輸送；（2）在人

口密集的情況下，對管道的安全性要求高，宜采用安全性更高的氣態輸送；（3）相較氣態輸送和密相輸送，超臨界輸送對于長距離、大流量CO2輸送具有更好的經濟性和安全性，針對CO2管輸，推薦使用超臨界輸送；（4）在管輸過程中應該適當降低CO2入口溫度，降低管輸過程的成本及能耗；（5）環境溫度對CO2管輸有一定的影響，在CO2的輸送過程中應考慮管道所經路線的環境因素，加強管道保溫效果。

［1］ 吳瑕，李長俊，賈文龍.二氧化碳的管道輸送工藝［J］.油氣田地面工程，2010，（9）.

［2］ 邵長彬，梁海寧，鐵生浩，等，二氧化碳輸送工藝分析［J］.山東化工，2014，（4）.

［3］ 李昕.二氧化碳輸送管道關鍵技術研究現狀［J］.油氣儲運，2013，（4）.

Research on Pipeline Transport of Carbon Dioxide

Di Guo-jia

At present，CO2pipeline of rapid technological development，issues related to gradually attracted widespread attention. Commonly used CO2pipeline project on the way there is a gas，and supercritical dense phase conveying are three in engineering practice should be determined according to the CO2pipeline manner comprehensive study on the actual situation.An overview of the current development pipeline of CO2，and in many ways compared the CO2gas transportation，dense phase conveying and transporting supercritical difference and connection，as well as analysis of the inlet temperature，ambient temperature on CO2pipeline transportation of CO2pipeline practice has a certain significance.

CO2；emissions；pipeline；modeFactors

TS225.19

A

1003-6490（2016）06-0064-02