節(jié)能環(huán)保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析

付春江 霍玉霞

（1.. 濟(jì)南濟(jì)華燃?xì)庥邢薰?，山東 濟(jì)南250000；2. 魯焱工程技術(shù)咨詢有限公司，山東 濟(jì)南250021）

0 引言

天然氣長輸管道的能耗根據(jù)方式不同可分為直接能耗和間接能耗，間接能耗是指天然氣長輸管道在輸送天然氣過程中出現(xiàn)的放空和泄露等問題引起的資源能耗，這種能耗在理論上可以通過有效措施消除[1]；直接能耗是指天然氣長輸管道系統(tǒng)中壓縮機(jī)組能耗、燃料氣消耗以及天然氣長輸管道阻力損失產(chǎn)生的能耗，對于這種直接能耗的降耗方法只能通過技術(shù)、工藝以及設(shè)備去控制，沒辦法完全消除[2]。此次提出節(jié)能環(huán)保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析，為天然氣長輸管道降耗措施實(shí)施提供參考依據(jù)。

1 節(jié)能環(huán)保背景下基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析方法

1.1 天然氣長輸管道單耗模型

根據(jù)單耗熱力學(xué)理論思想，結(jié)合天然氣長輸管道運(yùn)行理論，建立單耗模型，分析天然氣長輸管道儲存和釋能環(huán)節(jié)中壓縮機(jī)組降耗[3]。由理想中天然氣壓縮時壓縮機(jī)組耗功與實(shí)際中壓縮時壓縮機(jī)組耗功的商求得壓縮機(jī)組絕熱效率。再以壓縮機(jī)組理想定熵膨脹產(chǎn)生的耗功與壓縮機(jī)組實(shí)際定熵膨脹產(chǎn)生的耗功求得相對內(nèi)效率。

通過上文分析計算，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，天然氣長輸管道能源利用過程的能力平衡守則，可以將其描述為燃料能量消耗的總量為天然氣能力與能力損耗的和，經(jīng)過化簡即可得到天然氣長輸管道單耗模型：

公式（1）中，bmin為天然氣長輸管道最低燃料單耗；∑bmax為天然氣長輸管道附加單耗。運(yùn)用公式該模型可以得到天然氣長輸管道任一運(yùn)輸環(huán)節(jié)中消耗的能量值。

1.2 天然氣長輸管道燃料降耗分析

天然氣長輸管道在儲能過程中，經(jīng)過壓縮機(jī)組壓縮的天然氣成為運(yùn)輸產(chǎn)品，如果在壓縮過程中，管道壓力為p，則能量比為：

公式（2）中，ν表示管道內(nèi)產(chǎn)品密度；pn為管道環(huán)境壓力；pm為壓縮機(jī)組壓力。在天然氣長輸管道釋放天然氣過程中，管道的主要燃料為天然氣，如果燃料的能力比以100%地進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)，即物理意義為單位體積的天然氣燃料能量在理想狀態(tài)下轉(zhuǎn)化為最大產(chǎn)品量，運(yùn)用上文建立的單耗模型，求得天然氣長輸管道理想最低燃料單耗，即天然氣長輸管道輸送的天然氣電能的能量比。

天然氣長輸管道分為回?zé)?、燃燒、膨脹等過程，運(yùn)用單耗模型對這幾個過程進(jìn)行降耗分析，分析出天然氣長輸管道處理燃料耗能外，其它附加最低耗能，其公式如下：

公式（3）中，ρ為燃燒過程燃料附加最低單耗；ω為膨脹過程附加最低單耗；θ為回?zé)徇^程附加最低單耗；η為節(jié)流過程附加最低單耗。以上述分析為依據(jù)，降低天然氣長輸管道能量消耗，實(shí)現(xiàn)了基于單耗模型的天然氣長輸管道降耗分析。

2 對比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)以某天然氣長輸管道為實(shí)驗(yàn)對象，對該管道進(jìn)行降耗分析。該管道儲能過程采用5級壓縮和冷卻的方式，而釋放過程采用4級燃燒和膨脹的方式，管道共由四個站場組成。運(yùn)用此次提出方法與傳統(tǒng)方法對該天然氣長輸管道進(jìn)行單耗分析，對比兩種方法分析誤差。

從圖1可以看出，傳統(tǒng)方法平均分析誤差為0.13 MW，而此次提出方法平均分析誤差為0.03MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)分析方法，所以實(shí)驗(yàn)證明，本文方法具有較低的分析誤差，可以精準(zhǔn)的分析出天然氣長輸管道最低耗能。

圖1 兩種方法分析誤差對比

3 結(jié)語

在節(jié)能環(huán)保背景下，此次將單耗模型應(yīng)用到天然氣長輸管道降耗分析中，形成一種新的分析方法，具有較低的分析誤差，為天然氣長輸管道降耗措施提供依據(jù)。由于研究時間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但還存在一些不足之處，今后還需在天然氣長輸管道降耗分析方面進(jìn)行深入研究。