簡述天然氣輸配節流過程中能量損失的控制與利用

馮彥錚

摘 要：天然氣的使用，是采集、運輸、調配、管理各個環節協作的結果。文中從天然氣用于城市燃氣的優勢出發，指出天然氣在輸配環節的節能措施，闡述了天然氣輸配節流過程中能量損失的控制與利用，以供參考。

關鍵詞：天然氣;輸配管理;節能措施;能量損失;控制與利用

天然氣是蘊藏在地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣、生物生成氣等，是一種優質的燃料和化工原料[1]。城市發展中，普遍將天然氣作為城市燃氣，供居民生活和工商業生產使用。受到技術、材料、管理等因素的影響，天然氣在輸配環節會存在損耗現象，對這部分損失的能量進行控制與利用，成為一個研究重點。

1 天然氣用于城市燃氣的優勢

天然氣無色、無味、無毒，將其作為城市燃氣使用，優勢如下：第一，綠色環保。天然氣是潔凈的能源，幾乎不含有硫、粉塵及其他有害物質，燃燒時產生的二氧化碳少，帶來的溫室效應低，可以保護生態環境。第二，經濟實惠。和人工煤氣相比，天然氣的同比熱值價格接近，但是更清潔，既能延長灶具的使用壽命，又能減少維修費用。對地區經濟發展而言，可以提供新的動力，帶動經濟繁榮。第三，安全可靠。天然氣無毒無害，容易散發，比重比空氣要輕，因此不容易積聚成爆炸性氣體，人們使用時更加安全。第四，改善生活。家庭使用天然氣，可以改善家居環境，提高生活質量[2]。

2 天然氣在輸配環節的節能措施

2.1 提高管道運輸效率

天然氣在管道內運輸，運輸效率受到輸送壓下降的影響，原因主要有兩個：一是管道內壁粗糙，二是管道中存在油類、碳水化合物等雜質。提高管道運輸效率，可行措施包括：1）在管道內進行涂層處理，消除摩擦阻力，兼具防腐蝕的作用。以西氣東輸工程為例，管道采用內涂層技術后，天然氣的運輸量明顯增加[3]。2）定期清理管道，尤其是冬季之后，此時應該清理管道內的水、油等成分，提高管道的清潔度。3）減少局部壓降。管道分壓來源于壓縮機的閥門，合理選擇儀表、彎頭、三通、其他配件，優化管道的運行角度，可以減少壓力損失。

2.2 優化輸配運行管理

隨著西氣東輸、川氣東送、陜京線等工程的完工和使用，天然氣管網已基本覆蓋全國。對管道的運輸路線進行合理規劃，可以抵消山川河流的影響，從而減少能耗。1）加強輸配規劃管理。理論上來看，天然氣最佳輸配規劃，是制定每周、每月計劃，了解氣源動態，根據用戶的使用需求進行輸配，達到開發和利用的均衡。2）采用SCADA系統，從現場收集數據后，利用控制中心的計算機對數據進行分析、傳輸，并生成視覺信息，輸出到目標區域，具有控制、調整、報警等功能，實現運輸管道的精確管理。

2.3 合理選擇設備

一是增壓設備，以壓縮機為代表。針對普通流量的天然氣，增壓時一般選擇燃氣輪機-離心壓縮機組;如果流量范圍較大，則要選擇燃氣發動機-往復壓縮機組。二是油氣分離器，在天然氣的采集和輸送中應用頻繁，功能是從氣體里分離出液滴，從液體里分離出氣泡。如果天然氣流量比較大，可使用多臺分離器串聯或并聯，進一步強化分離效果，有利于雜質排出。

2.4 減少泄露問題

天然氣輸送管道埋設在地下，隨著使用時間延長，管道容易發生老化、腐蝕、破壞損傷的情況，導致天然氣泄漏[4]。對于這種情況，大泄漏更容易發現，能及時明確泄漏部位;小泄漏則要依靠監測設備，動態觀察管道的運行情況。例如：在管道內安裝分布式傳感器，通過分析信號，判斷管道是否出現破壞。

3 天然氣輸配節流過程中能量損失的利用

天然氣管道輸送時，多采用高壓輸送模式，經調壓站降壓后，用戶才能正常使用。調壓時，以節流降壓為主，會造成能量損失。利用余壓發電系統，回收這部分壓力并使用，可轉化為電能用于生產或生活[5]。

3.1 方案設計

在燃氣電廠內，會配置天然氣調壓系統，對上游供應站的天然氣進行接收和計量，并開展調溫、過濾、調壓等處理，滿足用戶使用燃氣的品質要求。余壓發電系統，是在調壓系統的基礎上，使用透平膨脹機代替節流調壓閥，配置輔助系統，對天然氣的壓力能進行回收利用。工作流程見圖1。

3.2 系統設置

整個系統設置如下：1）入口單元有ESD閥，可在緊急狀態下切斷氣源，確保系統安全。2）流量計量單元中，采用超聲流量計、熱值探測儀，可測量天然氣的流量、熱值。3）分離過濾單元，能將天然氣中的液體、固體分離出來，確保進入燃機的是清潔天然氣。4）前加熱器和后加熱器，通過加熱可提高天然氣的溫度，提高生產經濟性。5）調壓單元是余壓發電系統的核心，由發電機、透平膨脹機、調壓閥、快開閥等組成，既能利用余壓發電，又能保證供氣安全。6）前加熱器、后加熱器、調壓單元組成的控制單元，在系統并網、發電、停機、加速時，可以保證供氣壓力的穩定性。

3.3 經濟效益

以某燃氣電廠為例，基準工況下，天然氣的出口溫度是229.92K，膨脹機的輸出功率是3230.77Kw，按照兩班制機組運行，每年運行時間為3500h，余壓發電系統全年發電量達到1130.7萬kWh，按照單價0.8元計算，全年創造經濟效益約904萬元。其中，膨脹降壓后，天然氣的溫度能降低10-20K/MPa，低溫度出口的天然氣可冷卻機組循環水，進一步提高機組的發電效率。

4 結語

綜上所述，天然氣作為城市燃氣使用，具有綠色環保、經濟實惠、安全可靠、改善生活的優勢。天然氣在輸配環節，提高管道運輸效率、優化輸配運行管理、合理選擇設備、減少泄露問題，可以實現節能運行。文章以余壓發電系統為例，介紹了天然氣輸配節流過程中能量損失的利用情況，結果顯示經濟效益良好，具有推廣價值。

參考文獻

[1]馬江江.天然氣輸送環節的節能降耗綜述[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（10）：72-73.

[2]沈東青，甘顯燦.天然氣長輸管道的節能降耗技術措施[J].化工設計通訊，2019，45（1）：201.

[3]田婷婷.天然氣在我國節能環保領域的應用[J].節能，2019，38（1）：93-94.

[4]李明飛.燃氣電站天然氣余壓發電技術方案分析[J].節能，2019，38（3）：17-20.

[5]常硯蕓.淺析天然氣開采集輸節能技術途徑[J].化工管理，2018，（18）：170.