以煤氣替代天然氣的燃料氣管網設計優化

1 引言

天然氣作為清潔高效的優質燃料資源，具有熱值高、無污染等優點，被廣泛應用在工業、民用等各個領域[1]。某油田目前向下游各注氣站鍋爐輸送天然氣作為燃料， 但是由于天然氣價格較高，長期采用天然氣作為下游注氣站的燃料成本較高，不符合企業發展方向。 為降低成本，該油田決定采用煤制氣來部分或全部替代天然氣。煤氣的有效成分主要為CO 和H2，燃燒后產生的尾氣清潔環保，不會對環境造成二次污染。 以煤氣替代天然氣時，雖然煤氣熱值（12 171 kJ/Nm3）較天然氣熱值（34 930 kJ/Nm3）有所降低，但是運行成本會下降[2-3]。 用煤氣替代天然氣時，為保證熱值不變，所需的氣量增大，為確保替代后的流量負荷能夠滿足現有管網的設計要求， 需要對不同配氣方案下各管線的流量及流速等進行核算， 并從中選擇出較優的方案。

該油田分為東線和西線，本文以西線輸氣管網為例進行分析。 西線管道設計壓力為2.4MPa（G），設計輸氣量為25 億m3/a。

2 設計原則

2.1 流量的確定

為保證煤氣替代天然氣后燃氣的熱值不變， 煤氣的替代量可以根據煤氣與天然氣的熱值來確定。 該油田現有的天然氣及擬替代煤氣的組成如表1 所示。

表1 天然氣及煤氣組成

其中， 現有天然氣熱值為34 930 kJ/Nm3， 煤氣熱值為12 171 kJ/Nm3，二者之間的熱值之比為2.87。 本設計中擬采用以下4 種煤氣替代天然氣方案：方案一：全煤氣；方案二：3/4煤氣+1/4 天然氣；方案三：1/2 煤氣+1/2 天然氣；方案四：1/4煤氣+3/4 天然氣。 在核算不同配氣方案時，可以根據各方案中煤氣及天然氣配比確定出燃氣的流量， 從而進行流速與壓降的核算。……