天然气管道增输技术

王畇润 中国人民大学

“十一五”以来，随着国民经济持续、快速、健康发展以及节能减排、改善环境的需求日趋迫切，天然气作为环保、高效、便捷和相对廉价的能源，市场需求大幅增加。中石化及中石油等国内能源公司均加大了对上游气田增产、非常规天然气开发、进口LNG资源获取的力度。天然气长输管道的输气负荷也快速提升，亟待增加输送能力。

1 影响输气能力的因素

在考虑投资成本的情况下，国内外一般采用建设复线、管道内喷涂减阻涂层、加注减阻剂以及优化泵站等方法提高管道的输气能力。

（1）管道直径及长度影响。当输气管道其他条件相同，直径分别为D1和D2，则流量比为Q1/Q2=（D1/D2）2.5，即输气管道的通过能力与管径的2.5次方成正比；若管径增大一倍，D2=2D1，则Q2=22.5Q1，流量为原来的5.66倍，这也是输气管道向大口径发展的主要原因。当其他条件相同，管道长度分别为L1和L2，则流量比为Q1/Q2=（L2/L1）0.5，即输气量与管道计算长度的0.5次方成反比；若在已建管道中间扩建压气站，即管道长度减可以看出管道中间扩建1座压气站，压气站压力维持不变，输气量可以增加41%。

（2）压力、温度影响。输气量与管道起点、终点压力平方差的0.5次方成正比，改变起、终点压力都能影响流量，但效果不同。提高起点压力对流量增大的影响大于降低终点压力的影响，如果压差不变，同时提高两端压力，也能增大输气量，高压输气比低压输气的输送量更大。管道数量与气体温度的关系式为Q1/Q2=（T1/T2）0.5，即流量与输气的绝对温度的0.5次方成反比。输气温度越低，输气能力越大。目前，国外已提出在-70℃左右输气的设想，假设输气温度从50℃降低到-70℃，流量可增加26%，实际上由于压缩系数的影响，流量还会增大一定的比例。

（3）摩阻及输送介质物性影响。造成输气管道能量损失的直接因素就是管道摩阻，减小沿程摩阻损失是增加输量的有效途径。由流体力学原理可知，流动在阻力平方区管道的水力摩阻系数与雷诺数几乎无关，只会作为管壁绝对粗糙度函数的一个参数，倘若能使管道内壁的粗糙度减小，就可以使水力摩阻有效降低。此外，管输天然气是否含有有害成分以及有害成分的比例，对管道的工作状况、服役寿命有较大影响。有害杂质主要是机械杂质如粉尘、碎屑及游离水等。

2 各类增输方式特点

由于在役管道管径已定，可以通过增加浮现的方式增加管道横截面积，进而增加管道输量；同时，在管道沿线扩建压气站也能有效增加输气能力。在不超出管道最大允许操作压力的前提下，提高起点的操作压力也可以有效提高输量，为安全起见，对于长期在较低操作压力下运行的管道，在提高操作压力前，需要对管道进行全面的检测，确保升压后的运行安全。对于建有压气站的管道，压缩机出口压力降低后可以在一定程度上增加输气量并降低能耗。

采用内减阻涂层可以有效改善长输管道的输送性能，提高输送量，该技术已经在我国很多已建的天然气管道中得到应用，并取得了良好的效果。目前比较成熟的工艺技术是管道整体挤涂工艺，其通过双清管器组合装置将涂料夹装在两个清管器中，在高压气体推动下匀速在管道内壁形成连续膜层。

天然气减阻剂近年成为管道增输的研究热点，其作用机理可以从两方面考虑：一是光滑减阻，及减阻剂的“填坑”作用降低管道的绝对粗糙度，消除脉动产生的条件；二是弹性壁面减阻，降低已有脉动的强度。具有表面活性剂类似结构特点的聚合物，其极性端牢固的粘附在管道内表面，形成“气—液”界面，大幅减小天然气和管道内壁之间的摩擦阻力可降低输送过程中的压降和能量损耗，提高管道输气量。

此外，通过在管线适当位置安装管道增输器、建设储气库和LNG调峰站、加强联络线建设等方式均能在一定程度上提高整个管网的输气能力。

3 结语

目前国内在役管道较多，需要根据各管道特点选取不同的增输方式，从安全、经济、可操作性等方面进行综合比选后确定。应对减阻剂等新兴增输方式加快技术攻关，对已投产的管道定期进行内壁粗糙度检测，总结粗糙度随时间变化的关系，并对管道运行进行完整性管理分析，确保天然气管道在安全生产的前提下通过提高操作压力以增加输量。