直径1422MM、压力12MPA管道工艺特性及经济性分析

赵俊* 高永刚 王国丽 赵连增

（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

赵俊等. 直径1422mm、压力 12MPa管道工艺特性及经济性分析. 石油规划设计，2014，25（4）：1～5

大口径、高压力、高钢级是世界天然气管道的发展趋势，并进一步向着超大输量方向发展。目前，世界上比较典型的超大输量管道有两条：一条是俄罗斯的巴法连科—乌恰天然气管道，通过增大管径实现增输，管道外径1420mm，采用双管铺设，管道设计输气量为1150×108～1400×108m3/a，管道全长1074km，输送压力为11.8MPa，采用X80钢材，该管道已于2012年建成投产；另一条是北美地区的阿拉斯加输气管道，通过提高设计压力增输，管道设计输气量达450×108～590×108m3/a，管道全长2750km，管道外径为1219mm，最高操作压力为 17.2MPa，考虑采用 X80钢级和更大壁厚（23.7～37.9mm），由于提高管道设计压力增大了生产和施工的难度，因此，目前该管道仍处于前期研究阶段。

随着天然气资源的引进和消费量的快速增长，我国需要建设更多的干线天然气管道以实现资源与市场的衔接。规划的干线天然气管道逐步超越 300×108m3/a这一主干管道普遍选取的设计输量，如，中国—俄罗斯东线天然气管道规划设计输量达到380×108m3/a。远期，随着西部煤制天然气、俄罗斯进口天然气、中亚进口天然气、伊朗进口天然气等资源的逐步落实，将会大幅提升西气东输管道系统的输气规模。目前，我国正在开展超大输量管道的研究工作。根据我国钢铁冶炼和加工制造行业的实际情况，当前主要研究方向是通过增大管径实现增输，重点是1422mm（管径）、12MPa（压力）、X80（钢级）管道方案的应用研究及技术经济性研究，以及管径为1422mm的X80钢板、钢管、管件和配套阀门在制造、运输和施工环节的可实施性研究。

本文主要论述1422mm、12MPa管道工艺特性和经济性研究的方法、参数和研究结论。包括1422mm、12MPa管道与1219mm、12MPa管道输量适应范围和能耗对比等内容。

1 主要研究思路和方法

一是，按照输量和压比的不同，对1422mm、12MPa和1219mm、12MPa管道各种工况方案进行筛选，采用TGNET（气体管道瞬态和稳态模拟计算软件）对不同方案进行稳态计算分析。

二是，根据各工况计算结果进行管道系统配置，确定各方案站场数量、类型、能耗，以及各压气站机组型号和台数、耗钢量等，作为经济核算的基础。

三是，对不同方案线路工程及站场工程进行建设投资差异性分析及投资估算，总结出不同管径方案的投资水平差异。

四是，根据不同方案成本消耗量、线路维修的差异进行成本费用估算，总结出不同方案成本费用的差异。

五是，结合建设投资差异性分析和成本费用差异性分析结果，将单位费用年值作为经济性对比指标，进行各方案经济性对比分析并归纳研究结论。此指标反映了投资和成本等费用根据既定的折现率折合到单位输气量的费用。

单位费用年值计算方法：

式（1）中：I——投资（t=1，2），万元；C——年均运营成本（t=3，…，32），万元；FIRR——财务内部收益率，%；A——费用年值（t=3，…，32），万元；——第t期的投资和运营成本的净现金流量，万元；n——项目计算期，a。

式（2）中：单位费用年值单位为元/m3，年输气量单位为104m3/a。

首先，将FIRR（财务内部收益率）作为折现率使式（1）成立，得到运营期的投资和运营成本的费用年值；然后，根据式（2）计算单位费用年值。

2 主要基础参数

2.1 主要工艺参数

一是，以西部某段可能采用大输量管道方案的天然气管道作为研究对象，管道长度1845km。

二是，1422mm、12MPa方案输量研究范围为200×108～500×108m3/a，1219mm、12MPa 方案输量研究范围为200×108～400×108m3/a。

三是，压气站压比取 1.4，站间距超过 250km设置清管站。

四是，燃驱站以30MW和25MW燃驱机组作为备选机型，电驱站以20MW和18MW机组作为备选机型，首站与中间压气站负荷率不低于85%。同时，各压气站均考虑1套备用机组。

2.2 主要经济参数

一是，1219mm、X80螺旋焊钢管价格为8500元/t，直缝焊钢管价格为9000元/t；1422mm、X80螺旋焊钢管价格为9350元/t，直缝焊钢管价格为10350 元/t。

二是，管道施工费水平参考已建管道实际投资水平调整为：1219mm管道施工费投资水平为298万元/km，1422mm管道施工费投资水平为348万元/km。

三是，天然气价格按 2.43元/m3计算，电价按0.6元/kW·h考虑。

3 1422mm、12MPa管道经济输量

3.1 不同驱动方案下经济输量

考虑到供电条件逐步改善、电驱机组应用范围逐渐增大的实际情况，全线站场机组驱动方案按50%电驱站（方案Ⅰ）和 80%电驱站（方案Ⅱ）两种情况考虑。1422mm、12MPa管道不同驱动方案工艺计算结果见表 1，单位费用年值随输量变化情况见图1。

由表1、图1可以看出：一是，方案Ⅰ和方案Ⅱ单位费用年值最低点均为 340×108m3/a，以±3%作为适应范围，方案Ⅰ的经济输量范围为 280×108～380×108m3/a，方案Ⅱ的经济输量范围为300×108～380×108m3/a。综合考虑，1422mm、12MPa管道的经济输量范围为300×108～380×108m3/a；二是，两条曲线的整体趋势基本一致，因此，驱动方案的调整不会影响经济输量的分析结果；三是，相同设计输量下，方案Ⅱ的单位费用年值均低于方案Ⅰ，因此，在设定的经济分析参数基础上，对于具备外电条件的压气站，采用电驱方案经济性较好。

3.2 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道经济输量对比分析

在同样 50%电驱站的前提下，将 1422mm、12MPa管道和1219mm、12MPa管道经济输量范围进行对比分析。1219mm、12MPa管道50%电驱站方案工艺计算结果见表2，1422mm、12MPa管道与1219mm、12MPa管道单位费用年值随输量变化情况见图2。

表1 1422mm、12MPa管道不同驱动方案工艺计算结果*

图1 1422mm、12MPa不同驱动方案单位费用年值随输量变化曲线

由图2可知，245×108m3/a输量是 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道方案的经济分界点，即，当输量小于245×108m3/a时，1219mm、12MPa方案经济性较好；当输量大于245×108m3/a时，1422mm、12MPa方案经济性较好。

图2 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道单位费用年值随输量变化曲线

3.3 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道经济输量分界点敏感性分析

由于经济性分析的基础数据，如，管径1422mm的钢管费、施工费、气价和电价等均存在一定的不确定性，因此，对1422mm管材方案施工费、1422mm管材价格、气价、电价等因素的变化对1422mm和1219mm管材方案的经济分界点的影响作了敏感性分析，见图3。

表2 1219mm、12MPa管道50%电驱站方案工艺计算结果*

图3 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道的经济输量分界点敏感性分析

由图3可以看出，钢管费的变化对经济分界点的影响最大，其次为施工费，气价和电价的变化对经济分界点的影响相对较小。当钢管费降低20%时，1422mm与1219mm管径方案的输量经济分界点将降低至 200×108m3。因此，当经济低迷导致管材价格降低或天然气价格改革使燃气价格提高时，1422mm管道的优势将更加突出。

4 1422mm、12MPa管道最优压比分析

压气站的压比是天然气管道系统分析的关键参数，直接决定压气站数量、间距和各站压缩机组的功率需求。因此，合理选择压比是优化系统配置、保证管道高效运行的关键。压气站压比范围通常为1.2～1.6，同时，考虑到大输量管道远期可能达到的输量条件，对设计输量 400×108m3/a（方案Ⅲ）和450×108m3/a（方案Ⅳ）两种情况分别进行压气站压比的优化研究。两种输量方案的经济性对比分析见图4，工艺计算结果见表3。

由图4可以看出，400×108m3/a和450×108m3/a两种输量条件下，可比单位年值最小值对应的压比均为1.3，因此，压比为 1.3时，1422mm、12MPa管道经济性最好。以±3%作为适应范围，400×108m3/a输量最优压比范围为 1.20～1.45，450×108m3/a输量最优压比范围为1.20～1.50。综合考虑，1422mm、12MPa管道经济压比范围为1.20～1.45。

5 1422mm、12MPa管道能耗分析

为了研究1422mm、12MPa管道的综合能耗，将1422mm、12MPa管道和1219mm、12MPa管道当量值综合能耗和等价值综合能耗分别进行对比分析。当量值综合能耗随输量变化情况见图 5，等价值综合能耗随输量变化情况见图6。

图4 输量400×108m3/a与输量450×108m3/a不同压比方案可比单位费用年值随输量变化曲线

表3 两种输量方案不同压比工艺计算结果*

图5 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道当量值综合能耗随输量变化曲线

图6 1422mm、12MPa与1219mm、12MPa管道等价值综合能耗随输量变化曲线

由图 5、图 6可以看出：一是，无论按当量值1422mm、12MPa管道方案的输气周转量综合能耗较还是等价值进行综合能耗计算，相同设计输量下，1219mm、12MPa管道方案大幅降低，约为1219mm、12MPa管道方案综合能耗的50%；二是，1422mm、12MPa管道方案在440×108m3/a设计输量下的综合能耗与1219mm、12MPa管道方案在300×108m3/a设计输量下的综合能耗水平相当。

6 结论及建议

在设定的工程和计算参数条件下，通过工艺核算及经济性对比分析可知，245×108m3/a输量是1422mm与1219mm管径方案的经济分界点，并且，对于设计输量超过300×108m3/a的工况，1422mm、12MPa管道方案较1219mm、12MPa管道方案单位可比年值约低14%，经济优势较为明显。因此，对于远期设计输量超过300×108m3/a的天然气管道项目，应结合1422mm、X80管道科技攻关的进展，在经济比选的基础上重点考虑1422mm、12MPa管道方案，但是，应注意输量达到产量年限长短的影响。此外，在工程前期研究阶段，还应充分研究钢管价格、施工费、天然气价格和电力价格等不确定因素的影响，深入开展经济技术比选，以保证1422mm、X80钢管工程应用方案工艺可行、经济合理。