天然气管道经济压比的选择分析

康惠珊

天然气管道经济压比的选择分析

康惠珊

（中国石油天然气管道工程有限公司， 河北 廊坊 065000）

最优站压比影响最优压气站间距，进而影响压气站的个数。在管道设计压力、管径确定后，需要对管道全线进行布站方案比选。针对目前国内天然气管道建设实际情况，对大管径输气管道压气站最优压比的选择进行探究。阐述了研究的主要思路及方法，以D1219、15 MPa管道和D1422、12 MPa管道两个系统方案为例，确定了不同压比下的布站方案，分析了压比与设计参数的关系。通过不同压比、不同气价与管道经济性的关系，分析了经济压比的趋势走向及影响因素。得出D1219、15 MPa管线和D1422、12 MPa管线的经济压比范围。对压气站场布置及站优化设计提出建议。在工程前期设计阶段要结合管道建设及运营等实际情况，充分结合内因和外因的影响，确定比选方案，深入开展经济技术比选。

管道；压比；比选；经济

近几年来，随着天然气管线工程的不断建设，我国长输管道逐渐趋向于大输量、大管径、高压力的特征。如何在规划输气量和输送距离一定的情况下，通过寻求最优方案来进一步提高管道输送效率，降低能耗，降低建设投资和运营成本将成为项目建设考虑的重点。

在长距离输气管道增压输送系统计算中，需对不同工艺方案进行技术和经济比选，其中涉及的技术参数不仅会相互联系制约，同时还会对管道的经济性造成影响。压气站的压比是输气管道优化设计的关键参数之一。确定理想的压比，需要从全线投资、运行成本等多方面综合考虑。因此，合理的选择站压比对于优化系统配置，提高管道高效运行是十分必要的。

GB 50251-2015 《输气管道工程设计规范》 中，站压比宜为1.2~1.5。目前大部分的项目压比选取一般根据经验值确定。本文结合大口径天然气管道，选取1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4和1.45的站压比分别做方案比选。通过能耗与压比、布站数量与压比、总轴功率与压比、费用现值与压比以及气价与压比的变化趋势，确定当前气价下经济压比的范围。

1 主要研究思路和方法

（1）在输量及输送距离一定的条件下，对1 422 mm、12 MPa和1 219 mm、15 MPa管道分别选取不同压比进行管道系统模型搭建，采用SPS（stoner pipeline simulator）对不同方案进行水利计算分析。

（2）根据各工况计算结果进行方案设计，确定各方案站场及阀室数量、功能、类型，以及各压气站压缩机组台数、型号配置等。

（3）根据各方案的站场工程建设等进行投资分析及总投资估算。根据能耗指标、运行维修费用等进行各方案成本费用估算。将费用现值作为不同压比方案间的经济对比指标。

既定的管径压力方案下，管道全寿命期（30年运行期）内均按一定的输量运行，将管道全寿命期内逐年的现金流出（投资期内的工程投资、运行期内成本费用），按照相同的投资收益率折现至工程初始时点（第0年），得出该管径压力方案下该输量工况的费用现值。

PVC = PC+ PE

式中：PVC —费用现值，万元；

PC—建设投资的现值，万元；

PE—经营成本的现值，万元。

经营成本包括：燃料动力费、输送损耗、工资及福利费、修理费、其他费用等。

2 主要基础参数及计算结果

2.1 主要基础参数

（1）管道输气量：天然气输量为380亿方/年，管道年工作天数按350天；

（2）气源供气压力和温度：首站供气压力为8.0 MPa，温度20 ℃；

（3）末站进气压力：末站进站压力8.0 MPa；

（4）气质组分和主要物性参数参照土库曼斯坦天然气组分。

（5）管道长度：2 000 km；

（6）沿线环境参数：管道各管段埋深处地温5 ℃；

（7）其他管道设计参数

标准状态为：压力1.013 25×105Pa（绝对压力），温度20 ℃。

线路管道内壁设减阻内涂层，管道内壁绝对当量粗糙度取10 μm。

进站局部摩阻取0.15 MPa，出站局部摩阻取0.05 MPa。

管道埋深处土壤的导热系数为1.40 W/（m·℃）。

管顶埋深1 200 mm。

全线采用等压比布站, 各站场均设1台备用机组。

（8）钢管选取

X80或X90钢级的选择对工艺方案没有决定性影响。因此，在工艺方案比选中D 1 219 mm和D 1 422 mm的用管材质，均采用X80。

（9）经济分析参数

全线压缩机组按燃驱配：30 MW进口燃驱机组，价格按1 400万美元/台；25 MW国产燃驱机组，价格按1 260万美元/台；

管道进口气价分别按：1.7，1.9，2.1，2.3，2.5，2.78，3，3.2（单位：元/m3）；

管道运行年限：30年

在二级及以上地区，各用管方案线路用管壁厚均大于螺旋缝埋弧焊管的最大推荐壁厚，均需使用直缝埋弧焊管。D1219、X80直缝焊钢管价格按9 000元/t；D1422、X80直缝焊钢管价格为10 350元/t。

2.2 计算结果

（1）管径D 1 219/压力15 MPa/材质X80

管径D 1 219 mm，设计压力15 MPa，管线钢材X80管道不同压比方案见表1。

表1 不同压比方案列表（D1219/15MPa/X80）

（2）管径D 1 422/压力12 MPa/材质X80

管径D 1 422 mm，设计压力12 MPa，管线钢材X80管道不同压比方案见表2。

表2 不同压比方案列表（D1422/12MPa/X80）

2.3 压比与设计参数的关系

天然气长输管道的压比与管径、压力、压气站数目等参数是相互联系和制约的。在管径、压力一定的情况下，D 1 422 mm、12 MPa管线与D 1 219 mm、15 MPa管线的站场总耗气、站场数量、站场总轴功率随压比变化的趋势相同：站场总耗气、站场总轴功率随着压比的增大而增大；站场数量随着压比的增大而减小。趋势变化见图1-3。

图1 站场总耗气-压比关系曲线

图2 站场数量-压比关系曲线

图3 站场总轴功率-压比关系曲线

3 经济压比分析

3.1 经济压比与气价的关系

分别将D 1 219、15 MPa管线和D 1 422、12 MPa管线不同压比方案在不同气价下的费用现值绘制成关系曲线：管径D 1 219、15 MPa管线的经济压比随气价的关系曲线见图4，费用现值随着燃料气价的升高而增加，在1.15~1.45压比范围内，每种气价均存在最优压比。

图4 经济压比-气价关系曲线

当气价为1.7元/m3时，最优压比为1.35；当气价为1.9~2.78元/ m3时，最优压比为1.3；当气价为3~3.2元/ m3时，最优压比为1.25；管径D 1 422、12 MPa管线的经济压比随气价的关系曲线见图5，费用现值随着燃料气价的升高而增加，在1.15~1.45压比范围内，每种气价均存在最优压比。当气价为1.7~2.3元/ m3时，最优压比为1.35；当气价为2.5~3.2元/ m3时，最优压比为1.3。

图5 经济压比-气价关系曲线

由此可见，对于相同管径、设计压力和管材的管线最优压比在一定范围内是随着气价的升高而减小的。

3.2 经济压比与费用现值的关系

随着国内西二线、西三线等以进口天然气为主要气源的管道项目的建设，进口天然气的比重将大大增加。天然气气价从西一线的0.6元/ m3，到西二线的1.7元/ m3，目前中亚进口气价已达到2.78元/ m3。受到国际油价走高影响，进口气价将长期居高不下。因此结合当前气价形式，选取2.78元/ m3气价分别对D 1 219、15 MPa管线和D 1 422、12 MPa管线进行费用现值与压比关系的分析，见表3、表4。

表3 费用现值-压比关系表（D1219/15MPa/X80）

表4 费用现值-压比关系表（D1422/12MPa/X80）

对于管径D 1 219、15 MPa管线，在燃料气价为2.78元/ m3条件下，1.3压比方案的费用现值最低，但与1.35和1.25压比下的费用现值相差不足0.1%，与1.2、1.4和1.45压比的费用现值相差也在3%以内，因此1 219 mm/15 MPa输气管道推荐经济压比范围在1.25～1.40左右。

对于管径D 1 422 mm、12 MPa管线，在燃料气价为2.78元/m3条件下，仍是1.3压比方案的费用现值最低，但与1.35和1.25压比下的费用现值相差不足0.1%，与1.4和1.45压比的费用现值相差也在2.5%以内，因此D 1 422 mm/12 MPa输气管道推荐经济压比范围在1.25～1.45左右。

4 结论及建议

在设定的工程和计算参数条件下，通过工艺计算及经济对比分析可知，压气站压比是受多种因素影响的。对于大口径、高压力、大输量的天然气管道，随着气价的增加，管道费用现值中管道能耗所占的比例越来越高，管道经济压比趋向于低压比，即能耗更少的方案。但应注意的是，在工程前期设计阶段要结合实际情况，充分研究电力价格、施工费用、钢材价格等不确定因素的影响，深入开展经济技术比选，以比选出最优的工艺方案。

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Selection and Analysis of Economic Pressure Ratio of Natural Gas Pipeline

（China Petroleum Pipeline Engineering Co., Ltd., Hebei Langfang 065000, China）

The optimal pressure ratio of the station affects the optimal distance of the compressor station, and then affects the number of the compressor station. After the design pressure and diameter of the pipeline are determined, the station arrangement scheme of the whole pipeline should be compared and selected. In view of the actual situation of natural gas pipeline construction in China, the selection of optimal pressure ratio of large diameter gas pipeline pressure station was discussed. The main ideas and methods of the study were described. Taking the two system schemes of D1219, 15MPa pipeline and D142212MPA pipeline as examples, the station layout scheme under different pressure ratio was determined, and the relationship between pressure ratio and design parameters was analyzed. Based on the relationship between different pressure ratio, different gas price and pipeline economy, the trend and influencing factors of economic pressure ratio were analyzed. The economic pressure ratio ranges of D 1219, 15 MPA and D 1422, 12 MPA pipelines were obtained. Some suggestions on the layout and optimization design of the compressor station were put forward. In the early design stage of the project, we should combine the actual situation of pipeline construction and operation, fully consider the influence of internal and external factors to determine the scheme after economic and technical comparison and selection in depth.

Pipeline; Pressure ratio; Gas price; Comparison and selection; Economy

2020-02-27

康惠珊（出生年1985-08），女，中级工程师，河北省廊坊市人，2008年毕业于辽宁石油化工大学过程装备与控制工程专业，研究方向：从事油气储运工程设计工作。

康惠珊（出生年1985-08），女，中级工程师，油气储运工程设计。

TE 83

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1004-0935（2020）05-0542-04