简述天然气输配节流过程中能量损失的控制与利用

冯彦铮

摘 要：天然气的使用，是采集、运输、调配、管理各个环节协作的结果。文中从天然气用于城市燃气的优势出发，指出天然气在输配环节的节能措施，阐述了天然气输配节流过程中能量损失的控制与利用，以供参考。

关键词：天然气;输配管理;节能措施;能量损失;控制与利用

天然气是蕴藏在地层中的烃类和非烃类气体的混合物，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气、生物生成气等，是一种优质的燃料和化工原料[1]。城市发展中，普遍将天然气作为城市燃气，供居民生活和工商业生产使用。受到技术、材料、管理等因素的影响，天然气在输配环节会存在损耗现象，对这部分损失的能量进行控制与利用，成为一个研究重点。

1 天然气用于城市燃气的优势

天然气无色、无味、无毒，将其作为城市燃气使用，优势如下：第一，绿色环保。天然气是洁净的能源，几乎不含有硫、粉尘及其他有害物质，燃烧时产生的二氧化碳少，带来的温室效应低，可以保护生态环境。第二，经济实惠。和人工煤气相比，天然气的同比热值价格接近，但是更清洁，既能延长灶具的使用寿命，又能减少维修费用。对地区经济发展而言，可以提供新的动力，带动经济繁荣。第三，安全可靠。天然气无毒無害，容易散发，比重比空气要轻，因此不容易积聚成爆炸性气体，人们使用时更加安全。第四，改善生活。家庭使用天然气，可以改善家居环境，提高生活质量[2]。

2 天然气在输配环节的节能措施

2.1 提高管道运输效率

天然气在管道内运输，运输效率受到输送压下降的影响，原因主要有两个：一是管道内壁粗糙，二是管道中存在油类、碳水化合物等杂质。提高管道运输效率，可行措施包括：1）在管道内进行涂层处理，消除摩擦阻力，兼具防腐蚀的作用。以西气东输工程为例，管道采用内涂层技术后，天然气的运输量明显增加[3]。2）定期清理管道，尤其是冬季之后，此时应该清理管道内的水、油等成分，提高管道的清洁度。3）减少局部压降。管道分压来源于压缩机的阀门，合理选择仪表、弯头、三通、其他配件，优化管道的运行角度，可以减少压力损失。

2.2 优化输配运行管理

随着西气东输、川气东送、陕京线等工程的完工和使用，天然气管网已基本覆盖全国。对管道的运输路线进行合理规划，可以抵消山川河流的影响，从而减少能耗。1）加强输配规划管理。理论上来看，天然气最佳输配规划，是制定每周、每月计划，了解气源动态，根据用户的使用需求进行输配，达到开发和利用的均衡。2）采用SCADA系统，从现场收集数据后，利用控制中心的计算机对数据进行分析、传输，并生成视觉信息，输出到目标区域，具有控制、调整、报警等功能，实现运输管道的精确管理。

2.3 合理选择设备

一是增压设备，以压缩机为代表。针对普通流量的天然气，增压时一般选择燃气轮机-离心压缩机组;如果流量范围较大，则要选择燃气发动机-往复压缩机组。二是油气分离器，在天然气的采集和输送中应用频繁，功能是从气体里分离出液滴，从液体里分离出气泡。如果天然气流量比较大，可使用多台分离器串联或并联，进一步强化分离效果，有利于杂质排出。

2.4 减少泄露问题

天然气输送管道埋设在地下，随着使用时间延长，管道容易发生老化、腐蚀、破坏损伤的情况，导致天然气泄漏[4]。对于这种情况，大泄漏更容易发现，能及时明确泄漏部位;小泄漏则要依靠监测设备，动态观察管道的运行情况。例如：在管道内安装分布式传感器，通过分析信号，判断管道是否出现破坏。

3 天然气输配节流过程中能量损失的利用

天然气管道输送时，多采用高压输送模式，经调压站降压后，用户才能正常使用。调压时，以节流降压为主，会造成能量损失。利用余压发电系统，回收这部分压力并使用，可转化为电能用于生产或生活[5]。

3.1 方案设计

在燃气电厂内，会配置天然气调压系统，对上游供应站的天然气进行接收和计量，并开展调温、过滤、调压等处理，满足用户使用燃气的品质要求。余压发电系统，是在调压系统的基础上，使用透平膨胀机代替节流调压阀，配置辅助系统，对天然气的压力能进行回收利用。工作流程见图1。

3.2 系统设置

整个系统设置如下：1）入口单元有ESD阀，可在紧急状态下切断气源，确保系统安全。2）流量计量单元中，采用超声流量计、热值探测仪，可测量天然气的流量、热值。3）分离过滤单元，能将天然气中的液体、固体分离出来，确保进入燃机的是清洁天然气。4）前加热器和后加热器，通过加热可提高天然气的温度，提高生产经济性。5）调压单元是余压发电系统的核心，由发电机、透平膨胀机、调压阀、快开阀等组成，既能利用余压发电，又能保证供气安全。6）前加热器、后加热器、调压单元组成的控制单元，在系统并网、发电、停机、加速时，可以保证供气压力的稳定性。

3.3 经济效益

以某燃气电厂为例，基准工况下，天然气的出口温度是229.92K，膨胀机的输出功率是3230.77Kw，按照两班制机组运行，每年运行时间为3500h，余压发电系统全年发电量达到1130.7万kWh，按照单价0.8元计算，全年创造经济效益约904万元。其中，膨胀降压后，天然气的温度能降低10-20K/MPa，低温度出口的天然气可冷却机组循环水，进一步提高机组的发电效率。

4 结语

综上所述，天然气作为城市燃气使用，具有绿色环保、经济实惠、安全可靠、改善生活的优势。天然气在输配环节，提高管道运输效率、优化输配运行管理、合理选择设备、减少泄露问题，可以实现节能运行。文章以余压发电系统为例，介绍了天然气输配节流过程中能量损失的利用情况，结果显示经济效益良好，具有推广价值。

参考文献

[1]马江江.天然气输送环节的节能降耗综述[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（10）：72-73.

[2]沈东青，甘显灿.天然气长输管道的节能降耗技术措施[J].化工设计通讯，2019，45（1）：201.

[3]田婷婷.天然气在我国节能环保领域的应用[J].节能，2019，38（1）：93-94.

[4]李明飞.燃气电站天然气余压发电技术方案分析[J].节能，2019，38（3）：17-20.

[5]常砚芸.浅析天然气开采集输节能技术途径[J].化工管理，2018，（18）：170.