天然气高压管网余压发电项目可行性分析

郑宇 金綦庆 邹佑彤

摘 要：近些年来，随着城市化发展进程的不断加快，天然气管网的建设程度与应用范围也在不断提升。在天然气的高压管网中有大量的压力能存在，利用高压管网中的余压可以进行发电，这样既能够节约能源，又能够提升经济效益。本文主要對天然气高压管网余压发电项目的可行性进行分析与研究，旨在更好地将管网中的余压有效的利用起来，促进经济效益与社会效益的兼顾与统一。

关键词：天然气;高压管网;余压发电;可行性

1 分析天然气高压管网余压回收的可行性

近年来，随着经济发展水平的不断提升，天然气的需求量也在持续增加，我国陆续建设了很多天然气管道运输工程，大大地推动了我国天然气管道事业的快速发展，如著名的西气东输和川气东送工程等。在天然气运输方面，我国通常运用高压管输的方法，输送的天然气的压力很高，一般会经过调压站进行调压，将压力降低到中压标准，然后将降低压力的天然气输入到燃气管网当中，最后再经过调压站箱来再次降压，将低压天然气气提供给用户进行使用。在调整天然气压力时，会有大量的压力能遭受损失，同时也会因为降温速度太快对调压和管道设备的安全运行产生严重威胁。如果能够运用科学、合理、恰当的方式来对压力能进行回收和再利用，那么能够推动能源利用率的更好提高，使得资源浪费问题得到有效地遏制，有利于推动天然气管网运行的经济效益与社会效益的全面与统一。

1.1 天然气管道压力分级

燃气管道压力分级如下表所示，燃气压力设计分级的原理主要是：在运用调压器来对输气管道中的高压或者次高压进行节流时，将高压或者次高压的压力进行降低，然后再将更低一级压力的燃气输入到管网中，天然气管道压力分级就是按照下表的压力值进行划分的。

1.2 可用压力能的分析与评价

通常情况下，天然气管网中压力能可利用价值的评价一般会运用?分析法来实现，该方法比较实际且科学，分析与评价的效果较好。压力?与工质等温流动时产生的技术功相匹配，能够对天然气中甲烷的构成情况进行有效地假定与计算，从而得出不同输气管网压力下的单位质量天然气的压力?的数值呈现正相关的关系。为了能够更好、更全面、更充分的对天然气管网的压力差进行利用，可以运用余压透平发电装置，经过运用透平膨胀机进行做功，从而有效地转化成机械能，从而更好地回收发电机发电产生的二次能源。

1.3 余压透平发电原理的分析

余压透平发电原理主要是利用余压透平发电装置来实现。余压透平发电装置主要是由冷却水系统、氮气密封系统、润滑油系统、液压伺服控制系统、高低压发配电系统、余压透平主机系统、自动化控制系统及其配套设施构成。余压透平发电装置在进行发电时，主要是将燃气的压力导入到透平机中，经过两级动静叶片的持续膨胀做功，驱动透平转子进行转动，推动压力能逐渐转化成机械能，然后余压透平发电装置中的透平转子再通过联轴器来对发电机进行驱动，从而实现对电能的回收。我国首都钢铁公司是我国第一个安装余压透平发电装置的单位，随后莱钢、昆钢、青钢以及包钢等钢铁单位也陆续安装和运用了余压发电技术，并取得了很好的效果。

1.4 分析天然气高压管网余压发电项目的可行性研究方案

在天然气管网输配系统中，天然气都是经过逐级降压之后才配送给终端用户的。而在降压过程中，只要进行降压，那么就存在余压回收发电的可能性。天然气调压都是在调压站进行，那么将余压透平发电装置安装在调压站是最为理想的，能够及时、有效地通过透平膨胀机来进行压力能的回收。由于天然气管网线路比较长、门站较多，在输配过程中会有很多交接站存在，每个交接站都具有计量、加热、清管和加臭等功能，基本是不用经过调压，因而在设置和安装余压发电回收装置时，不宜在门站多的交接站。与此同时，在天然气管网中有很多低压调压站箱广泛分布，其力量小、压力地、数量多，如果在低压调压站箱出设置余压发电装置，那么会有很多的难度和问题存在，投资较大、整地比较苦难以及管理过于繁琐等等，这些都会加大电能回收的难度，因而余压发电回收装置也不适宜安装在低压调压站箱处。而在高中压、高高压的调压站中有大流量的高压天然气存在，在调压时，将高高压调压到高中压或者从高中压调压到低压时，有很多的压力能可以利用，将余压进行回收和转化成电能，就可以将电能直接并入到电网当中，在此处设置和安装余压透平发电回收装置比较适宜。

我国的武汉地区当前就有高压外环线、高压中环线接收了中石油的淮武线、忠武线以及中石化的川气东输线的来气。在高压中环线上安装了9座高中压调压站和2座门站，高压外环线安装了1座高高压调压站与1座门站。在对高高压调压站余压发电项目进行改造时，主要对调压站的旁通管道进行改造，增加了与余压发电回收相关的配电设备、透平膨胀机、发电设备、阀门等。而原来的调压系统可以当做透平发电系统故障检修时的备用供气装置即可。

中石化的川气东送向武汉的高压外环供气大约有5*108Nm3/a，按照全年均衡供气小时流量大约有5.7*104Nm3/a。高高压调压站将上游的4.0MPa来气调压到1.6MPa后，将其输送到高压中环。如果上网电价参照国家标准0.616元/kWh来计算，那么年电量销售收入大约有460*104元/a之多。可见其经济效益与价值相当显著。与此同时，当前，面对能源短缺的局限与现状，积极开展节能、降耗、减排工作是当前大势所趋，也是推动国家可持续发展的重要路径。天然气高压管网余压回收发电项目的实施，能够对天然气输送过程中产生的压力能进行有效地回收，并通过余压透平发电装置来进行发电，弥补经济发展过程中所需的电能短缺问题，这与我国的《中华人民共和国节约能源法》相适应。天然气高压管网余压发电项目既能够对天然气输送过程中产生的大量能源进行有效回收，还能够促进能源综合利用率的全面提升，能够给企业带来更多的经济价值的同时，又获得了良好的社会效益，一举两得，名利兼收。由此可见，天然气高压管网余压发电项目具有很高的可行性，值得广泛推广。

2 结束语

综上所述，在输送天然气过程中会有大量的压力能存在，且天然气管网的压力越高，其然后的焓值也就越大，回收和利用压力能进行发电，能够有效的节约资源，减少能源浪费。在研究天然气高压管网余压发电项目可行性时，通过对天然气透平膨胀余压发电装置的充分利用，能够有效的实现管网压力能回收的目标，且投资小、效果好，能够对电力能源的缺口进行有效地弥补，使得我国的电力压力得以有效缓解，提升我国能源综合利用率，其显著的经济效益与社会效益受到了广泛的认可，值得深入推广。

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