【文章內(nèi)容簡介】 措施輸氣管道經(jīng)一段時間運行后，由于管內(nèi)積垢、積液和壓氣機磨損等，管道輸送效率就會下降。為了測試管道輸送效率，常以新投產(chǎn)時管道最佳工況的效率作為基準，進行管道效率校核。提高運行效率的措施有：①在用氣中心建立儲氣庫，減小終點配氣量對輸氣的影響，保證輸氣管道經(jīng)常按高效輸氣量輸送，充分發(fā)揮管道的輸氣能力；②選擇排量、功率和壓力有較寬調(diào)節(jié)范圍的壓氣機組，使之在輸量變化時仍能有較高的效率；③采用內(nèi)壁涂層，降低管內(nèi)粗糙度，減小壓力能損失；④采用各種清管器清除管內(nèi)銹屑和積液；⑤降低輸送溫度，提高輸氣壓力，順序輸送多種氣體等?！　√烊粴庖夯\輸天然氣深冷到低于其沸點溫度而成液態(tài)，稱為液化天然氣。它的體積只是氣態(tài)的1/600，比重為～。液化天然氣儲罐有地上和地下兩種。大型地上液化天然氣儲罐多用低溫韌性好的鋁、鎳合金或不銹鋼的金屬罐，也有用預應力鋼筋混凝土建造的。地上的金屬儲罐均外包有聚氨脂泡沫塑料的絕熱層?！　≡诘蜏叵麻L距離輸送液化天然氣的管道還處于試驗階段。大宗的液化天然氣目前都用液化氣船運輸。液化天然氣由船上卸入儲罐中，經(jīng)加溫氣化后使用。通常用海水加溫，這一換熱過程可作為巨大的工業(yè)冷源加以利用。液化天然氣經(jīng)氣化后，進入管道系統(tǒng)，輸往配氣中心供給用戶。第一篇輸氣工藝基礎知識20120706 第一篇輸氣工藝基礎知識第一篇輸氣工藝基礎知識天然氣是一種易燃易爆的混合氣體，其主要成分為甲烷。在進入長輸管道輸送之前，必須對天然氣進行脫水、脫硫等凈化處理，以達到管輸和下游用戶的需求。在管道運行期間，需要進行清管、天然氣加壓、儲存等工作，并應做好工藝設備、儀表、自控、計量、電氣、通訊、線路、防腐等各專業(yè)的設備和設施的檢查、維護工作，以確保輸氣管道安全、平穩(wěn)運行。本篇主要介紹天然氣的物性與凈化、清管工藝、壓縮機、地下儲氣庫以及液化天然氣（LNG）。第一章1.天然氣輸送方式天然氣輸送簡介正常狀態(tài)下的天然氣以氣體狀態(tài)存在于自然界中，對于氣態(tài)物質(zhì)而言，管道輸送是最有效的輸送方式。自從天然氣被開采利用以來，一直是利用管道從開采地輸送到用戶。由于天然氣的廣泛使用以及開采地與用戶距離越來越遠，有的甚至要越洋過海才能將天然氣送到用戶，這樣就給管道建造帶來了極大的困難。20世紀70年代以后，由于深冷技術的發(fā)展，天然氣的液化輸送得以實現(xiàn)，這就是把天然氣在低溫和一定壓力下變成液體，然后用特殊的船舶或槽車進行運輸。因此，到目前為止，大量的天然氣的主要運輸方式有兩種，即管道運輸和液化氣船（車）運輸。從運輸?shù)牡乩憝h(huán)境分，天然氣運輸又可分為陸上運輸和水路運輸。陸上運輸主要采用管道運輸，這是最大量、最普遍的運輸方式；此外，也采用壓縮天然氣槽罐車運輸，這是少量的、短距離的運輸。壓縮天然氣并無嚴格的定義，通常指高壓的天然氣（最高壓力達25MPa）陸上運輸還可以采用液化運輸方式。天然氣水路運輸主要指海路運輸，有兩種運輸方式：（1）液化氣船運，這是長距離海路運輸?shù)闹饕绞?，如從中東、東南亞運送到歐洲、亞洲各地均用此方式；（2）海底管道，這是海上氣田和近海大陸架氣田輸送到陸上的最主要方式，如我國從崖13氣田到香港、從東海春曉氣田到上海等。天然氣管道可分為礦場集輸管道、長輸管道和城市輸配管網(wǎng)。本書主要介紹天然氣長輸管道和城市輸配管網(wǎng)的各種技術。2.天然氣長距離管道輸送天然氣長輸管道的概念和特點天然氣從地層開采出來，經(jīng)過礦場集輸管道集中輸送到凈化廠處理后，由長輸管道輸送至城市管網(wǎng)，供給工業(yè)用戶或民用。由氣井至用戶，天然氣都在密閉狀態(tài)下輸送，形成一個輸送系統(tǒng)。天然氣長輸管道是連接氣田凈化處理廠與城市門站之間的干線輸氣管道。它在我國壓力管道分類中屬GA類，它的設計應遵循國標《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251）。天然氣長輸管道具有口徑大、壓力高、輸氣量大、運距長等特點。以西氣東輸管道為例，從新疆輪南1 第一篇輸氣工藝基礎知識至上海市，全長4000多公里，管徑Φ1016mm，最高設計輸送壓力10MPa，年設計輸量120億立方米，相當于我國目前天然氣總輸量的40%左右。天然氣長輸管道的組成和功能輸氣管道工程由輸氣管道、輸氣站場、管道穿（跨）越及輔助生產(chǎn)設施組成。根據(jù)用戶情況和管線距離，輸氣管道設有壓氣站、分輸站、計量站及清管站等，通過分輸站（計量站）將天然氣調(diào)壓后輸往城鎮(zhèn)配氣管網(wǎng)或直接輸往用戶。輸氣首站是輸氣管道的起點站，一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管等功能。它接受氣田凈化廠來氣，經(jīng)過升壓、計量后輸往下一站。在氣田開發(fā)初期，由于地層壓力較高而輸氣量較小，地層壓力足以輸送至下一站，因此，首站一般不設壓縮機組。輸氣過程中沿程壓力會不斷下降，為了提高輸氣量，必須在一定距離后設置中間壓氣站增壓。輸氣末站為輸氣管道的終點站，一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管、配氣等功能。輸氣末站將天然氣計量、調(diào)壓后供給城市配氣管網(wǎng)及大工業(yè)用戶。為滿足沿線地區(qū)用氣，常在中間壓氣站或分輸站引出支線分輸，也可以接受其它氣田（或管道）的進氣。天然氣的消耗在一天、一個月或一年之內(nèi)有很大的不均衡性，特別是城市居民用氣量更是如此，如北京市日高峰用氣量是低谷用氣量的幾倍至十幾倍。而干線的輸量應維持在其設計輸量范圍附近才能安全、經(jīng)濟地運營。為了季節(jié)性調(diào)峰的需要，常在大城市附近設有儲氣庫，夏季天然氣供應過剩時，管道向儲氣庫注氣，冬季用氣高峰時，再采出用以調(diào)峰。長距離輸氣干線和一個或多個地下儲氣庫及一系列輸入、輸出支線，形成一個統(tǒng)一的供氣系統(tǒng)。天然氣長輸管道的發(fā)展國外天然氣管道有近120年的發(fā)展歷史。二十世紀七、八十年代是全球輸氣管道建設高峰期，世界上幾條最著名的輸氣管道幾乎都是這一時期建成的。北美、俄羅斯、歐洲天然氣管道已形成地區(qū)性、全國性乃至跨國性大型供氣系統(tǒng)。目前，全球輸氣管道總長度超過140萬公里，其中直徑1米以上的管道超過12萬公里。1963年，我國建成第一條現(xiàn)代輸氣管線—巴渝線。到20世紀80年代中期，我國輸氣管道主要分布在川渝地區(qū)。從上世紀末開始，我國輸氣管道建設進入快速發(fā)展階段，近年已建成陜京輸氣管道（見圖）、澀北—西寧—蘭州輸氣管道、西氣東輸管道、忠縣—武漢輸氣管道、陜京二線輸氣管道等重要管道。2 第一篇輸氣工藝基礎知識進氣進氣朔州市大同市河北省燕山石化靖邊站榆林壓氣站府谷壓氣站朔州分輸站應縣壓氣站靈丘壓氣站二站村閥室琉璃河站石景山站北京市天津市永清站通州站小卞莊站天津市大港站滄化、滄淄線儲氣庫儲氣庫陜京一線輸氣管道結構圖3 第一篇輸氣工藝基礎知識第二章1．天然氣的特點與組成天然氣的物性石油工業(yè)中稱采自氣田或凝析氣田的可燃氣體為天然氣，又稱氣田氣；在油田中與石油一起開采出來的可燃氣體稱為石油伴生氣。含硫化氫的天然氣略帶臭雞蛋味，石油伴生氣帶汽油味。天然氣一般無色，比空氣輕，其相對密度一般為～,石油伴生氣為～。天然氣是一種易燃易爆混合性氣體，與空氣混合后，在空氣中濃度達到5％～15％時，遇到火源會發(fā)生燃燒或爆炸。天然氣的主要成分為烷烴氣體，烷烴氣體本身無毒，若含有硫化氫，則對人體有毒害性；如天然氣未完全燃燒，會產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體。我國管道天然氣經(jīng)過凈化處理后，含硫量已大大降低，符合國家衛(wèi)生環(huán)保標準，因此，我國管道天然氣的毒害性極小。天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成份包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，其中甲烷含量占絕對比例。例如我國四川氣田天然氣甲烷含量一般不低于90%，而陜甘寧氣田則達95%左右。此外，天然氣中還含有少量二氧化碳、硫化氫、氮氣、水蒸氣以及微量的氦、氖、氬等氣體。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液態(tài)。2．天然氣的熱值天然氣作為燃料使用，熱值是一項重要的經(jīng)濟指標。天然氣的熱值是指單位數(shù)量的天然氣完全燃燒所放出的熱量。天然氣主要組分烴類由炭和氫構成，氫在燃燒時生成水并被汽化，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，于是一部分燃料熱能消耗于水的汽化。消耗于水的汽化的熱叫汽化熱（或蒸汽潛熱）將汽化熱計算在內(nèi)的熱值叫高熱值（全熱值），不計汽化的熱值叫低熱值（凈熱值）由于天然氣燃燒的汽化熱無法利用，工程上通常使用低熱值即凈熱值。3．天然氣的可燃性限和爆炸極限可燃氣體與空氣混合（空氣中的氧為助燃物質(zhì)），遇到火源，可以發(fā)生燃燒或爆炸。可燃氣體與空氣的混合物，對于敞開系統(tǒng)，遇明火進行穩(wěn)定燃燒?？扇細怏w與空氣的混合物進行穩(wěn)定燃燒時，其可燃氣體在混合氣體中的最低濃度稱為可燃下限，最高濃度稱為可燃上限，可燃上限與可燃下限之間的濃度范圍，稱之可燃性界限，即可燃性限?？扇細怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火可以發(fā)生劇烈燃燒，即發(fā)生爆炸?？扇細怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火發(fā)生爆炸時，其可燃氣在混合氣體中的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限，爆炸下限與爆炸上限之間的可燃燒氣體濃度范圍，稱為爆炸極限。有的可燃氣體的可燃性限與爆炸極限是一致的，有的可燃氣體的爆炸限只是可燃性限內(nèi)的更小濃度范圍。一般情況下，可將爆炸極限與可燃性限混用，即用可燃燒性限代替爆炸極限，這對于實際工作是適宜的，有利于安全生產(chǎn)。壓力對于可燃燒氣體的爆炸極限有很大影響，例如當壓力低于6665帕時，天然氣與空氣的混合物，4 第一篇輸氣工藝基礎知識遇明火不會發(fā)生爆炸；而在常溫常壓下，天然氣的爆炸限為5％～15％。隨著壓力的升高，爆炸極限急劇上升，壓力為10帕時,天然氣的爆炸上限為58%。74．天然氣輸送過程中的節(jié)流效應假如降低氣體的壓力而不釋放氣體的能量，而且氣體是理想的，狀態(tài)是絕熱的，那么系統(tǒng)的總能量保持不變。也就是說，狀態(tài)變化屬于等焓變化，氣體的溫度也保持不變。然而假如上述變化的氣體是真實氣體，那么其容積變化將不同于理想氣體的情況，其內(nèi)能和溫度將發(fā)生變化。如圖所示，氣體在流道中經(jīng)過突然縮小的斷面（如管道上的針形閥、孔板等），產(chǎn)生強烈的渦流，使壓力下降，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。如果在節(jié)流過程中氣體與外界沒有熱交換，就稱為絕熱節(jié)流。圖絕熱節(jié)流效應示意圖節(jié)流過程是不可逆過程，在過程中流體處于非平衡狀態(tài)，沒有確定的狀態(tài)參數(shù)。但可以研究節(jié)流前流體處于平衡狀態(tài)的情況。例如離節(jié)流足夠遠的兩個截面2處，那里的氣體已為平衡狀態(tài)：壓力P1＞P2；比容v1＜v2；流速w1＜w2節(jié)流以后，流速增大，但總的來說，動能變化不大，可近似認為節(jié)流前后氣體的焓不變，即h1=h2真實氣體的焓不但與溫度有關，也與壓力有關。所以對于真實氣體，節(jié)流以后壓力下降，通常也造成溫度下降，這稱為節(jié)流的正效應。當氣體節(jié)流前的溫度超過最大轉變溫度（約為臨界溫度的～）時，節(jié)流后壓力下降，會造成溫度上升，這稱為節(jié)流負效應。節(jié)流效應又稱為焦耳湯姆遜效應。溫度下降的數(shù)值與壓力下降數(shù)值的比值稱為節(jié)流效應系數(shù)，又稱焦耳湯姆遜效應系數(shù)。5 第一篇輸氣工藝基礎知識第三章1．天然氣的輸送要求天然氣的輸送要求及天然氣的凈化從地層中開采出來的天然氣往往含有砂和混入的鐵銹等固體雜質(zhì)，以及水、水蒸氣、硫化物和二氧化碳等有害物質(zhì)。砂、鐵等塵粒隨氣流運動，磨損壓縮機、管道和儀表的部件，甚至造成破壞。有時還會積聚在某些部位，影響輸氣的正常進行。水積聚在管道低洼處，減少管道輸氣截面，增加輸氣阻力。水還能在管內(nèi)壁上形成一層水膜，遇酸性氣體（H2S、CO2））等形成酸性水溶液，對管內(nèi)壁形成腐蝕，是造成輸氣管道破壞的重要原因之一。水在一定溫度和壓力條件下還能和天然氣中的某些組分生成冰雪狀水合物（如CH46H2O等），造成管道冰堵。天然氣中的硫化物分為無機的和有機的兩種。無機的主要為硫化氫，有機的主要是二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）等。硫化氫及其燃燒產(chǎn)物二氧化硫（SO2）都具有強烈的刺鼻氣味，對眼粘膜和呼吸道有破壞作用。空氣中硫化氫含量大于910mg/m(%體積比)時，人呼吸1小時就會嚴重中毒。當空氣中含有%體積比二氧化硫時，呼吸短時間就會有生命危險。硫化氫和二氧化硫還是一種腐蝕劑，尤其有水存在時更是如此。含有硫化物的天然氣作為化工原料，很容易造成催化劑中毒，使生產(chǎn)無法進行，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也無法保證。另一方面，天然氣中的硫化氫又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料，不應讓它混在天然氣中白白浪費掉。因此，天然氣進入輸氣干線之前必須凈化，除去塵粒、凝析液、水及其它有害組分。目前，凈化的指標和要求各國有所不同。北美地區(qū)輸氣管網(wǎng)大致要求為：每標準立方米氣體，含水量不超過95～125mg；硫化氫含量不超過～；有機硫含量不超過250mg；二氧化碳含量，視熱值不同而要求允許含量為2～5％（體積比）西歐地區(qū)，如德國和法國要求較嚴，硫化氫含量不得超過～2mg/m；含水量，德國要求低于80mg/m，法國要求低于58mg/m我國要求有機硫總含量不超過200mg/m；硫化氫含量不得超過20mg/m；二氧化碳含量不得超過3％；水露點在最高操作壓力下應比最低輸送環(huán)境溫度低5℃。上述要求都是對管道輸氣而言，從中可以看出：（1）對硫化氫的限制遠比生活用氣的衛(wèi)生標準高得多，硫化氫含量大都在15～30mg/m之間，我國生活用氣衛(wèi)生標準規(guī)定為20mg/m以下。管道輸氣標準這樣高，是為了保證管道、設備、和儀表不被腐蝕。（2）供長輸管道的天然氣，其脫水深度以確保在輸送過程中水蒸氣不致凝析和形成水合物為原則，所以天然氣的露點應比管道輸氣的最低溫度低5～10℃。333333332．天然氣的凈化分離與除塵天然氣輸送系統(tǒng)中的液體和固體雜質(zhì)主要來自三方面：（1）采氣時井下帶來的凝析油、凝析水、巖屑粉塵；（2）管道施工時留下的臟物和焊渣；（3）管內(nèi)的銹屑和腐蝕產(chǎn)物。輸氣管道中氣體的含塵量一般為1～23mg/m，除塵不好的可高達7～103mg/m粉塵中以氧化鐵最多，占90％以上。天然氣的含塵量，前蘇聯(lián)國家標準規(guī)定：生活用氣含塵量為1mg/m，工業(yè)用氣為4～6mg/m但是，天然氣壓縮機的要求遠比這些規(guī)定嚴格得多，一般是：～mg/m；含塵633333 第一篇輸氣工藝基礎知識粒徑小于10～30?m，mg/m，最大粒徑不超過5?m。為了減少粉塵和防止儀表、調(diào)壓閥的指揮機構等因為堵塞失靈，常采用如下措施：（1）脫出天然氣中的水蒸氣、氧、硫化物、二氧化碳等組分，減少管內(nèi)腐蝕；（2）采用管內(nèi)壁防腐涂層保護管材；（3）定期清管掃線；（4）在允許的情況下，采用所能達到的最低流速