【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 措施輸氣管道經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，由于管內(nèi)積垢、積液和壓氣機(jī)磨損等，管道輸送效率就會(huì)下降。為了測(cè)試管道輸送效率，常以新投產(chǎn)時(shí)管道最佳工況的效率作為基準(zhǔn)，進(jìn)行管道效率校核。提高運(yùn)行效率的措施有：①在用氣中心建立儲(chǔ)氣庫(kù)，減小終點(diǎn)配氣量對(duì)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(jī)組，使之在輸量變化時(shí)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\(yùn)輸天然氣深冷到低于其沸點(diǎn)溫度而成液態(tài)，稱(chēng)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(chǔ)罐有地上和地下兩種。大型地上液化天然氣儲(chǔ)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土建造的。地上的金屬儲(chǔ)罐均外包有聚氨脂泡沫塑料的絕熱層。　　在低溫下長(zhǎng)距離輸送液化天然氣的管道還處于試驗(yàn)階段。大宗的液化天然氣目前都用液化氣船運(yùn)輸。液化天然氣由船上卸入儲(chǔ)罐中，經(jīng)加溫氣化后使用。通常用海水加溫，這一換熱過(guò)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(jìn)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(chǔ)知識(shí)20120706 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)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(jìn)入長(zhǎng)輸管道輸送之前，必須對(duì)天然氣進(jìn)行脫水、脫硫等凈化處理，以達(dá)到管輸和下游用戶的需求。在管道運(yùn)行期間，需要進(jìn)行清管、天然氣加壓、儲(chǔ)存等工作，并應(yīng)做好工藝設(shè)備、儀表、自控、計(jì)量、電氣、通訊、線路、防腐等各專(zhuān)業(yè)的設(shè)備和設(shè)施的檢查、維護(hù)工作，以確保輸氣管道安全、平穩(wěn)運(yùn)行。本篇主要介紹天然氣的物性與凈化、清管工藝、壓縮機(jī)、地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(jiǎn)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(duì)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(kāi)采利用以來(lái)，一直是利用管道從開(kāi)采地輸送到用戶。由于天然氣的廣泛使用以及開(kāi)采地與用戶距離越來(lái)越遠(yuǎn)，有的甚至要越洋過(guò)海才能將天然氣送到用戶，這樣就給管道建造帶來(lái)了極大的困難。20世紀(jì)70年代以后，由于深冷技術(shù)的發(fā)展，天然氣的液化輸送得以實(shí)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(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。因此，到目前為止，大量的天然氣的主要運(yùn)輸方式有兩種，即管道運(yùn)輸和液化氣船（車(chē)）運(yùn)輸。從運(yùn)輸?shù)牡乩憝h(huán)境分，天然氣運(yùn)輸又可分為陸上運(yùn)輸和水路運(yùn)輸。陸上運(yùn)輸主要采用管道運(yùn)輸，這是最大量、最普遍的運(yùn)輸方式；此外，也采用壓縮天然氣槽罐車(chē)運(yùn)輸，這是少量的、短距離的運(yùn)輸。壓縮天然氣并無(wú)嚴(yán)格的定義，通常指高壓的天然氣（最高壓力達(dá)25MPa）陸上運(yùn)輸還可以采用液化運(yùn)輸方式。天然氣水路運(yùn)輸主要指海路運(yùn)輸，有兩種運(yùn)輸方式：（1）液化氣船運(yùn)，這是長(zhǎng)距離海路運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，如從中東、東南亞運(yùn)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(guó)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(chǎng)集輸管道、長(zhǎng)輸管道和城市輸配管網(wǎng)。本書(shū)主要介紹天然氣長(zhǎng)輸管道和城市輸配管網(wǎng)的各種技術(shù)。2.天然氣長(zhǎng)距離管道輸送天然氣長(zhǎng)輸管道的概念和特點(diǎn)天然氣從地層開(kāi)采出來(lái)，經(jīng)過(guò)礦場(chǎng)集輸管道集中輸送到凈化廠處理后，由長(zhǎng)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(gè)輸送系統(tǒng)。天然氣長(zhǎng)輸管道是連接氣田凈化處理廠與城市門(mén)站之間的干線輸氣管道。它在我國(guó)壓力管道分類(lèi)中屬GA類(lèi)，它的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循國(guó)標(biāo)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251）。天然氣長(zhǎng)輸管道具有口徑大、壓力高、輸氣量大、運(yùn)距長(zhǎng)等特點(diǎn)。以西氣東輸管道為例，從新疆輪南1 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)至上海市，全長(zhǎng)4000多公里，管徑Φ1016mm，最高設(shè)計(jì)輸送壓力10MPa，年設(shè)計(jì)輸量120億立方米，相當(dāng)于我國(guó)目前天然氣總輸量的40%左右。天然氣長(zhǎng)輸管道的組成和功能輸氣管道工程由輸氣管道、輸氣站場(chǎng)、管道穿（跨）越及輔助生產(chǎn)設(shè)施組成。根據(jù)用戶情況和管線距離，輸氣管道設(shè)有壓氣站、分輸站、計(jì)量站及清管站等，通過(guò)分輸站（計(jì)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(diǎn)站，一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量、清管等功能。它接受氣田凈化廠來(lái)氣，經(jīng)過(guò)升壓、計(jì)量后輸往下一站。在氣田開(kāi)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(shè)壓縮機(jī)組。輸氣過(guò)程中沿程壓力會(huì)不斷下降，為了提高輸氣量，必須在一定距離后設(shè)置中間壓氣站增壓。輸氣末站為輸氣管道的終點(diǎn)站，一般具有分離、調(diào)壓、計(jì)量、清管、配氣等功能。輸氣末站將天然氣計(jì)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(jìn)氣。天然氣的消耗在一天、一個(gè)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(yīng)維持在其設(shè)計(jì)輸量范圍附近才能安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營(yíng)。為了季節(jié)性調(diào)峰的需要，常在大城市附近設(shè)有儲(chǔ)氣庫(kù)，夏季天然氣供應(yīng)過(guò)剩時(shí)，管道向儲(chǔ)氣庫(kù)注氣，冬季用氣高峰時(shí)，再采出用以調(diào)峰。長(zhǎng)距離輸氣干線和一個(gè)或多個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)及一系列輸入、輸出支線，形成一個(gè)統(tǒng)一的供氣系統(tǒng)。天然氣長(zhǎng)輸管道的發(fā)展國(guó)外天然氣管道有近120年的發(fā)展歷史。二十世紀(jì)七、八十年代是全球輸氣管道建設(shè)高峰期，世界上幾條最著名的輸氣管道幾乎都是這一時(shí)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(guó)性乃至跨國(guó)性大型供氣系統(tǒng)。目前，全球輸氣管道總長(zhǎng)度超過(guò)140萬(wàn)公里，其中直徑1米以上的管道超過(guò)12萬(wàn)公里。1963年，我國(guó)建成第一條現(xiàn)代輸氣管線—巴渝線。到20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)輸氣管道主要分布在川渝地區(qū)。從上世紀(jì)末開(kāi)始，我國(guó)輸氣管道建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，近年已建成陜京輸氣管道（見(jiàn)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(chǔ)知識(shí)進(jìn)氣進(jìn)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(yīng)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(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣庫(kù)陜京一線輸氣管道結(jié)構(gòu)圖3 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)第二章1．天然氣的特點(diǎn)與組成天然氣的物性石油工業(yè)中稱(chēng)采自氣田或凝析氣田的可燃?xì)怏w為天然氣，又稱(chēng)氣田氣；在油田中與石油一起開(kāi)采出來(lái)的可燃?xì)怏w稱(chēng)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(wú)色，比空氣輕，其相對(duì)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(dá)到5％～15％時(shí)，遇到火源會(huì)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(wú)毒，若含有硫化氫，則對(duì)人體有毒害性；如天然氣未完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體。我國(guó)管道天然氣經(jīng)過(guò)凈化處理后，含硫量已大大降低，符合國(guó)家衛(wèi)生環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此，我國(guó)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(duì)比例。例如我國(guó)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(dá)95%左右。此外，天然氣中還含有少量二氧化碳、硫化氫、氮?dú)狻⑺魵庖约拔⒘康暮?、氖、氬等氣體。在標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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(lèi)由炭和氫構(gòu)成，氫在燃燒時(shí)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(jì)算在內(nèi)的熱值叫高熱值（全熱值），不計(jì)汽化的熱值叫低熱值（凈熱值）由于天然氣燃燒的汽化熱無(wú)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?xì)怏w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?xì)怏w與空氣的混合物，對(duì)于敞開(kāi)系統(tǒng)，遇明火進(jìn)行穩(wěn)定燃燒。可燃?xì)怏w與空氣的混合物進(jìn)行穩(wěn)定燃燒時(shí)，其可燃?xì)怏w在混合氣體中的最低濃度稱(chēng)為可燃下限，最高濃度稱(chēng)為可燃上限，可燃上限與可燃下限之間的濃度范圍，稱(chēng)之可燃性界限，即可燃性限?？扇?xì)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?xì)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(shí)，其可燃?xì)庠诨旌蠚怏w中的最低濃度稱(chēng)為爆炸下限，最高濃度稱(chēng)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(chēng)為爆炸極限。有的可燃?xì)怏w的可燃性限與爆炸極限是一致的，有的可燃?xì)怏w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(duì)于實(shí)際工作是適宜的，有利于安全生產(chǎn)。壓力對(duì)于可燃燒氣體的爆炸極限有很大影響，例如當(dāng)壓力低于6665帕?xí)r，天然氣與空氣的混合物，4 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)遇明火不會(huì)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?xí)r,天然氣的爆炸上限為58%。74．天然氣輸送過(guò)程中的節(jié)流效應(yīng)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(shuō)，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(shí)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(guò)突然縮小的斷面（如管道上的針形閥、孔板等），產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，使壓力下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為節(jié)流。如果在節(jié)流過(guò)程中氣體與外界沒(méi)有熱交換，就稱(chēng)為絕熱節(jié)流。圖絕熱節(jié)流效應(yīng)示意圖節(jié)流過(guò)程是不可逆過(guò)程，在過(guò)程中流體處于非平衡狀態(tài)，沒(méi)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(yuǎn)的兩個(gè)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(lái)說(shuō)，動(dòng)能變化不大，可近似認(rèn)為節(jié)流前后氣體的焓不變，即h1=h2真實(shí)氣體的焓不但與溫度有關(guān)，也與壓力有關(guān)。所以對(duì)于真實(shí)氣體，節(jié)流以后壓力下降，通常也造成溫度下降，這稱(chēng)為節(jié)流的正效應(yīng)。當(dāng)氣體節(jié)流前的溫度超過(guò)最大轉(zhuǎn)變溫度（約為臨界溫度的～）時(shí)，節(jié)流后壓力下降，會(huì)造成溫度上升，這稱(chēng)為節(jié)流負(fù)效應(yīng)。節(jié)流效應(yīng)又稱(chēng)為焦耳湯姆遜效應(yīng)。溫度下降的數(shù)值與壓力下降數(shù)值的比值稱(chēng)為節(jié)流效應(yīng)系數(shù)，又稱(chēng)焦耳湯姆遜效應(yīng)系數(shù)。5 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)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(kāi)采出來(lái)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(yùn)動(dòng)，磨損壓縮機(jī)、管道和儀表的部件，甚至造成破壞。有時(shí)還會(huì)積聚在某些部位，影響輸氣的正常進(jìn)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(duì)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(wú)機(jī)的和有機(jī)的兩種。無(wú)機(jī)的主要為硫化氫，有機(jī)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(qiáng)烈的刺鼻氣味，對(duì)眼粘膜和呼吸道有破壞作用?？諝庵辛蚧瘹浜看笥?10mg/m(%體積比)時(shí)，人呼吸1小時(shí)就會(huì)嚴(yán)重中毒。當(dāng)空氣中含有%體積比二氧化硫時(shí)，呼吸短時(shí)間就會(huì)有生命危險(xiǎn)。硫化氫和二氧化硫還是一種腐蝕劑，尤其有水存在時(shí)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(wú)法進(jìn)行，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也無(wú)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(yīng)讓它混在天然氣中白白浪費(fèi)掉。因此，天然氣進(jìn)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(biāo)和要求各國(guó)有所不同。北美地區(qū)輸氣管網(wǎng)大致要求為：每標(biāo)準(zhǔn)立方米氣體，含水量不超過(guò)95～125mg；硫化氫含量不超過(guò)～；有機(jī)硫含量不超過(guò)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(guó)和法國(guó)要求較嚴(yán)，硫化氫含量不得超過(guò)～2mg/m；含水量，德國(guó)要求低于80mg/m，法國(guó)要求低于58mg/m我國(guó)要求有機(jī)硫總含量不超過(guò)200mg/m；硫化氫含量不得超過(guò)20mg/m；二氧化碳含量不得超過(guò)3％；水露點(diǎn)在最高操作壓力下應(yīng)比最低輸送環(huán)境溫度低5℃。上述要求都是對(duì)管道輸氣而言，從中可以看出：（1）對(duì)硫化氫的限制遠(yuǎn)比生活用氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)高得多，硫化氫含量大都在15～30mg/m之間，我國(guó)生活用氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為20mg/m以下。管道輸氣標(biāo)準(zhǔn)這樣高，是為了保證管道、設(shè)備、和儀表不被腐蝕。（2）供長(zhǎng)輸管道的天然氣，其脫水深度以確保在輸送過(guò)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(diǎn)應(yīng)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(lái)自三方面：（1）采氣時(shí)井下帶來(lái)的凝析油、凝析水、巖屑粉塵；（2）管道施工時(shí)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(dá)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的要求遠(yuǎn)比這些規(guī)定嚴(yán)格得多，一般是：～mg/m；含塵633333 第一篇輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)粒徑小于10～30?m，mg/m，最大粒徑不超過(guò)5?m。為了減少粉塵和防止儀表、調(diào)壓閥的指揮機(jī)構(gòu)等因?yàn)槎氯ъ`，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(hù)管材；（3）定期清管掃線；（4）在允許的情況下，采用所能達(dá)到的最低流速