天然氣管道
將天然氣輸送到用戶的管道
天然氣管道是指將天然氣(包括油田生產的伴生氣)從開採地或處理廠輸送到城市配氣中心或工業企業用戶的管道,又稱輸氣管道。
利用天然氣管道輸送天然氣,是陸地上大量輸送天然氣的方式。在世界管道總長中,天然氣管道約佔一半。
中國天然氣幹線管道流向示意圖
世界最龐大的天然氣管道網路——俄羅斯統一供氣系統
天然氣管道運輸具有運輸成本低、佔地少、建設快、油氣運輸量大、安全性能高、運輸損耗少、無“三廢”排放、發生泄露危險小、對環境污染小、受惡劣氣候影響小、設備維修量小、便於管理、易於實現遠程集中監控等優勢。
所以就出現了天然氣增效技術,這種技術通過智能混合設備向普通天然氣里添加增效劑,進而使其轉變成適應於高效節能環保的工業燃氣。增效劑通過銳鋒智能混合設備進入氣體后均勻擴散,形成特定的氫氧原子團,在燃燒過程中發生裂變,對燃氣有優化重組作用,產生二次燃燒改善燃氣的燃燒性能,使燃氣得以充分霧化完全燃燒,從而提高熱效率,增加火焰溫度。增效後天然氣火焰溫度最高達到3300℃。混合后的天然氣可用於工業切割、矯形、烤校,可完全取代乙炔氣、丙烷氣,可廣泛應用於鋼廠、鋼結構、造船行業,可在船艙內安全使用,現市場上比較好的產品有銳鋒天然氣增效劑。
塔里木油田的天然氣管道
東海海底天然氣管道
18世紀以前,管道也是竹木管。18世紀後期用鑄鐵管,19世紀90年代開始採用鋼管。輸氣動力開始全靠天然氣井口壓力,1880年後才用蒸汽驅動的壓氣機。20世紀20~30年代採用了雙燃料發動機驅動的壓氣機給天然氣加壓,輸氣壓力從而由6千克力/厘米2上升到28~42千克力/厘米2。輸送距離也愈來愈長。隨著現代科學和工程技術的發展,以及世界對天然氣需求量的日益增加,促使管道朝著大口徑、高壓力方向發展,出現了規模巨大的管網系統。如蘇聯的中亞細亞-中央區輸氣管道系統,由4條輸氣管道組成,全長94000多公里,年輸量650億立方米;加拿大的管網系統年輸量達300億立方米。
天然氣管道
1974年全世界約有74萬公里輸氣管道,其中美國為42.3萬公里,蘇聯為9萬公里,歐洲經濟共同體為8.4萬公里。到1983年,世界輸氣管道總長增加到91.34萬公里。長距離輸氣管道普遍採用壓氣機增壓輸送。
1977年全世界約有2700座管道壓氣站投入運行,總裝機功率為2200萬千瓦。
1983年則增加到3053萬千瓦。輸氣管道在管材選用、提高輸送效率、實現全線自動化等方面的技術也在迅速發展中。
2015-2019年全國天然氣運輸和儲存一體化系統發展五年發展規劃”中,墨西哥能源部宣布將新建12條天然氣管道和一座壓縮站,這12條管道總長5千公里,經過16個州,所需投資總額為100億比索(約合6億美元)。
中國—中亞天然氣管道全長1830公里,每年從中亞國家輸送到國內的天然氣,約佔中國同期消費總量的15%以上,惠及27個省、直轄市、自治區和香港特別行政區。自2009年12月投產以來,截至2018年12月31日,中亞天然氣管道A/B/C三線累計進口天然氣2476.25億標方。
輸氣管道可按其用途分集氣管道、輸氣管道、配氣管道等三種。
①集氣管道:從氣田井口裝置經集氣站到氣體處理廠或起點壓氣站的管道,主要用於收集從地層中開採出來未經處理的天然氣。由於氣井壓力很高,一般集氣管道壓力約在100千克力/厘米2以上,管徑為50~150毫米。
②輸氣管道:從氣源的氣體處理廠或起點壓氣站到各大城市的配氣中心、大型用戶或儲氣庫的管道,以及氣源之間相互連通的管道,輸送經過處理符合管道輸送質量標準的天然氣(見管道輸氣工藝),是整個輸氣系統的主體部分。輸氣管道的管徑比集氣管道和配氣管道管徑大,最大的輸氣管道管徑為1420毫米。天然氣依靠起點壓氣站和沿線壓氣站加壓輸送,輸氣壓力為70~80千克力/厘米2,管道全長可達數千公里。
③配氣管道:從城市調壓計量站到用戶支線的管道,壓力低、分支多,管網稠密,管徑小,除大量使用鋼管外,低壓配氣管道也可用塑料管或其他材質的管道。
輸氣管道是由單根管子逐根連接組裝起來的。現代的集氣管道和輸氣管道是由鋼管經電焊連接而成。鋼管有無縫管、螺旋縫管、直縫管多種,無縫管適用於管徑為529毫米以下的管道,螺旋縫管和直縫管適用於大口徑管道。集輸管道的管子橫斷面結構,複雜的為內塗層-鋼管-外絕緣層-保溫(保冷)層;簡單的則只有鋼管和外絕緣層,而內壁塗層及保溫(保冷)層均視輸氣工藝再加確定。
天然氣管道
不同物性的氣體在同一管道中順序輸送,以及-70℃低溫、77千克力/厘米2高壓的氣態和液態天然氣管道輸送試驗。天然氣管道輸送系統由管道輸氣站和線路系統兩部分組成。線路系統包括管道、沿線閥室、穿跨越建築物(見管道穿越工程和管道跨越工程)、陰極保護站(見管道防腐)、管道通信系統、調度和自動監控系統(見管道監控)等。
鋼管是管道的主要材料。天然氣輸送鋼管是板(帶)經過深加工而形成的較特殊的冶金產品。管道鋼的組織形態,由於工藝技術的差別,各廠商生產的管道鋼存在一定的差異。20世紀60年代,一般採用X52鋼級,70年代採用X60、X65鋼級,80-90年代以X70鋼為主。外國一些國家輸氣管道已開始採用X80鋼。隨著管道鋼研究的不斷發展,加拿大等國已鋪設了X100和X120管道鋼的試驗段。我國在冀寧聯絡線管道工程中,首次把X80級管道鋼用於7.71km的試驗段。長達4843km的西氣東輸二線幹線管道全部採用了直徑為1219mm的X80鋼級管道鋼,將輸氣壓力提高到12Mpa。一般來說,X80鋼為鐵素體和貝氏體雙相組織,X100管道鋼為貝氏體組織,X120管道鋼為超低碳貝氏體和馬氏體。對於天然氣管道的管材來說,強度、韌性和可焊性是三項最基本的質量控制指標。
1)輸氣管道系統是個連續密閉輸送系統。
2)從輸送、儲存到用戶使用,天然氣均處於帶壓狀態。
3)由於輸送的天然氣比重小,靜壓頭影響遠小於液體,設計時高差小於200米時,靜壓頭可忽略不計,線路幾乎不受縱向地形限制。
4)不存在液體管道水擊危害。
5)發生事故時危害性大,波及範圍廣。管道一旦破裂,釋放能量大,撕裂長度較長,排出的天然氣遇有明火,還易釀成火災。
中國天然氣產業的快速發展僅是一個新階段的開始。從整個天然氣上下游一體化的系統工程來看,中國天然氣產業依然年輕。與其他成熟天然氣市場相比,中國發展成為成熟天然氣市場的用時將更短。
無論如何,中國的環境壓力和快速的城市化極大地擴大了天然氣市場。中國天然氣需求未來十幾年將高速增長,預計平均增速將達11%至13%,2010年需求量將達到1400億立方米。這樣,供需缺口大約在500億立方米左右。中國規劃到2020年天然氣的使用量在一次性能源中所佔的比例達到10%。
天然氣管道