天然氣輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)

1輸氣工藝基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)前1頁(yè)，總共72頁(yè)。2

天然氣的物性

1.天然氣的特點(diǎn)與組成

天然氣泛指自然界的一切氣體，狹義則指采自地層的可燃?xì)怏w。石油工業(yè)中稱采自氣田或凝析氣田的可燃?xì)怏w為天然氣，又稱氣田氣；在油田中與石油一起開(kāi)采出來(lái)的可燃?xì)怏w稱為石油伴生氣。

天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是可燃烴類氣體，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，其中甲烷比例占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，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，還可能含有少量二氧化碳、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（0℃及101325Pa）下,甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液態(tài)。

當(dāng)前2頁(yè)，總共72頁(yè)。3天然氣的物性2.天然氣的密度單位體積氣體的質(zhì)量稱為密度。氣體的體積和壓力與溫度有關(guān)，說(shuō)明密度時(shí)就必須指明它的壓力、溫度狀態(tài)。例如空氣在P=101325pa，t=20℃時(shí)，密度ρ

＝1.206kg/m3；在P=101325pa，t=0℃時(shí),ρ

＝1.2931kg/m3。如果不指明壓力，溫度狀態(tài)，通常就是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)。當(dāng)前3頁(yè)，總共72頁(yè)。4天然氣的物性標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，甲烷的密度為0.717kg/m3

，空氣的密度為1.2931kg/m3

，故甲烷的相對(duì)密度?*CH4=0.7174/1.2931=0.5548

天然氣的相對(duì)密度一般為0.58～0.62，石油伴生氣為0.7～0.85。當(dāng)前4頁(yè)，總共72頁(yè)。5天然氣的物性3.天然氣的粘度當(dāng)兩層氣體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體的分子之間不僅具有與運(yùn)動(dòng)方向一致的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的內(nèi)摩擦，而且由于氣體分子無(wú)秩序的熱運(yùn)動(dòng)，兩層氣體分子之間可以互相擴(kuò)散和交換。當(dāng)流動(dòng)速度較快的氣層分子跑到流速較慢的一層時(shí)，這些具有較大動(dòng)能的氣體分子，將使較慢的氣層產(chǎn)生加速的作用，反之流動(dòng)速度較慢的氣層分子跑進(jìn)較快的氣層時(shí)，則對(duì)氣層產(chǎn)生一種阻滯氣層運(yùn)動(dòng)的作用，結(jié)果兩層氣體之間就產(chǎn)生了內(nèi)摩擦。溫度升高，氣體的無(wú)秩序熱運(yùn)功增強(qiáng)，氣層之間的加速和阻滯作用跟著增加，內(nèi)摩擦也就增加。所以，氣體的粘度隨著溫度的升高而加大。當(dāng)前5頁(yè)，總共72頁(yè)。6天然氣的物性4.天然氣含水量(濕度)天然氣在地層溫度和壓力條件下含有飽和水汽，天然氣的水汽含水量取決于天然氣的溫度、壓力和組成等條件。天然氣含水量，通常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和水露點(diǎn)來(lái)表示。當(dāng)前6頁(yè)，總共72頁(yè)。7天然氣的物性天然氣絕對(duì)濕度是指一立方米天然氣中所含水汽的克數(shù)，單位可用g/m3表示。天然氣的飽和含水量是指在一定溫度和壓力下，天然氣中可能含有的最大水汽量，即天然氣于液態(tài)平衡時(shí)的含水汽量。天然氣相對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力下，天然氣絕對(duì)濕度和飽和含水量之比。天然氣水露點(diǎn)是指天然氣在一定壓力下析出第一滴水時(shí)的溫度，即天然氣飽和水汽量對(duì)應(yīng)的溫度。在GB50251-2003

《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中作了明確規(guī)定：進(jìn)入輸氣管道的氣體水露點(diǎn)應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5℃當(dāng)前7頁(yè)，總共72頁(yè)。8天然氣的物性5.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是由炭和氫構(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無(wú)法利用，工程上通常使用低熱值即凈熱值。當(dāng)前8頁(yè)，總共72頁(yè)。9天然氣的物性每立方米天然氣熱值在8000-10000大卡。每立方米煤氣的熱值3000-4000大卡。每公斤液化氣(丙烷）燃燒熱值為11000大卡。氣態(tài)液化氣的比重為2.5公斤/立方米。每立方液化氣燃燒熱值為25200大卡。每瓶液化氣重14.5公斤,總計(jì)燃燒熱值159500大卡,相當(dāng)于20立方天然氣的燃燒熱值。當(dāng)前9頁(yè)，總共72頁(yè)。10天然氣的物性6.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?？扇?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?？扇?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?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，稱之為爆炸限。當(dāng)前10頁(yè)，總共72頁(yè)。11天然氣的物性有的可燃?xì)怏w的可燃性限與爆炸限是一致的，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，可將爆炸限與可燃燒性限混用，即用可燃燒性限代替爆炸限，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，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，爆炸限急劇上升，壓力為1.5×107帕?xí)r,天然氣的爆炸上限為58%。當(dāng)前11頁(yè)，總共72頁(yè)。12天然氣的物性7.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。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)象稱為節(jié)流。

當(dāng)前12頁(yè)，總共72頁(yè)。13天然氣的物性節(jié)流效應(yīng)又稱為焦耳-湯姆遜效應(yīng)。溫度下降的數(shù)值與壓力下降數(shù)值的比值稱為節(jié)流效應(yīng)系數(shù)，又稱焦耳-湯姆遜效應(yīng)系數(shù)。節(jié)流效應(yīng)系數(shù)的意義是：下降單位壓力時(shí)的溫度變化值。它隨壓力、溫度而變。在氣田上，壓力較高，天然氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)一般為3～4℃/MPa。干線輸氣管道上，壓力較低，一般為2.5～3.0℃/MPa。當(dāng)前13頁(yè)，總共72頁(yè)。14天然氣的輸送要求從地層中開(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。水又能在管內(nèi)壁上形成一層水膜，遇酸性氣體（H2

S、CO2

）等形成酸性水溶液，對(duì)管內(nèi)壁腐蝕極為嚴(yán)重，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CH4

.6H2

O等），造成管路冰堵。當(dāng)前14頁(yè)，總共72頁(yè)。15天然氣的輸送要求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)的主要是硫化氫，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/m3（約0.06％體積比）時(shí)人呼吸一小時(shí)就會(huì)嚴(yán)重中毒。當(dāng)空氣中含有0.05％（體積比）二氧化硫時(shí)，呼吸短時(shí)間就會(huì)有生命危險(xiǎn)。硫化氫和二氧化碳還是一種腐蝕劑，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使催化劑中毒，生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行，生產(chǎn)的成品質(zhì)量也不好。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)入輸氣干管之前必須凈化。除去塵粒、凝析液、水及其它有害組分。當(dāng)前15頁(yè)，總共72頁(yè)。16天然氣的輸送要求凈化的指標(biāo)和要求目前各國(guó)不同。北美地區(qū)輸氣管道網(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)2.3~5.8mg；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％。西歐地區(qū)，如西德和法國(guó)要求較嚴(yán)，硫化氫含量不得超過(guò)1.5～2mg/m3；含水量，西德要求低于80mg/m3，法國(guó)要求低于58mg/m3。我國(guó)要求有機(jī)硫總含量不超過(guò)200mg；硫化氫含量不得超過(guò)20mg/m3；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℃。當(dāng)前16頁(yè)，總共72頁(yè)。17天然氣的輸送要求上述要求都是對(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/m3之間，我國(guó)生活用氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為20mg/m3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?shù)奶烊粴?，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℃。當(dāng)前17頁(yè)，總共72頁(yè)。18天然氣輸送簡(jiǎn)介天然氣從氣井開(kāi)采出來(lái)后，經(jīng)過(guò)礦場(chǎng)集輸管道集中到凈化廠處理后，由長(zhǎng)輸管道輸送至城市管網(wǎng)，供給工業(yè)或民用的用戶。由氣井至用戶，天然氣都在密閉狀態(tài)下輸送，形成一個(gè)輸氣系統(tǒng)。當(dāng)前18頁(yè)，總共72頁(yè)。19天然氣輸送簡(jiǎn)介輸氣管道的類型礦場(chǎng)輸氣管道：輸送距離短、管徑小、未凈化氣；干線輸氣管道：輸送距離長(zhǎng)、管徑大、壓力高、干氣；城市輸配氣管道：輸送距離短、管徑小、壓力低、干氣。當(dāng)前19頁(yè)，總共72頁(yè)。20天然氣輸送簡(jiǎn)介

輸氣管道是由輸氣站場(chǎng)、干線線路工程及其附屬設(shè)施組成。根據(jù)用戶情況和管線距離條件，輸氣管道設(shè)有壓氣站、分輸站、計(jì)量站及清管站，通過(guò)分輸站或計(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。當(dāng)前20頁(yè)，總共72頁(yè)。21天然氣輸送簡(jiǎn)介首站是輸氣干線的起點(diǎn)，它接受氣田處理廠來(lái)的天然氣，經(jīng)過(guò)升壓、計(jì)量后輸往下一站。在氣田開(kāi)發(fā)初期，地層壓力較高而輸氣量較小，當(dāng)?shù)貙訅毫ψ阋暂敋庵料乱徽緯r(shí)，首站可暫不設(shè)壓縮機(jī)組。輸氣過(guò)程中沿程壓力不斷下降，一定距離后需設(shè)中間壓氣站增壓。末站為終點(diǎn)配氣站，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氣，也可能接受其他氣田的進(jìn)氣支線。當(dāng)前21頁(yè)，總共72頁(yè)。22天然氣輸送簡(jiǎn)介由于天然氣的消費(fèi)量在一天、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，而干線的輸量卻應(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)充氣，冬季用氣高峰時(shí)，再抽出補(bǔ)充供氣。長(zhǎng)距離輸氣干線連接由多個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)及一系列輸入、輸出支線，形成統(tǒng)一的供氣系統(tǒng)。當(dāng)前22頁(yè)，總共72頁(yè)。23天然氣輸送簡(jiǎn)介國(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)，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。當(dāng)前23頁(yè)，總共72頁(yè)。24天然氣輸送簡(jiǎn)介我國(guó)天然氣管道基本現(xiàn)狀1963年四川巴渝（重慶巴縣石油氣田巴9井重慶孫空灣）輸氣管道的建成，拉開(kāi)了我國(guó)天然氣管道工程發(fā)展的序幕。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1-1.1）、澀北—西寧—蘭州輸氣管道、西氣東輸輸氣管道、忠（縣）—武（漢）輸氣管道、陜京二線輸氣管道等重要輸氣管道。同時(shí)我國(guó)先后在大慶油田和大港油田建成4座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，目前正在運(yùn)行的有4座。其中，喇嘛甸北塊地下儲(chǔ)氣庫(kù)有效工作氣量1.2×108m3，大港油田大張沱儲(chǔ)氣庫(kù)和板876儲(chǔ)氣庫(kù)的總有效工作氣量為8.17×108m3，板中北高點(diǎn)儲(chǔ)氣庫(kù)3.3×108m3。大港油田三座地下儲(chǔ)氣庫(kù)是陜京管道的重要配套設(shè)施，為有效解決京津地區(qū)的冬季調(diào)峰創(chuàng)造了條件。當(dāng)前24頁(yè)，總共72頁(yè)。25當(dāng)前25頁(yè)，總共72頁(yè)。26陜京一線陜京一線起自陜西省靖邊縣長(zhǎng)慶氣田天然氣凈化廠首站，終于北京石景山區(qū)衙門口北京末站，途經(jīng)陜西、山西、河北、北京3省一市22個(gè)縣，全線穿越河流230處、鐵路21處，大型公路131處，是國(guó)內(nèi)第一條長(zhǎng)距離、大口徑和高度自動(dòng)化的輸氣管道。陜京線各項(xiàng)工程采用了國(guó)際公認(rèn)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。由管道設(shè)計(jì)院與國(guó)外公司合作設(shè)計(jì)。1996年3月開(kāi)工，1997年9月10日建成，全長(zhǎng)918.42km，管徑660mm,設(shè)計(jì)壓力6.4MPa，年輸氣能力不加壓13.2×108m3。當(dāng)前26頁(yè)，總共72頁(yè)。27陜京一線投產(chǎn)后二期加壓站（榆林壓氣站）于1999年11月10日建成，年輸氣能力達(dá)到22×108m3。三期加壓(黃河西及應(yīng)縣壓氣站)于2000年11月15日建成，四期加壓(靈丘壓氣站)于200３年11月２5日建成，年輸氣能力達(dá)到33×108m3。為了適應(yīng)調(diào)峰需要，先后建成大港油田大張沱儲(chǔ)氣庫(kù)和板876儲(chǔ)氣庫(kù)（總有效工作氣量為8.17×108m3），板中北高點(diǎn)儲(chǔ)氣庫(kù)（3.3×108m3）。大港油田三座地下儲(chǔ)氣庫(kù)是陜京管道的重要配套設(shè)施，為有效解決京津地區(qū)的冬季調(diào)峰創(chuàng)造了條件。當(dāng)前27頁(yè)，總共72頁(yè)。28靖邊榆林壓氣站府谷壓氣站應(yīng)縣壓氣站靈丘壓氣站二站村閥室琉璃河石景山永清通州小卞莊大港儲(chǔ)氣庫(kù)北京市天津滄化、滄淄線天津進(jìn)氣進(jìn)氣河北省燕山石化當(dāng)前28頁(yè)，總共72頁(yè)。29西氣東輸管道工程西氣東輸管道工程橫貫我國(guó)東西，起點(diǎn)是新疆塔里木的輪南，終點(diǎn)是上海市西郊的白鶴鎮(zhèn)。管道干線自西向東途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇和上海市等9個(gè)省、區(qū)、直轄市。干線管道全長(zhǎng)約3900km，支線管道總長(zhǎng)近2000km，向我國(guó)東部4省1市供氣。西氣東輸管道的大型用戶共有40家，涉及工業(yè)、民用和發(fā)電。當(dāng)前29頁(yè)，總共72頁(yè)。30西氣東輸管道工程干線管道的設(shè)計(jì)輸量120×108m3/a，設(shè)計(jì)壓力10MPa，管徑1016mm，壁厚14.6～26.2mm，材質(zhì)X70鋼。干線管道穿跨越長(zhǎng)江1次、黃河3次、淮河1次，其他大型河流8次，共需建設(shè)陸上隧道15條，修建伴行公路近1000km。管道干線共設(shè)工藝站場(chǎng)35座，線路截?cái)嚅y室138座。工程于2002年7月4日開(kāi)工，2003年底建成靖邊到上海段，先期輸送長(zhǎng)慶氣田天然氣，2005年上半年全線貫通，輸送新疆塔里木氣田天然氣。當(dāng)前30頁(yè)，總共72頁(yè)。31陜京二線陜京二線輸氣管道工程是我國(guó)繼西氣東輸管道工程后又一項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)工程。它是滿足北京對(duì)天然氣需求的日益增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)還首都一片藍(lán)天，迎2008綠色奧運(yùn)任務(wù)的重要舉措。同時(shí)也兼顧了沿途山西、河北對(duì)天然氣的需要及考慮山東和津唐地區(qū)的市場(chǎng)發(fā)展。陜京二線輸氣管道工程于2002年10月開(kāi)工，2005年７月建成投產(chǎn)。當(dāng)前31頁(yè)，總共72頁(yè)。32陜京二線陜京二線輸氣管道西起陜西省靖邊縣西氣東輸靖邊壓氣站，經(jīng)內(nèi)蒙鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)至陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)榆林壓氣站。在榆林站接入長(zhǎng)慶、長(zhǎng)北氣田及中石化來(lái)氣，并與陜京一線連通，整合成為陜京一、二線的樞紐站。此后，陜京二線自西向東途徑陜西、山西、河北三省，沿線依次設(shè)興縣清管站，嵐縣分輸站，陽(yáng)曲壓氣站，盂縣、鹿泉、正定分輸站，石家莊清管分輸站，安平分輸站，永清清管分輸站，直至北京大興縣采育末站。陜京二線輸氣管道全長(zhǎng)935.05km（其中靖邊－榆林段112.95km），管徑1016mm，設(shè)計(jì)壓力10MPa，設(shè)計(jì)輸量120×108m3/a。全線共設(shè)11座站場(chǎng)，43座線路閥室，其中預(yù)留分輸?shù)拈y室有5座。當(dāng)前32頁(yè)，總共72頁(yè)。33南海崖港海底管線我國(guó)建成的第一條大口徑、高壓長(zhǎng)、長(zhǎng)距離的海上輸氣管線，這就是南海崖13-1氣田至香港的輸氣管道線，這條管線由美國(guó)阿科公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建造，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，管徑711.2，長(zhǎng)度800多公里，年輸時(shí)34×108m3。已于1996年初投產(chǎn)。

當(dāng)前33頁(yè)，總共72頁(yè)。34液化天然氣(LNG)運(yùn)輸

在常壓下，當(dāng)溫度降至-163℃時(shí)，天然氣由氣體轉(zhuǎn)化為液體，即所謂LNG。LNG是一種無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)氣味、無(wú)口感的液體，其在-163℃下的密度約為425Kg/m3。LNG的最主要優(yōu)點(diǎn)是其體積縮小到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣態(tài)體積的1/600左右，所以在某些特定條件下，以LNG形式進(jìn)行天然氣遠(yuǎn)距離儲(chǔ)運(yùn)可能比氣態(tài)天然氣管道輸送更經(jīng)濟(jì)。

當(dāng)前34頁(yè)，總共72頁(yè)。35液化天然氣(LNG)運(yùn)輸

LNG供應(yīng)鏈包括天然氣液化、LNG儲(chǔ)存、LNG運(yùn)輸和裝卸、LNG再氣化等。

圖1-1.2LNG供應(yīng)鏈?zhǔn)疽鈭D當(dāng)前35頁(yè)，總共72頁(yè)。36液化天然氣(LNG)運(yùn)輸天然氣液化廠包括兩種類型：基本負(fù)荷型及調(diào)峰型。基本負(fù)荷型目的是將天然氣以液態(tài)形式運(yùn)輸?shù)较M(fèi)地，突出特點(diǎn)是全年連續(xù)運(yùn)行且產(chǎn)量較均衡。調(diào)峰型的目的是為天然氣供氣系統(tǒng)提供一種儲(chǔ)氣調(diào)峰方式。

LNG采用低溫、常壓儲(chǔ)存方式，儲(chǔ)存溫度在-163℃以下，壓力一般不超過(guò)0.03MPa。LNG儲(chǔ)罐包括地上金屬儲(chǔ)罐、地上金屬/混凝土儲(chǔ)罐、地下儲(chǔ)罐三類，大型LNG儲(chǔ)罐的日蒸發(fā)率一般在0.04%～0.1%之間。

當(dāng)前36頁(yè)，總共72頁(yè)。37液化天然氣(LNG)運(yùn)輸

LNG運(yùn)輸方式包括海運(yùn)、陸上運(yùn)輸。當(dāng)海底管道和陸上管道運(yùn)距分別超過(guò)1400Km和3800Km時(shí)，其輸送天然氣的成本將高于采用LNG船運(yùn)方式的綜合運(yùn)輸成本（包括天然氣液化、儲(chǔ)存、裝卸及再氣化的費(fèi)用）。目前，LNG海運(yùn)已經(jīng)在國(guó)際天然氣貿(mào)易中占有重要地位，而且運(yùn)距超過(guò)7000Km的天然氣運(yùn)輸幾乎都采用這種方式。2002年全球LNG貿(mào)易總量約為10180萬(wàn)噸，約占天然氣總貿(mào)易量的26%。海運(yùn)是LNG供應(yīng)鏈中的重要環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海運(yùn)費(fèi)用約占LNG供應(yīng)鏈總費(fèi)用的20%～55%。LNG接收站主要承擔(dān)LNG接收、儲(chǔ)存和再氣化。某些接收站還具有LNG轉(zhuǎn)運(yùn)功能，即通過(guò)專用小型船舶或槽車將LNG轉(zhuǎn)運(yùn)到LNG衛(wèi)星站。目前LNG接收站最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模300萬(wàn)噸LNG/年。

當(dāng)前37頁(yè)，總共72頁(yè)。38液化天然氣(LNG)運(yùn)輸

LNG內(nèi)陸運(yùn)輸包括槽車運(yùn)輸和內(nèi)河航運(yùn)，主要承擔(dān)由LNG接收站向LNG衛(wèi)星站（包括加氣站）轉(zhuǎn)運(yùn)的任務(wù)。河南綠能高科有限責(zé)任公司根據(jù)我國(guó)國(guó)情實(shí)施了一種新的LNG供氣方式。該公司在中原油田建設(shè)了一個(gè)日液化能力為15×104Nm3天然氣的小型基本負(fù)荷型液化廠，其生產(chǎn)的LNG通過(guò)專用汽車槽車運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)各地的多個(gè)LNG衛(wèi)星站。新疆廣匯實(shí)業(yè)股份有限公司于2002年開(kāi)始建設(shè)一個(gè)日液化能力為150×104Nm3的基本負(fù)荷型天然氣液化廠，于2003年底已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行。該公司采用專用集裝箱裝運(yùn)LNG，其運(yùn)輸工具也可以是汽車或火車。

當(dāng)前38頁(yè)，總共72頁(yè)。39液化天然氣(LNG)運(yùn)輸從目前情況看，LNG內(nèi)陸運(yùn)輸在我國(guó)有較大的市場(chǎng)空間，它可以對(duì)長(zhǎng)距離輸氣管道起到拾遺補(bǔ)缺的作用。隨著幾個(gè)進(jìn)口LNG接收站、國(guó)內(nèi)新的基本負(fù)荷型液化廠建成投產(chǎn)以及市場(chǎng)范圍的擴(kuò)大，預(yù)計(jì)我國(guó)的LNG內(nèi)陸運(yùn)輸將會(huì)獲得較快的發(fā)展，而且可能從目前單一的汽車運(yùn)輸發(fā)展到汽車、火車、內(nèi)河航運(yùn)并舉的局面。

LNG再氣化就是將液化天然氣重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)以便向用戶供氣。再氣化過(guò)程是在專用蒸發(fā)器中進(jìn)行的，它分為開(kāi)式管架蒸發(fā)器（ORV）、淹沒(méi)燃燒式蒸發(fā)器（SCV）和空溫式蒸發(fā)器。再氣化后的氣態(tài)天然氣向用戶提供，若距離較長(zhǎng)，同樣需要修建輸氣管道。其輸氣工藝和所用的設(shè)備與常規(guī)天然氣輸氣管道雷同。

當(dāng)前39頁(yè)，總共72頁(yè)。40輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響1.直徑對(duì)流量的影響當(dāng)輸氣管道的其它條件相同，

Q1/Q2=(D1/D2)2.5上式說(shuō)明輸氣管道的通過(guò)能力與管徑的2.5次方成正比。若直徑增大一倍D2=2D1，則

Q2=22.5Q1

=5.66Q1流量是原來(lái)的5.66倍。由此可見(jiàn)，加大直徑是增加輸氣管流量的好辦法。也是輸氣管向大口徑發(fā)展的主要原因。當(dāng)前40頁(yè)，總共72頁(yè)。41輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響2.長(zhǎng)度對(duì)流量的影響當(dāng)其它條件相同時(shí)

Q1/Q2=(L2/L1)0.5即輸氣量與長(zhǎng)度的0.5次方成反比。若站間距縮小一半，例如在兩個(gè)壓氣站之間增設(shè)一個(gè)壓氣站,L2=1/2L1,則流量Q2=20.5

Q1 =1.41Q1即倍增壓氣站，輸氣量只能增加41％。當(dāng)前41頁(yè)，總共72頁(yè)。42輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響3.輸氣溫度對(duì)流量的影響Q1/Q2=(T2/T1)0.5流量與輸氣的絕對(duì)溫度的0.5次方成反比。輸氣溫度越低，輸氣能力越大。目前，國(guó)外已提出在-70℃左右輸氣的設(shè)想，認(rèn)為在解決低溫管材的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)上是可行的。

溫度從50℃降低至-70℃，流量增加59％。

當(dāng)前42頁(yè)，總共72頁(yè)。43輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響4.起、終點(diǎn)壓力對(duì)流量的影響輸氣量與起、始?jí)毫Φ钠椒讲畹?.5次方成正比,改變起、終點(diǎn)壓力都能影響流量，但提高起點(diǎn)壓力對(duì)流量增大的影響大于降低終點(diǎn)壓力的影響。提高起點(diǎn)壓力比降低終點(diǎn)有利。

如果壓力差?P不變，同時(shí)提高起、終壓力，也能增大輸氣量，更進(jìn)一步說(shuō)明高壓輸氣比低壓輸氣有利。因?yàn)楦邏合?，氣體的密度大，流速低，摩阻損失就小。當(dāng)前43頁(yè)，總共72頁(yè)。44輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響５．管壁粗糙度對(duì)輸量的影響輸氣管加上了內(nèi)壁涂層后，不但減少了內(nèi)腐蝕，更主要的是使粗糙度下降了很多，在同樣的條件下使輸氣管輸氣量增加5～8％，有的甚至達(dá)10％。內(nèi)壁涂層的費(fèi)用一般只占鋼管費(fèi)用的2～3％，只要輸氣量能提高1％，就能很快地收回其投資。當(dāng)前44頁(yè)，總共72頁(yè)。45輸氣管道的壓力分布沿線壓力分布設(shè)輸氣管道AB，長(zhǎng)為L(zhǎng)，起、終點(diǎn)壓力為PQ

和PZ

，其上一點(diǎn)M,壓力為Px

,AM段長(zhǎng)為x,則

Px=［PQ２

－（PQ２－

PZ２）x／L］0.5上二式說(shuō)明輸氣管道的壓力平方p2和x的關(guān)系為一直線，壓力P與x的關(guān)系為拋物線。當(dāng)前45頁(yè)，總共72頁(yè)。46輸氣管道壓力分布輸氣管道壓降曲線當(dāng)前46頁(yè)，總共72頁(yè)。47輸氣管道的壓力分布由圖看出，靠近起點(diǎn)壓力降落比較慢，距起點(diǎn)越遠(yuǎn)，壓力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，壓力損失約占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因?yàn)殡S著壓力下降，流速增大，單位長(zhǎng)度的摩阻損失也增加。這也說(shuō)明高壓輸氣節(jié)省能量，經(jīng)濟(jì)性好。當(dāng)前47頁(yè)，總共72頁(yè)。48輸氣管道的壓力分布平均壓力輸氣管道停止輸氣時(shí)，管內(nèi)壓力并不象輸油管那樣立刻消失。而是高壓段的氣體逐漸流向低壓端，起點(diǎn)壓力PQ逐漸下降，終點(diǎn)壓力PZ逐漸上升，最后全線達(dá)到某一壓力值，即平均壓力。這就是輸氣管道的壓力平衡現(xiàn)象。Ppj=2/3[PQ+PZ2/(PQ+PZ)]當(dāng)前48頁(yè)，總共72頁(yè)。49水合物水合物及其形成條件水合物又稱水化物，是天然氣中某些組分與水分在一定溫度、壓力條件下形成的白色晶體，外觀類似密致的冰雪，密度為0.88～0.90g／cm3。形成水合物的條件：

必要條件：氣體處于水汽的飽和或過(guò)飽和狀態(tài)并存在游離水；有足夠高的壓力和足夠低的溫度。輔助條件如壓力的脈動(dòng)，氣體的高速流動(dòng)，流向突變產(chǎn)生的攪動(dòng)、彎頭、孔板、閥門、粗糙的管壁等。當(dāng)前49頁(yè)，總共72頁(yè)。50水合物由于水合物是一晶狀固體物質(zhì)，天然氣中一旦形成水合物，極易在閥門、分離器入口、管線彎頭及三通等處形成堵塞，嚴(yán)重時(shí)影響天然氣的收集和輸送，因此必須采取措施防止水合生成。當(dāng)前50頁(yè)，總共72頁(yè)。51水合物防止水合物形成的方法防止水合物的形成不外乎破壞水合物形成的溫度、壓力、和水分條件，使水合物失去存在的可能。這類方法很多，主要有：（1）加熱

給氣體或輸氣管道上可能形成水合物的地段加熱，使氣體溫度高于水合物形成的溫度。該法在干線輸氣管道上是不宜采用的，因?yàn)樗鼤?huì)降低管道的輸氣能力。在礦場(chǎng)集氣站或城市配氣站中，壓降主要消耗在節(jié)流上，節(jié)流前后，溫度下降很多，加熱就成了這些地方防止水合物形成的主要方法。當(dāng)前51頁(yè)，總共72頁(yè)。52水合物（2）降壓壓力降低而溫度不降，也可使水合物不致形成。很明顯，這個(gè)方法主要用于暫時(shí)解除某些管線上形成的冰堵。此時(shí)，將氣體放空，壓力急劇下降，已形成的水合物將會(huì)分解。干線輸氣管道的最低溫度可能接近0℃，而相應(yīng)的水合物形成壓力范圍在1.0～1.5MPA，但輸氣管道上最優(yōu)輸送壓力在5.0～7.0MPA，使用降壓的方法是無(wú)效的。（3）添加抑制劑在被水飽和的天然氣中加入抑制劑，吸收部分水蒸氣，并將其轉(zhuǎn)移至抑制劑的水溶液中。天然氣中水蒸氣分壓低于水合物的蒸氣壓后，就不會(huì)形成水合物。經(jīng)常采用的水合物抑制劑（又稱防凍劑）有甲醇、乙二醇、二甘醇、和三甘醇等，也有用氯化鈣的。當(dāng)前52頁(yè)，總共72頁(yè)。53水合物（4）干燥脫水氣體在長(zhǎng)距離輸送前脫水是防止水合物形成最徹底、最有效的方法，應(yīng)用也最多。脫水后氣體的露點(diǎn)應(yīng)低于輸氣溫度5～10℃，使氣體在輸送的壓力、溫度條件下，相對(duì)濕度保持在60～70％即可。當(dāng)前53頁(yè)，總共72頁(yè)。54清管工藝輸氣管道的輸送效率和使用壽命很大程度上取決于管道內(nèi)壁和內(nèi)部的清潔狀況。對(duì)氣質(zhì)和管道有害的物質(zhì)：如凝析油、水、硫分、機(jī)械雜質(zhì)等，進(jìn)入輸氣管道后引起管道內(nèi)壁腐蝕，增大管壁粗糙度，大量水和腐蝕產(chǎn)物的聚積還會(huì)局部堵塞和縮小管道的流通截面。在施工過(guò)程中大氣環(huán)境也會(huì)使無(wú)涂層的管道生銹，并難免有一些焊渣、泥土、石塊等有害物品遺落在管道內(nèi)。管線水試壓后，單純利用管線高差開(kāi)口排水很難排盡。當(dāng)前54頁(yè)，總共72頁(yè)。55清管工藝為解決以上問(wèn)題，進(jìn)行管道內(nèi)部和內(nèi)壁的清掃是十分必要的，因此清管工藝一直是管道施工和生產(chǎn)管理的重要工藝措施。清管的目的概括起來(lái)有以下四方面：（1）清除管內(nèi)積液和雜物（粉塵），減少摩阻損失，提高管道的輸送效率；（2）避免低洼處積水（因水的來(lái)回波動(dòng)不僅因存在電解液加快電化學(xué)腐蝕，而且產(chǎn)生機(jī)械沖刷，使管壁減薄，造成腐蝕破裂）；（3）掃除管壁的沉積物、腐蝕產(chǎn)物，使其不存在附加的腐蝕電極，減少垢下腐蝕；當(dāng)前55頁(yè)，總共72頁(yè)。56清管工藝（4）進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)等許多新的用途。①定徑：與清管器探測(cè)定位儀器配合，查出大于設(shè)計(jì)、施工或生產(chǎn)規(guī)定的管徑偏差；②測(cè)徑、測(cè)厚和檢漏：與測(cè)量?jī)x器構(gòu)成一體或作為這些儀器的牽引工具，通過(guò)管道內(nèi)部，檢測(cè)和記錄管道的情況；③灌注和輸送試壓水：往管道灌注試壓水時(shí)，為避免在管道高點(diǎn)留下氣泡，影響試驗(yàn)壓力的穩(wěn)定，在水柱前面發(fā)送一個(gè)清管器就可以把管內(nèi)空氣排除干凈；當(dāng)前56頁(yè)，總共72頁(yè)。57清管工藝④分隔管內(nèi)介質(zhì)：用天然氣置換管內(nèi)空氣、試壓水或用空氣置換管內(nèi)天然氣時(shí)，用清管器分隔兩種介質(zhì)，可防止形成爆炸性混合物，減少可燃?xì)怏w的排放損失，提高工作效率；⑤涂敷管道內(nèi)壁緩蝕劑和環(huán)氧樹(shù)脂涂層：液體緩蝕劑可用一個(gè)清管器推頂或用兩個(gè)清管器夾帶，在沿線運(yùn)行過(guò)程中涂上管道內(nèi)壁。環(huán)氧樹(shù)脂的內(nèi)涂施工比較復(fù)雜，其中包括：管道內(nèi)壁的清洗、化學(xué)處理、環(huán)氧樹(shù)脂涂敷和涂敷質(zhì)量的控制和檢查等內(nèi)容，這些工序都是利用專門的清管器實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前57頁(yè)，總共72頁(yè)。58清管器的分類與特性任何清管器都要求具有可靠的通過(guò)性能（通過(guò)彎頭、三通和管道變形的能力），足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的清管效果。清管球皮碗清管器泡沫塑料清管器智能清管器當(dāng)前58頁(yè)，總共72頁(yè)。59清管球1.概述清管球是用耐磨的橡膠制成的圓球，中空（DN>100mm），壁厚為30～50mm，球上有1個(gè)可以密封的注水排氣孔。注水孔有加壓用的單向閥，用以控制打入球內(nèi)的水量，調(diào)節(jié)清管球直徑對(duì)管道內(nèi)徑的過(guò)盈量。當(dāng)前59頁(yè)，總共72頁(yè)。60清管球2.工作原理清管球的制造過(guò)盈量為2％～5％，其工作原理是利用氣體壓力將清管球從被清掃管道的始端推向末端。由于清管球比管內(nèi)徑大4％～5％，在管內(nèi)處于卡緊密封狀態(tài)，當(dāng)壓縮空氣推動(dòng)清管球在管道中前進(jìn)時(shí)，便將管道內(nèi)的各種雜物清掃出來(lái)。清管球不能定向攜帶檢測(cè)儀器，也不能作為它們的牽引工具。當(dāng)前60頁(yè)，總共72頁(yè)。613.密封條件