天然氣儲運技術(shù)的新動態(tài)與發(fā)展趨勢

隨著世界天然氣需求的增加，世界天然氣長距離管道的建設(shè)和發(fā)展迅速，天然氣運輸水平顯著提高。為了提高我國天然氣儲運技術(shù)的整體水平,實施低成本可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,了解國內(nèi)外天然氣儲運技術(shù)的發(fā)展動態(tài)十分必要。一、天然氣儲存項目水平1、采用先進的地質(zhì)測量技術(shù)管道選線的原則是將線路最短、投資最低的線路作為最佳路線。目前,國外選線一般都是利用衛(wèi)星圖片、航行圖紙及遙感測量所獲得的資料作為研究線路的依據(jù),并規(guī)定選定的線路長度不得超過航空距離的12%。美國和蘇聯(lián)在線路勘察設(shè)計技術(shù)方面比較先進。美國阿拉斯加輸氣管道的線路勘測,采用先進的攝影技術(shù),從U-2飛機和NASA的CV990飛機上拍攝地面情況,使用了一種高分辨率的脈沖凝聚雷達儀、美國空軍衛(wèi)星定位系統(tǒng)和T14100全球?qū)Ш絻x。蘇聯(lián)主要采用航空測繪技術(shù),并開發(fā)了相應(yīng)的軟件程序,對航測數(shù)據(jù)進行計算機自動化處理,建立了勘測自動化系統(tǒng),獲得了顯著的經(jīng)濟效果。我國西氣東輸管道選線和定線過程中采用了衛(wèi)星遙感技術(shù)(RS),以地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)為平臺,直接從最新的遙感影像圖上進行線路選擇,然后再將選定的坐標用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)進行現(xiàn)場定位,線路長度由最初可研階段的4167km縮短為3900km,節(jié)約投資約27×108元。2、計算機出圖率計算方法CAD制圖技術(shù)在輸氣管道設(shè)計中已得到普遍采用,所有設(shè)計計算均由計算機來完成,計算機出圖率已達到或接近100%,比傳統(tǒng)方法大約快9倍。CAD的制圖技術(shù)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)得到飛速的發(fā)展,設(shè)計質(zhì)量和效率得到不斷的提高。3、輸氣管道模擬方法計算機模擬技術(shù)是現(xiàn)代輸氣管道設(shè)計的重要手段,設(shè)計人員通過CAD系統(tǒng)中配置的輸氣管道模擬軟件,可以迅速而全面地模擬管道系統(tǒng)在正常工況和事故工況下的運行情況,從而作出可行而合理的設(shè)計方案。目前國外開發(fā)出多種商業(yè)化輸氣管道模擬軟件,如Gregg、Stoner、SIMONE和LIC等軟件。這些模擬軟件用于輸氣管道的設(shè)計和運營管理編輯:劉春陽中,既可以對現(xiàn)有管道系統(tǒng)進行模擬,又可以通過模擬找出現(xiàn)有系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),從而為系統(tǒng)擴建或改造提供依據(jù)。4、儲氣庫調(diào)峰技術(shù)主要內(nèi)容輸氣管道的優(yōu)化設(shè)計主要包括管徑、壁厚、管材、輸氣壓力、壓氣站布置與壓縮機組的配置、儲氣庫位置、類別和容量以及各種情況下的調(diào)峰方案等內(nèi)容。世界上目前的儲運技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計軟件有很多種,但是尚未開發(fā)出輸氣管道優(yōu)化設(shè)計專用軟件,而主要依靠多方案對比和局部優(yōu)化相結(jié)合的方法選取最優(yōu)方案。5、模塊化設(shè)計程度目前的壓氣站和氣田集輸站場普遍采用模塊化設(shè)計,大大減少了設(shè)計工作量。20世紀90年代初,蘇聯(lián)壓氣站模塊化設(shè)計程度大多已達到100%。與模塊化設(shè)計相配套的一項技術(shù)稱為模型技術(shù),它通過制作比例精確的縮尺模型來確定總圖布置、模塊組裝及管道安裝的具體方案。二、管道天然氣輸送技術(shù)1、天然氣長距離輸送的發(fā)展動態(tài)(1)輸氣管道的國外分布加大管徑和提高壓力既可以提高管道的輸送能力,又可以節(jié)約投資和降低鋼材消耗。輸氣管道的直徑在1000mm及其以上的管道屬于大口徑管道。目前國際上長輸管道最大直徑為蘇聯(lián)至歐洲的1420mm輸氣干線,著名的阿意輸氣管道直徑為1220mm,我國的西氣東輸管道直徑為1016mm,也進入了近年來世界性的大口徑輸氣管道行列。高壓輸送是當前輸氣管道技術(shù)發(fā)展的趨勢。管道采用的最高輸氣壓力,在一定程度上反映了一個國家輸氣管道的整體技術(shù)水平。目前歐洲和北美天然氣管道的設(shè)計壓力普遍在10MPa以上。加拿大至美國的ALLAINCE輸氣管道設(shè)計壓力為12MPa,是目前壓力最高的陸上長距離輸氣管道。我國的西氣東輸管道采用10MPa的輸氣壓力,達到了當代世界先進水平。(2)美國貫美國的輸氣管道系統(tǒng)采用超長管道輸送天然氣被認為是最為經(jīng)濟的方法。20多年來,歐美各國投入大量資金建設(shè)了一大批長距離、大口徑的輸氣管道。美國為了開發(fā)阿拉斯加的天然氣資源,于1980～1986年建成了美國橫貫阿拉斯加輸氣管道系統(tǒng),該系統(tǒng)貫穿阿拉斯加和加拿大境內(nèi),向美國本土的48個州輸氣,管道總長為7763km。我國最長的西氣東輸天然氣管道,總長近4000km,是目前世界上最長的輸氣管道之一。(3)管道鋼和鋼管生產(chǎn)技術(shù)已趨成熟目前,世界上干線輸氣管道均采用高強度合金鋼,以達到減少鋼材耗量,降低工程造價的目的。加拿大的統(tǒng)計分析表明,每提高一個鋼級可減少建設(shè)成本7%。國外輸氣管道普遍采用X70管道鋼,少數(shù)采用了X80管道鋼。某些公司正在研制X100及更高等級的管道鋼。國內(nèi)X70級管道鋼和鋼管生產(chǎn)技術(shù)已趨成熟。西氣東輸管道完全采用國產(chǎn)X70級管道鋼,不僅填補了我國高強度大口徑螺旋埋弧焊鋼管和大口徑埋弧焊鋼管制造技術(shù)的空白,而且也標志著西氣東輸管道工程的高強度大口徑鋼管國產(chǎn)化目標的實現(xiàn)。(4)減少設(shè)備磨損和清管次數(shù)技術(shù)天然氣管道的內(nèi)涂減阻技術(shù)是一項經(jīng)濟效益顯著的高新技術(shù),國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用。輸氣管道采用內(nèi)涂技術(shù)后一般能提高輸氣量6%～10%,同時還可以有效地減少設(shè)備磨損和清管次數(shù),延長管道的使用壽命。我國西氣東輸管道工程則是首次全線采用這項技術(shù),降低了工程投資。西氣東輸管道工程采用內(nèi)涂技術(shù)后,減少了3座壓氣站,增加輸氣量近20×108m3/a,減少投資近10×108元,而且每年可以節(jié)約大量的運行費用。2、回?zé)崧?lián)合系統(tǒng)近年來,國外在輸氣增壓方面廣泛采用了回?zé)嵫h(huán)及聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)工藝,提高了燃氣透平的熱效率。例如,阿意輸氣管道Messina壓氣站的燃氣機組,采用回?zé)崧?lián)合循環(huán)系統(tǒng)后,每臺燃氣輪機的綜合熱效率由原來的36.5%上升到47.5%。此外,國外還廣泛采用離心式壓縮機的機械干密封與磁性軸承技術(shù)和故障診斷技術(shù),有效地延長了軸承的使用壽命,降低了壓縮機的運行成本,提高了機組的可靠性和完整性。3、scad系統(tǒng)和系統(tǒng)現(xiàn)代輸氣管道自動化管理多采用SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))。這是一種技術(shù)先進的自動化系統(tǒng),也是國外長距離油氣管道普遍采用的自控技術(shù)。ALLIANCE管道采用SCADA系統(tǒng),通過設(shè)在總部的計算機系統(tǒng),由主控室對約2988km的干線、698km的支線壓氣站及其它64座站場和90座干線截斷閥室等進行實時監(jiān)控和管理,全線只需很少的操作管理人員。西氣東輸管道采用先進的SCADA系統(tǒng)進行全線數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控和系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化,實現(xiàn)管道泄漏檢測與定位和全線運行調(diào)度管理。沿線各站場可無人操作或無人值守,實現(xiàn)控制中心遠控、站控自動和手動控制、設(shè)備和子系統(tǒng)就地控制等三級控制,并獨立設(shè)置有各站場緊急停車系統(tǒng)、可燃氣體檢測及火災(zāi)報警系統(tǒng)。這套系統(tǒng)將使西氣東輸管道的運行管理達到當今世界的先進水平。4、天然氣管道泄漏檢測技術(shù)(1)壓力點分析法國內(nèi)外很多油氣管道的泄漏檢測一般采用人工檢測方法。一些先進的油氣長輸管道安裝了在線泄漏檢測系統(tǒng)(多數(shù)基于瞬變流模型法、壓力點分析法而建立),但由于受多種因素的限制,不能同時滿足檢測泄漏靈敏度、定位準確度和即時報警等多項技術(shù)要求。分布式光纖傳感器系統(tǒng)是基于Sagnac光纖干涉儀的原理研制的,具有測量準確度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、可實現(xiàn)遠距離分布式傳感的優(yōu)點,而且體積小,易于安裝,是目前國內(nèi)外新興的一項技術(shù),可用于城市中高壓天然氣管道的泄漏檢測系統(tǒng)。(2)氣體泄漏實測美國天然氣研究所(GRI)正在進行以激光為基礎(chǔ)的遙感檢漏(系統(tǒng))技術(shù)研究,旨在利用紅外光譜(IR)吸收甲烷的特性來探測天然氣的泄漏。該遙感系統(tǒng)由紅外光譜接收器和車載式檢測器組成,能在遠距離對氣體泄漏形成的熱柱進行大面積快速掃描。現(xiàn)場試驗表明,檢漏效率較以前提高50%以上,而且費用大幅度下降。加拿大、美國、俄羅斯等國家還在直升飛機上安裝了紅外或激光遙感探測器進行氣體泄漏檢測,大大縮短了巡檢周期,擴大了檢測范圍。(3)泄漏的監(jiān)測和分析殼牌公司研發(fā)的ATMOSPipe管道泄漏檢測系統(tǒng)利用模式識別技術(shù),根據(jù)管道進、出口的流量和壓力,使用優(yōu)化序列分析法(SPRT),連續(xù)計算泄漏的統(tǒng)計概率。當檢測到泄漏時,該系統(tǒng)就自動計算出泄漏的位置和泄漏量。該系統(tǒng)已廣泛用于世界各地的原油、成品油和天然氣管道,是目前世界上公認的最優(yōu)秀的自動泄漏檢測系統(tǒng)。(4)智能型管道缺陷檢測技術(shù)天然氣管道的內(nèi)檢測技術(shù)是將各種無損檢測(NDT)設(shè)備加載到清管器(PIG)上,將原來用于清掃的非智能PIG改為有信息采集、處理、存儲等功能的智能型管道缺陷檢測器,通過清管器在管道內(nèi)的運行,達到連續(xù)檢測管道缺陷的目的。早在1965年,美國Tuboscopc公司就已將漏磁(MFL)無損檢測技術(shù)成功地應(yīng)用于油氣長輸管道的內(nèi)檢測。目前已有多種儀器和設(shè)備,有用于檢測管道凹坑、橢圓度和內(nèi)徑等幾何變形的測徑儀,有用于檢測管道微小泄漏的泄漏檢測儀,也有用于對因腐蝕產(chǎn)生體積缺陷的漏磁檢測器和用于裂紋類平面型缺陷的渦流檢測儀、超聲波檢測儀以及以彈性剪切波為基礎(chǔ)的裂紋檢測設(shè)備等。5、天然氣的測量技術(shù)(1)損失、無運動部件氣體超聲波流量計具有精度高、量程范圍寬、無壓力損失、無運動部件又可雙向測量等優(yōu)點,適用于大口徑管道。我國西氣東輸管道工程中已經(jīng)應(yīng)用了這種流量計,這在國內(nèi)大口徑輸氣管道計量系統(tǒng)中尚無先例。(2)天然氣計量儀表新熱點該儀表由U形探頭和傳感器組成,通過探測振動管上承受的科式力來計算質(zhì)量流量,是繼超聲波流量計之后天然氣計量儀表發(fā)展的一個新熱點,適用于計量未凈化氣或濕氣、乙烯和二氧化碳等特殊氣體,特別適用于缺乏安裝直管段空間、天然氣組分或密度發(fā)生變化、貿(mào)易交接計量或工藝控制等場合?？剖腺|(zhì)量流量計將成為汽車加氣站的主要計量儀表,目前全世界已有2萬多臺用于氣體計量。(3)天然氣熱值的測量技術(shù)近年來,熱值計量技術(shù)已在西歐和北美普遍應(yīng)用,是當今天然氣計量技術(shù)的一個發(fā)展方向。天然氣熱值的直接測量技術(shù)發(fā)展較快,特別是在自動化、連續(xù)性、精確度等方面有了很大提高。日本生產(chǎn)的一種在線式熱值自動測試儀,熱工結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)了自動連續(xù)測量,響應(yīng)速度快,測量精度高,低熱值時精度為±1.5%,高熱值時為±1.0%。(4)超聲波流量計使用能量計美國天然氣研究院西南研究所研制出了SWRI新型色譜儀,是將氣壓、溫度、聲速和流量以及CO2濃度、氮氣濃度等數(shù)據(jù)輸入計算機進行修正來實時計算能量。當與超聲波流量計一起使用時,所測能量值與常規(guī)氣體色譜儀僅差37.2×106J/m3。美國AmetekInc.公司正進行AmetekGEC天然氣能量計的商業(yè)開發(fā)。該能量計的工作原理是通過使天然氣采樣與介質(zhì)氣反應(yīng)后測量反應(yīng)中散發(fā)的熱量,可為大流量用戶低成本實時地提供熱值。經(jīng)過樣機試驗和多家公司嚴格的現(xiàn)場測試,顯示計量結(jié)果的平均可重復(fù)性小于1.1×106J。該能量計還可以儲存大量數(shù)據(jù),通過通信系統(tǒng)連接到異地數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),無需現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)。6、bio-sr微生物脫硫微生物脫硫技術(shù)是近年來受到國內(nèi)外重視的天然氣凈化新技術(shù)。生物脫硫的概念產(chǎn)生于20世紀50年代,由Leathan等人首先將分離得到的氧化亞鐵硫桿菌(簡稱T.F菌)應(yīng)用于煤炭脫硫,近幾年開始用于天然氣脫硫。日本鋼管公司京濱制作所于1984年研制出了第一套適用于酸性條件下的Bio-SR微生物脫硫工藝,應(yīng)用于鋇化學(xué)試劑廠的排放氣脫硫。它利用T.F菌的間接氧化作用,用硫酸鐵脫除硫化氫,再用T.F菌將亞鐵氧化為三價鐵。其脫硫原理如下:H2S+Fe2(SO4)3→S?↓+2FeSO4+H2SO4Η2S+Fe2(SΟ4)3→S↓+2FeSΟ4+Η2SΟ42FeSO4+H2SO4+12O2→細菌Fe2(SO4)3+H2O2FeSΟ4+Η2SΟ4+12Ο2→細菌Fe2(SΟ4)3+Η2Ο荷蘭Paques公司和Shell公司聯(lián)合開發(fā)了Shell-Paques工藝,它采用脫氮硫桿菌在堿性條件下脫除硫化氫。三、基于ang的儲氣工藝流程天然氣的地下儲氣庫儲存方式目前已得到國際上的普遍認同。國外管道公司非常重視大型儲氣庫最少化技術(shù)的研究,目前,正在研究應(yīng)用一種低揮發(fā)性且廉價的氣體作為“工作氣體”來充當儲氣巖洞中的緩沖氣墊。天然氣的吸附儲存(ANG)是一種新的儲氣方式,將超級活性炭作為吸附劑,用特殊的方法裝填在儲罐中,在一定的儲存壓力(3～4MPa)下使吸附天然氣達到與壓縮天然氣相接近的存儲容量。此項技術(shù)對充分利用邊遠油氣田的天然氣和進行車用天然氣的存儲具有一定的意義。天然氣水合物(NGH)儲存技術(shù)也是近幾年國外研究的熱點之一。天然氣水合物是一種高能量、高密度的能源,在2～6MPa,0～20℃的條件下制備,在常壓和-15℃以上穩(wěn)定儲存,加熱或降壓可以實現(xiàn)天然氣水合物的分解。單位體積的天然氣水合物可以儲存164倍自身體積的天然氣。NGH儲存技術(shù)對于小型氣田、零散氣田、邊遠氣田和海底天然氣的儲運具有很高的經(jīng)濟性,還可以作為一種調(diào)峰的手段。四、天然氣凈化新工藝和新理念模隨著科學(xué)技術(shù)的進步,天然氣儲運技術(shù)在各個方面都有很大的發(fā)展,新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn),其發(fā)展趨勢將在以下5個方面得到體現(xiàn)。(1)天然氣管道將呈現(xiàn)出長距離、大口徑、高壓力、大壓比、全自動、長壽命、輸氣干線網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。天然氣管道的減阻內(nèi)涂技術(shù)也將在大型的長輸管道上得到大規(guī)模應(yīng)用。(2)天然氣計量必然從體積式計量轉(zhuǎn)向能量計量,計量儀表選型從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展,并逐步向在線、實時、智能、實流檢定發(fā)展,同時依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)遠程化通訊、控制和管理。(3)天然氣凈化新工藝及其配套溶劑和催化劑開發(fā)的理論和模型化研究將得到加強,同時還將加強高含H2S的天然氣、高含CO2的天然氣、高含N2的天然氣凈化工藝技術(shù)及微生物凈化的研究。(4)天然氣水合物(NGH)儲存技術(shù)有可能成為常用的氣體儲存