狄國(guó)佳

二氧化碳的管輸工藝研究

狄國(guó)佳

（甘肅省白銀市靖遠(yuǎn)縣蘭州理工大學(xué)，甘肅白銀 730605）

目前，CO2的管道輸送技術(shù)迅猛發(fā)展，相關(guān)問(wèn)題逐漸引起人們的廣泛關(guān)注。工程上常用的CO2管輸方式有氣態(tài)、密相和超臨界輸送三種，在工程實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合研究后確定CO2的管輸方式。概述了CO2管輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀，并從多方面比較了CO2氣態(tài)輸送、密相輸送和超臨界輸送的區(qū)別與聯(lián)系，同時(shí)分析了入口溫度、環(huán)境溫度對(duì)CO2管輸?shù)挠绊懀瑢?duì)CO2管輸實(shí)踐過(guò)程具有一定的指導(dǎo)意義。

CO2；減排；管輸方式；影響因素

由于人為因素造成的CO2大量排放是引起全球氣候變暖的關(guān)鍵因素，減少CO2的排放已經(jīng)成為全球各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。2009年我國(guó)CO2排放量居世界第一位，與此同時(shí)，中國(guó)政府也鄭重承諾在未來(lái)將大幅度降低單位GDP的CO2排放量，因此，我國(guó)正面臨著巨大的CO2減排壓力。

化石能源的清潔高效利用是降低CO2排放量的根本辦法，但是，出于其成本高、技術(shù)不成熟等方面的考慮，CCUS（CO2的捕集、封存和利用）技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的最佳選擇。一方面，CCUS技術(shù)可以大大減少CO2的排放，改善生態(tài)環(huán)境；另一方面，還能提高油氣田采收率，實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用。其中，CO2的管輸是CCUS技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)之一，對(duì)CO2的管輸工藝進(jìn)行研究有助于提高整體的經(jīng)濟(jì)效益。

1　CO2管輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代CO2管道就已經(jīng)在驅(qū)油工業(yè)中應(yīng)用于提高油田采收率，美國(guó)在這方面已有超過(guò)30a的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于輸量大、中等距離（小于1 000km）的情況，采用管道輸送是運(yùn)輸CO2最經(jīng)濟(jì)安全的方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上約有3 400km的CO2管道，其中位于美國(guó)的CO2管道總長(zhǎng)度超過(guò)2 700km。我國(guó)的CO2管輸技術(shù)起步較晚，目前仍舊沒(méi)有一條成熟的長(zhǎng)距離CO2輸送管道，僅個(gè)別油田建設(shè)了幾條CO2管道。如大慶油田建成長(zhǎng)達(dá)6.5km的CO2輸送管道，用于將CO2低壓輸送至封存場(chǎng)點(diǎn)；吉林油田、江蘇油田采用氣態(tài)或液態(tài)輸送方式將CO2輸送至井場(chǎng)，用于提高油氣田采收率。

2　CO2的管輸工藝

CO2的管輸可采取3種輸送方法，分別是管道輸送、槽車(chē)輸送和輪船輸送。對(duì)于長(zhǎng)距離、大容量的輸送任務(wù)常采用管道輸送（最經(jīng)濟(jì)的CO2輸送方法）。CO2管輸系統(tǒng)與常規(guī)油氣制品輸送系統(tǒng)類(lèi)似，由管道、中間加壓站及其它輔助設(shè)備三大部分組成。常用的CO2管輸方式有氣態(tài)、密相以及超臨界。氣態(tài)輸送是指CO2在管輸過(guò)程中始終保持氣相狀態(tài)，通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)CO2氣體進(jìn)行增壓時(shí)切忌壓力過(guò)高，以免CO2進(jìn)入超臨界態(tài)；密相輸送是指以CO2作為載氣，保證顆粒在輸送管道中的密集程度（固氣比大于25）的輸送過(guò)程；超臨界輸送是指在管輸過(guò)程中CO2的溫度超過(guò)其臨界溫度、壓力高于其臨界壓力，保持超臨界狀態(tài)，沿程通過(guò)壓縮機(jī)、保溫層維持CO2的超臨界稠密狀態(tài)。

從經(jīng)濟(jì)層面看，3種CO2管輸方式的投資成本由低到高依次是密相輸送、超臨界輸送、氣態(tài)輸送。主要原因有兩點(diǎn)：（1）CO2在密相輸送和超臨界輸送時(shí)的最佳流態(tài)處于水力光滑區(qū)，而在氣態(tài)輸送時(shí)最佳流態(tài)處于水力粗糙區(qū)，密相輸送和超臨界輸送相較氣態(tài)輸送時(shí)的水力摩阻損失更?。唬?）CO2超臨界輸送的設(shè)計(jì)壓力略高于CO2密相輸送的設(shè)計(jì)壓力，造成超臨界輸送投入成本增加。理論上超臨界輸送從經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于氣態(tài)輸送，同時(shí)，采用超臨界方式輸送的CO2可直接注入地層以及廢棄的油氣田，從技術(shù)上講優(yōu)于氣態(tài)輸送和密相輸送。但是，實(shí)踐過(guò)程中具體采用哪種輸送方式最經(jīng)濟(jì)，應(yīng)根據(jù)CO2氣源、注入場(chǎng)點(diǎn)實(shí)際情況比選而定。

通常管道的安全性主要從泄漏與事故破壞2方面考慮。從泄漏層面看，密相輸送的泄漏總量遠(yuǎn)高于氣態(tài)輸送；從事故破壞層面看，密相輸送的危險(xiǎn)性及影響范圍高于氣態(tài)輸送，主要是因?yàn)槊芟噍斔蜁r(shí)的管道運(yùn)行壓力高于氣態(tài)輸送，管道運(yùn)行壓力越高，其產(chǎn)生爆破時(shí)的超壓能量越大，對(duì)周?chē)牡匚?、地貌的破壞作用也就越大?/p>

3　CO2管輸?shù)挠绊懸蛩?/h2>

3.1入口溫度

入口溫度通常對(duì)管道沿線壓降影響較大。一般來(lái)說(shuō)，入口溫度越高，水力坡度會(huì)越大，在首端入口壓力相同的情況下，末端出口壓力也會(huì)越低，因此需要增設(shè)加壓站，這樣不僅增加了固定資產(chǎn)的投資成本、耗費(fèi)了更多的能量，還提高了相應(yīng)的管道維護(hù)費(fèi)用，非常不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，入口溫度的高低并不影響管道末端CO2出口溫度，管道末端CO2出口溫度始終無(wú)限趨近于環(huán)境溫度，并隨著輸送距離的增加，越來(lái)越接近環(huán)境溫度。因此，在管輸過(guò)程中應(yīng)該適當(dāng)降低CO2入口溫度，降低管輸過(guò)程的成本及能耗。

3.2環(huán)境溫度

CO2運(yùn)輸管道一般采用地下敷設(shè)方式，溫度較穩(wěn)定，受氣候季節(jié)、地理環(huán)境和管道埋深等因素的影響，管道所處的環(huán)境溫度對(duì)管輸過(guò)程存在一定影響。隨著輸送距離的增加，管道沿線溫度呈下降趨勢(shì)，環(huán)境溫度越低，管道沿線溫度下降速率越快，當(dāng)管內(nèi)CO2的溫度下降到接近環(huán)境溫度時(shí)，下降速率開(kāi)始減緩，且最終溫度會(huì)趨于環(huán)境溫度，不低于環(huán)境溫度。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以得出如下結(jié)論：（1）在人煙稀少的情況下，宜采用成本更低的密相輸送或超臨界輸送；（2）在人

口密集的情況下，對(duì)管道的安全性要求高，宜采用安全性更高的氣態(tài)輸送；（3）相較氣態(tài)輸送和密相輸送，超臨界輸送對(duì)于長(zhǎng)距離、大流量CO2輸送具有更好的經(jīng)濟(jì)性和安全性，針對(duì)CO2管輸，推薦使用超臨界輸送；（4）在管輸過(guò)程中應(yīng)該適當(dāng)降低CO2入口溫度，降低管輸過(guò)程的成本及能耗；（5）環(huán)境溫度對(duì)CO2管輸有一定的影響，在CO2的輸送過(guò)程中應(yīng)考慮管道所經(jīng)路線的環(huán)境因素，加強(qiáng)管道保溫效果。

［1］ 吳瑕，李長(zhǎng)俊，賈文龍.二氧化碳的管道輸送工藝［J］.油氣田地面工程，2010，（9）.

［2］ 邵長(zhǎng)彬，梁海寧，鐵生浩，等，二氧化碳輸送工藝分析［J］.山東化工，2014，（4）.

［3］ 李昕.二氧化碳輸送管道關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，（4）.

Research on Pipeline Transport of Carbon Dioxide

Di Guo-jia

At present，CO2pipeline of rapid technological development，issues related to gradually attracted widespread attention. Commonly used CO2pipeline project on the way there is a gas，and supercritical dense phase conveying are three in engineering practice should be determined according to the CO2pipeline manner comprehensive study on the actual situation.An overview of the current development pipeline of CO2，and in many ways compared the CO2gas transportation，dense phase conveying and transporting supercritical difference and connection，as well as analysis of the inlet temperature，ambient temperature on CO2pipeline transportation of CO2pipeline practice has a certain significance.

CO2；emissions；pipeline；modeFactors

TS225.19

A

1003-6490（2016）06-0064-02