王景豐

（國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司長春輸油氣分公司，吉林長春 130000）

天然氣的使用范疇十分廣泛，既能夠用作燃料，也能夠制造化學(xué)藥品、液化石油等，在生產(chǎn)生活、化工領(lǐng)域、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面都具有良好的應(yīng)用效果。且天然氣能源的使用基地建設(shè)成本較低、運(yùn)輸規(guī)模較大、土地使用面積消耗、建設(shè)速度較快、安全系數(shù)較高等優(yōu)勢顯而易見。鑒于此，需要在天然氣運(yùn)輸方面加大研究深度，促進(jìn)天然氣在我國使用廣度不斷推進(jìn)。

1 天然氣的管道輸送概況

管道運(yùn)輸是天然氣運(yùn)輸中最為常見的方式之一。天然氣企業(yè)選擇管道運(yùn)輸?shù)闹饕蛴泄艿肋\(yùn)輸?shù)某杀据^低、單次運(yùn)輸量較大，能量消耗的比重較小，且運(yùn)輸環(huán)境均為密閉環(huán)境，對天然氣的品質(zhì)影響較小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 輸氣量

計(jì)算天然氣的輸氣量基本上依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一是天然氣的年輸氣量；二是天然氣的日輸氣量。在以年輸氣量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算時(shí)，通常情況下將368d作為運(yùn)輸?shù)墓ぷ魈鞌?shù)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算[1]。

1.2 輸氣距離

天然氣的輸氣距離指的是天然氣管道運(yùn)輸?shù)拈L度。在運(yùn)輸管道設(shè)計(jì)的過程中，首要確定的因素是天然氣源頭、用戶數(shù)量和需求，繼而根據(jù)運(yùn)輸?shù)木嚯x、途徑區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對應(yīng)用的天然氣管道長度進(jìn)行計(jì)算并確定。具體而言，天然氣運(yùn)輸管道確定是由起點(diǎn)開始，直至用戶使用位置截止的總長度。

1.3 輸氣壓力

輸氣壓力指的是天然氣管道在運(yùn)輸過程中的最高壓力。在運(yùn)輸?shù)倪^程中未應(yīng)用壓縮機(jī)的管道運(yùn)輸中運(yùn)輸壓力的判定是管道起點(diǎn)壓力作為最高壓力，而應(yīng)用壓縮機(jī)之后的運(yùn)輸管道壓力則指的是壓縮機(jī)出口處的壓力為管道運(yùn)輸壓力[2]。

1.4 供氣壓力

供氣壓力指的是供氣合同中明確要求的，在輸氣管道末端向城市中用戶供氣的位置，或者輸氣管道的沿線位置上測量得出的交氣壓力。天然氣運(yùn)輸階段的不同位置需要滿足不同的壓力水平，這一指標(biāo)也是天然氣管道運(yùn)輸設(shè)計(jì)中不容忽視的一點(diǎn)。

1.5 輸氣溫度

在天然氣運(yùn)輸?shù)倪^程中，一部分區(qū)域的自然情況、氣候條件影響，受到土壤熱傳導(dǎo)、壓力作用導(dǎo)致溫度降低，管道沿線的溫度水平也會出現(xiàn)一定的變化，影響天然氣水、烴露點(diǎn)溫度，進(jìn)而影響天然氣運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量。

2 天然氣管道輸送管線技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 天然氣輸送管材制造技術(shù)

天然氣管道運(yùn)輸設(shè)計(jì)中對管道材質(zhì)的定位具有極強(qiáng)的重要性和影響力，對這一問題的研究有助于引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員在技術(shù)層面上建立正確的認(rèn)知，明確現(xiàn)階段天然氣運(yùn)輸工作中的技術(shù)水平，在管道設(shè)計(jì)中強(qiáng)化技術(shù)意識，提升管道設(shè)計(jì)的合理性[3]。

在一部分農(nóng)村地區(qū)，位于我國的東北、西北部，其自然環(huán)境具有自身特點(diǎn)，四季變化十分明顯，在寒冷的冬季極易出現(xiàn)管道冰凍現(xiàn)象，進(jìn)而造成管道阻塞問題?；蛘呤窃诠艿姥诼竦倪^程中，掩埋深度不足，管道的集中性較強(qiáng)，出現(xiàn)了管道阻塞現(xiàn)象。在管道冰凍之后，基本上會影響一定區(qū)域內(nèi)的天然氣運(yùn)輸問題，更為嚴(yán)重地會直接造成管道凍裂，造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)與建設(shè)情況而言，當(dāng)天然氣運(yùn)輸管道直徑在DN400 mm以上時(shí)，現(xiàn)階段使用的無縫鋼管極易出現(xiàn)質(zhì)量問題，難以滿足工程建設(shè)的需求。為了保證天然氣運(yùn)輸質(zhì)量、管道原材料選擇的穩(wěn)定性，在管道制作環(huán)節(jié)需要采取螺旋焊縫或者直縫焊接鋼管的方式，進(jìn)而保證管道的總體質(zhì)量符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前我國對于天然氣輸送管材的制造與使用，基本上采取美國 API5L標(biāo)準(zhǔn)。基于此，我國相關(guān)的天然氣企業(yè)正在不斷研發(fā)和設(shè)計(jì)全新的管道建設(shè)方式，力求能夠滿足不同環(huán)境下的管道需求，為長距離天然氣運(yùn)輸?shù)於ǚ€(wěn)健的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 天然氣管線工藝制備技術(shù)

在天然氣運(yùn)輸中，為了保證較長距離下的天然氣運(yùn)輸具有穩(wěn)定性和安全性，通常情況下使用增加壓力、調(diào)整壓力的計(jì)量設(shè)備進(jìn)行控制。隨著天然氣運(yùn)輸距離的延長以及我國天然氣運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)的積累，原有的天然氣運(yùn)輸管道逐漸落后于現(xiàn)階段企業(yè)、居民的使用需求，這便需要天然氣企業(yè)能夠在管道規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)的過程中優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，提升建設(shè)技巧，有效結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際問題，保證運(yùn)輸管道科學(xué)化、規(guī)范化使用的基礎(chǔ)上，選擇合理的管道工藝技術(shù)，提升天然氣運(yùn)輸管道的整體質(zhì)量。

例如，在天然氣管道運(yùn)輸?shù)倪^程中可以使用自力式調(diào)壓閥作為壓力調(diào)節(jié)裝置，這一設(shè)備具有良好的技術(shù)優(yōu)勢，能夠延長天然氣運(yùn)輸管道的壓力調(diào)整區(qū)域，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)部壓力的精準(zhǔn)控制，保障天然氣運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性。在運(yùn)輸過程中可以使用孔板閥作為計(jì)量裝置，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確計(jì)算出天然氣運(yùn)輸?shù)牧髁?，給予天然氣運(yùn)輸精準(zhǔn)化、自動化、智能化的優(yōu)勢。利用孔板閥能夠保證天然氣計(jì)量誤差最小化，奠定后續(xù)分配、使用階段的良好基礎(chǔ)和便利條件。

2.3 管線安裝技術(shù)

基于天然氣管道運(yùn)輸?shù)恼w成本規(guī)劃而言，管道建設(shè)環(huán)節(jié)成本消耗約占據(jù)整體項(xiàng)目投入的50% 左右，為了有效調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)階段的成本消耗，相關(guān)天然氣企業(yè)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化管道安裝和維護(hù)階段的工作質(zhì)量。由于天然氣管道運(yùn)輸鋪設(shè)的距離較長，需要穿越不同地質(zhì)狀況的土壤、河流、鐵路等區(qū)域，管線安裝的難度較大，施工質(zhì)量的不確定性十分鮮明。為了有效解決施工階段的隱患問題，我國引進(jìn)了定向鉆技術(shù)，能夠在單位時(shí)間內(nèi)提升工作效率，實(shí)現(xiàn)快速挖掘，快速安裝，既能夠節(jié)約施工成本，還能夠縮短施工時(shí)間。

3 天然氣長輸管線的工藝設(shè)計(jì)

3.1 長輸管線的類型

長輸管線分為四種類型分別是：

（1）坑口煤制氣廠的集氣站與城市、工業(yè)區(qū)相連的管線。

（2）油氣田集（壓）氣站與城市相連的管線。

（3）與城市之間距離最短的天然氣運(yùn)輸干線，與城市中配氣站鏈接的管線。

（4）鄰近城市的石油化工廠、制氣廠、轉(zhuǎn)輸站等距離城市儲配站所應(yīng)用的管線。

3.2 天然氣長輸管線的功能

（1）天然氣管道運(yùn)輸需要設(shè)計(jì)特殊的流量控制器進(jìn)行流量把控。

（2）由于我國幅員遼闊，不同區(qū)域的海拔與氣壓會出現(xiàn)變化，在長距離管道運(yùn)輸中需要綜合考慮管道布置的區(qū)域特點(diǎn)，對天然氣管道進(jìn)行壓力調(diào)整。

（3）在天然氣長距離運(yùn)輸?shù)倪^程中需要經(jīng)過多個(gè)不同的天然氣田、多個(gè)城市和地區(qū)，在管道設(shè)計(jì)中需要設(shè)置接收和分輸功能，保證各個(gè)城市天然氣使用穩(wěn)定均衡。

（4）管道設(shè)計(jì)需要具備截?cái)喙δ?。天然氣管道延伸的距離較長，在使用的過程中會出現(xiàn)損壞、維修的管道，當(dāng)某一部分的管道需要暫停使用的情況下，能夠暫時(shí)切斷這一區(qū)域，利用截?cái)嚅y門關(guān)閉管道，切斷運(yùn)輸源。

（5）天然氣運(yùn)輸管道要具備調(diào)節(jié)壓力的功能。長輸管道連接的上下游管道在設(shè)計(jì)的過程中會適當(dāng)降低管道的等級。在天然氣出口位置需要設(shè)置一個(gè)氣壓調(diào)節(jié)裝置，保證天然氣的穩(wěn)定性。

（6）在管道運(yùn)輸天然氣的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)管道雜物堆積、長時(shí)間使用后殘留固態(tài)物質(zhì)、液體等。在長管道運(yùn)輸中需要定期、定時(shí)進(jìn)行清理，保證管道的運(yùn)輸質(zhì)量。

3.3 天熱氣長輸管線具體設(shè)計(jì)要求

（1）需要確定科學(xué)合理的長管道運(yùn)輸設(shè)計(jì)工藝。在天然氣管道運(yùn)輸中需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)、運(yùn)輸路徑城市的天然氣使用和發(fā)展情況，以及運(yùn)輸過程中天然氣的質(zhì)量水平、突發(fā)事件處理能力、維修能力等相關(guān)因素，對管道末端的儲氣能力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，力求能夠滿足天然氣管道運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)的需求。運(yùn)輸方式的設(shè)定需要結(jié)合管道運(yùn)輸能力、用戶使用量、天然氣管道與壓氣站距離，以水力計(jì)算為基礎(chǔ)設(shè)定運(yùn)輸管道的口徑。其中需要注意的一點(diǎn)是，管道口徑和運(yùn)輸天然氣的壓力之間是反比例關(guān)系，當(dāng)管道口徑增加時(shí)，運(yùn)輸天然氣的平方差則會減小。鑒于此，需要選擇合理的運(yùn)輸壓力平方差，保證天然氣運(yùn)輸安全性和使用穩(wěn)定性的同時(shí)，獲得最大化經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，管道口徑的調(diào)整對于制管能力也存在一定的影響，在設(shè)計(jì)過程中需要對以上二者進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算后方可決定。根據(jù)我國天然氣運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)化數(shù)據(jù)研究可知，加壓輸送的安全距離為500～600 km。

（2）需要對管道口徑、壓氣站距離、壓力進(jìn)行協(xié)調(diào)。在確定了管道口徑、管道厚度之后能夠選擇管道制作的原材料。當(dāng)天然氣需要進(jìn)行加壓運(yùn)輸?shù)那闆r下，需要選擇適宜的壓氣站距離、壓力等級等。一般在長輸管線上應(yīng)用的是離心式的壓縮機(jī)。

（3）需要設(shè)定站場布局和站內(nèi)運(yùn)輸流程。在天然氣輸送的過程中有壓氣站、分輸站、加氣站、清管站等，其中分輸站和進(jìn)氣站的設(shè)計(jì)需要與用戶、氣源距離縮小，降低支線的建設(shè)長度。清管站的設(shè)定需要建立在方便實(shí)施清潔工作的位置。保證以上各個(gè)站點(diǎn)的位置、結(jié)構(gòu)能夠符合天然氣運(yùn)輸?shù)男枨?，盡量提升資源的利用效率。各個(gè)站點(diǎn)的工藝流程也需要做到精細(xì)化、精簡化，保證天然氣運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

（4）需要設(shè)計(jì)合理的運(yùn)輸線路。在進(jìn)行運(yùn)輸線路設(shè)計(jì)的過程中，需要綜合研究線路經(jīng)過的自然環(huán)境、地理位置、交通特點(diǎn)等。分析運(yùn)輸線路是否經(jīng)過水利設(shè)施、農(nóng)田、礦產(chǎn)開采、鐵路、公路，防治天然氣運(yùn)輸與城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、礦產(chǎn)開采之間的矛盾問題。線路設(shè)定過程中也需要避開軍事基地、文物保護(hù)區(qū)、飛機(jī)場、碼頭、港口位置，當(dāng)線路設(shè)定必須要經(jīng)過以上區(qū)域時(shí)，需要與相關(guān)部門及時(shí)溝通，雙方協(xié)作研究選擇最佳方式鋪設(shè)。天然氣運(yùn)輸線路設(shè)定階段最為重要的一點(diǎn)是安全性，保證設(shè)計(jì)、勘察、施工、運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全，盡量避免在地質(zhì)條件惡劣的區(qū)域進(jìn)行鋪設(shè)，例如山體滑坡、泥石流地區(qū)。在確定鋪設(shè)線路之后，不同的地質(zhì)條件需要選擇不同的施工技術(shù)，例如，在平原地區(qū)需要選擇直線管道，降低管道原材料的消耗，盡量降低管道運(yùn)輸?shù)木嚯x；山區(qū)施工則需要沿著山腳的走向進(jìn)行鋪設(shè)，降低施工過程中對人力資源、資金的消耗；在山川河谷地帶施工需要盡量避免管道進(jìn)入山村、農(nóng)田、居民區(qū)、種植園等區(qū)域，降低居民搬遷、園地被毀的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)束語

天然氣是現(xiàn)階段人們生產(chǎn)生活心中不可或缺的資源之一，在天然氣運(yùn)輸?shù)倪^程中實(shí)施管道運(yùn)輸需要保證工藝設(shè)計(jì)與天然氣自身的特點(diǎn)、用戶的需求相吻合，保證整體的運(yùn)輸距離、安全系數(shù)、運(yùn)輸質(zhì)量符合國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以安全、質(zhì)量為運(yùn)輸管道設(shè)計(jì)前提，保障人民群眾天然氣使用的穩(wěn)定性、科學(xué)性。