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摘要：随着我国城市化的进展，天然气越来越普及，管道运输是天然气最主要的运输方式，但在运输过程中需要消耗大量能量，故天然气输气管道的能效控制愈来愈成为管输企业关注的重点。
关键词：天然气；长输管道；能效分析
一、管道能效管理基本概念
天然气管道运输中，管道能效就是长距离输油气管道能源利用效率。对于输送的油气的运移发挥作用的能量与功能站场(泵站、压气站等)实际消耗的能源量之比；从能源消费角度来看，广义的管道能效是油气管道在进行油气运移过程中，反映各个环节能源利用情况的效率指标体系的统称[1]。油气管道能效管理任务，一是指导优化运行，二是促进规划、设计优化。传统管道能效管理手段，主要是优选耗能设备，通过提高站场耗能设备效率，达到提高管道能效，实现节能减排的目的。现代能效管理手段，是将管道自动化技术、仿真技术、信息技术和节能优化运行的工艺技术、管理技术相结合，应用于油气管道系统，实现能效的提高；同时，采用集中调控的运行管理模式，将设备维护与调控运行分开，设备维护机构只负责保证设备单体有较高的效率；调控运行机构负责监测设备单体运行效率是否合理，更重要的是，负责统筹考虑运行方案的最优化，使管道、管网总体能效最高，能耗最低。
二、管道能耗分类
在输气管道运行管理过程中发现，影响输气管道能效的因素有很多，譬如进销气量、分输气量、作业放空量、机组进出口压力、关键设备设施通过性、管道高程变化、管径大小、输送距离、管道材质、保温情况、介质物性、地区气候、跑冒滴漏等。为便于讨论，可大致将其归纳为两大类，即直接能耗和间接能耗。直接能耗是指在气体输运过程中由压缩机组、关键设备设施、管道本体等产生的能量损耗。间接能耗则是指在气体输运过程中由于管网运行工艺不尽合理、管道阀门及附属设施漏气、生产作业过程中气体放空等引起的能量损耗。从这两种能耗形式来看，间接能耗可以通过科学合理地调整管网工艺、提高完善设备设施的可靠性等措施来消除或避免，但直接能耗则无法完全避免，只可以通过新技术、新方法、新材料来尽量减少能量的损耗，在保证管道安全平稳输气的同时，提高管道系统的整体能效。
三、天然气长输管道能效分析
1、优化输气工艺
目前，影响管网输气工艺的不可控因素较多，譬如压力波动、流量波动、高程变化、局部节流、气体品质、气体温度、管内污物、外界环境等，通常会利用离线模拟软件TGNET、SPS、PSN等对工艺情况进行模拟分析，以求尽量与实际情况近似，达到优化分析的效果。对于长输管道来说，输气工艺优化就是以输气系统总能耗或者总功率最低为目标。管网输气工艺的优化是在管道系统物理参数已经确定的条件下，根据上游气源供应量、下游各用户的用气量和各个用户的用气压力要求，对管输系统的运行参数进行优化，在保证管道安全平稳输气的前提下，使管道总的燃料动力费用最低。基于管道在线监测与数据采集系统（SCADA）的管道运行管理系统，为调度人员提供管输系统的实时数据，并时刻与模拟最优运行工艺进行匹配比对，从而为工艺最优化提供参考，以便及时调整管输系统运行方案，保证系统能效最优。
2、指标体系层次关系
1）、最小均方差法基本原理
对于n个取定的被评价对象(或系统)S1，S2，…，Sn，每个被评价对象都可用m个指标的观测值xij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)表示。容易看出，如果n个被评价对象关于某项评价指标的取值都差不多，那么尽管这个评价指标非常重要，但对于这n个被评价对象的评价结果来说，它并不起什么作用。因此，为减少计算量，可以删除这个评价指标。这就启发我们建立最小均方差的筛选原则，其内容如下：
(4)
式中：j=1，2，…，m；Sj为评价指标xj的按n个评价对象取值构成的样本均方差。其中：
(5)
式(5)为评价指标xj按n个被评价对象取值构成的样本均值。若存在k0(0≤k0≤m)，使得：
(6)
且Sk0≈0，则可删除Sk0与相应的评价指标Xk0。
2）、极小极大离差法基本原理采用极差归一化处理方法如下：
(7)
在管道能耗管理层级中需要根据能耗数据的不同，要能耗指标体系划分为效率、强度、指数、实物4个不同的层级，按照这4个层级搭建的指标体系，即“OIET”能效指标体系，分述如下：①实物层级指标，简称O级指标，是指与能效相关的最基础的实物量数据，反映管道客观的能源消耗及相关基础数据；②强度层级指标，简称I级指标，是指与能效相关的反映某一单位量下的强度的指标，主要反映管道的耗能水平；③效率层级指标，简称E级指标，是指与能效相关的反映效率及利用率、损失率的指标，主要反映管道能耗方面的各种效率；④指数层级指标，简称T级指标，是指为反映管道宏观能效情况，在实物层级指标、强度层级指标、效率层级指标基础上，综合考虑各相关因素，并按照一定算法形成的综合指数性能效指标，主要反映管道能效方面的优化程度。
3、提高机组效率
在天然气长输管道中压缩机是核心的机械设备，整个输气的动动力就是压缩机提供的，但也是系统中能耗最高的设备。天然气公司各压气站累计燃耗用气约615×104m3，2015年高达886×104m3，随着天然气市场及输气量的不断增加，机组燃耗将会持续增高，因此有必要采取有效措施来降低机组能耗。压气站的运营费用占管道总运营费用的50%左右；压缩机及其配套的原动机的能耗占压气站运营费用的70%以上，占长输管道能耗费用的96%左右。在长输管道中常用的压缩机组有两类：往复式压缩机和离心式压缩机；常用的原动机也有两类：燃气轮机和电动机。在项目建设初期，有必要根据工艺特性选取合适的机组及驱动设备。往复式压缩机组适用于小排量、高压比的工艺条件，但机组自身损耗件较多；离心式压缩机组则适用于大排量、低压比的工况。对于原动机的选择原则是，在电力资源充足的地区宜选电动机，相反则选取燃气轮机。各类型机组在满负荷时，电驱机组的效率为70%-85%，燃驱机组的效率为25%-40%。虽然机组的效率均在正常范围内，但是效率相对低的压缩机组仍有节能的空间。
4、设置余热利用系统
由于燃驱压气站的燃气轮机排放的是高温烟气，能量利用不够充分，容易形成资源浪费，因此可设置余热利用系统，回收高温烟气中的热能。其中主要设备包括余热锅炉和换热器，利用回收的高温烟气给余热锅炉加热，从而制备生活热水。在易于发生冰堵的管段站点设置余热换热装置可以防止因温度下降幅度过大而引发冰堵，从而实现降低管输系统能耗的目的。
结语
随着我国长输管道建设的不断推进，管道能效分析与评价将成为管道企业重视的研究课题，节能降耗、降本增效将成为企业发展新挑战。因此，管道企业应统筹考虑，全方位、多角度、有针对性地提出增效方法或措施。企业结合自身发展需要，既要积极大胆吸纳国内外先进的技术工艺和经验教训，又要不断提升员工技术素养，培养技术过硬的设备管理队伍，在学习总结摸索中为提升管道能效做出贡献。
参考文献
[1]卢东林.降低天然气长输管道能耗措施[J].石油石化节能,2014,26(4):44-46．
论文作者:郭伟
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/26
标签：管道论文; 能效论文; 机组论文; 层级论文; 效率论文; 指标论文; 天然气论文; 《建筑科技》2017年9期论文;