天然氣管道發(fā)展

1、目 錄 國內(nèi)外天然氣管道發(fā)展概況 天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù) 天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用1未來五年天燃?xì)夤艿腊l(fā)展到2015年，國內(nèi)油氣管道總長預(yù)計(jì)達(dá)14萬公里左右。重點(diǎn)加快建設(shè)塔里木、西南、長慶三個(gè)年產(chǎn)量200億方級(jí)大氣田，積極開發(fā)海上天然氣資源。中國油氣管道長度已達(dá)7萬公里，未來5年，還將新建約5萬公里。預(yù)計(jì)油氣管線建設(shè)共需約3500億元投資，其中，天然氣管道建設(shè)需2500億元，成品油管道需500億元，原油管道需500億元。到2015年，國內(nèi)油氣管道總長度預(yù)計(jì)達(dá)到14萬公里左右，其中約一半為天然氣管道 2中海油正以廣東、上海、秦皇島等沿海LNG接收站為依托，構(gòu)建天

2、然氣沿海大動(dòng)脈管網(wǎng)，占領(lǐng)珠三角、長三角和環(huán)渤海等發(fā)達(dá)地區(qū)市場(chǎng)，積極發(fā)展陸上天然氣管網(wǎng)；中石化正加快建設(shè)川氣東送管道及沿線支干線管網(wǎng)建設(shè)，意在開拓山東、長三角等主要目標(biāo)市場(chǎng)。同時(shí)，規(guī)劃建設(shè)中石化塔里木天然氣出疆管線，與川氣東送貫通相連，為長三角地區(qū)供氣。油氣管線建設(shè)投資巨大，且涉及鋼管、電機(jī)、天然氣壓縮機(jī)等多種設(shè)備材料采購， 3管道中游經(jīng)營狀況中國天然氣中游輸配市場(chǎng)格局將形成一個(gè)“管輸+水陸車(船)槽運(yùn)+LNG衛(wèi)星氣化站”的多軌并行 4 中國LNG產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀表1中國已建和在建的商業(yè)化液化裝置表567表2已建、在建和規(guī)劃中LNG項(xiàng)目表8合計(jì) 360+3310+3009一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)發(fā)展概況 3

3、.4 我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 右圖為2005年我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，可以看到煤炭占到了69，石油占22.3，天然氣僅占不到3。 天然氣、水電、核電等清潔能源目前僅占我國能源消費(fèi)量的9，能源結(jié)構(gòu)很不合理，與世界發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但是隨著國家鼓勵(lì)清潔能源政策的執(zhí)行，天然氣的發(fā)展?jié)摿薮?，估?jì)到2015年我國的天然氣消費(fèi)量將達(dá)到1500億方左右，比例將提高到6以上。10一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)發(fā)展概況 4 天然氣輸送方式 右圖為各種輸送方式的費(fèi)用情況，可見對(duì)于天然氣，海底管道輸送費(fèi)用高于陸上管道輸送的費(fèi)用，而對(duì)于較長距離的管道，液態(tài)天然氣的輸送費(fèi)用低于氣態(tài)天然氣。各種天然氣輸送方式費(fèi)用比較11一、國內(nèi)外

4、天然氣工業(yè)發(fā)展概況 4 管輸氣質(zhì)要求 右表所示：國內(nèi)外一般都要求管輸天然氣無游離水，無雜質(zhì)，酸氣含量低，有較高熱值。我國管輸天然氣氣質(zhì)要求國外管輸天然氣氣質(zhì)要求12一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)發(fā)展概況5天然氣管道分布 目前，世界上已建成輸氣干線近150萬千米，并以1.4萬千米/年的速度增長，現(xiàn)有輸氣管道主要分布在歐洲、獨(dú)聯(lián)體、北美等地區(qū)，其中美國約46萬千米，獨(dú)聯(lián)體約23萬千米，分居世界前兩位。 目前，我國長輸天然氣管道總長為2萬千米左右。主要分布在西北和西南地區(qū)，該地區(qū)天然氣管道占到了全國總量的70以上，這主要是因?yàn)槲覈奶烊粴赓Y源主要集中在川渝、陜甘寧、新疆、青海四大基地。13一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)

5、發(fā)展概況起點(diǎn)：新疆輪南終點(diǎn)：上海管長：3856千米管徑：1016mm鋼材：X7014一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)發(fā)展概況 川渝環(huán)網(wǎng)干線：北干線 南干線管長：2906千米管徑：最大720mm鋼材：X6015一、國內(nèi)外天然氣工業(yè)發(fā)展概況忠武輸氣管道干線：忠縣武漢，718.9km，管徑711.2mm，鋼材X60，壓力6.37.0Mpa支線1：荊州襄樊，238.1km，管徑406.4mm，鋼材X52，壓力6.3Mpa支線2：武漢黃石，77.9km，管徑323.9mm，鋼材X52，壓力6.3Mpa支線3：潛江湘潭，340.5km，管徑610mm，鋼材X60，壓力6.3Mpa16 1 管道 1.1管材 管線鋼的牌

6、號(hào)有很多分類標(biāo)，目前，國際上普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)為API 5L和ISO3183等標(biāo)準(zhǔn)，我國現(xiàn)在一般都采用API 5L標(biāo)準(zhǔn)，按照管材的屈服強(qiáng)度以及韌性等對(duì)管線鋼進(jìn)行分類，其表示方法為X后加數(shù)值。 管道強(qiáng)度主要指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率。我國常用管材抗拉強(qiáng)度在450Mpa以上，屈服強(qiáng)度在360Mpa以上，伸長率在2026%之間。 如X52的屈服強(qiáng)度為420Mpa、X70的屈服強(qiáng)度為630Mpa、X120的屈服強(qiáng)度達(dá)到了800Mpa。 20 世紀(jì)5060 年代輸氣管道的輸送最高壓力為6.3MPa，7080 年代最高壓力為10 MPa，90 年代已達(dá)到14MPa。新建天然氣管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行壓力已達(dá)到1

7、520 MPa，有些管道甚至考慮采用更高的壓力。隨著輸氣管道輸送壓力的不斷提高，輸送鋼管也相應(yīng)地迅速向高鋼級(jí)發(fā)展。二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀17 1 管道 1.1管材 采用高壓輸送可減小管徑，通過高鋼級(jí)管材的開發(fā)和應(yīng)用可減小鋼管的壁厚和重量，減少焊接時(shí)間，降低管道成本和建設(shè)成本。例如采用管材X100 比X65 和X70節(jié)約費(fèi)用約30，節(jié)約管道建設(shè)成本約1012。 國外60 年代一般采用X52 鋼級(jí)；70 年代普遍采用X60-X65 鋼級(jí)；近年來以X70 為主。從80 年代中期開始研究和試驗(yàn)X80，90年代初期獲得批量使用。日本已經(jīng)研制出了X120鋼級(jí)，其屈服強(qiáng)度高達(dá)800 MPa。二、天

8、然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀18我國從5070 年代管道鋼主要采用A3、16Mn；70 年代后期和80 年代則采用從日本進(jìn)口的TS52K（相當(dāng)于X52）；八五期間，通過冶金和石油系統(tǒng)的聯(lián)合攻關(guān)，成功研制和開發(fā)了X52-X70 高韌性管道鋼，并逐步得到廣泛應(yīng)用。西氣東輸工程之前我國陸上輸氣管道最大直徑為660 mm，最高鋼級(jí)為X60，最大工作壓力為6.4 MPa。二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀19在“西氣東輸”等重點(diǎn)工程立項(xiàng)后，石油系統(tǒng)和冶金系統(tǒng)聯(lián)合開展了一系列相關(guān)的研究工作，通過這些項(xiàng)目的研究，促進(jìn)了國內(nèi)X70 管道鋼產(chǎn)品的研究開發(fā)。目前， “西氣東輸二線”應(yīng)用了X80 高鋼級(jí)管材，這些工作將

9、進(jìn)一步提高我國油氣管道工業(yè)、制管工業(yè)和冶金工業(yè)的技術(shù)水平，縮小與國際先進(jìn)水平的差距。二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀20二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀1.2 制管工藝1）焊接工藝20世紀(jì)7080年代，我國管線的焊接主要以焊條電弧向上焊、纖維素焊條向下焊為主， 因此生產(chǎn)效率低， 且焊接質(zhì)量也受到了人工技能水平的制約。20世紀(jì)80年代初， 管道局從歐美引進(jìn)了管道焊條電弧向下焊工藝，該工藝具有焊條的熔敷效率高，抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，焊接質(zhì)量高等有點(diǎn)。21二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀1.2 制管工藝1）焊接工藝20世紀(jì)90年代初，管道局從美國引進(jìn)了自保護(hù)半自動(dòng)焊設(shè)備和工藝。該工藝具有：能

10、連續(xù)送絲，渣氣聯(lián)合保護(hù)，抗風(fēng)性能較強(qiáng)；易操作， 焊接質(zhì)量高，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。國外20世紀(jì)60年代就已開始使用全位置自動(dòng)焊技術(shù)，該技術(shù)適用于大口徑、大壁厚管道，而該技術(shù)在國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用是在“西氣東輸”工程管道施工中。該工藝具有大機(jī)組流水作業(yè)， 焊接質(zhì)量穩(wěn)定， 操作簡便，焊縫外觀成形美觀； 焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度??； 焊接施工效率比半自動(dòng)焊高等優(yōu)點(diǎn)。22二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀 目前，油氣輸送焊管的主要類型有螺旋縫雙面埋弧焊管(SSAW )、直縫雙面埋弧焊管(LSAW)和高頻直縫電阻焊接鋼管(ERW)。 對(duì)ERW、SSAW、LSAW三種油氣輸送用焊管,其裝備主要由三大系統(tǒng)組成：成型焊接; 精整處

11、理; 檢測(cè)檢驗(yàn)。目前，全國有SSAW 焊管機(jī)組300多套,但能承接大項(xiàng)目工程的僅20套左右，與國際先進(jìn)水平有較大的差距，但目前已有約100 萬噸國產(chǎn) SSAW 鋼管在西氣東輸工程中被采用,并得到好評(píng)。據(jù)國外資料介紹,目前大口徑埋弧焊管中,LSAW鋼管占90%。而在國內(nèi),出于現(xiàn)實(shí)國情的考慮,專家和用戶從實(shí)際需要的性能和比較合適的價(jià)格出發(fā),在管線建設(shè)中一般還是看重SSAW鋼管。 大直縫ERW焊管目前在我國屬于最先進(jìn)的技術(shù)，它具有技術(shù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性三大特點(diǎn)。但目前還存在市場(chǎng)和成本問題，如同等口徑標(biāo)準(zhǔn)的大直縫ERW焊管要比SSAW焊管營運(yùn)成本高出約500元。23二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀 2

12、）焊接用焊材 a.纖維素型及低氫型立向下焊條 目前國內(nèi)市場(chǎng)基本上被奧地利、美國、日本等國廠商占據(jù)，10多年來， 國內(nèi)也有不少焊材公司致力于管道向下焊焊條的開發(fā)和研制， 但由于焊條電弧吹力小， 電弧偏吹嚴(yán)重，焊條表面粗糙等操作工藝性能差或焊縫成形差等原因而未用于重點(diǎn)工程中，大多應(yīng)用于焊工培訓(xùn)。 b.自保護(hù)藥芯焊絲 我國管道焊接用藥芯焊絲主要是林肯公司的NR207及郝伯特公司的FABSHIEL81N1，2004年國內(nèi)生產(chǎn)的自保護(hù)藥芯焊絲在操作工藝性能和力學(xué)性能方面已基本滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，正進(jìn)行推廣使用。 C.實(shí)心焊絲 實(shí)心焊絲國外供應(yīng)廠商比較多， 如法國的沙福、日本神鋼以及美國的郝伯特和林肯等大

13、公司都生產(chǎn)各種管道用實(shí)心焊絲，我國有些廠家也生產(chǎn)各種管道用實(shí)心焊絲。24二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀 3）管道焊接用設(shè)備 a. 焊條電弧焊和自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊接設(shè)備 林肯公司、米勒公司管道焊接設(shè)備在國內(nèi)保有量很大。國產(chǎn)管道焊接設(shè)備有ZX-400型、 A410-400目前在石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用。 b.自動(dòng)焊焊接設(shè)備 國內(nèi)管道局進(jìn)口了意大利PWT-NRT,英國AW97-1型在西氣東輸工程上使用；國內(nèi)自行研制了PAW2000型，APW-型管道全位置自動(dòng)外焊機(jī)，這兩型焊機(jī)已成功地用于“西氣東輸” 工程。 c.根焊設(shè)備 目前根焊方法主要有“種：一是采用內(nèi)焊機(jī)，二是采用外焊機(jī)，三是STT技術(shù)根焊，

14、四是外焊內(nèi)襯強(qiáng)制成形，五是焊條電弧焊根焊。為了提高根焊質(zhì)量，管道局從NOREAST公司引進(jìn)了3套AW40-42型管道內(nèi)焊機(jī)，已在“西氣東輸” 工程西部試驗(yàn)段上進(jìn)行了應(yīng)用。252 壓縮機(jī)組 a.壓縮機(jī) 活塞式壓縮機(jī)輸出壓力波動(dòng)較大，目前主要在CNG加氣站使用。由于轉(zhuǎn)速底，一般采用電動(dòng)機(jī)或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 螺桿式壓縮機(jī)的排量較小，目前主要在制冷工業(yè)、天然氣集輸和加工工業(yè)上使用。一般采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 離心壓縮機(jī)具有排量大、輸出穩(wěn)定、運(yùn)行平穩(wěn)、功率大等優(yōu)點(diǎn)，在長輸管道上得到了廣泛應(yīng)用。離心壓縮機(jī)制造工藝復(fù)雜，目前國內(nèi)無法生產(chǎn)，西氣東輸工程采用的是GE公司壓縮機(jī)組。往復(fù)式壓縮機(jī)組二、天然氣管道管材及設(shè)

15、備研究現(xiàn)狀262 壓縮機(jī)組 b.驅(qū)動(dòng)機(jī) 1）電動(dòng)機(jī) 2）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 3）燃?xì)廨啓C(jī) 4）蒸汽輪機(jī)二、天然氣管道管材及設(shè)備研究現(xiàn)狀GE燃?xì)廨啓C(jī)27 5.3 閥門 長輸管道用閥門主要有截?cái)嚅y、調(diào)節(jié)閥、安全閥等。早期使用的閥門都為手動(dòng)閥門，較大的閥門需要幾個(gè)人合力才能轉(zhuǎn)動(dòng)。 隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，大型管道上使用較多的為氣動(dòng)閥門、氣液聯(lián)動(dòng)閥門以及電動(dòng)閥門。由于制造工藝復(fù)雜、高壓密封性要求很高，國內(nèi)能夠生產(chǎn)的廠家生產(chǎn)較少，主要依靠進(jìn)口。但我國閥門生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步較快，06年“西氣東輸”淮武支線工程首次選用了自貢高壓閥門股份有限公司制造的大口徑全焊式管線鍛鋼球閥。 調(diào)節(jié)閥截?cái)嚅y二、天然氣管道管材及設(shè)

16、備研究現(xiàn)狀281.天然氣管道輸送新技術(shù)高壓輸氣 輸氣管道向更高壓的方向發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，也在一定程度上反映了一個(gè)國家輸氣管道的整體技術(shù)水平。目前，世界陸上管道的最高設(shè)計(jì)壓力為：美國12MPa，中國10MPa。海底管道還可采用更高的輸氣壓力。高鋼級(jí)管材的采用 通過高鋼級(jí)管材的開發(fā)和應(yīng)用可以減小壁厚，減輕管子的重量，并縮短焊接時(shí)間，從而大大降低鋼材耗量和管道建設(shè)成本。國外輸氣管道X70級(jí)管材已占主導(dǎo)地位，X80級(jí)也開始用于管道建設(shè)中。三、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)29大口徑輸送 增大管徑是提高管道輸送能力的有效途徑。如一條914mm管道的輸量是304mm的17倍。目前，全球天然氣管道直徑在1000mm以

17、上的超過12萬km。我國的西氣東輸管道直徑為1016mm。輸氣管線網(wǎng)絡(luò)化，形成大型的供氣系統(tǒng) 目前世界上已形成了一些大型輸氣管網(wǎng)，如前蘇聯(lián)的統(tǒng)一供氣系統(tǒng)，向東西歐地區(qū)供氣，是當(dāng)今世界上規(guī)模最大的天然氣輸送管網(wǎng)，全長22.5萬公里。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)30高壓富氣輸送工藝 富氣輸送工藝是指輸入管道前只將天然氣中的水、硫化物和部分液體脫掉，而將乙烷、丙烷等重?zé)N成分保留在天然氣流中一起以氣態(tài)單相輸送的工藝。 因?yàn)楦粴廨斔椭刑烊粴獾目偀嶂堤岣撸岣吡溯斔托?；乙烷等重?zé)N組分的增加使管內(nèi)天然氣的密度增加，使得天然氣的壓縮系數(shù)降低，更易壓縮，因此壓縮機(jī)的需求功率降低，運(yùn)行成本降低，廢氣排放減少。 二

18、、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)31內(nèi)涂層減阻技術(shù) 國外輸氣管道采用內(nèi)涂層后一般能提高輸氣量610，同時(shí)還可有效地減少設(shè)備的磨損和清管次數(shù)，延長管線的使用壽命。天然氣管道減阻劑（DRA） 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，減阻劑的應(yīng)用可提高輸量1015，最高壓力下降達(dá)20。減阻劑的化學(xué)成分主要為聚酰氨基，通過注入系統(tǒng)，定期地按一定濃度將減阻劑注入到天然氣管道中，減阻劑可在管道內(nèi)表面形成一層光滑的保護(hù)膜，這層薄膜能顯著降低輸送摩阻，同時(shí)還有一定的防腐作用。DRA的有效期可達(dá)400h。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)322.天然氣儲(chǔ)存新技術(shù) 國內(nèi)外主要采用的儲(chǔ)氣方式有長輸管道末段儲(chǔ)氣、高壓管束儲(chǔ)氣、地面儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣、LNG儲(chǔ)氣和

19、地下儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)氣。其中，地下儲(chǔ)氣庫是當(dāng)今世界上主要的天然氣儲(chǔ)存方式，占世界天然氣儲(chǔ)存設(shè)施總?cè)萘康?0。儲(chǔ)氣庫的類型有：枯竭油氣田儲(chǔ)氣庫含水層儲(chǔ)氣庫鹽穴儲(chǔ)氣庫廢礦井儲(chǔ)氣庫采礦溶洞儲(chǔ)氣庫二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)332.天然氣儲(chǔ)存新技術(shù)2.1天然氣吸附儲(chǔ)存技術(shù)基本原理：利用高比面積、富微孔的吸附劑在常溫、中低壓（3.56Mpa)條件下將天然氣吸附儲(chǔ)存的技術(shù)（ANG）。優(yōu)點(diǎn)：1）中低壓獲得CNG在高壓下（20Mpa）的儲(chǔ)存能量密度；2）儲(chǔ)存壓力低；3）充氣時(shí)只需單級(jí)壓縮，降低操作費(fèi)用；4）儲(chǔ)存容器壓力低，重量輕；5）技術(shù)適用范圍寬。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)342.2水合物儲(chǔ)存天然氣技術(shù)氣體水合物是一

20、種包絡(luò)狀結(jié)晶化合物，它由甲烷和水在一定的溫度和壓力條件下籠合而成。在標(biāo)態(tài)下1體積的水合物可包含150 180體積的天然氣。優(yōu)點(diǎn)：1）水合物不易燃燒，可防止火災(zāi)和爆炸事故發(fā)生；2）儲(chǔ)存壓力相對(duì)較低；3）發(fā)生儲(chǔ)罐破裂等事故時(shí)天然氣的泄漏速度慢。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)水合物的形成過程353.運(yùn)行仿真技術(shù)仿真技術(shù)是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等理論基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和歷史資料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，做出決策的一門綜合性和試驗(yàn)性的學(xué)科。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)363.運(yùn)行仿真技術(shù)目

21、前，國外長輸管道仿真系統(tǒng)主要分為三種類型:一是用于油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案優(yōu)選；二是運(yùn)行操作人員的培訓(xùn)；三是管道的在線運(yùn)營管理。美國最大的天然氣管道公司之一的Williams管道公司，采用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在不影響正常工作的情況下就可完成對(duì)一線工人的上崗培訓(xùn)，大大縮短了培訓(xùn)時(shí)間，節(jié)約大量費(fèi)用，比傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式效率提高。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)373.運(yùn)行仿真技術(shù)二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù) 左圖為管道仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)示意圖，仿真模型是根據(jù)管道流體流動(dòng)的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程、狀態(tài)方程及相關(guān)的約束條件建立的數(shù)學(xué)模型，編制出模擬應(yīng)用程序，再根據(jù)管內(nèi)流體的溫度、壓力、流量、密度及組分等工藝參數(shù)及

22、管道系統(tǒng)、設(shè)備等特性參數(shù)完成仿真過程。383.運(yùn)行仿真技術(shù)二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù) 我國的仿真技術(shù)發(fā)展分為應(yīng)用國外軟件和自主開發(fā)仿真軟件兩個(gè)階段。 20世紀(jì)80年代以來，我國開始從美國、英國購買仿真相關(guān)軟件。 并在此基礎(chǔ)上開始進(jìn)行應(yīng)用性的二次開發(fā)。右圖為我校自主開發(fā)的仿真軟件，已經(jīng)運(yùn)用于川渝氣田、長慶氣田等天然氣管網(wǎng)的仿真優(yōu)化分析，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。39英國ESI公司研制的Pipeline studio軟件界面二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)404.調(diào)峰技術(shù) 為保證可靠、安全、連續(xù)地向用戶供氣，發(fā)達(dá)國家大都采用地下儲(chǔ)氣庫進(jìn)行調(diào)峰供氣。目前，西方國家季節(jié)性調(diào)峰主要用地下儲(chǔ)氣庫和LNG儲(chǔ)庫，而日調(diào)

23、峰和周調(diào)峰等短期調(diào)峰則多利用管道末段儲(chǔ)氣及地下管束儲(chǔ)氣來實(shí)現(xiàn)。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)415.管道防腐技術(shù) 腐蝕是影響和危害管道安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。據(jù)發(fā)達(dá)國家調(diào)查報(bào)道，每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的24。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1998年我國因腐蝕造成的損失達(dá)到2800億元。因此，防腐工作對(duì)管道系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。 管道防腐分為外防腐技術(shù)和內(nèi)防腐技術(shù)。管道外防腐技術(shù)主要包括防腐涂層和陰極保護(hù)兩部分，而防腐涂層則又涉及防腐涂層材料、涂敷工藝和施工水平三個(gè)重要環(huán)節(jié)。管道內(nèi)防腐方法可分為三種：1）界面防護(hù)，包括內(nèi)涂防腐層和電化學(xué)保護(hù)；2）化學(xué)藥劑防護(hù)；3）選用耐腐蝕的管材。二、國內(nèi)外

24、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)425.管道防腐技術(shù) 二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)部分管道防腐技術(shù)應(yīng)用情況表436.天然氣計(jì)量技術(shù)計(jì)量方式：質(zhì)量計(jì)量、體積計(jì)量、能量計(jì)量流量計(jì)：超聲波流量計(jì) 超聲波流量計(jì)計(jì)量方法有：傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等。時(shí)差法超聲波流量計(jì)原理：利用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，通過觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來間接測(cè)量流體的流速，再通過流速來計(jì)算流量。 熱值流量計(jì) 將體積或質(zhì)量流量計(jì)配上在線熱值儀，就可以組裝為熱值流量計(jì)。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)時(shí)差法超聲波流量計(jì)原理 44天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：1）計(jì)量儀表向自動(dòng)化、智能化和遠(yuǎn)程化方

25、向發(fā)展。2）儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展。3）超聲測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速。4）計(jì)量方式從體積計(jì)量向能量計(jì)量發(fā)展。5）單一數(shù)據(jù)管理向計(jì)量系統(tǒng)管理方向發(fā)展。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)457 天然氣物性測(cè)量技術(shù)：1）硫化氫檢測(cè)儀 利用對(duì)硫化氫氣體敏感的傳感器測(cè)量硫化氫濃度，傳感器種類主要有恒定電位電解式 、電化學(xué)式、接觸燃燒式傳感器。2）露點(diǎn)測(cè)試儀 利用濕敏薄膜電容和熱敏電阻等對(duì)濕度敏感的元件接觸被測(cè)氣體。而元件的電容值和相對(duì)濕度成正比，加入溫度信號(hào)后就可以由元件直接反映出露點(diǎn)值。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)硫化氫檢測(cè)儀 露點(diǎn)檢測(cè)儀 468.智能清管技術(shù) 近年來問世的很多專利清管產(chǎn)品都能滿足大多數(shù)管道

26、的清管要求，但在某些場(chǎng)合需要特殊設(shè)計(jì)的清管器。8.1先進(jìn)的清洗清管器 為清除管內(nèi)堅(jiān)硬氧化皮和積蠟而研制的清除堅(jiān)硬沉積物的儀器（HDR）。如左圖所示。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)478.2專用清管器 對(duì)于以往無法清管的管道或管內(nèi)聚集大量碎屑的管道，可以采用先進(jìn)旁通清管器。旁通清管器上裝有內(nèi)壓協(xié)壓閥，當(dāng)堆積的碎屑粘住清管器時(shí)，清管器斷面上的差壓上升泄壓閥打開。由于整條管道完全堵塞的機(jī)遇很小，該清管器適合被用做救援清管器。如下圖所示。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)489. SCADA系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視

27、和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警、與第三方設(shè)備通訊等各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)管道安全、可靠、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 我國90年代中期以后新建的管道大部分采用國際先進(jìn)技術(shù)，通過調(diào)度中心可對(duì)全線進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度和管理。如陜京線、澀寧蘭輸氣管線等。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)49 9. SCADA系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)應(yīng)用范圍油氣輸送管道油氣田天然氣分配系統(tǒng)發(fā)電和配電系統(tǒng)水處理二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)509. SCADA系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)的組成： 右圖為SCADA系統(tǒng)的基本構(gòu)成情況，安裝在管道上的變送器將模擬信號(hào)發(fā)送到PLC(可編程控制器)或RTU(遠(yuǎn)程終端)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，發(fā)

28、送到控制中心的服務(wù)器，監(jiān)控管道設(shè)備的工況參數(shù)變化，對(duì)故障作出報(bào)警。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù) 長 距 離 輸 氣 管 線PLCRTURTUPLC可采用微波、電話線、衛(wèi)星等通訊方式數(shù)據(jù)采集板卡服務(wù)器接計(jì)算機(jī)串口電纜線電纜線電纜線電纜線變送器壓氣站壓氣站變送器51遠(yuǎn)程終端單元(RTU/PLC)PLC/RTU的功能1.數(shù)據(jù)采集2.控制輸出3.控制環(huán)路4.計(jì)算5.通訊二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)52PLC/RTU硬件組成1）處理器2）ROM和RAM存儲(chǔ)器3）實(shí)時(shí)鐘4）I/O子系統(tǒng)5）調(diào)制解調(diào)器6）維護(hù)/編程終端二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)53SCADA通信衛(wèi)星通信 傳輸距離長，受外界干擾較大，信號(hào)有時(shí)會(huì)出

29、現(xiàn)延遲、不能達(dá)到信號(hào)同步的要求。微波通信 無線通信，傳輸距離有限，抗干擾能力差光纜通信 有線通信，通信容量大，速率高，抗干擾能力強(qiáng)，但因其必須鋪設(shè)光纜，初始投資較大。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)54 動(dòng)力透平 氣體發(fā)生器 氣體壓縮機(jī) 密封油系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)壓氣站的典型采集控制點(diǎn) 如圖所示：在壓縮機(jī)組的關(guān)鍵部位設(shè)置參數(shù)測(cè)試點(diǎn)（壓力、溫度、流量、振動(dòng)頻率等），SCADA系統(tǒng)定時(shí)采集測(cè)試的數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的處理后，可以實(shí)對(duì)壓縮機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供事故報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，減少損失，可以降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)工作人員信心。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)559. SCADA自動(dòng)化技術(shù) 澀寧蘭輸氣

30、管線SCADA系統(tǒng)配置圖569. SCADASCADA系統(tǒng)（控制中心）的主要功能有：壓縮機(jī)站進(jìn)、出站壓力調(diào)節(jié)管道的自動(dòng)計(jì)量管道工藝運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)管道輸氣設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集和處理下達(dá)調(diào)度和操作指令顯示動(dòng)態(tài)工藝流程報(bào)警和事件管理儀表的故障診斷和分析二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)579. SCADASCADA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 主要優(yōu)點(diǎn)是安全測(cè)量與管道運(yùn)行相的互協(xié)調(diào)。該系統(tǒng)可降低人工巡線或定期查看偏遠(yuǎn)現(xiàn)場(chǎng)的必要性，對(duì)管線上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)或工藝參數(shù)提供實(shí)時(shí)監(jiān)視。 SCADA系統(tǒng)還能完成過程的緊急停車、對(duì)壓縮機(jī)的自動(dòng)啟停等控制功能。 中央SCADA系統(tǒng)不僅是管道運(yùn)行參數(shù)控制的一種經(jīng)濟(jì)方法，而且還可以收集用

31、于分析的數(shù)據(jù)，并將強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件和歷史數(shù)據(jù)結(jié)合，工程師便可根據(jù)電力消耗、設(shè)備運(yùn)行情況，維修計(jì)劃、壓力循環(huán)以及設(shè)備質(zhì)量等監(jiān)測(cè)管道的運(yùn)行情況。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)5810. 完整性管理技術(shù) 定義：管道完整性管理是指通過對(duì)管道系統(tǒng)的一系列檢測(cè)、評(píng)價(jià)和維護(hù)措施的實(shí)施，使管道系統(tǒng)的故障率降低至社會(huì)和公眾可接受的水平。目標(biāo)：以科學(xué)的方法，最大限度地確保管道的安全運(yùn)行，防患于未然，從而保護(hù)環(huán)境、健康及生態(tài)安全。方法：基于規(guī)范的完整性管理程序 基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的完整性管理程序二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)5910. 完整性管理技術(shù) 國外各大管道運(yùn)行公司為了確保管道的安全運(yùn)行，紛紛建立起管道完整性管理系統(tǒng)，編

32、制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件。 我國的管道工作者結(jié)合中國管道的現(xiàn)狀，經(jīng)過不懈的努力，在管道完整性管理方面也取得了不小的成就。針對(duì)不同管道的實(shí)際情況分布進(jìn)行了定性的和基于風(fēng)險(xiǎn)的定量分析，并已完成在役輸氣管道完整性評(píng)價(jià)技術(shù)研究，現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行有關(guān)在役輸油管道完整性評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，以達(dá)到與國際接軌，最大限度地保障我國管道的安全運(yùn)行，保護(hù)環(huán)境和公眾健康的目的。二、國內(nèi)外天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)60建立完整性管理方案的流程 61三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用1 儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在陜京輸氣管道工程的應(yīng)用 陜京管道1996年3月開工，1997年8月完工，從陜北長慶油田到北京琉璃河分輸站，是20世紀(jì)我國陸上距離最長和自動(dòng)化水平最

33、高的天然氣管道。設(shè)計(jì)壓力為6.4Mpa，采用X60管材鋼，年輸氣能力為33億方。 62三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用1.1 衛(wèi)星遙感技術(shù) 首次在長輸管道運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)選線，進(jìn)行地質(zhì)評(píng)價(jià)、地震研究、災(zāi)害性地質(zhì)勘探及工程環(huán)境評(píng)價(jià)。工程由常用的安全距離設(shè)計(jì)改變?yōu)榘踩珡?qiáng)度設(shè)計(jì)。 1.2 防腐技術(shù) 首次采用三層聚乙烯PE防腐結(jié)構(gòu)和輻射交鏈聚乙烯熱收縮套片補(bǔ)口技術(shù)，由于防腐技術(shù)的先進(jìn)性，陰極保護(hù)站由原設(shè)計(jì)的22座減少到了9座，最大站間距為114.9km，陰極保護(hù)站與工藝站場(chǎng)合建，減少了單獨(dú)建站的費(fèi)用，使供電、數(shù)據(jù)傳輸和控制更為方便。 63三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用1.3 自動(dòng)化技術(shù) 首次在國內(nèi)天

34、然氣管道采用檢漏系統(tǒng)對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，提高管道的安全性。首次在國內(nèi)采用國際上先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全線的監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制和調(diào)度管理。首次在國內(nèi)采用衛(wèi)星（VSTA）通信手段，為管理信息提供先進(jìn)的傳輸途徑。 右圖為陜京線SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 64三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用2 儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在西氣東輸管道工程的應(yīng)用 西氣東輸管道是我國現(xiàn)代化程度最高的輸氣管道，西起新疆塔里木油田輪南首站，途徑10個(gè)省、市、自治區(qū)，干線全長3856千米，管徑1016mm，設(shè)計(jì)壓力為10Mpa，設(shè)計(jì)年輸量為120億方，采用了大量的新技術(shù)、新工藝，如SCADA系統(tǒng)、地下儲(chǔ)氣庫技術(shù)、內(nèi)涂層減阻技術(shù)等。

35、 65三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 完成了1：50萬的TM數(shù)據(jù)鑲嵌遙感影響圖，對(duì)管道全線地理?xiàng)l件進(jìn)行解釋、分析和統(tǒng)計(jì)，為線路的選擇和確定提供依據(jù)。 實(shí)現(xiàn)了圖上定線，直接從最新遙感圖像上進(jìn)行線路選擇，然后再將選定的坐標(biāo)用GPS進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位，省去了艱苦的走線過程，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。2.1 遙感選線、沿線地質(zhì)評(píng)估等方法優(yōu)化路線66三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 2.2采用高壓力、大口經(jīng)內(nèi)涂敷技術(shù) 為提高輸氣能力，降低運(yùn)行費(fèi)用，采用了10Mpa的設(shè)計(jì)壓力和1016mm管徑，工藝設(shè)計(jì)參數(shù)為全國最高。 全國首次采用內(nèi)涂層減阻技術(shù)，在管徑、壓力不變的條件下提高輸量，同時(shí)減少壓縮機(jī)站3座，減少固定投資7.

36、1億元；減少管道內(nèi)壁腐蝕，延長清管周期。67三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 2.3 采用全自動(dòng)超聲波檢測(cè) 采用國際上先進(jìn)的全自動(dòng)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)焊口進(jìn)行無損檢測(cè)，其先進(jìn)性體現(xiàn)在： 1）采用多通道、聲聚焦探頭，將焊縫沿厚度方向分成幾個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)用不同的探頭掃描，沿焊縫掃描一周即可對(duì)整個(gè)焊縫進(jìn)行全面檢測(cè)、檢測(cè)速度快、效率高。 2）采用不同的掃描方式，以圖像顯示缺陷，并存儲(chǔ)在磁盤中，從顯示的圖像中可以測(cè)量出缺陷的位置、長度及高度，缺陷定量、缺陷識(shí)別認(rèn)為因素影響小。68三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 2.4 采用高精度的流量計(jì)量系統(tǒng) 采用氣體超聲波流量計(jì)和氣體渦輪流量計(jì)，通過在線對(duì)比流程及在線標(biāo)定

37、流程來保證計(jì)量的準(zhǔn)確度，減少計(jì)量損失。與傳統(tǒng)方法相比，具有準(zhǔn)確度高、流量范圍大、壓力損失小等特點(diǎn)。建立了亞洲最大的高壓、大流量計(jì)量測(cè)試中心，填補(bǔ)了國內(nèi)高壓、大流量標(biāo)定的空白。69三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 2.5 大力推動(dòng)國產(chǎn)材料、設(shè)備的研制應(yīng)用 當(dāng)時(shí)，國內(nèi)天然氣管道最高鋼級(jí)為X65，西氣東輸工程的實(shí)施促進(jìn)了國產(chǎn)X70管線鋼的研制生產(chǎn)。 研制成功PAW2000型全自動(dòng)焊機(jī)、PFM大口徑坡口機(jī)、PPC大口徑管內(nèi)對(duì)口器、大口徑鋼管內(nèi)涂敷減阻防腐劑作業(yè)線、大口徑鋼質(zhì)灣管環(huán)氧粉末外防腐作業(yè)線等，并成功的應(yīng)用于施工。70三、天然氣儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)在我國的應(yīng)用 2.6 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)峰分析及多種調(diào)峰措施 一般的輸氣管道只需按季節(jié)調(diào)峰，而西氣東輸?shù)恼{(diào)峰是按小時(shí)計(jì)算的，