天然气的运输方式及其特点

天然气供给链,这条供给链所涉及所有设施构成

系统称为天然气供气系统。一个完整天然气供

气系统通常主要由油气田矿场集输管网、长距离输

气管道或管网、城市输配气管网、天然气净化处理

厂、储气库(地下储气库或地面储罐) 等几个子系统

构成,在某些情况下还包括天然气非管道运输系

统。这些子系统既各有分工又相互连接成一个统一

一体化系统,其总目标是尽可能保证按质、按量、

按时向用户供气,同时做到平安、可靠、高效、经济运

行,以获得最正确经济与社会效益。如果将天然气

勘探开发、储运与销售分别看成是天然气供气系统

甚至整个天然气工业上、中、下游话,那么可以说,

第 1 页

天然气供气系统或天然气工业是上、中、下游一体化

,其中任何一个环节出现问题都将影响一个国家

或地区天然气供气系统甚至整个天然气工业正

常运行与开展。由此可见,一个供气系统规划、建

设与运行管理是一项巨大系统工程,必须对其上、

中、下游各个环节统筹兼顾、统一规划、统一调度、

统一管理,才能获得良好经济与社会效益。

天然气供气系统一个突出特点是用气量时

间不均衡,由此产生了该系统固有一个关键问题

———供气调峰,所谓供气调峰是指采取适当措施

使天然气供气量与用气量随时保持动态平衡。根

据调峰周期长短,可以将调峰分为季调峰、日调

峰、小时调峰等几种类型。为了解决调峰问题并提

第 2 页

高供气可靠性,现代大型天然气供气系统一般都

设有地下储气库或其它设施作为调峰与应急供气

手段。

天然气矿场集输管网输送介质是未经净化处

理油气井产物,甚至有可能是直接从油井中产出

油、气、水多相混合物。天然气矿场集输管道

(包括油气水混输管道) 具有输送距离短、管径小、在

运行寿命期内压力变化大等特点。长距离输气管道

任务是将净化处理后天然气输送到城市门站或

大型工业用户。天然气城市输配管网任务是将来

自长输管道或其它气源天然气输送、分配到每个

用户。大城市输配气管网规模可能相当大,以

至于其建立工程量与投资可能会超过为它供气长

第 3 页

输管道。这类管道压力等级与管径范围均较宽,

超高压配气干线压力可达4 MPa ,而入户管道

压力不超过5 kPa ;配气干线直径可达1 m 以上,

而 入户管道直径一般只有20 mm〔1〕。

虽然矿场集输与城市输配也属于天然气运输

范畴,但由于这两个环节几乎只采用管道一种运输

方式,故此处只讨论天然气长距离运输。长距离

运输是指将经过净化商品天然气以某种形式运输

到输配气系统接收站,其运距一般超过100 km。

三、长距离输气管道

1 、 根本构造〔1 、2〕

一条长距离输气管道一般由输气管段、首站、压

气站、中间气体接收站、中间气体分输站、末站、清管

第 4 页

站、干线截断阀室、线路上各种障碍(水域、铁路、地

质障碍等) 穿跨越段等局部组成。

首站主要功能是对进入管道天然气进展分

离、调压与计量,同时还具有气质检测控制与发送清

管球功能。如果输气管道需要加压输送,那么在大

多数情况下首站同时也是一个压气站。

中间气体接收站主要功能是收集来自支线或

管道沿线气源天然气,中间分输站主要功能是

向管道沿线支线或用户供气。在中间接收站或分

输站通常设有天然气调压与计量装置,某些接收站

或分输站同时也是压气站。

压气站是输气管道心脏,其功能是给气体增

压以维持所要求输气流量,一般情况下,两个压气

第 5 页

站间距在100～400 km 之间。压气站主要设

备是输气压缩机组,包括气体压缩机(离心式或往复

式) 与与之配套原动机。离心压缩机采用燃气轮

机或电机驱动,往复压缩机通常采用天然气发动机

驱动。现代输气管道大多采用燃气轮机—离心压缩

机组,在同一个压气站内通常设置多套输气压缩机

组,它们既可以并联也可以串联。由于输气管道

压气站一般在较低压比(出站压力与进站压力之比称为压气站压比,我国输气管道设计标准推荐其

取值范围为1. 2～1. 5) 下运行,因此绝大多数压气

站都采用并联方式。为了便于调节输气管道流量

与压力,大多数输气压缩机都可以在较大范围内实

现无级调速。

清管站主要功能是发送、接收清管器,它可以

第 6 页

与其它站场合建在一起,也可单独建站,定期去除管

道中杂物(如水、液态烃、机械杂质与铁锈等) 。清

管站间距一般为100～150 km。

假设输气管道末站直接向城市输配气管网供气,

那么被称之为城市门站。末站具有别离、调压、计量

功能,有时还兼有为城市供气系统配气功能。

干线截断阀室是为了及时进展事故抢修、防止

事故扩大而设置。根据管道所经过地段地区等

级不同(根据人口与建筑物密度等因素,可以将管道

经过地区划分为4 个等级) ,干线截断阀室间距在

8～32 km 之间。此外还应在管道穿跨越段两侧设

置干线截断阀。

为满足调峰与应急供气需要,在输气管道终

第 7 页

点附近通常建有配套地下储气库或地面储气站。

地下储气库主要用于季调峰与应急供气,地面储气

站一般只用于日调峰与小时调峰。由于天然气具有

可压缩性,因此输气管道末段也具有一定储气调

峰能力,在大多数情况下可以用其取代地面储气站。

2 、 主要技术与经济特点

天然气本身固有特性决定了管道是其最适宜

运输方式,它适用于整个天然气供给链上每一

个运输环节。作为连接气源与输配气系统纽带,

长距离输气管道具有距离长(一般从几百公里到几

千公里) 、管径大(一般在400 mm 以上) 、输量大、输

送压力高(一般高于4 MPa) 、可以连续运行、投资规

模大等主要特点。

第 8 页

输气管道输送能力与管道直径2. 5 次方成

正比,因此,增大管径是提高管道输送能力最有效

措施。例如,一条直径为1 420 mm、输送压力为

7. 5 MPa输气管道,相当于3 条直径为1 000 mm、

输送压力为5. 5 MPa 管道,但前者可以节省钢材

19 % ,节省投资35 %。

长距离输气管道输送本钱在很大程度上取决

于其输送能力与输送距离。一般而言,在距离一定

条件下,管道输送能力越大,其满负荷运行输送

本钱就越低。在满负荷运行前提下,输气管道

最大经济输送距离与输送能力密切相关,输送能力

越大,最大经济输送距离就越长。因此输气管道特

别适用于大运量天然气运输。随着运量减小,输

第 9 页

气管道最大经济输送距离可能小于实际运输距

离,此时采用CNG或LNG散装运输方式有可能比

管道运输更经济。

输气管道运行能耗是输气本钱组成局部。

假设每座压气站输气压缩机组均采用管道本身输

送天然气作为能源,那么一条5 000 km 输气管道

燃气消耗量数量级为输气量10 % ,对于长度

为250～500 km 管道,相应数量级为1 %〔3〕。

3 、 开展概况

现代意义上输气管道已有近120 年开展历

史。在北美、苏联与欧洲,天然气管道已连成地区

性、全国性乃至性大型供气系统,全球输气管道

总长度超过140 ×104 km ,其中直径1 m 以上管

第 10 页

道超过12 ×104 km。20 世纪70 、80 年代是全球输

气管道建立顶峰期,世界上几条最著名输气管道

几乎都是这一时期建成,如横穿地中海阿尔及

利亚至意大利输气管道、西西伯利亚至苏联地

区输气走廊(包括6 条管径为1 420 mm 管道,

总长度约2 ×104 km ,总输气能力到达2 000 ×108

m3/ a) 、美国与加拿大合建阿拉斯加公路输气系

统一期工程等。本世纪已建成最著名输气管道

是加拿大至美国联盟管道,全长2 988 km ,在沿

线不同管段上分别采用914 mm 与1 067 mm 两

种管径,设计压力为12 MPa ,目前年输气能力约

为130 ×108 m3 。这条管道一个突出特点是输送

富气,即乙烷、丙烷等重烃组分含量较高天然气。

第 11 页

1963 年,我国建成第一条输气管道———巴渝管

道。直到20 世纪80 年代中期,我国输气管道还

主要分布在川渝地区。自90 年代以后,我国天然气

管道开展步伐显著加快,相继建成了陕京输气管

道、南海崖13 - 1 气田至输气管道、涩宁兰输气

管道、东海平湖气田至上海输气管道。目前,我国

输气管道建立已进入一个快速开展期,多条长距离、

大口径输气管道(包括从俄罗斯引进天然气

管道) 已经或即将开工建立,其中正在建立西气东

输管道,是一项世界级大型管道工程,该管道西起塔

里木盆地轮南首站,东至上海白鹤镇末站,全长

为4 000 km ,管径为1 016 mm ,设计压力10 MPa ,

设计输气能力为120 ×108 m3/ a ,将来可以根据输量增长情况提高到200 ×108 m3/ a 。该管道预算

第 12 页

投资为435 ×108 元人民币,如果加上与之配套气

田及城市输配气系统,那么整个西气东输工程投资

预算高达1 200 ×108 元。预计到2021 年左右全国

将形成多个大型地区性输气管网,从现在开场10

～20 年将是我国输气管道建立顶峰期。

近几十年,长距离输气管道开展趋势主要体

现在以下几个方面。

(1) 平均运距增大。目前世界上最长单根输

气管道是俄罗斯亚马尔管道,全长4 451 km。

(2) 输气管道最大口径可达1 420 mm。

(3) 高压力。目前陆上输气管道最高设计压

力为12 MPa ,海底输气管道为21 MPa 。

(4) 自动化遥控。目前普遍采用SCADA 系统

第 13 页

对输气管道或管网实施集散控制。

第 14 页