第一章-输气管道概况课件.ppt
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- 第一章 输气管道 概况 课件
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1、输气管道概况 煤、石油、天然气都属于化石燃料,是世界三大一次能源,其中煤和天然气的发现和应用历史都在2600年以上,成书于春秋战国时期的山海经(山经)是我国最早记载天然气和煤炭的书籍。南山经曰“又东四百里,曰令丘之山,无草木,多火。”这里的火就是天然气。一、天然气的来源天然气可以从油田气和气田气获得。 油田气又称为油田伴生气,它是与石油伴生的天然气,伴随着石油的开采而采出。 (40% ) 气田气是采自气田气井的天然气,通常这种气体的甲烷含量较高。 (60%) 天然气的特性A 易燃易爆性:天然气和空气混合后,温度达到 550左右就会燃烧;其混合物浓度达到 5%15%时,遇到火种就会爆炸。B 单位
2、热值较高:低热值约 78009000kCal/m3,天然气燃烧后发出的热量是同体积城市人工煤气的 2.4 倍左右,是液化石油气的一半左右。经过天然气加工厂净化后的天然气本身无色无臭,但输送到终端用户的天然气中通常带有明显的臭味,原因是为了便于及时察觉泄露而添加了加臭剂。C 安全性: (这里说的安全性是相对人工煤气和液化石油气而言。 )天然气比空气轻,易挥发,不易在低洼处聚积,发生泄露后引发火灾爆炸事故的危险性远低于液化石油气;民用天然气不含 CO,在户内的轻微泄露不会引起煤气中毒。D 清洁环保:天然气中各组分均可彻底燃烧,燃烧后不产生灰粉等固体杂质,是完全清洁的燃料;同时天然气燃烧后的生成物主
3、要是水蒸汽,CO2的产生量远低于等热值的煤炭或石油。E 易泄露:相对人工煤气而言,天然气不含水分,供气压力也比人工煤气高 1 倍以上,老的人工煤气管线中普遍存在不易泄露人工煤气的微小的缝隙,但通了天然气不久就会泄露,切换后冬季必须更加注意。F 不易运输存储:相对煤和石油而言,天然气对运输存储的条件要求非常苛刻,这点严重影响了天然气早期的推广应用,现代随着低温液化、管输等相关技术的进步发展,才在经济相对发达地区规模化应用。二、资源情况二、资源情况 1.石油资源概况 从石油储量的分布来看,中东是石油最富足的地区,大约拥有世界储量的54 。 我国石油的可采储量可达150亿吨,远景储量可达300600
4、亿吨,潜力是很大的。2.天然气资源概况 天然气探明储量主要集中在俄罗斯、伊朗、卡塔尔、阿联酋和沙特。 “西气东输”的起点-塔里木盆地探明储量5267亿m3,可采储量3725亿m3,能够保证年供气120亿m3稳产20年。天然气市场发展情况天然气市场发展情况 2003年全球十大天然气消费国一览表(单位:亿立方米):中国天然气资源分布情况 据有关专家预测,在在21世纪的最初几年内,我国天然气需求增长将快于煤炭和石油揭,天然气市场在全国范围内将得到发育,2005年以后将得到快速发展、预计2010年天然气在能源总需求构成中的比重约为6 ,需求量将达到900亿立方米、2020年需求量将达到2000亿立方米
5、。占整个能源构成的10。2020年发电、城市燃气、化工、工业等其它用户将构成我国天然气的主要消费体。 发电占42,预计2010年将比1996年新增火电11612亿千瓦时。届时若有15的火电改用天然气作为能源,对天然气的需求将增加3 48亿立方米。 城市燃气占22,预计到2020年我国城镇天然气用户将达到40,需求将达到44亿立方米。 化工用气:占16。目前,化工领域是天然气的第二大用户,近四分之一的天然气被用作化工原料,其中90%以上用于生产化肥 。估计2020年化工领域对天然气的需求将达到32 5亿立方米。 工业等其它用户占20。工业燃料是我国目前最大的天然气用户,但市场开拓在近期有一定难度
6、,随着我国经济中高质量、 高附加值产品比重的提高,以及天然气管网的不断完善,在2020年前后工业用户将有所提高。预计工业等其它用户的天然气需求,在2020年将为391亿立方米。天然气的运输方式天然气的运输方式 1.管道输送 优点:输送量大、技术成熟可靠;缺点:建设与输送成本较高,适应灵活性较差。 现代管输技术成熟,约75天然气通过管道输送。 长距离输气管道发展趋势:1平均运距增大。最长单根输气管道是俄罗斯亚马尔管道(4451km);2最大口径可达1420mm; 3高压力,最高压力为12MPa,海底21MPa;4自动化遥控,采用SCADA对管网实施集散控制;5形成大型供气系统;6向极地海洋延伸。
7、2. 液化天然气(LNG) liquefied natural gas制备:液态储运即液化天然气(LNG)储运方式,利用经过净化天然气的压力经膨胀机制冷使其液化(若压力过低,需加压),制冷温度-80-90,在LNG装置中使用液氮补充冷却,将其降至-163成为液化天然气,实现液态输送。关键技术:预处理、液化及储存、液化天然气的气化、冷量回收及安全技术等。LNG链:开采、液化、LNG运输、LNG接收与气化、外输管线、最终用户组成。优势:1体积缩小620倍,便于运输; 2代替深海,地下长输管道省投资,降成本; 3超过3500km后船运占优势; 4有效回收边远、零散天然气; 5投资省,在等热能储气规模
8、下LNG储罐与管道储存设施相比,占地少,工期短,受地质条件约束少;物性:无毒,无色,无味液体;-163密度450470;燃点650;爆炸限4.715应用:1供城镇居民; 2远离气源且管线未到地方; 3城市燃气调峰; 4优质汽车燃料;5发电,特钢等提高质量; 6冷能发电,分离空气,制干冰等,间接冷冻食品,低温医疗等。 3. 压缩天然气(CNG)管束容器储运compressed natural gas 制备(新西兰): 2025MPa压缩存储高压钢瓶中,降温至5,充入“管束”内径为152.4mm (高级钢管组成)容器中,在0.135 MPa释放,净储气量为210V/V280V/V。 优势:与运距在
9、1000km以上管道或LNG相比,具有竞争力;灵活性强,投资少;使不能管输天然气得到有效的利用,方便未铺设管道边远地区,补充城市管道供气不足。 不足: 1高压储存增加储气密度; 2建立专门高压加气站,配备多级压缩系统,投资大; 3器壁厚,自重增加,运费大; 4高压储罐制作,维护费用高; 5高压储气安全隐患多。 应用: 1清洁汽车燃料; 2气源; 3应急供气手段; 4气量不大,用户距气源较远情况。 4. 天然气水合物(natural gas hydrates) 物性: 雪花状晶体,笼型多面体结构,密度0.880.80g/cm3,含天然气164220m3/m3。 制备:在35Mpa,26下,水与气
10、充分接触逐渐生成水合物,经过三相分离及脱除游离水,制成干水合物,可在接近常压与-40下长期稳定储存。 性质:提高压力,温度也可提高,储存压力36Mpa,储运温度为08。减压或增温。 优点: 与LNG相比,生产,储运,装置与工艺简单,综合成本要比LNG低24。 5. 吸附天然气(ANG)储存adsorbed natural gas 制备: 在储氢技术思路上开发,借助罐内活性吸附剂,利用巨大内表面和丰富微孔结构使天然气在较低压力下(34MPa)以较高密度(180V/V240V/V)储于钢瓶中。 技术:优良性能吸附剂筛选与开发;吸附剂储存容器结构设计。 优点:单级压缩,储罐形状和用材选择余地大,质量
11、轻,压力低,使用方便,安全可靠,ANG是最经济方法,总费用仅为CNG一半,吸附剂可重复使用。 难题: 1高效专用吸附剂的投资大; 2吸附剂性能影响实际储气量; 3用后吸附性能下降; 4自重增加; 5储气过程中释放热量产生的高温存在安全隐患; 6重组份的滞留。几种运输方式的比较 1 管道输气是最主要方式,适应范围广,特别适用于长距离、大运量运输。 2 具备海运条件,运距很长,LNG优于管道。超过7000 km时,惟一经济运输方式。 3 LNG,CNG内陆运输是管道有益补充,主要适用于运量较小和分散供气的情况。 4天然气水合物NGH输送方式的技术不十分成熟,但具有发展前景 三、天然气的用途三、天然
12、气的用途天然气是一种洁净、方便、高效的优质燃料。 在工业应用方面,可用于发电。 在民用方面,可提高灶炉热效率。 天然气还是重要的化工原料。 氦(He)气是重要的战略物质。 a 燃料 天然气的热值较高,每立方米平均为33MJ,介于人工煤气与液化石油气之间,且不含灰分,容易完全燃烧,不污染环境,运输方便(管道运输)。深受用户欢迎的民用燃料。 在工业应用方面,可用于发电,建设同样规模的火力发电站比燃煤减少投资20左右,且管理方便,易于实现自动化,发电成本大大下降。 燃气空调b 化工原料 天然气是近千种化工产品的理想原料。如 炭黑是合成橡胶和印刷油墨的原料 天然气裂解后可得乙烯、 丙烯、丁烯。是合成纤
13、维、合成橡胶和塑料的原料 天然气还可生产合成氨、 尿素。是化肥的原料。 硫制酸工业原料 所以,可以说,天然气是一切有机合成工业和高分子合成工业最理想、最便宜的原料。C 从天然气中回收下来的液化气也是一种优良的民用燃料。 其主要成分是低碳饱和烃丙烷、丁烷,并且含有少量乙烷或戊烷等。它不像商品气需采用管道输送,而是采用罐装或瓶装、以这种方式供应用户,批量可大可小,方便于用汽车、火车和船舶运输,特别适合于边远地区和商品气管线难以到达的散户使用。液化气可用于驱动汽车。也可用作切割气,还可以进一步将其分馏成丙烷和丁烷,分别使用。 D 稳定轻烃一般也称天然汽油。可直接调和作为车用汽油使用。 由于稳定轻烃正
14、构烷烃多,辛烷值低,一般可掺甲醇、芳烃以提高某烷值 用作车用汽油的调合原料也可进一步分馏而得到一系列优质工业溶剂、这些溶剂油基本上都是饱和烃化学安定性好、溶解能力强。广泛应用于化工、医药、航空等诸多部门。同时也可用作戊烷燃料,采用集中气化、集中供气的方式以改善小城镇居民的燃料结构。 E 天然气中H2S分离后经克劳斯反应制硫,其硫磺呈亮黄色,纯度可达99.99 ,是宝贵的化工原料。在工业、农业等各个领域都有着广泛的用途。 F 从高含CO2的天然气中分离出来的高纯度CO2可用于制备干冰,也可回注地层以提高原油采收率。 G 从天然气中分离出来的氦是世界上氦气的主要来源 有着广泛的用途。四、输气管道的
15、分类、组成及特点四、输气管道的分类、组成及特点 输气管道一般按其输送距离和经营方式及输送目的分为三类:一是属于油气田内部管理的矿场输气管道,通常称为矿场集气管线;二是隶属某管道输送公司的干线输气管道,通常称为长距离输气管道;三是由原城市煤气公司或其他燃气公司投资建设并经营管理的城市输气管道,通常称为城市输配管网。 矿场集气、净化、管道、压气站、配气站以及调压计量等形成了一个统一的密闭的输气系统 1. 矿场输气管道 矿场输气管道由采气管线和集气管线组成。根据气田构造、规模及气井分布等可布置成直线或树枝状、环状和放射状管网,其特点是:(1)输送介质大多为未经净化或净化程度低的原料气。原料气中含硫、
16、水、二氧化碳等杂质较高,腐蚀性大。(2)输送距离短。一般只有几公里至几十公里,也有一些由油气田企业内部管理的输气管道直接输送到附近城市或化工厂等,如辽宁盘锦沈阳新民输气管道,距离稍长一些,但一般中间没有增压站,也只有一百多公里。(3)管径小。一般在DN100DN300,由油气田企业内部管理的直接输送到附近城市或化工厂的输气管道,管径一般多用377mm、426mm或529mm。(4)压力变化大。开采初期井口压力可能高达10MPa或者更高,随着地层压力的降低,到开采后期可能降到1.0MPa,甚至0.10.2MPa。(5)集输系统流程复杂。包括矿场集输管网流程和矿场集输站场工艺流程。 2. 干线输气
17、管道 干线输气管道主要由线路和输气站组成,线路包括沿线截断阀、阴极保护站,输气站包括清管站,其它还包括通信、自动监控、道路、水电供应、线路巡检维修和其它一些辅助设施和建筑,对于采用低温输送工艺的管道,还应有中间冷却站。 干线输气管示意图长距离输送天然气管道特点 干线输气管道是连接矿场集气系统和城市门站(或配气站)的纽带,将经过矿场处理后的洁净的天然气送往城市。与矿场输气管道与城市配气管网相比,其具有输送距离长(从几百公里至几千公里)、管径大(一般在400mm以上,最大可达1420mm)、压力高(操作压力在4.010.0MPa)的特点 。 (1)是最有效、最大规模的运输系统,甚至是大量输送天然气
18、的唯一有效办法。 (2)设计和运行管理要比矿场和城市输气管道以及原油管道更复杂。 (3)由于中间有数个进气点和分气点的存在,再考虑中间进、分气量的波动性和不均衡性,对确定线路走向、管道设计和运行管理工作要求更高。 (4)在输气管道投产初期,可以在首站不设压缩机车间,而充分利用地层压力进行输送,对于远期提高输送量而地层压力低,是增设压气站还是建设复线或采用其他方案,在管道设计时要进行严格的技术经济论证,确定最优建设方案。 (5)必须保证安全、连续、可靠地供气。这要在设计和管理上采取特别有效的措施予以保证。 (6)从冶金、制管、勘察设计、施工和运行管理全过程中,建立完善的输气管道质量保证(QA)体
19、系。 (7)长输管道要求有与之配套的通信、道路交通、水电供给等附属设施,在以电动机为原动机的压气站,电力供应必须保证万无一失,有线和无线通讯系统也是不可缺少的设施之一,是全线生产调度指挥的重要工具。3. 城市输气管道 城市配气系统主要包括配气站、配气管网及支管、储气库和各类调压站所。 任务就是从配气站(或称城市门站)开始,通过各级配气管网和气体调压所保质保量地直接向用户供气。 城市输气管道从城市门站开始,遍布整个城市和近郊,通常有树枝状和环状两种布置方式,以环状居多。 (1)管径变化范围宽。小到居民进户的户内管为20mm,大到兼有储气功能的高压干环的1m以上。 (2)压力等级多。对于规模较大的
20、城市,尤其是人口多、密度大的特大城市,配气管网多采用多级系统,这些管道按照城镇燃气设计规范根据压力高低分为五个等级: 高压A级0.8p1.6MPa B级0.4p0.8MPa 中压A级0.2p0.4MPa B级0.005p0.2MPa 低压A级p0.005MPa (3)气体从高压力等级管网输入低压力等级管网必须经过调压,绝不允许不同压力等级的管道直接连通。五、输气管道发展概况五、输气管道发展概况 1世界著名大型输气管道世界著名大型输气管道 (1)前苏联乌连戈依)前苏联乌连戈依中央输气管道系中央输气管道系统。统。 (2)阿)阿-意输气管道。意输气管道。 (3)横贯加拿大输气管道。)横贯加拿大输气管
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