1、目目 录录 1 天然气探明储量 据统计，到2004年底，世界天然气探明储量为180万亿方左右，探明储量最多的国家是俄罗斯，为48万亿方，占全世界量的30%。探明储量最多的地区是中东，为73万亿方，占世界总量的40.6%。到2004年底，我国的探明储量为4.4万亿方，占全世界总探明储量的比例不到2。而我国的天然气地质资源总量为35万亿方，可见，目前我国的探明率还比较底，还有很大的勘探空间。2 天然气产量 据统计，2004年全世界共生产了2.7万亿方天然气，产气量最大的地区是欧亚大陆，达到了1.05万亿方，占全世界的40；产气量最大的国家是俄罗斯，为0.6万亿方，占全世界的22左右。中国2008年
2、的天然气产量达到了760亿方，占全世界的2左右，总量不大，但是目前的年增长速度超过了20，发展潜力巨大。如右图所示：世界天然气产量近年来增长平稳，保持在3左右。中国天然气产量增长迅速，特别是在“西气东输”工程完工后，我国天然气产量增长率达到20以上。3 能源消费结构 右图为2005年世界能源的消费情况，石油占36.8，煤炭占27.2，天然气占23.7，水电占6.2，核电占6.1。天然气、水电、核电等清洁能源已经占到了世界一次性能源消费量的36。随着各国对环境保护的逐步重视，这一比例还将不断的提高。3.1 美国能源消费结构 左图为2005年美国能源 的消费情况，石油占39.8，煤炭占23.1，天
3、然气占23，水电占2.8，核电占8.1。天然气、水电、核电等清洁能源占到能源消费总量的35。3.2 俄罗斯能源消费结构 左图为2005年俄罗斯能源 消费的情况，石油占19.2，煤炭占15.8，天然气占54.1，水电占5.9，核电占4.8。天然气、水电、核电等清洁能源占到能源消费总量的64.8。这与俄罗斯的资源结构密切相关。3.3 英国能源消费结构 左图为2005年英国能源 消费的情况，其中石油占35.6，煤炭占15.6，天然气占38.9，水电占0.7，核电占8。天然气、水电、核电等清洁能源占到能源消费总量的47.6。3.4 我国能源消费结构 右图为2005年我国的能源消费结构，可以看到煤炭占到
4、了69，石油占22.3，天然气仅占不到3。天然气、水电、核电等清洁能源目前仅占我国能源消费量的9，能源结构很不合理，与世界发达国家相比有很大的差距，但是随着国家鼓励清洁能源政策的执行，天然气的发展潜力巨大，估计到2015年我国的天然气消费量将达到1500亿方左右，比例将提高到6以上。4 天然气输送方式 右图为各种输送方式的费用情况，可见对于天然气，海底管道输送费用高于陆上管道输送的费用，而对于较长距离的管道，液态天然气的输送费用低于气态天然气。各种天然气输送方式费用比较 4 管输气质要求 右表所示：国内外一般都要求管输天然气无游离水，无杂质，酸气含量低，有较高热值。我国管输天然气气质要求国外管
5、输天然气气质要求 5天然气管道分布 目前，世界上已建成输气干线近150万千米，并以1.4万千米/年的速度增长，现有输气管道主要分布在欧洲、独联体、北美等地区，其中美国约46万千米，独联体约23万千米，分居世界前两位。目前，我国长输天然气管道总长为2万千米左右。主要分布在西北和西南地区，该地区天然气管道占到了全国总量的70以上，这主要是因为我国的天然气资源主要集中在川渝、陕甘宁、新疆、青海四大基地。5.1 欧洲天然气管道 欧洲天然气资源主要集中在北海和东欧地区。如右图所示：北海海底管网，天然气进口管道以及欧洲各国国内天然气管道构成了复杂的输气管网系统。主要管道有：俄罗斯欧洲Transgas管道，
6、管径1220mm、长3736km；阿尔及利亚意大利管道，管径1220mm、长2500km等 北海海底管网阿意输气管道 5.2 美国天然气管道 美国是全球第二大产气国，同时也是第一大天然气消费国，其输气干线长度占到全世界的30以上，如右图所示：美国天然气管网系统非常发达，就像神经末梢一样遍布全国，是世界上最复杂的管道系统。主要输气管道有：湾流天然气管道系统，管径914mm，长934.8km；阿拉斯加天然气管道系统等。湾流管道系统 5.3 俄罗斯输气管道 俄罗斯现有干线输气管道15.1万千米，压缩机站250座。年出口天然气1700亿方，拥有世界最多的跨国输气管道，如俄罗斯土耳其输气管道，该管道是世
7、界上最深的海底管道，最深处为2150米，同时也是工作压力最高的输气管道，达到了25.1Mpa；俄罗斯欧洲Transgas管道，管径1220mm、长3736km等。TransgasYarnal-Europe 5.4 中国天然气管道 2000年以前，我国天然气管道建设发展缓慢，集中在川渝地区。随着“西气东输”工程的实施，我国天然气工业进入了快速发展期。为了满足国内需求，正在规划建设的有中俄、中俄韩跨国输气管线。右图中蓝色线条为我国现有的输气干线。起点：新疆轮南终点：上海管长：3856千米管径：1016mm钢材：X70 川渝环网干线：北干线 南干线管长：2906千米管径：最大720mm钢材：X60忠
8、武输气管道干线：忠县武汉，718.9km，管径711.2mm，钢材X60，压力6.37.0Mpa支线1：荆州襄樊，238.1km，管径406.4mm，钢材X52，压力6.3Mpa支线2：武汉黄石，77.9km，管径323.9mm，钢材X52，压力6.3Mpa支线3：潜江湘潭，340.5km，管径610mm，钢材X60，压力6.3Mpa 1 管道 1.1管材 管线钢的牌号有很多分类标，目前，国际上普遍采用的标准为API 5L和ISO3183等标准，我国现在一般都采用API 5L标准，按照管材的屈服强度以及韧性等对管线钢进行分类，其表示方法为X后加数值。管道强度主要指标有抗拉强度、屈服强度、伸长率
9、。我国常用管材抗拉强度在450Mpa以上，屈服强度在360Mpa以上，伸长率在2026%之间。如X52的屈服强度为420Mpa、X70的屈服强度为630Mpa、X120的屈服强度达到了800Mpa。20 世纪5060 年代输气管道的输送最高压力为6.3MPa，7080 年代最高压力为10 MPa，90 年代已达到14MPa。新建天然气管道的设计和运行压力已达到1520 MPa，有些管道甚至考虑采用更高的压力。随着输气管道输送压力的不断提高，输送钢管也相应地迅速向高钢级发展。1 管道 1.1管材 采用高压输送可减小管径，通过高钢级管材的开发和应用可减小钢管的壁厚和重量，减少焊接时间，降低管道成本
10、和建设成本。例如采用管材X100 比X65 和X70节约费用约30，节约管道建设成本约1012。国外60 年代一般采用X52 钢级；70 年代普遍采用X60-X65 钢级；近年来以X70 为主。从80 年代中期开始研究和试验X80，90年代初期获得批量使用。日本已经研制出了X120钢级，其屈服强度高达800 MPa。我国从5070 年代管道钢主要采用A3、16Mn；70 年代后期和80 年代则采用从日本进口的TS52K（相当于X52）；八五期间，通过冶金和石油系统的联合攻关，成功研制和开发了X52-X70 高韧性管道钢，并逐步得到广泛应用。西气东输工程之前我国陆上输气管道最大直径为660 mm
11、，最高钢级为X60，最大工作压力为6.4 MPa。在“西气东输”等重点工程立项后，石油系统和冶金系统联合开展了一系列相关的研究工作，通过这些项目的研究，促进了国内X70 管道钢产品的研究开发。目前，“西气东输二线”应用了X80 高钢级管材，这些工作将进一步提高我国油气管道工业、制管工业和冶金工业的技术水平，缩小与国际先进水平的差距。1.2 制管工艺1）焊接工艺 20世纪7080年代，我国管线的焊接主要以焊条电弧向上焊、纤维素焊条向下焊为主，因此生产效率低，且焊接质量也受到了人工技能水平的制约。20世纪80年代初，管道局从欧美引进了管道焊条电弧向下焊工艺，该工艺具有焊条的熔敷效率高，抗恶劣环境能
12、力强，生产效率高，焊接质量高等有点。1.2 制管工艺1）焊接工艺 20世纪90年代初，管道局从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺。该工艺具有：能连续送丝，渣气联合保护，抗风性能较强；易操作，焊接质量高，生产效率高等优点。国外20世纪60年代就已开始使用全位置自动焊技术，该技术适用于大口径、大壁厚管道，而该技术在国内大规模应用是在“西气东输”工程管道施工中。该工艺具有大机组流水作业，焊接质量稳定，操作简便，焊缝外观成形美观；焊工的劳动强度小；焊接施工效率比半自动焊高等优点。目前，油气输送焊管的主要类型有螺旋缝双面埋弧焊管(SSAW)、直缝双面埋弧焊管(LSAW)和高频直缝电阻焊接钢管(ERW)。
13、对ERW、SSAW、LSAW三种油气输送用焊管,其装备主要由三大系统组成：成型焊接;精整处理;检测检验。目前，全国有SSAW 焊管机组300多套,但能承接大项目工程的仅20套左右，与国际先进水平有较大的差距，但目前已有约100 万吨国产 SSAW 钢管在西气东输工程中被采用,并得到好评。据国外资料介绍,目前大口径埋弧焊管中,LSAW钢管占90%。而在国内,出于现实国情的考虑,专家和用户从实际需要的性能和比较合适的价格出发,在管线建设中一般还是看重SSAW钢管。大直缝ERW焊管目前在我国属于最先进的技术，它具有技术性、安全性、经济性三大特点。但目前还存在市场和成本问题，如同等口径标准的大直缝ER
14、W焊管要比SSAW焊管营运成本高出约500元。2）焊接用焊材 a.纤维素型及低氢型立向下焊条 目前国内市场基本上被奥地利、美国、日本等国厂商占据，10多年来，国内也有不少焊材公司致力于管道向下焊焊条的开发和研制，但由于焊条电弧吹力小，电弧偏吹严重，焊条表面粗糙等操作工艺性能差或焊缝成形差等原因而未用于重点工程中，大多应用于焊工培训。b.自保护药芯焊丝 我国管道焊接用药芯焊丝主要是林肯公司的NR207及郝伯特公司的FABSHIEL81N1，2004年国内生产的自保护药芯焊丝在操作工艺性能和力学性能方面已基本满足相关标准的要求，正进行推广使用。C.实心焊丝 实心焊丝国外供应厂商比较多，如法国的沙福
15、、日本神钢以及美国的郝伯特和林肯等大公司都生产各种管道用实心焊丝，我国有些厂家也生产各种管道用实心焊丝。3）管道焊接用设备 a.焊条电弧焊和自保护药芯焊丝半自动焊焊接设备 林肯公司、米勒公司管道焊接设备在国内保有量很大。国产管道焊接设备有ZX-400型、A410-400目前在石油工业中广泛应用。b.自动焊焊接设备 国内管道局进口了意大利PWT-NRT,英国AW97-1型在西气东输工程上使用；国内自行研制了PAW2000型，APW-型管道全位置自动外焊机，这两型焊机已成功地用于“西气东输”工程。c.根焊设备 目前根焊方法主要有“种：一是采用内焊机，二是采用外焊机，三是STT技术根焊，四是外焊内衬
16、强制成形，五是焊条电弧焊根焊。为了提高根焊质量，管道局从NOREAST公司引进了3套AW40-42型管道内焊机，已在“西气东输”工程西部试验段上进行了应用。2 压缩机组 a.压缩机 活塞式压缩机输出压力波动较大，目前主要在CNG加气站使用。由于转速底，一般采用电动机或天然气发动机驱动。螺杆式压缩机的排量较小，目前主要在制冷工业、天然气集输和加工工业上使用。一般采用电动机驱动。离心压缩机具有排量大、输出稳定、运行平稳、功率大等优点，在长输管道上得到了广泛应用。离心压缩机制造工艺复杂，目前国内无法生产，西气东输工程采用的是GE公司压缩机组。往复式压缩机组适用范围优缺点活塞式压缩机流量300m3/m
17、in压缩比高、输出压力波动大离心式压缩机流量146660m3/min排量大，运转平稳、重量轻螺杆式压缩机流量5850m3/min流量可调范围宽、操作平稳 2 压缩机组 b.驱动机 1）电动机 2）天然气发动机 3）燃气轮机 4）蒸汽轮机GE燃气轮机 5.3 阀门 长输管道用阀门主要有截断阀、调节阀、安全阀等。早期使用的阀门都为手动阀门，较大的阀门需要几个人合力才能转动。随着自动化技术的不断发展，目前，大型管道上使用较多的为气动阀门、气液联动阀门以及电动阀门。由于制造工艺复杂、高压密封性要求很高，国内能够生产的厂家生产较少，主要依靠进口。但我国阀门生产技术进步较快，06年“西气东输”淮武支线工程
18、首次选用了自贡高压阀门股份有限公司制造的大口径全焊式管线锻钢球阀。调节阀截断阀1.1.天然气管道输送新技术天然气管道输送新技术高压输气高压输气 输气管道向更高压的方向发展是一个趋势，也在一定程度上反映了一输气管道向更高压的方向发展是一个趋势，也在一定程度上反映了一个国家输气管道的整体技术水平。目前，世界陆上管道的最高设计压力为：个国家输气管道的整体技术水平。目前，世界陆上管道的最高设计压力为：美国美国12MPa12MPa，中国，中国10MPa10MPa。海底管道还可采用更高的输气压力。海底管道还可采用更高的输气压力。高钢级管材的采用高钢级管材的采用 通过高钢级管材的开发和应用可以减小壁厚，减轻
19、管子的重量，并缩通过高钢级管材的开发和应用可以减小壁厚，减轻管子的重量，并缩短焊接时间，从而大大降低钢材耗量和管道建设成本。国外输气管道短焊接时间，从而大大降低钢材耗量和管道建设成本。国外输气管道X70X70级级管材已占主导地位，管材已占主导地位，X80X80级也开始用于管道建设中。级也开始用于管道建设中。大口径输送大口径输送 增大管径是提高管道输送能力的有效途径。如一条增大管径是提高管道输送能力的有效途径。如一条914mm914mm管道管道的输量是的输量是304mm304mm的的1717倍。目前，全球天然气管道直径在倍。目前，全球天然气管道直径在1000mm1000mm以上以上的超过的超过1
20、212万万kmkm。我国的西气东输管道直径为。我国的西气东输管道直径为1016mm1016mm。输气管线网络化，形成大型的供气系统输气管线网络化，形成大型的供气系统 目前世界上已形成了一些大型输气管网，如前苏联的统一供气目前世界上已形成了一些大型输气管网，如前苏联的统一供气系统，向东西欧地区供气，是当今世界上规模最大的天然气输送系统，向东西欧地区供气，是当今世界上规模最大的天然气输送管网，全长管网，全长22.522.5万公里。万公里。高压富气输送工艺高压富气输送工艺 富气输送工艺是指输入管道前只将天然气中的水、硫化物和部富气输送工艺是指输入管道前只将天然气中的水、硫化物和部分液体脱掉，而将乙烷
21、、丙烷等重烃成分保留在天然气流中一起分液体脱掉，而将乙烷、丙烷等重烃成分保留在天然气流中一起以气态单相输送的工艺。以气态单相输送的工艺。因为富气输送中天然气的总热值提高，提高了输送效率；乙因为富气输送中天然气的总热值提高，提高了输送效率；乙烷等重烃组分的增加使管内天然气的密度增加，使得天然气的压烷等重烃组分的增加使管内天然气的密度增加，使得天然气的压缩系数降低，更易压缩，因此压缩机的需求功率降低，运行成本缩系数降低，更易压缩，因此压缩机的需求功率降低，运行成本降低，废气排放减少。降低，废气排放减少。内涂层减阻技术内涂层减阻技术 国外输气管道采用内涂层后一般能提高输气量国外输气管道采用内涂层后一
22、般能提高输气量6 61010，同，同时还可有效地减少设备的磨损和清管次数，延长管线的使用寿命。时还可有效地减少设备的磨损和清管次数，延长管线的使用寿命。天然气管道减阻剂（天然气管道减阻剂（DRADRA）现场试验结果表明，减阻剂的应用可提高输量现场试验结果表明，减阻剂的应用可提高输量10101515，最高压力下降达最高压力下降达2020。减阻剂的化学成分主要为聚酰氨基，通过。减阻剂的化学成分主要为聚酰氨基，通过注入系统，定期地按一定浓度将减阻剂注入到天然气管道中，减注入系统，定期地按一定浓度将减阻剂注入到天然气管道中，减阻剂可在管道内表面形成一层光滑的保护膜，这层薄膜能显著降阻剂可在管道内表面形
23、成一层光滑的保护膜，这层薄膜能显著降低输送摩阻，同时还有一定的防腐作用。低输送摩阻，同时还有一定的防腐作用。DRADRA的有效期可达的有效期可达400h400h。2.2.天然气储存新技术天然气储存新技术 国内外主要采用的储气方式有国内外主要采用的储气方式有长输管道末段储气长输管道末段储气、高压管束储气、地面高压管束储气、地面储气罐储气、储气罐储气、LNGLNG储气和地下储气库储气储气和地下储气库储气。其中，地下储气库是当今世界上。其中，地下储气库是当今世界上主要的天然气储存方式，占世界天然气储存设施总容量的主要的天然气储存方式，占世界天然气储存设施总容量的9090。储气库的类型有：储气库的类型
24、有：枯竭油气田储气库枯竭油气田储气库含水层储气库含水层储气库盐穴储气库盐穴储气库废矿井储气库废矿井储气库采矿溶洞储气库采矿溶洞储气库2.2.天然气储存新技术天然气储存新技术2.12.1天然气吸附储存技术天然气吸附储存技术基本原理：基本原理：利用高比面积、富微孔的吸附剂在常温、中低利用高比面积、富微孔的吸附剂在常温、中低压（压（3.53.56Mpa)6Mpa)条件下将天然气吸附储存的技术（条件下将天然气吸附储存的技术（ANGANG）。）。优点：优点：1 1）中低压获得）中低压获得CNGCNG在高压下（在高压下（20Mpa20Mpa）的储存能量）的储存能量密度；密度；2 2）储存压力低；）储存压力
25、低；3 3）充气时只需单级压缩，降低操）充气时只需单级压缩，降低操作费用；作费用；4 4）储存容器压力低，重量轻；）储存容器压力低，重量轻；5 5）技术适用范围）技术适用范围宽。宽。2.22.2水合物储存天然气技术水合物储存天然气技术气体水合物是一种包络状结晶气体水合物是一种包络状结晶化合物，它由甲烷和水在一定的化合物，它由甲烷和水在一定的温度和压力条件下笼合而成。在温度和压力条件下笼合而成。在标态下标态下1 1体积的水合物可包含体积的水合物可包含150150 180180体积的天然气。体积的天然气。优点：优点：1 1）水合物不易燃烧，可）水合物不易燃烧，可防止火灾和爆炸事故发生；防止火灾和爆
26、炸事故发生；2 2）储）储存压力相对较低；存压力相对较低；3 3）发生储罐破）发生储罐破裂等事故时天然气的泄漏速度慢。裂等事故时天然气的泄漏速度慢。水合物的形成过程时间诱导时间成长时间气体溶解区成核区生长区压力3.3.运行仿真技术运行仿真技术仿真技术是建立在仿真技术是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术算技术等理论基础上，以计算机和其他专用物理效应设备为工等理论基础上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和历史资料对试验结
27、果进行分析研究，家经验知识、统计数据和历史资料对试验结果进行分析研究，做出决策的一门综合性和试验性的学科。做出决策的一门综合性和试验性的学科。3.3.运行仿真技术运行仿真技术目前，国外长输管道仿真系统主要分为三种类型目前，国外长输管道仿真系统主要分为三种类型:一是用于油一是用于油气管道的优化设计、方案优选；二是运行操作人员的培训；三气管道的优化设计、方案优选；二是运行操作人员的培训；三是管道的在线运营管理。是管道的在线运营管理。美国最大的天然气管道公司之一的美国最大的天然气管道公司之一的WilliamsWilliams管道公司，采用管道公司，采用计算机仿真培训系统在不影响正常工作的情况下就可完
28、成对一计算机仿真培训系统在不影响正常工作的情况下就可完成对一线工人的上岗培训，大大缩短了培训时间，节约大量费用，比线工人的上岗培训，大大缩短了培训时间，节约大量费用，比传统的培训方式效率提高。传统的培训方式效率提高。3.3.运行仿真技术运行仿真技术 左图为管道仿真系统实现示左图为管道仿真系统实现示意图，仿真模型是根据管道流体意图，仿真模型是根据管道流体流动的连续性方程、动量方程、流动的连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程及相关的约能量方程、状态方程及相关的约束条件建立的数学模型，编制出束条件建立的数学模型，编制出模拟应用程序，再根据管内流体模拟应用程序，再根据管内流体的温度、压力、流量、密
29、度及组的温度、压力、流量、密度及组分等工艺参数及管道系统、设备分等工艺参数及管道系统、设备等特性参数完成仿真过程等特性参数完成仿真过程。3.3.运行仿真技术运行仿真技术 我国的仿真技术发展分为应用我国的仿真技术发展分为应用国外软件和自主开发仿真软件两个国外软件和自主开发仿真软件两个阶段。阶段。20世纪世纪80年代以来，我国开始年代以来，我国开始从美国、英国购买仿真相关软件。从美国、英国购买仿真相关软件。并在此基础上开始进行应用性的二并在此基础上开始进行应用性的二次开发。右图为我校自主开发的仿次开发。右图为我校自主开发的仿真软件，已经运用于川渝气田、长真软件，已经运用于川渝气田、长庆气田等天然气
30、管网的仿真优化分庆气田等天然气管网的仿真优化分析，取得了良好的经济效益析，取得了良好的经济效益。英国英国ESIESI公司研制的公司研制的Pipeline studioPipeline studio软件界面软件界面4.4.调峰技术调峰技术 为保证可靠、安全、连续地向用户供气，发达国家大都采为保证可靠、安全、连续地向用户供气，发达国家大都采用地下储气库进行调峰供气。目前，西方国家季节性调峰主要用地下储气库进行调峰供气。目前，西方国家季节性调峰主要用地下储气库和用地下储气库和LNGLNG储库，而日调峰和周调峰等短期调峰则多储库，而日调峰和周调峰等短期调峰则多利用管道末段储气及地下管束储气来实现。利用
31、管道末段储气及地下管束储气来实现。5.5.管道防腐技术管道防腐技术 腐蚀是影响和危害管道安全可靠运行的关键因素。据发达国家调查报腐蚀是影响和危害管道安全可靠运行的关键因素。据发达国家调查报道，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的道，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的2 24 4。据资。据资料统计，料统计，19981998年我国因腐蚀造成的损失达到年我国因腐蚀造成的损失达到28002800亿元。因此，防腐工作对亿元。因此，防腐工作对管道系统安全可靠运行至关重要。管道系统安全可靠运行至关重要。管道防腐分为外防腐技术和内防腐技术。管道外防腐技术主要包括防腐管道防腐分为外防腐技术
32、和内防腐技术。管道外防腐技术主要包括防腐涂层和阴极保护两部分，而防腐涂层则又涉及防腐涂层材料、涂敷工艺和涂层和阴极保护两部分，而防腐涂层则又涉及防腐涂层材料、涂敷工艺和施工水平三个重要环节。管道内防腐方法可分为三种：施工水平三个重要环节。管道内防腐方法可分为三种：1 1）界面防护，包括界面防护，包括内涂防腐层和电化学保护；内涂防腐层和电化学保护；2 2）化学药剂防护；化学药剂防护；3 3）选用耐腐蚀的管材。选用耐腐蚀的管材。5.5.管道防腐技术管道防腐技术 管道名称外涂层内涂层阴极保护投产时间备注篮流管道三层聚丙烯（PP）不祥牺 牲 阳 极（锌）2000年2月PP 热 收 缩套补口莫桑比克南非
33、熔 结 环 氧 粉 末（FBE）无外加电流2003年10气 体 质 量好，无 腐蚀环氧树脂（减阻）西气东输管道三层PE液体环氧树脂（减阻层）外加电流2004年底国 内 首 次大 规 模 采用内涂层箍 套 式 半圆型阳极Zeepipe海底管道三漆两布加强级玻璃纤维沥青牺牲阳极（铝 锌 铟 合金）1998年部分管道防腐技术应用情况表部分管道防腐技术应用情况表6.6.天然气计量技术天然气计量技术计量方式：计量方式：质量计量、体积计量、能量计量流量计：流量计：超声波流量计超声波流量计 超声波流量计计量方法有：传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等。时差法超声波流量计原理：利用一对超声波换
34、能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量。热值流量计热值流量计 将体积或质量流量计配上在线热值仪，就可以组装为热值流量计。时差法超声波流量计原理 天然气计量技术发展趋势：天然气计量技术发展趋势：1）计量仪表向自动化、智能化和远程化方向发展。2）仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展。3）超声测量技术发展迅速。4）计量方式从体积计量向能量计量发展。5）单一数据管理向计量系统管理方向发展。7 7 天然气物性测量技术：天然气物性测量技术：1）硫化氢检测仪 利用对硫化氢气体敏感的传感器测量硫化氢浓度，传感器种类主要有恒定电位电
35、解式、电化学式、接触燃烧式传感器。2 2）露点测试仪）露点测试仪 利用利用湿敏薄膜电容湿敏薄膜电容和和热敏电阻热敏电阻等对湿度敏感等对湿度敏感的元件接触被测气体。而元件的电容值和相对湿的元件接触被测气体。而元件的电容值和相对湿度成正比，加入温度信号后就可以由元件直接反度成正比，加入温度信号后就可以由元件直接反映出露点值。映出露点值。硫化氢检测仪 露点检测仪 8.8.智能清管技术智能清管技术 近年来问世的很多专利清管产品都近年来问世的很多专利清管产品都能满足大多数管道的清管要求，但在能满足大多数管道的清管要求，但在某些场合需要特殊设计的清管器。某些场合需要特殊设计的清管器。8.18.1先进的清洗
36、清管器先进的清洗清管器 为清除管内坚硬氧化皮和积蜡而研为清除管内坚硬氧化皮和积蜡而研制的清除坚硬沉积物的仪器（制的清除坚硬沉积物的仪器（HDRHDR）。）。如左图所示。如左图所示。8.28.2专用清管器专用清管器 对于以往无法清管的管道或管内聚集大量碎屑的管道，可以采用先进旁通清对于以往无法清管的管道或管内聚集大量碎屑的管道，可以采用先进旁通清管器。旁通清管器上装有内压协压阀，当堆积的碎屑粘住清管器时，清管器断管器。旁通清管器上装有内压协压阀，当堆积的碎屑粘住清管器时，清管器断面上的差压上升泄压阀打开。由于整条管道完全堵塞的机遇很小，该清管器适面上的差压上升泄压阀打开。由于整条管道完全堵塞的机
37、遇很小，该清管器适合被用做救援清管器。如下图所示。合被用做救援清管器。如下图所示。9.SCADA9.SCADA系统系统 SCADASCADA系统即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基系统即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警、与第三方设备通讯等各项功能，实现管节以及各类信号报警、与第三方设备通讯等各项功能，实现管道安全、可靠、平稳、高效、经济地运行。道安全、可
38、靠、平稳、高效、经济地运行。我国我国9090年代中期以后新建的管道大部分采用国际先进技术，年代中期以后新建的管道大部分采用国际先进技术，通过调度中心可对全线进行监控、调度和管理。如陕京线、涩通过调度中心可对全线进行监控、调度和管理。如陕京线、涩宁兰输气管线等。宁兰输气管线等。9.SCADA9.SCADA系统系统SCADA系统应用范围油气输送管道油气田天然气分配系统发电和配电系统水处理9.SCADA9.SCADA系统系统 SCADASCADA系统的组成：系统的组成：右图为右图为SCADASCADA系统的基本系统的基本构成情况，安装在管道上的构成情况，安装在管道上的变送器将模拟信号发送到变送器将模
39、拟信号发送到PLC(PLC(可编程控制器可编程控制器)或或RTU(RTU(远程终端远程终端)，经过，经过A/DA/D转转换后，发送到控制中心的服换后，发送到控制中心的服务器，监控管道设备的工况务器，监控管道设备的工况参数变化，对故障作出报警。参数变化，对故障作出报警。长长 距距 离离 输输 气气 管管 线线PLCRTURTUPLC可采用微波、电话线、卫星等通讯方式数据采集板卡服务器接计算机串口电缆线电缆线电缆线电缆线变送器压气站压气站变送器远程终端单元(RTU/PLC)PLC/RTU的功能1.数据采集2.控制输出3.控制环路4.计算5.通讯PLC/RTU硬件组成1）处理器2）ROM和RAM存储
40、器3）实时钟4）I/O子系统5）调制解调器6）维护/编程终端SCADA通信卫星通信卫星通信 传输距离长，受外界干扰较传输距离长，受外界干扰较大，信号有时会出现延迟、不能大，信号有时会出现延迟、不能达到信号同步的要求。达到信号同步的要求。微波通信微波通信 无线通信，传输距离有限，无线通信，传输距离有限，抗干扰能力差抗干扰能力差光缆通信光缆通信 有线通信，通信容量大，速有线通信，通信容量大，速率高，抗干扰能力强，但因其必率高，抗干扰能力强，但因其必须铺设光缆，初始投资较大。须铺设光缆，初始投资较大。动力透平 气体发生器 气体压缩机 密封油系统 SCADA系统 如图所示：在压缩机组的关键部位设置参数
41、测试点（压力、温度、流量、振动频率等），SCADA系统定时采集测试的数据，通过相应的处理后，可以实对压缩机组的实时监控，提供事故报警，及时发现故障，排除故障，减少损失，可以降低工作人员劳动强度，增强工作人员信心。9.SCADA9.SCADA自动化技术自动化技术 涩宁兰输气管线涩宁兰输气管线SCADASCADA系统配置图系统配置图9.SCADA9.SCADASCADASCADA系统（控制中心）的主要功能有：系统（控制中心）的主要功能有：压缩机站进、出站压力调节压缩机站进、出站压力调节管道的自动计量管道的自动计量管道工艺运行参数的自动监测管道工艺运行参数的自动监测管道输气设备的自动监控管道输气设备
42、的自动监控数据采集和处理数据采集和处理下达调度和操作指令下达调度和操作指令显示动态工艺流程显示动态工艺流程报警和事件管理报警和事件管理仪表的故障诊断和分析仪表的故障诊断和分析9.SCADA9.SCADASCADASCADA系统的优点：系统的优点：主要优点是安全测量与管道运行相的互协调。该系统可降低人工巡线或主要优点是安全测量与管道运行相的互协调。该系统可降低人工巡线或定期查看偏远现场的必要性，对管线上的设备运行状态或工艺参数提供实时定期查看偏远现场的必要性，对管线上的设备运行状态或工艺参数提供实时监视。监视。SCADASCADA系统还能完成过程的紧急停车、对压缩机的自动启停等控制功系统还能完成
43、过程的紧急停车、对压缩机的自动启停等控制功能。能。中央中央SCADASCADA系统不仅是管道运行参数控制的一种经济方法，而且还可以收系统不仅是管道运行参数控制的一种经济方法，而且还可以收集用于分析的数据，并将强大的数据分析软件和历史数据结合，工程师便可集用于分析的数据，并将强大的数据分析软件和历史数据结合，工程师便可根据电力消耗、设备运行情况，维修计划、压力循环以及设备质量等监测管根据电力消耗、设备运行情况，维修计划、压力循环以及设备质量等监测管道的运行情况。道的运行情况。10.10.完整性管理技术完整性管理技术 定义：定义：管道完整性管理是指通过对管道系统的一系列检测、评价和维护措管道完整性
44、管理是指通过对管道系统的一系列检测、评价和维护措施的实施，使管道系统的故障率降低至社会和公众可接受的水平。施的实施，使管道系统的故障率降低至社会和公众可接受的水平。目标：目标：以科学的方法，最大限度地确保管道的安全运行，防患于未然，从以科学的方法，最大限度地确保管道的安全运行，防患于未然，从而保护环境、健康及生态安全。而保护环境、健康及生态安全。方法：方法：基于规范的完整性管理程序基于规范的完整性管理程序 基于风险评价的完整性管理程序基于风险评价的完整性管理程序10.10.完整性管理技术完整性管理技术 国外各大管道运行公司为了确保管道的安全运行，纷纷建立起管道完国外各大管道运行公司为了确保管道
45、的安全运行，纷纷建立起管道完整性管理系统，编制风险评价软件。整性管理系统，编制风险评价软件。我国的管道工作者结合中国管道的现状，经过不懈的努力，在管道完我国的管道工作者结合中国管道的现状，经过不懈的努力，在管道完整性管理方面也取得了不小的成就。针对不同管道的实际情况分布进行了整性管理方面也取得了不小的成就。针对不同管道的实际情况分布进行了定性的和基于风险的定量分析，并已完成定性的和基于风险的定量分析，并已完成在役输气管道完整性评价技术在役输气管道完整性评价技术研究研究，现有研究机构正在进行有关在役输油管道完整性评价技术的研究，现有研究机构正在进行有关在役输油管道完整性评价技术的研究，以达到与国
46、际接轨，最大限度地保障我国管道的安全运行，保护环境和公以达到与国际接轨，最大限度地保障我国管道的安全运行，保护环境和公众健康的目的。众健康的目的。建立完整性管理方案的流程建立完整性管理方案的流程 三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用1 1 储运新技术在陕京输气管道工程的应用储运新技术在陕京输气管道工程的应用 陕京管道1996年3月开工，1997年8月完工，从陕北长庆油田到北京琉璃河分输站，是20世纪我国陆上距离最长和自动化水平最高的天然气管道。设计压力为6.4Mpa，采用X60管材钢，年输气能力为33亿方。三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的
47、应用1.1 1.1 卫星遥感技术卫星遥感技术 首次在长输管道运用卫星遥感技术选线，进行地质评价、地震研究、灾害性地质勘探及工程环境评价。工程由常用的安全距离设计改变为安全强度设计。1.2 1.2 防腐技术防腐技术 首次采用三层聚乙烯PE防腐结构和辐射交链聚乙烯热收缩套片补口技术，由于防腐技术的先进性，阴极保护站由原设计的22座减少到了9座，最大站间距为114.9km，阴极保护站与工艺站场合建，减少了单独建站的费用，使供电、数据传输和控制更为方便。三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用1.3 1.3 自动化技术自动化技术 首次在国内天然气管道采用检漏系统对管道进行实时在
48、线监测，及时发现泄漏，提高管道的安全性。首次在国内采用国际上先进的SCADA系统，实现全线的监测、远程控制和调度管理。首次在国内采用卫星（VSTA）通信手段，为管理信息提供先进的传输途径。右图为陕京线SCADA系统结构图 三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用2 2 储运新技术在西气东输管道工程的应用储运新技术在西气东输管道工程的应用 西气东输管道是我国现代化程度最高的输气管道，西起新疆塔里木油田轮南首站，途径10个省、市、自治区，干线全长3856千米，管径1016mm，设计压力为10Mpa，设计年输量为120亿方，采用了大量的新技术、新工艺，如SCADA系统、地下储
49、气库技术、内涂层减阻技术等。三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用 完成了1：50万的TM数据镶嵌遥感影响图，对管道全线地理条件进行解释、分析和统计，为线路的选择和确定提供依据。实现了图上定线，直接从最新遥感图像上进行线路选择，然后再将选定的坐标用GPS进行现场定位，省去了艰苦的走线过程，减轻了劳动强度。2.1 2.1 遥感选线、沿线地质评估等方法优化路线遥感选线、沿线地质评估等方法优化路线三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用 2.2采用高压力、大口经内涂敷技术 为提高输气能力，降低运行费用，采用了10Mpa的设计压力和1016mm管径，工
50、艺设计参数为全国最高。全国首次采用内涂层减阻技术，在管径、压力不变的条件下提高输量，同时减少压缩机站3座，减少固定投资7.1亿元；减少管道内壁腐蚀，延长清管周期。三、天然气储运新技术在我国的应用三、天然气储运新技术在我国的应用 2.3 采用全自动超声波检测 采用国际上先进的全自动超声波检测系统对焊口进行无损检测，其先进性体现在：1）采用多通道、声聚焦探头，将焊缝沿厚度方向分成几个区，每个区用不同的探头扫描，沿焊缝扫描一周即可对整个焊缝进行全面检测、检测速度快、效率高。2）采用不同的扫描方式，以图像显示缺陷，并存储在磁盘中，从显示的图像中可以测量出缺陷的位置、长度及高度，缺陷定量、缺陷识别认为因
