天然气集输系统节能减排技术研究

0 前言

随着我国经济的持续发展和能源消费结构的不断优化，天然气作为一种清洁高效的低碳能源，在保障国家能源安全和推动生态文明建设中发挥着越来越重要的作用，天然气集输系统作为连接上游气田开发与下游用户的重要中间环节，其运行效率和环保水平直接影响天然气产业链的整体能效水平和碳排放强度[1]。但是目前我国天然气集输系统在运行过程中仍普遍存在能耗较高和设备效率偏低等问题，在双碳目标背景下，节能减排已成为天然气行业转型升级的必由之路，集输系统作为能源消耗和温室气体排放的主要环节之一，其节能减排潜力巨大。本次研究将对天然气集输系统节能减排的相关技术进行深入分析，为促进天然气行业绿色发展和助力国家实现碳中和目标奠定基础。

1 天然气集输系统节能减排问题分析

（1）天然气压缩机组的节能问题

在压缩过程中，大量的机械能转化为热能，形成余热，同时，系统中产生的余压资源也未得到有效利用。这些未被回收的能量直接排放到环境中，造成严重的能源浪费，传统压缩机组通常只关注主要功能的实现，而忽视了能量的梯级利用和回收，导致系统整体能效低下[2]。对于部分天然气集输系统而言，由于对工况需求评估不准确或扩展性考虑过度，往往选择过大容量的压缩机组，使设备长期在低负荷状态下运行。低负荷运行不仅导致压缩机效率降低，还增加了单位产出的能耗和排放，同时，不合适的压缩机类型选择也会造成额外能耗，如在某些应用场景中使用容积式压缩机而非离心式压缩机可能更为节能。部分老旧设备仍采用定速运行方式，无法根据负荷变化自动调整运行参数，造成不必要的能源消耗，同时，控制系统精度不足和响应滞后也导致压缩机无法在最佳工况点运行，影响能效表现。

（2）地面长距离输送系统的节能问题

天然气主要成分是甲烷，其温室效应是二氧化碳的几十倍。在高压长距离输送过程中，管道连接处和压缩机密封等部位容易发生泄漏，尤其是老旧管道更易出现泄漏问题。这些泄漏不仅造成资源浪费，还显著增加了温室气体排放总量，管道系统分布广和监测难，使得泄漏检测与控制面临重大难度。历史原因导致的管网重复建设和互联互通程度不足，使得系统整体效率降低，部分区域管道利用率低，而另一些区域却面临输送能力不足的问题，这种不平衡状态导致整体能源利用效率下降，增加了不必要的排放。随着我国一次能源消费结构向低碳转型，大口径和高钢级管材成为天然气长输管道工程的必然选择[3]。但是现有的调压设备多采用节流降压方式，直接将高压气体降至使用压力，压差能量完全浪费，压力能量回收利用技术推广不足，造成大量能源损失。设备老化和工艺参数控制不精确等问题使系统处于非最优状态运行，增加能耗和排放，受限于技术和资金，部分管道无法及时更新改造，老旧设备能效低且泄漏率高，不利于系统整体节能减排工作。

2 天然气集输系统节能减排技术研究

（1）天然气压缩机组的节能减排技术

变频调速技术是最为成熟且应用广泛的节能技术之一，通过实时调整压缩机转速以适应不同工况需求，相比传统定速运行可大量节约能源。该技术不仅降低能耗，还能减少启停次数，延长设备使用寿命，同时，采用高级控制算法的变频系统还能实现压缩机组的软启动，减少启动电流对电网的冲击，提高系统整体稳定性。余热回收利用技术充分利用压缩过程中产生的热能，压缩机在工作过程中产生大量热能，若不加以利用将直接排放到环境中造成能源浪费，先进的余热回收系统可将这部分热能用于生产热水或发电。高效流体动力学设计是提升压缩机本体效率的核心技术，现代计算流体力学技术和三维设计方法使得压缩机叶轮和扩压器等关键部件的流道设计更加优化，减少了流动损失，提高了压缩效率。

（2）地面长距离输送系统的节能减排

管道输送优化技术通过先进算法实现输送参数的精确控制，智能管道输送系统根据气源供给和管网状态等因素，自动调整压缩机工况和气体流量，使系统始终在最优能效点运行。高效管材与涂层技术减少输送阻力和能耗，新型高强度管材可承受更高压力，在相同输量条件下减小管径或降低压缩机功率需求，同时，内壁涂覆低摩擦系数的特种涂层，可降低气体在管道中的流动阻力，进一步降低输送能耗。泄漏检测与修复技术是减少甲烷排放的关键，利用光学气体成像和无人机等先进设备对管道和法兰等部位进行定期检测，及时发现并修复泄漏点。数字孪生和智能管网技术实现系统全生命周期优化，通过建立管网数字模型，结合实时监测数据，对系统运行状态进行模拟分析和预测，发现能效改进点并制定优化方案，智能管网平台还可实现故障预警与预测性维护，避免因设备故障造成的能源浪费和排放增加。

（3）确保节能减排技术的落实

建立完善的节能减排管理体系是技术落实的组织保障，企业应成立专门的节能减排工作领导小组，由高层管理者直接负责，制定清晰的节能减排目标和责任分工。同时制定科学合理的节能减排技术标准和规范，形成覆盖设计和维护全过程的标准体系，为技术应用提供规范指导。对老旧设备和系统进行有计划的更新改造是提高能效的重要途径，企业应定期评估集输系统各设备的能效水平，制定设备更新计划，优先更换高耗能设备，同时对现有系统进行节能技术改造，提高系统整体能效。通过精细化的运行管理方式提高系统运行效率，建立天然气管网数字化监控平台，实现对集输系统各环节的实时监测和优化控制。根据管网负荷变化，优化调整压缩机组运行台数和参数，使设备始终在高效区运行，同时优化管网运行工况，合理调配气源和用户，减少系统整体输送阻力和能耗。

3 结论

综上所述，天然气集输系统涵盖加压和处理等多个环节，这些过程中的能耗成本占比高，同时，随着环保法规和能效标准日趋严格，企业在生产运行过程中必须加快节能减排技术的升级改造。因此，油气田企业需要根据目前节能减排中存在的问题，从多个角度出发引入节能减排技术，优化设备运行参数和提高能源利用率，减少燃料气消耗与能量损耗，从而降低运营成本，提升企业经济效益。

参考文献

[1]陈尉,戚钊华,赵洵.天然气集输系统节能减排技术的研究与实施[J].石化技术,2018,25(04):209.

[2]林红娇.天然气集输系统节能减排技术的研究与实施[J].中国石油和化工标准与质量,2011,31(12):110.

[3]郭培勇,黄文斌,张正玖,等.天然气集输系统节能减排措施研究与实施[J].油气田环境保护,2011,21(02):1-4+60.