天然气管道是指将天然气(包括油田生产的
伴生气)从开采地或处理厂输送到城市配气中心或工业企业用户的管道,又称
输气管道。
历史沿革
中国是最早用木竹管道输送天然气的国家。木竹管作为特殊
运输工具是沿用
秦汉时期(公元前200余年)输送卤水的竹木笕而发展起来的。
据史料记载,公元前61年中国就在鸿门(今
陕西省
临潼东北)、
临邛(今四川省
邛崃县)等地已有
火井(
天然气井)。西晋
张华《
博物志》有“盆盖井上,煮盐得盐”的记载;东晋
常璩《
华阳国志》有“以
竹筒盛其光,藏之曳行,终日不灭”的记载。明宋应星《天工开物》(1637年)对于用竹管输气作为燃料有详细的描述:“长竹剖开,去节,合缝,漆布,一头插入井底,其上曲接,以口紧对釜脐。”清范声山《花笑庼杂记》(1844年)记载管道输气的情况说:“一井口接数十竹者,并每竹中间复横嵌竹以接之。”可见输气的竹管已发展到多管输送和纵横衔接的分输的程度。输送距离也从“周围砌灶”(《川盐记要》)的就地取材使用发展到“以竹筒引之百步千步”(《
富顺县志》)的长度。公元1600年前后,四川省
自流井气田不但在平地敷设管道,而且“高者登山,低者入地”,输卤水的“渡水之枧,则于河底掘沟置笕,凿石为槽覆其上,又用敞
盐锅镇之,以防水涨冲激”,并有“凌空构木若长虹……纵横穿插,逾山渡水”等记载,说明当时管道地面建设的
技术发展已达一定水平。由于木竹管道制作简单,又能耐腐蚀和便于就地取材,因而从古代直到
中华人民共和国成立以前,在中国浅
气层低压天然气集输中起过巨大作用。
中国的现代天然气管道工业,多集中在天然气主要产地四川省。1963年建成了第一条巴渝输气管道,管径为426毫米,全长54.7公里。到1983年已建成从
川东经重庆、
泸州、
威远至成都、
德阳等地,沟通全省的输气管网,管径426~720毫米,全长2200多公里,设有集
配气站178座,年输量50~60亿立方米。此外在
大庆、胜利、华北等油田,建有向
石油化工厂输送
伴生气的管道。
2023年,中国长输天然气管道总里程12.4万公里,较上年增加超4000公里,预计2024年还将新增管道里程超4000公里。
中国天然气
中国是最早用
木竹管输送天然气的国家。1600年前后,
四川省自流井气田不但在平地敷设管道,而且“高者登山,低者入地”,“于河底
掘沟置笕,凿石为槽覆其上”。
中国现代天然气
运输管道,多集中在天然气主要产地四川省。1963年建成了第一条巴渝输气管道,管径为426毫米,全长54.7公里。到1983年已建成从川东经重庆、泸州、威远至成都、德阳等地,沟通全省的输气管道网,管径426毫米~720毫米,全长2,200多公里,设有集配气站178座,年输量50亿~60亿立方米。
世界输气管道也经历了与中国相似的发展过程。18世纪以前,输气管道也使用木竹管。18世纪后期用
铸铁管,19世纪90年代开始使用钢管。输
气动力开始全靠天然气井口压力,1880年,美国采用蒸汽驱动的
压气机。20世纪20~30年代采用了
双燃料发动机驱动的压气机给管内天然气加压,
输气压力从原来5883.6帕上升到27440帕~41160帕。输送距离也越来越长。后来又出现了规模巨大的管网系统。60年代开始,在天然气进出口国之间,相继建成了许多跨国管道,如由
苏联经原
捷克和斯洛伐克、
奥地利、德国的1780公里的输气管道;由奥地利到
意大利的长774公里的管道;由
阿尔及利亚经
突尼斯、
地中海和
突尼斯海峡到意大利的全长2500公里的管道等。到1983年时,世界输气管道总长达到91.34万公里。长距离输气管道普遍采用压气机增压输送。输气管道在管材选用、提高输送效率、实现全线自动化等方面的技术也有了迅速的发展。管材广泛采用X—60
低合金钢(度极限41160帕),并开始采用X-65、X-70等更高强度的材料。为降低管道内的
摩擦阻力,426毫米以上的新钢管已普遍采用内涂层。此外还开展了不同物性的气体在同一管道中
顺序输送,以及-70℃低温、75460帕高压的气态和液态天然气管道输送试验。
运输优点
天然气管道运输具有
运输成本低、占地少、建设快、油气
运输量大、安全性能高、运输损耗少、无“
三废”排放、发生泄漏危险小、对环境污染小、受恶劣
气候影响小、
设备维修量小、便于管理、易于实现远程集中监控等优势。
增效剂
天然气管道
增效剂是指天然气应用于工业切割时,为提高天然气的
火焰温度添加的一种特殊
化学成分,
天然气增效剂主要分为
压缩天然气增效剂,管道天然气增效剂和
液化天然气增效剂。
所以就出现了天然气增效技术,这种技术通过智能混合设备向普通天然气里添加增效剂,进而使其转变成适应于高效
节能环保的
工业燃气。增效剂通过混合设备进入气体后均匀扩散,形成特定的氢氧
原子团,在
燃烧过程中发生裂变,对燃气有优化
重组作用,产生
二次燃烧改善燃气的
燃烧性能,使燃气得以充分雾化
完全燃烧,从而提高
热效率,增加火焰温度。增效后 天然气火焰温度最高达到3300℃。混合后的天然气可用于工业切割、矫形、烤校,可完全取代
乙炔气、
丙烷气,可广泛应用于钢厂、钢结构、
造船行业,可在船舱内安全使用。
运输体系
18世纪以前,管道也是竹木管。18世纪后期用铸铁管,19世纪90年代开始采用钢管。输气动力开始全靠天然气井口压力,1880年后才用蒸汽驱动的压气机。20世纪20~30年代采用了双燃料发动机驱动的压气机给天然气加压,输气压力从而由6千克力/厘米2上升到28~42千克力/厘米2。输送距离也愈来愈长。随着现代科学和
工程技术的发展,以及世界对天然气需求量的日益增加,促使管道朝着大口径、高压力方向发展,出现了规模巨大的管网系统。如苏联的
中亚细亚-中央区输气管道系统,由4条输气管道组成,全长94000多公里,年输量650亿立方米;加拿大的管网系统年输量达 300亿立方米。
60年代开始,在天然气进出口国之间,相继建造了许多跨国管道,到1977年共有20多个国家建有跨国管道。如由苏联经
捷克斯洛伐克、
奥地利、民主德国到
联邦德国的1780公里的输气管道;由奥地利到意大利长774公里的管道;70年代末期施工的由阿尔及利亚经突尼斯、地中海和突尼斯海峡到意大利的全长2500公里的管道等。
1974年全世界约有74万公里输气管道,其中美国为42.3万公里,苏联为9万公里,
欧洲经济共同体为8.4万公里。到1983年,世界输气管道总长增加到91.34万公里。长距离输气管道普遍采用压气机增压输送。
1977年全世界约有2700座管道压气站
投入运行,总
装机功率为2200万千瓦。
1983年则增加到3053万千瓦。输气管道在管材选用、提高输送效率、实现全线自动化等方面的技术也在迅速发展中。
2015-2019年全国
天然气运输和储存一体化系统发展五年发展规划”中,
墨西哥能源部宣布将新建12条天然气管道和一座压缩站,这12条管道总长5000公里,经过16个州,所需
投资总额为100亿比索(约合6亿美元)。
截至2018年12月31日,2018年
中亚天然气管道向中国输气474.93亿
标方,
同比增长23.08%。
2018年,
霍尔果斯区域实现进出口
货运量3574.26万吨,同比增加23.3%;进出口
贸易额1352亿元
人民币,同比增长22%。货运量、贸易额分别占新疆关区的60.2%和45.6%,居
新疆口岸之首。
中国—中亚天然气管道全长1830公里,每年从中亚国家输送到国内的天然气,约占中国同期消费总量的15%以上,惠及27个省、直辖市、自治区和
香港特别行政区。自2009年12月投产以来,截至2018年12月31日,中亚天然气管道A/
B/C三线累计进口天然气2476.25亿标方。
用途分类
输气管道可按其用途
分集气管道、输气管道、
配气管道等三种。
①集气管道:从气田
井口装置经集气站到气体处理厂或起点
压气站的管道,主要用于收集从地层中开采出来未经处理的天然气。由于气井压力很高,一般集气管道压力约在100千克力/厘米2以上,管径为50~150毫米。
②输气管道:从气源的气体处理厂或起点压气站到各大城市的配气中心、大型用户或
储气库的管道,以及气源之间相互连通的管道,输送经过处理符合管道输送
质量标准的天然气(见
管道输气工艺),是整个输气系统的主体部分。输气管道的管径比集气管道和配气管道管径大,最大的输气管道管径为1420毫米。天然气依靠起点压气站和沿线压气站加压输送,输气压力为70~80千克力/厘米2,管道全长可达数千公里。
③配气管道:从城市
调压计量站到用户支线的管道,压力低、分支多,管网稠密,管径小,除大量使用钢管外,低压配气管道也可用
塑料管或其他材质的管道。
管道结构
输气管道是由单根管子逐根连接组装起来的。现代的集气管道和输气管道是由钢管经
电焊连接而成。钢管有
无缝管、螺旋缝管、
直缝管多种,无缝管适用于管径为529毫米以下的管道,螺旋缝管和直缝管适用于大口径管道。
集输管道的管子
横断面结构,复杂的为内涂层-钢管-外
绝缘层-保温(保冷)层;简单的则只有钢管和外绝缘层,而内壁涂层及保温(保冷)层均视输气工艺再加确定。
管道材料
管材广泛采用X-60低合金钢(
强度极限42千克力/厘米2),并开始采用X-65、X-70等更高强度的材料。为降低管道内的摩擦阻力,426毫米以上的新钢管已普遍采用内涂层。
不同物性的气体在同一管道中顺序输送,以及-70℃低温、77千克力/厘米2高压的气态和液态天然气管道输送试验。天然气管道输送系统由
管道输气站和线路系统两部分组成。线路系统包括管道、沿线阀室、穿跨越建筑物(见
管道穿越工程和
管道跨越工程)、
阴极保护站(见
管道防腐)、管道
通信系统、调度和
自动监控系统(见
管道监控)等。
钢管是管道的主要材料。天然气输送钢管是板(带)经过深加工而形成的较特殊的
冶金产品。管道钢的
组织形态,由于
工艺技术的差别,各厂商生产的管道钢存在一定的差异。20世纪60年代,一般采用X52
钢级,70年代采用X60、X65钢级,80-90年代以X70钢为主。外国一些国家输气管道已开始采用X80钢。随着管道钢研究的不断发展,
加拿大等国已铺设了X100和X120管道钢的
试验段。我国在冀宁
联络线管道工程中,首次把X80级管道钢用于7.71公里的试验段。长达4843km的
西气东输二线干线管道全部采用了直径为1219mm的X80钢级管道钢,将输气压力提高到12Mpa。一般来说,X80钢为
铁素体和
贝氏体双相组织,X100管道钢为贝氏体组织,X120管道钢为超低碳贝氏体和
马氏体。对于天然气管道的管材来说,强度、韧性和
可焊性是三项最基本的质量控制指标。
管道特点
(1)输气管道系统是个连续密闭输送系统。
(2)从输送、储存到用户使用,天然气均处于带压状态。
(3)由于输送的天然气比重小,
静压头影响远小于液体,设计时高差小于200米时,静压头可忽略不计,线路几乎不受纵向地形限制。
(5)发生事故时
危害性大,波及范围广。管道一旦破裂,
释放能量大,撕裂长度较长,排出的天然气遇有明火,还易酿成火灾。
发展前景
中国天然气产业的快速发展仅是一个
新阶段的开始。从整个天然气上下游一体化的系统工程来看,中国天然气产业依然年轻。与其他成熟天然气市场相比,中国发展成为成熟天然气市场的用时将更短。
无论如何,中国的
环境压力和快速的城市化极大地扩大了天然气市场。中国天然气需求未来十几年将高速增长,预计平均增速将达11%至13%,2010年
需求量将达到1400亿立方米。这样,供需缺口大约在500亿立方米左右。中国规划到2020年天然气的使用量在
一次性能源中所占的比例达到10%。