天然气长输管道布站设计方法的改进

文|屈静

中国石油西部管道塔里木输油气分公司

在长输管道压缩机耗能方面，日本的能源利用率为57%，美国为51%，其他工业发达国家也都超过40%，而我国的能源利用率仅为30%。因此，提高能源的有效利用率，是当前管道输送的一项重要工作。压气站的布置是长输管道的核心，具有投资大、配套系统复杂、配置方法设计困难的特点。

为了优化布站方法，降低压缩机能耗，真正实施“低碳、节能、降耗、高效”运行，从压气站功能性、安全性、经济性和完整性设计原则出发，改进了传统的天然气长输管道布站设计方法的不足，以西气东输二线（西二线）西段干线为例，设计了一套基于等负荷率原理的布站方法。

改进后的天然气长输管道压气站布站方法，在保证高效运行的前提下，减少了压气站数量，同时能考虑布站场地海拔和温度环境等因素，提高驱动机组资源的利用率，降低站场投资风险，保障管道经济、安全运行。

一、传统布站方法存在的问题

传统的天然气长输管道布站设计方法中，一般采取年输量的平均量作为设计输量，既没有考虑季节变化对天然气需求的影响，也没有设计上游资源的可调节性，很难适应下游市场对天然气需求的变化，其灵活性和经济性不强。

近年来，GE、RR压缩机组实际供货机组的水力效率约为86%，国产机组以及进口小机组的水力效率接近或到达85%。在后续设计中，仍需参考API标准，缩减压缩机多变效率的富裕量，减小能源的浪费。
等压比布站是国内外常用的天然气长输管道布站设计方法，各站按照基本相同的压比设计压气站。采取等压比设计原则布站（下表），西二线西段干线需要14个压气站、11个燃驱站、3个电驱站，14座压气站平均负荷率约91.1%。

西二线西段干线压缩机机组配置46台，其中包括34台30MW等级燃驱压气机组和12台18MW等级电驱压气机组。

由于高海拔地区环境影响，电驱气轮机功率折减效应和计算功率低，在满足最高日输量情况下，各压气站均有不同程度的功率富裕，乌鲁木齐、瓜州和永昌压气站负荷率分别为81.3%、87.1%、80.5%，造成的机组功率浪费量大，其中永昌站的压气机组负荷率最低，制约了长输管道日输量，造成了资源的严重浪费。

二、改进方法

在相同的多变指数和压缩机效率条件下，采用等负荷率原则设计长输管道压气站布站，按照相同的负荷率布置压气站。

相对于等压比布站，等负荷率布站更能够结合实际站场的海拔和温度环境因素，使压气站轴功率最大化，在现场条件下最大限度地利用压缩机组驱动机功率，避免因机组驱动功率低导致日输量瓶颈，降低压气机站投资风险。将西二线西段干线夏季输量8886×104m^3/d作为设计输量，消除原设计中考虑的余量，重新对西二线西段干线进行布站，平均负荷率达到了98.3%（下表）。

高程高、入口温度低的压气站机组压比相对较低，机芯工作性能可保障压比存在一定范围内的变化，压气机组的效率相同，燃气驱动机组在最高输量下平均负荷率有了进一步提高，部分机组平均负荷率达到100%。

采用等负荷率布站方法，压缩机的平均负荷率远高于等压比布站方法，其中11#压气站负荷率最高，各机组能源利用率高，可减小压气站机组功率富余，从而避免出现输量瓶颈；西二线西段干线的站场由原来的14个削减为12个，驱动机组减少9台，降低直接经济投资超过12×10^8元；天然气到达下游市场时，压缩机入口压力高，出口压差仅为2.86MPa，压比仅为1.35，这充分说明了改进方法比传统方法资源利用率高，在满足下游市场需求的情况下，大大减少了资源的浪费。

三、结论

优化设计了一套基于等负荷率布站原理的布站方法，即在相同的多变指数和压缩机效率条件下，采用等负荷率原则设计长输管道压气站布站，按照相同的负荷率布置压气站。相较于传统布站方法，该布站方法具有以下优势：

（1）以某一季节的日输量作为设计输量，实现上游资源可调节性，随时根据下游市场需求调整输气量。

（2）考虑了季节变化因素和高程环境影响，全部采取能源利用率高的燃气驱动方式。

（3）根据实际下游市场用气需求设计而来，缩减功率富裕量，以及传统设计部分方法中保留的设计余量。

压缩机和燃气轮机损耗均在标准范围。高平均负荷率、低压比、压气站数量、压气站的里程和高程，均满足管网系统压气站功能性、安全性、经济性和完整性，将压气站缩减为12座可以降低站多导致的故障机率，合理利用资源，节约建设费用，并保障下游市场的供气需求。(其他作者为段轶、吴翔、李斌、魏磊，原载《油气储运》)