天然气是一种重要能源和化工原料，它的燃烧热值高，对环境的污染少，被称为“清洁能源”。半个世纪以来，世界天然气工业保持了强劲的发展势头，天然气在世界一次能源构成中所占的份额已从20世纪50年代初的不到10％上升到2005年平均水平的25％。由于天然气的特殊性质，只能用管道来运输。目前世界上已建成天然气管道150万km.天然气管道已连接成国际性或地区性管网，构成了规模庞大的供气系统。
目前，我国天然气工业尚处于起步阶段，2005年产气量277亿m 3，在我国能源构成中仅占3％左右，而世界平均水平大约已达到21％左右，相差很多，因而发展潜力很大。随着国家对天然气资源勘探开发力度的加大，我国的天然气工业将进入一个加速发展的时期。预计今后10年我国将建成1万km以上的输气管道。
天然气输送管道的运行，一方面要求安全可靠，保证对用户连续稳定供气；一方面由于大型输气系统的运行能耗和损耗很大，因此，降低输气成本，节能降耗尤为重要。本文就输气管道系统节能技术问题进行了分析论证。
1输气压力选择输气时气流与管壁的磨擦，造成压力损耗，靠沿线压气站连续升压实现长距离输气。所以，摩擦损耗是能耗的基本构成。现在首先来研究输气基本工艺和能耗的关系。根据常用公式推导可得到：Q＝P 1 N 0.33 D 2.5 L 0.5（1）式中：P 1DDD管线起点压力，MPa；DDDD管道内径，mm；QDDD输量，10 4 m 3／a；LDDD管线长度，km；NDDD输气功率，kW.
从式（1）中，可看出运行参数变化的规律：当现有管线输量减少时（D，L不变）则不但造成输气功率下降，而且使起点压力P 1以更大的幅度下降，造成输气能耗加大。从数值上说，如输量减少10％，在起点压力P 1不变的条件下，其功率将下降25％。而如果输量减少20％，在起点压力P 1不变的条件下，其功率将下降50％。
从物理意义上讲，提高压力使管内天然气的密度加大，降低了管内天然气的实际速度以及压力降。所以，作为主要线路损耗形式的磨损减少了。另外，天然气的密度越大，压缩机的效率也越高，同样功率的压缩机所产生的压头也越高。
系统的*大工作压力，因受输气机组能力及管材机械性能所限，各国采用管道钢材都有一个发展过程。目前世界上油气管道*常用的管线钢材的强度等级是X65，X70.
另外，根据管线施工和运行条件要求，管线钢材除强度指标外，还要有一定的韧性。我国西气东输管道采用X70级的钢管，这是突破传统限制，向世界先进水平靠拢的一项重要选择。一些外国公司，如英国BP和日本住友公司等，为进一步提高输气效率，1997年以来正积极协作研制X100等级的钢管材料，进行各种性能试验，如管线焊接试验、施工拉运、弯头现场冷弯、现场对口焊接以及下沟等一系列配套工艺的试验，取得了一定的进展，准备工业性推广。
总之，不断提高输气压力，是今后管道工业发展的方向。
各国都在按这个方向努力。如我国西气东输管道采用了10 MPa输气压力；美国和加拿大的Alliance天然气管道为3000 km长、管径914.4mm的跨国工程；采用了12MPa输气压力。挪威和比利时的Zeepipe天然气管道采用的*高操作压力为15.7MPa都说明了这一点。
2输气温度选择天然气沿管道流动时，因要克服流体阻力，压力会逐渐降低。压力降低会使气体密度下降，线速度也要变化。此外，由于天然气与土壤的热交换，天然气的温度也会降低。输气温度对系统能耗关系很大，除向土壤散热损耗外，压气机组的效率与输气温度密切相关。根据天然气与土壤的热交换方程的推导可得出：Ne＝tp " e Gz 2 m R 2 T 2 m u 2 2P 2 m DE 2 L（2）式中：NeDDD压气站输气所需功率，kW；tpDDD计算摩阻系数；" eDDD压气站驱动耗能的相对换算效率（包括压气机及进出站的效率）；GDDD管道中天然气的质量流量，kg／s；D天然气的平均压缩系数；RDDD气体常数；T mDDD天然气的平均温度，K；uDDD管道中天然气的质量速度，kg／m 2 s（c＝u／p）pDDD天然气密度，kg／m 3；cDDD管道中天然气的线速度，m／s；P mDDD管道中天然气的平均压力，MPa；DDDD管线换算直径，mm；LDDD管段长度，km；EDDD管道直线部分的水力效率。
从式（2）可见，要降低能耗，除了提高管道内天然气的压力以外，还必须降低管道内天然气的温度。
从物理意义上讲，在一定压力下，天然气的温度越低，其密度就越高，结果是摩阻损失减少，等于提高了管线实际输量，节约了能耗。例如，将天然气的温度从50℃￣55℃降至25℃￣30℃时，天然气管线实际输量可以提高4％￣5％。
另外，从运行安全考虑，为防止温降所引起的水合物堵塞管道以及在北方地区输气温度过高所引起的冻土融化而造成的支座变形和应力超限，也要求冷却管道内的天然气规定天然气的水露点和烃露点不得超过*低环境温度。
总之，在压气站上应设置足够容量的天然气冷却器，以便保证以合理的输气温度在整个系统运行，达到常温输气，节约能耗的目的。
3管道减阻涂料的应用输气管道减阻内涂层可以大幅度降低摩阻系数，增加输气量，降低输送功率。从新疆至上海长达4000km的“西气东输”
工程已在国内首次采用了天然气管道内减阻涂料，陕京复线也准备采用内减阻涂料。目前，天然气管道内涂层减阻技术已受到国内相关决策部门、科研、设计及施工等单位的广泛关注。
涂料是管道内涂层的物质基础，总的来说，可用作管道内减阻涂料的涂料品种很多，包括环氧树脂涂料、环氧聚氨醋涂料、环氧酚醛涂料以及煤焦油环氧涂料等，但是由于各种涂料的性能有所不同，因此，应针对管线的不同要求筛选*适合的内减阻涂料类型。
我们认为，长输天然气管道减阻内涂层用涂料应具备以下特点：a）涂层表面光滑平整。即涂层的表面粗糙度要小，这样涂层才具有良好的减阻效果。“西气东输”要求涂层表面的平均粗糙度小于10m；b）耐磨性和硬度。由于减阻类涂层较薄，一般仅为38￣80m，因此较好的耐磨性和硬度可以保证涂层能够承受管道内砂砾和清管器所造成的磨损；c）附着力。良好的附着力可保证涂层在储运、弯管、敷设和清管、运行过程中不脱落；d）耐压性。能够承受气压和水压的反复变化；e）易于涂装。即可在常温常湿条件下，采用普通喷涂技术施工；f）耐热性。由于管道的环氧粉末外防腐层施工需要240℃左右的高温，因此若采用“先内后外”的施工方式，要求内涂层应能耐受短期高温。
通过分析发现，环氧树脂是生产减阻涂料的*佳成膜基料。随着管道输送工艺的不断发展，以及输送介质的不同要求，对减阻涂料的性能要求也在不断变化发展，并呈现多元化发展的趋势。减阻涂料亦由单一功能的减阻涂料向多品种、多功能的方向发展。
4压气站优化为达到用户对天然气用量的要求，全线需要设置多座压缩机站。其合理分布以及优化配置对整个管道系统的投资和日后安全经济运行都起着重要的作用。
4.1站场的优化布置4.1.1选择合适的压比压比即压缩机站出站绝对压力除以进站绝对压力，它的选取直接影响全线压缩机站数量、单站功率以及压缩机组总量，是决定全线投资和运行成本的重要因素。在满足一定设计输量前提下，如选择较大压比，则全线压缩机站数量少，单站功率要求大，反之，全线压缩机站数量多，单站功率要求小，同时选择不同功率等级机组时，在设计输量下机组效率不同，这样，管道运行时全线耗气也不同，并且，机组的选型还要考虑阶梯输量下对各站的工艺要求。合理的压比应根据工程实际情况及管道系统技术经济比较结果来确定，为保证压比选择的合理性，西气东输管道选用多个压比进行比较，具体有1.25，1.35，1.40￣1.5和1.60￣1.70。
4.1.2不同压比方案的经济比较在不同压比下进行水力计算（采用TGNET7.2），得到不同情况下工艺参数，包括站场数量、单站功率要求、进出站压力和燃料耗气等。
根据水力计算结果，对压缩机站进行配置，由于不同方案有不同的配置，因此，站场的一次性投资、运行及维修费用也不相同。
在技术方案可行的基础上，优先考虑经济效益*优方案，从以上经济分析得出如下结论：压比1.4￣1.5方案的费用现值在4个方案中*低，经济性*好，压比1.25方案次之，压比1.6￣1.7方案费用现值*高，经济性*差，因此推荐压比1.4￣1.5的输送方案。
4.2.压缩机站机组配置机组配置是管道输气系统的重要组成部分，合理的配置对工程的经济性及以后管道安全、高效运行起着重大作用，一般说来，机组配置主要包括以下几个方面。
4.2.1保证管道正常高效输送的配置选用的机组除了在设计输量下高效安全运行外，还应在每年不同输量下都能安全运行，并尽量在高效区工作，同时为使机组操作、维修方便，减少备损备件的种类和数量，要求全线压气站的压缩机组尽量选择同一型号。
4.2.2保证管道安全稳定输送的配置在正常工作机组失效时，保证管道系统的正常输送，通常有两种方式：a）机组备用。每个压缩机站完整准备一套机组，当正常工作机组出现故障不能运行时，该机组迅速启动，保证系统稳定供气；b）功率备用。设计时单机组功率有一定富裕量，某站失效时，下游紧邻的1个或多个压缩机站增加功率进行补偿，从而保证管道流量稳定，当然，单机组功率富裕量应通过站场失效的水力计算分析来确定。
设计时要综合考虑上述两种机组配置，同时还要考虑环境对压缩机组安全性能的影响，如戈壁、沙漠或无人区等，*终方案还需对可能方案从运行、机组维修和投资方面进行综合对比才能提出。
4.2.3机组驱动方式的选择长输天然气管道压缩机站机组的驱动方式主要有两种方式：燃气轮机驱动和变频电机驱动，二者在实际应用中各有千秋。从技术方面看，具有可靠双外电源的压缩机站，无论采取哪种驱动方式均能满足输气工艺工况的需要。从运行管理方面考虑，电机驱动与燃气轮机驱动相比，具有较多优点：a）运行可靠，电机机组的平均无故障时间MTBF（运行时间／停机次数的总和）为4200h，燃机机组平均无故障时间MTBF为2100h；b）管理简单，维护工作量小，维护费用低，电气设备并不像燃气发生器和动力透平经常经受机械应力和热应力，虽然风机、变频器、VFD（变频器驱动）控制装置、变压器及开关等部件需要维护，但是，超过3年运行期后，这些部件的维修量非常小，并且不像燃机需要大修；c）我国西部电力资源丰富，采用电机驱动压缩机可以节省天然气，将宝贵的洁净天然气能源节约下来输送到能源相对匮乏的东部地区，对合理利用能源有着重大意义。
因此，在外电可靠，且电驱方案比燃驱方案较经济或是相差不多的情况下，应**电驱方案。
5系统中各环节的耗气量燃气涡轮机组在起动和停车时，有大量天然气放空。在外电源断电和备用电源故障时，也会出现全站天然气放空的事故。机组在起动和停车时所放空的天然气量，包括涡轮膨胀机用气量和压缩机部分扫线气量及工艺阀门用的脉冲信号气，对于不同型号的机组分别为40￣200m 3。压气机组起停次数与工艺需要及机组技术状况有关，按俄罗斯经验，年均机组起停次数可取为2.
另外，压气站除尘器吹扫气量也是一种损失，通常每班要进行一次约30￣40s的吹扫，损失约240m 3天然气。系统中天然气耗用量带有随机性，它与系统设施的制造和安装质量，运行年限，机组当前效率及诊断维护水平有关。
6结论a）单位输气量的能耗首先与输气压力有关，将输气压力提高到10MPa以上，采用X80级以上的高强度钢管，是提高天然气输送系统经济效益的发展趋势。应在材料研制，制管工艺，焊接技术，管段拉运，现场弯管，下沟回填等技术，安全和环保方面，配套完成输气压力升级任务；b）管道内壁采用减阻内涂层技术，有利于管内壁冶金缺陷的检查，可以缩短气体管道的干燥时间，减少管壁的物质沉积，提高输送介质的纯度，改善流体的流动性能，减少污染，降低维护费用，减缓内壁腐蚀等；c）在压气站的设计中，应选用高效输气机组等主要设备，其特性和数量的组配，必须能适应供气量变化和应付中间站故障，保证整个系统在*佳工况区运行；d）在天然气输送系统设计中，应尽力降低燃料气，起动气，除尘器，反冲气的消耗量，以降低漏气量和事故放空量，达到节能增效目的；e）天然气输送系统中的系统燃料气及其他消耗占输气总量的12％。设计运行中的节能增效措施，是提高经济效益的重要手段。
