天然气管输损耗分析与控制综述

田晓翠，董常龙，杨正然，李光让，张世虎，马倩倩

（1. 中国石油大学（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然气有限公司，江西 南昌 330096；3. 长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古 鄂尔多斯 017300）

天然气管输损耗分析与控制综述

田晓翠1，董常龙2，杨正然1，李光让1，张世虎3，马倩倩2

（1. 中国石油大学（北京），北京 北京 102249； 2. 江西省天然气有限公司，江西 南昌 330096；3. 长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古 鄂尔多斯 017300）

近年来，随着天然气在全国范围内的推广普及，天然气长输管道及城市配气管网大量建设，其在管道运输过程中产生的损耗问题也越来越受到输气企业的重视。在参考大量文献的基础上，总结并分析了管输损耗的概念、产生原因、预警、分析方法及控制措施，从宏观上把握了我国天然气管输损耗的研究现状和发展趋势。

管输损耗；分析；控制；研究现状；发展趋势

随着 PM2.5、雾霾的热议，大气污染及其治理倍受瞩目。在众多导致大气污染的原因中，石油、煤炭的燃烧首当其冲。而天然气则以燃烧物环境污染少、高热值等优点，在世界范围内得到大力推广[1]。在我国，天然气从产出、运输到销售的整个过程，几乎全部依靠管道运输来完成。管输损耗不仅是评价管道运输效率的指标，同时也关乎企业的经济利益。因此，伴随天然气的大量开采，管输损耗问题也越发受到天然气贸易双方的重视。本文在参考大量文献的基础上，总结了近年来国内对于管输损耗的概念、产生原因、预警、分析方法及控制措施的研究进程，分析了其中存在的问题，并对管输损耗控制与管理的前景做出了合理展望。

1 管输损耗的概念

天然气管输损耗是指平衡商品天然气中间计量与交接计量之间流量的差值[2]。对于天然气长输管道而言，管输损耗是指天然气在长输管道输送过程中的量值减量[3];对于燃气公司而言，管输损耗是指燃气公司和气矿交接的总气量与燃气公司供给用户的总气量之差[4]。

根据上述概念可得绝对管输损耗与相对管输损耗计算公式如下：

式中：ΔQ—天然气管输损耗, m3;

Qr—进入天然气管道的总气量，m3;

Qc—流出天然气管道的总气量，m3;

Vc—期初天然气管道总存气量，m3;

Vm—期末天然气管道总存气量，m3;

Qs—自用气，m3;

Qf—放空气量，m3;

η—管输损耗率（相对管输损耗）。

2 管输损耗产生的原因

伴随对天然气管输损耗理解的加深，人们对管输损耗产生原因的认识也不断发展。文其志等[5]认为，引起管输损耗的原因主要有三个方面：一，由计量设备的计量误差所产生的管输损耗；二，由于泄漏带来的管输损耗；三，其他人为因素造成的管输损耗。而李锴等[6]认为，参与管输损耗计算的各部分气量计算的准确性也是管输损耗产生的原因之一。

2.1 计量误差带来的管输损耗

天然气长输管道进、出气计量多采用孔板流量计和超声流量计，张书丽等[7]对影响上述流量计计量精度的因素进行了系统分析。另外，伴随城市配气管网的迅速发展，专家学者对燃气管网的管输损耗也越发重视，邓立三[8]立足郑州燃气管网，分析了燃气用计量仪表的精度问题。

（1）孔板流量计

现场实际操作过程中，由于孔板流量计的安装、使用、维护没有严格按照 GB/T 21446-2008 标准的要求进行，或由于天然气气体组分录入不及时，未按周期检定，脉动流等原因，造成孔板流量计产生额外计量误差，带来管输损耗。

（2）超声流量计

相比于孔板流量计，超声流量计适用性更好。速度分布不对称、涡流等会为超声流量计的计量带来误差，进而引起管输损耗。

（3）燃气用户计量用表

城市燃气用户多采用膜式表和 IC 卡表。膜式表属户外挂表，计量精度受温度影响较大；IC卡表故障率较高，盗气隐患较大，相比于膜式表，会带来更大的管输损耗。

2.2 泄漏带来的管输损耗

天然气管道的泄露可以分为偶然性、长期性和运行中泄露。设备安装不当、腐蚀或发生故障引起偶然性泄露，设计不合理或设备质量不合格引起长期性泄露，运行过程中由维修、防腐不当等造成腐蚀引起运行中泄露，不法分子的盗气行为引起盗气泄露。由上述各种原因而产生的天然气泄露，是真正损失的气体，带来天然气管输损耗。

2.3 其它人为因素带来的管输损耗

计量人员未按严格规程进行计量、仪表未按时检定、交接双方流量计参数设置不同等因素带来计量误差，引起管输损耗。另外，对于城市燃气管网，抄表人员误记、漏记等一些行为也会带来较大的管输损耗。

2.4 计算误差带来的管输损耗

管输损耗计算公式（1）中的各部分误差均会引起管输损耗，进气量、出气量、自用气量均由计量仪表进行计量，误差由计量误差引起。放空量、管存量由计算得到，计算参数的选取或计算方法不合理带来误差。

管存是利用状态方程将工况下气体体积换算到标准工况下得到的。在管输损耗计算中，需将管存变化量（管存差）减去。通常，计量交接双方会选择一天中固定的某一时刻作为交接时间，某一天的管存差为当天交接时刻的管存与前一天交接时刻管存的差值。目前，国内计算管存差普遍采用上述方法，但这仅适用于稳态工况。当交接时刻管道的运行压力温度变化幅度较大时，管存来不及变化，用上述方法计算的管存差误差较大，引起管输损耗，但此损耗仅表现在管输损耗的数据上，并未真正损失，为账面管输损耗。虽然账面管输损耗的气体并未正损失，但是这部分气体显示在管输损耗的数据上，有碍找出管输损耗的真正原因，应尽量避免。

放空量是通过放空前后管存量的变化得到的，由于放空时压力、温度的计量不确定性较大，其计算误差较大，引起管输损耗。

3 管输损耗的预警

天然气管输损耗关系到交气双方的经济利益，必须引起足够重视。考核天然气管输损耗的前提是，明确管输损耗的合理范围[9]或管输损耗处于合理范围时管道的运行状况，一旦管输损耗超出合理范围或管道运行状况发生变化，立即进行管输损耗分析定位，并采取相应措施，这个过程就叫做管输损耗预警。根据徐庆磊等[10]和岑康等[9]的研究，得出管输损耗预警的两种方法：一，反算水力摩阻系数法；二，不确定度合成法。下面对这两种方法进行简要介绍。

3.1 反算水力摩阻系数法

利用 SCADA 系统对整个输气系统建立运行数据库，将管道运行的压力、温度、流量等参数存档，利用运行参数反算出各管段的水力摩阻系数，并进行对比。根据水力摩阻系数异常与否，判定管输损耗发生的管段。水力摩阻系数的计算见公式(3)。

式中：λ—水力摩阻系数；

C—流量系数，与单位有关；

D—天然气管道内径，m；

Qn—第 n 段管道的流量，m3；

P1—天然气管道的起点压力，Pa；

P2—天然气管道的终点压力，Pa；

Z—压缩因子；

Δ—天然气的相对密度；

T—天然气的温度，K;

L—管道的长度，m。

3.2 不确定度合成法

输气系统可以简化为多个进气点和多个出气点的串联，而进气端和出气端之间为并联关系，如图1。首先得到各进气点和出气点的计量不确定度, 将各进气点和出气点的计量不确定度分别按照误差的并联合成法进行合成，得到进气端计量不确定度和出气端的计量不确定度；再将进气端和出气端计量不确定度按照误差的串联合成法则进行合成，则得到整个输气系统的计量不确定度。根据输气系统的计量不确定度与流量值，则可确定管输损耗的上限和下限，这两个界限指标即为输差预警指标。当管输损耗超出上下限后，需对管输损耗的原因进行分析，进而采取措施对其进行有效控制（图 1）。

图 1 输气系统计量简化图Fig.1 The metering simplified graph of gas transmission pipeline system

4 管输损耗的分析方法

天然气管输损耗超出合理范围后，需对引起管输损耗的原因进行分析（即管输损耗定位），才能有针对性的采取措施降低管输损耗。吴斌等[11]总结出如下几种分析方法。

4.1 计量先行法

对于天然气管道，管道进、出气量数量级最大，计量设备稍有误差便会产生很大管输损耗，且计量仪表产生误差的可能性远比发生泄露等问题的可能性大，因此对管输损耗的定位，首先应从对计量设备的分析着手。

4.2 计量先行法

所谓曲线对比法是指将全线管输损耗曲线与组成管输损耗计算的各部分曲线进行对比，若某一部分（如管存差）曲线走势与全线管输损耗曲线走势相似，则很有可能是此部分的计算（或计量）出现问题，可进一步进行管输损耗分析。

4.3 相关分析法

管输损耗不仅仅是由某单一因素的影响引起的，在管输损耗分析时，应尽量对各种因素（如开泵方案的调整、气量波动、计量设备参数的调整）进行综合考虑，避免重复性的查找某单一因素的影响，从而提高管输损耗分析的效率，减少企业的经济损失。

4.4 数据跟踪法

在各站均配备计量设备的条件下，可通过逐段比对上下游计量设备示值差量来确定管输损耗发生的管段，以缩小分析范围，提高分析效率。

上述四种管输损耗分析方法中，最重要的当属计量先行法，因为流量计的计量误差对管输损耗的贡献最大。曲线对比法较易实施，其余两种方法则需要一定的技术和设备支持。

5 管输损耗的控制措施

管输损耗的提出、预警以及分析都是为了更好地降低管输损耗，维护输气企业的利益。从管输损耗的原因入手，岑康等[9]认为降低管输损耗应采取技术和管理两方面的措施。

5.1 技术措施

（1）计量设备的选型、安装、维护和使用

计量设备应根据输量的大小进行选型，使流量计在最佳工作范围内运行，在保证精度的同时又能保证安全。有些流量计（如孔板流量计）对安装、使用和维护要求较高，应尽可能地满足这些条件，才能使流量计在最佳状态工作，使计量误差在可控范围内。

（2）建立管道运行数据库

对管道运行进行实时监控，将运行参数存档，建立管道运行数据库，为管输损耗分析提供条件，有利于管输损耗预警的实施。

（3）管输损耗预警系统

根据现场实际情况，建立管输损耗预警系统，有利于及时发现管输损耗异常情况，在第一时间找出原因，采取措施，降低管输损耗及其带来的损失。

（4）配备流量计在线检定系统

计量误差是引起管输损耗最主要的原因，建立流量计在线检定系统或通过设置一定流程实现流量计的在线互检能够及时的发现计量设备的故障，有利于尽快解决问题，从而降低管输损耗。

5.2 技术措施

（1）加强人工巡线

输气管线绵延几百甚至上千公里，燃气管网分支众多，很容易为不法分子的偷盗行为提供可乘之机。应成立巡线小组，定期巡线，及时发现管道存在的问题，一旦发现腐蚀、泄露等情况，立即采取措施。

（2）加强计量人才队伍的管理

对计量人才一定要坚持岗前培训，确保其具备基本的计量设备安装、维护、使用知 识，能够正确操作和维护计量设备，减少计量误差。另外，对于燃气管网，应采取一定措施，减少查表人员的漏报、错报等情况，降低管输损耗。

6 结 论

随着天然气产业的迅速发展，输气企业对关乎其切身利益的管输损耗也越发重视，对其计算方法、产生原因、预警、分析方法及控制措施的探究也越发成熟。但就目前而言，只有少数企业专门建立管输损耗预警系统，对管输损耗时刻保持警惕；多数企业仍处于以年为单位计算管输损耗的状态，这样就会导致问题发现和解决的滞后，使企业利益遭受损失。随着对管输损耗问题认识和研究的深入，将来会有更加成熟的管输损耗预警系统的出现，也会有越来越多的企业建立预警系统，采取各种措施使管输损耗降到最低，维护企业的经济利益。

［1］阎光灿. 世界长输天然气管道综述[J]. 天然气与石油, 2000, 18(3): 9-19.

［2］陈庭煌, 杨晓宁, 王玲, 等. 天然气输差问题的分析[J]. 油气储运, 2003,22(1): 39-42.

［3］王力勇, 宋春慧. 天然气长输管道输差控制与分析[J]. 油气储运, 2007, 26(4): 44-47.

［4］秦王丹, 谢毅. 天然气计量输差问题及对策研究[J]. 科技资讯, 2012 (35): 81-81.

［5］文其志, 刘选新, 宋敬涛, 等. 民用天然气输差分析及其对策探讨[J]. 重庆科技学院学报: 自然科学版, 2005, 7(2): 34-37.

［6］李锴, 牛树伟, 刘治华. 长输天然气管道输损管理[J]. 油气储运, 2010, 29(9): 708-710.

［7］张书丽, 尤永建. 天然气输差的产生原因及降低途径[J]. 天然气与石油, 2006, 23(3): 20-22.

［8］邓立三. 区域计量与输差控制研究[J]. 城市燃气, 2009 (2): 16-21.

［9］岑康, 张天军, 杨炬, 等. 天然气输气干线系统输差预警指标研究[J]. 天然气技术, 2008, 2(5): 51-53.

［10］徐庆磊,刘颖, 段永红. 天然气输差问题的分析与研究[J]. 内蒙古石油化工, 2008, 33(11): 15-18.

［11］吴斌, 刘明亮. 天然气计量与输差控制[J]. 仪器仪表标准化与计量, 2006, 2: 32-34.

低温前处理破解印染高压

长久以来，印染给人们的印象似乎不太好，环保人士更是谈之色变，认为这是来自纺织行业对空气、水质的重要污染源。不可否认，印染加工过程确实会产生废气、废水，对环境污染负有不可推卸的责任，但从另一方面讲，如果通过现代纺织技术手段解决此类问题，也是在推动经济建设的同时为环保作出了贡献。

为促进印染行业的清洁生产，降低前处理过程温度、减少化学品的使用是一条重要途径，也将是必然选择。由东华大学、华纺股份有限公司、青岛蔚蓝生物集团有限公司共同完成的“纺织品低温前处理关键技术”荣获 2013 年度纺织之光科技进步一等奖，成为印染行业节能减排的关注重点。

细节攻关终获产业化成果

“织物前处理过程的水耗、能耗和 CODCr排放量占印染加工全过程的 55%～60%。”该项目第一完成人、东华大学博士毛志平介绍说，织物低温前处理技术中，冷轧堆前处理已经成熟并由产业化应用，该工艺虽然节能，但其化学品使用和污染物排放量却显著高于常规工艺，并不是真正意义的清洁生产技术。

据华纺股份有限公司工程部技术中心执行主任李春光介绍，利用有机活化剂降低 H2O2漂白温度的研究受限于有机活化剂的成本和效率等因素，不论是国际还是国内该技术都未能真正实现产业化应用。在这样的背景下，“纺织品低温前处理关键技术”成功研发了系列纺织品低温高效退浆、精练和漂白的前处理工艺，真正实现了坯布按质、按需低温前处理的产业化应用。之所以能让低温前处理技术实现产业化，得益于该项目的几大创新点，即仿酶催化剂配体合成关键技术、仿酶催化剂复配增效关键技术、低成本高耐碱果胶酶产业化关键技术、织物低温系列前处理工艺开发。

Review of Analysis and Control for Gas Loss of Pipeline

TIAN Xiao-cui1，DONG Chang-long2，YANG Zheng-ran1，LI Guang-rang1，ZHANG Shi-hu3，MA Qian-qian2
（1. China University of Petroleum, Beijing 102249，China；2. Jiangxi Province Natural Gas Co.,Ltd., Jiangxi Nanchang 330096, China；3. PetroChina Changqing Oilfield Company the Third Gas Production Plant, Inner Mongolia Ordos 017300，China）

Recently, with the widespread of natural gas in China, long-distance natural gas pipelines and urban distribution pipelines are built in large scale, and the problem of natural gas loss in the transportation process attracts more attention of gas companies. In this paper, on the basis of reference to large amount of literature, the concept, cause, warning, analysis method and control measures of gas loss were summarized and analyzed. Therefore the research status and development trend of natural gas loss were grasped in the macro.

gas loss; analysis; control; research status; development trend

TE 832

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1322-04

2014-04-23，

田晓翠（1990-），女，河北衡水人，硕士，2013 年毕业于中国石油大学（华东），现就读于中国石油大学（北京），研究方向：油气长距离管输技术。E-mail：tianxc1990@163.com。