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煤層氣集輸技術(shù)論文
煤層氣集輸技術(shù)論文【1】
摘要：煤層氣是指與煤炭共伴生、賦存于煤層及圍巖中、以甲烷為主要成分的混合氣體。
近年來，煤層氣作為巨大的潛在資源在我國能源消費(fèi)中的地位逐步提高。
本文針對煤層氣的基本性質(zhì)及存在狀態(tài)進(jìn)行闡述，重點(diǎn)研究煤層氣的集輸技術(shù)。
關(guān)鍵詞：煤層氣 集輸 液化
煤層氣中一般有飽和的水蒸氣和機(jī)械雜質(zhì)，水汽和機(jī)械雜質(zhì)是煤層氣中有害無益的組分。
煤層氣中水汽和機(jī)械雜質(zhì)的存在，減小了輸氣管道對其它有效組分的輸送，降低了煤層氣的熱值。
當(dāng)輸氣管道壓力和環(huán)境溫度變化時，可能引起水汽從煤層氣中析出，形成液態(tài)水、冰或甲烷水合物，這些物質(zhì)的存在會增加輸氣壓降，減小輸氣管線的通過能力，嚴(yán)重時還會堵塞閥門和管線，影響平穩(wěn)供氣。
因此，現(xiàn)場常采用加熱、節(jié)流、分離、脫水等工藝對煤層氣進(jìn)行處理，能保證安全平穩(wěn)地輸送合格的煤層氣。
研究煤層氣的集輸技術(shù)有利于規(guī)范煤層氣集輸安全生產(chǎn)工作，為煤層氣集輸安全生產(chǎn)監(jiān)督管理提供依據(jù)，并能提高煤層氣集輸安全生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)煤層氣集輸安全生產(chǎn)。
1、概述
煤層氣產(chǎn)業(yè)是我國近幾年崛起的新興能源產(chǎn)業(yè)。
煤層氣俗稱瓦斯。
它是一種以吸附狀態(tài)儲存于煤層及煤層周圍巖石中的氣體。
成分與常規(guī)天然氣相近。
常規(guī)天然氣指采自氣田的天然氣和油田的伴生氣，非常規(guī)天然氣指采自煤層氣、頁巖氣和致密氣藏的天然氣，常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣成分相同，基本上為CH4。
我國煤層氣資源豐富，在能源結(jié)構(gòu)中煤炭占70%左右，而清潔燃料天然氣只占不足5%，我國應(yīng)大力發(fā)展煤層氣，充分利用我國煤炭資源豐富的有利條件，以彌補(bǔ)天然氣在能源結(jié)構(gòu)中比例過小的缺點(diǎn)。
我國煤層氣抽放包括井下抽放和地面抽放兩種。
井下抽放系統(tǒng)回收的煤層氣含甲烷約30%～50%，而地面井回收的煤層氣甲烷濃度超過90%。
井下抽放系統(tǒng)回收的煤層氣經(jīng)過分離提純進(jìn)入管道系統(tǒng)，供給遠(yuǎn)方城鎮(zhèn)用戶;而地面井回收的煤層氣可直接注入管道系統(tǒng)，但地面井抽放的數(shù)量較小，大部分煤層氣都是經(jīng)過井下抽放得到的。
隨著煤層氣生產(chǎn)基地的建設(shè)，煤層氣產(chǎn)量將迅速增加，中、低濃度煤層氣在當(dāng)?shù)匦枨筮^剩的情況下要考慮長距離輸送給缺少氣源的城鎮(zhèn)使用，在未來的一段時間利用長輸管道輸送煤層氣將得到大力發(fā)展。
2、煤層氣集輸系統(tǒng)的類型
煤層氣田的集輸系統(tǒng)有兩個主要目的：一是以最經(jīng)濟(jì)的方式將煤層氣從井口輸送至中心壓縮站;二是對產(chǎn)出水進(jìn)行處理，處理后的水符合環(huán)保的要求。
目前常用的煤層氣集輸系統(tǒng)有三種類型：
(1)對每口井產(chǎn)出的煤層氣進(jìn)行單獨(dú)處理和壓縮，然后用小口徑、中等壓力的管線將煤層氣輸送至中心壓縮站。
(2)還應(yīng)將井組的煤層氣收集在一起，通過低壓集輸管線輸送到衛(wèi)星增壓站，再進(jìn)行初步處理和壓縮，最后輸送到中心銷售壓縮站。
(3)要盡可能地降低煤層氣井的井口壓力，選用大小合適的集輸管線將煤層氣直接輸送到中心壓縮站。
3、煤層氣集輸技術(shù)
目前，我國的煤層氣主要用于發(fā)電、化工和工業(yè)燃料等方式。
從煤層氣的開發(fā)利用的現(xiàn)狀來看，最關(guān)鍵的制約因素是煤層氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸問題。
現(xiàn)就對主要的運(yùn)輸方式進(jìn)行分析。
3.1 高壓管道輸送煤層氣
目前我國煤層氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸主要采用高壓管道輸送，主要運(yùn)輸煤層氣壓力較低，距離較近，煤層氣的爆炸極限范圍限制了它的輸氣壓力。
在采用壓力管道輸送煤層氣時，考慮到大量O2的存在以及煤層氣加壓的同時伴有溫度的升高，容易引起煤層氣的爆炸。
為保證煤層氣加壓過程的安全運(yùn)行，有必要對煤層氣加壓過程的爆炸極限進(jìn)行深入的研究，這對于煤層氣輸送工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的意義。
3.2 煤層氣液化技術(shù)
根據(jù)目前的煤層氣利用中存在的氣源、氣體輸送等問題，可以考慮采用煤層氣液化的方式促進(jìn)煤層氣的利用，這種方式有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)煤層氣液化后便于進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸。
用專門的槽車等運(yùn)輸工具，把邊遠(yuǎn)地區(qū)分散的煤層氣，經(jīng)液化后進(jìn)行長距離運(yùn)輸?shù)戒N售地，相對管道輸氣方式具有方便可靠、風(fēng)險小、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
(2)煤層氣液化后儲存效率高、占地少、投資少，并且有利于平衡調(diào)節(jié)城市的負(fù)荷。
一些城市燃?xì)饣院螅捎诿裼脷饬慷枚唷⑾挠蒙伲蛘咭蛴脷獾幕S檢修或者煤層氣廠本身進(jìn)行技術(shù)改造，甚至是輸氣管網(wǎng)出故障等，都會造成定期或不定期的供氣不平衡，而建設(shè)LNG儲罐就能起到削峰填谷的作用。
(3)液化生產(chǎn)過程中釋放出的冷量可回收利用。
例如可將煤層氣汽化時產(chǎn)生的冷量，用作冷藏、冷凍、低溫粉碎等。
液化槽車被形象的比喻為“高速公路上的天然氣管道”，因此，液化技術(shù)為煤層氣的遠(yuǎn)距離輸送創(chuàng)造了條件。
從煤層氣液化儲存的角度來看，大型LNG儲罐可儲存7×103～2×105m3液化煤層氣，小型LNG儲罐可存5～50m3液化煤層氣。
液化煤層氣經(jīng)簡單的氣化裝置處理就可重新變成氣態(tài)使用，液化儲存的煤層氣可以用于城市管網(wǎng)和解決天然氣電廠的調(diào)峰難題。
因此，煤層氣液化克服了長途鋪設(shè)管線耗資大，覆蓋地區(qū)有限，且不具備儲存和調(diào)峰能力的缺點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。
3.3 煤層氣固態(tài)儲運(yùn)
在煤層氣開采和礦井瓦斯處理問題上，利用管道和液化運(yùn)輸都不經(jīng)濟(jì)，利用水合物收集、輸送則可發(fā)揮其靈活、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，并且操作安全、技術(shù)難度不大、工業(yè)應(yīng)用可行性高。
Gudmundsson等提出了利用水合物技術(shù)開采海底天然氣模型并進(jìn)行了試驗(yàn)，但這一技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)研究階段，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還需要解決一系列的問題。
4、結(jié)語
總之，煤層氣是一種優(yōu)質(zhì)的、清潔的能源，具有環(huán)境性能好、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。
但是利用煤層氣也還面臨著很多問題，主要是運(yùn)輸問題。
因此說研究煤層氣的集輸技術(shù)，對于煤層氣更好的發(fā)展和利用來說有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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煤層氣的集輸技術(shù)論文【2】
摘 要：本文對山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣的煤層氣的集輸技術(shù)進(jìn)行理論研究。
針對煤層氣的形成過程及其本身特點(diǎn)和鄉(xiāng)寧縣的復(fù)雜地勢特點(diǎn)，深層次地研究煤層氣的集輸技術(shù)及其如今存在的技術(shù)缺陷。
本文主要研究適應(yīng)我國山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣的地面集輸技術(shù)體系。
關(guān)鍵詞：山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣;煤層氣;地面集輸技術(shù)體系;集氣工藝;技術(shù)缺陷;管道
素有“膏腴之地”之稱的山西省臨汾市屬黃土高原地帶，它的礦產(chǎn)資源十分豐富。
目前已被開發(fā)出來的礦種有40種左右，其中的煤炭資源在臨汾市是最為豐富的一種礦產(chǎn)資源。
而在煤炭資源中一種優(yōu)質(zhì)能源和優(yōu)質(zhì)化工原料便是煤層氣。
所以開發(fā)煤層氣具有很重大的意義。
國家能源局頒布《煤層氣產(chǎn)業(yè)政策》的目的就是將煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展成重要的新興能源產(chǎn)業(yè)，可見研究煤層氣的集輸技術(shù)以及對此技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)是刻不容緩的。
一、煤層氣的形成過程
煤層氣俗稱“瓦斯”，主要成分為甲烷，多吸附在基質(zhì)顆粒上，少部分游離于煤的空隙中或者是溶解于煤層的水中，它是伴隨于煤的生產(chǎn)而產(chǎn)生的。
煤層氣是在不同的階段形成的。
成巖期前，地溫低于50攝氏度，有機(jī)物質(zhì)在這種溫度下，經(jīng)過細(xì)菌和氧氣的雙重作用，生成了少量的呈游離狀態(tài)或水溶狀態(tài)的甲烷及其二氧化碳。
在成巖階段，地溫在50攝氏度左右，鏡質(zhì)體反射率為R0約等于0.5%，在這種情況下，伴隨著生物化學(xué)作用的逐步減弱，有機(jī)質(zhì)開始熱降解，產(chǎn)生甲烷及其其他揮發(fā)物。
而在煙煤階段，鏡質(zhì)反射率上升至2.0%。
地溫也升高至150攝氏度，在這種環(huán)境下，有機(jī)質(zhì)經(jīng)過熱降解產(chǎn)生了重?zé)N、輕烴、甲烷等物質(zhì)。
而在煤化階段的后期，熱降解物主要是甲烷。
根據(jù)煤層氣的形成過程及其特點(diǎn)，我們開發(fā)了煤層氣的集輸技術(shù)。
二、煤層氣的集輸工藝
山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣是全國一百個重點(diǎn)產(chǎn)煤縣之一，境內(nèi)煤資源具有儲量大、煤質(zhì)優(yōu)、易開采的特點(diǎn)。
所以此地的煤層氣資源也很豐富，煤層氣的集輸工藝相對其他產(chǎn)煤地來說也很發(fā)達(dá)。
煤層氣的集輸技術(shù)的第一步就是采氣流程。
國內(nèi)的采氣流程分為單井常溫采氣流程和多井常溫采氣流程。
因?yàn)猷l(xiāng)寧縣在沁水盆地的范圍內(nèi)，所以集輸系統(tǒng)的總流程為先通過排水采氣采出低壓煤層氣，然后通過單井常溫采氣流程優(yōu)化煤層氣質(zhì)量。
單井常溫采氣流程需要在單井上安裝一套設(shè)備，即調(diào)壓、分離、計量和保溫設(shè)備。
然后從單井里面出來的煤層氣經(jīng)減壓閥減壓后，進(jìn)入加熱爐，通過加熱后在通過節(jié)流閥進(jìn)入分離器，除去液體和固體雜質(zhì)后，從集氣管線輸出。
此流程適合低壓采氣。
而多井常溫采氣流程就是在多口井附近找一個合適的氣田部位進(jìn)行集中采氣和管理的流程。
它主要包括加熱、節(jié)流、分離、脫水、計量等幾個部分。
此流程的優(yōu)點(diǎn)就是便于管理，減少人力物力。
兩個流程都有利有弊，而根據(jù)鄉(xiāng)寧縣的煤氣田屬于沁水盆地范圍內(nèi)，而沁水盆地的采氣流程通常是單井進(jìn)行采氣，然后通過單井運(yùn)輸管線進(jìn)入集氣站(多井常溫采氣流程)，進(jìn)行加熱、節(jié)流、分離、脫水、計量，然后進(jìn)入集氣總站進(jìn)入下一流程：礦場集輸。
煤層氣的礦場集輸，即將第一步采出的煤層氣經(jīng)過加熱降壓或者加壓降溫、分離、增壓、脫水、計量后，輸送到輸氣干線或脫硫、脫水廠的過程。
因?yàn)槊簩託獾牡蛪骸⒌蜐B等特點(diǎn)，導(dǎo)致開采煤層氣投入大、產(chǎn)量低，所以山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣根據(jù)自己的地勢及其煤層氣田的特點(diǎn)，通常采取以下礦場集輸流程：進(jìn)入集氣站經(jīng)過調(diào)壓的煤層氣，經(jīng)過集氣管線進(jìn)入集氣總站，然后進(jìn)行過濾、二次調(diào)壓、計量和緩沖，再進(jìn)入集氣總站的壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，增壓后經(jīng)過外輸管線進(jìn)入處理母站，完成相同的流程后在母站壓縮機(jī)進(jìn)行二次加壓，最后以CNG形式出售。
但此流程過于繁瑣，費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)資金，所以又進(jìn)行了簡化，即井口產(chǎn)氣經(jīng)采氣管線進(jìn)入由一條枝狀集氣管線與增壓站相連的閥組，這就使得整個集輸過程減少了那些比較繁瑣的增壓設(shè)施，相對簡化。
但由于山西臨汾的地勢復(fù)雜和國家的一些技術(shù)問題，導(dǎo)致煤層氣的地面集輸存在著一些技術(shù)難題。
三、技術(shù)難題
(1)山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣是一個比較偏遠(yuǎn)的地方，地勢復(fù)雜，土地范圍小，人口不是特別多，所以不太適合大規(guī)模的地面集輸，一是耗費(fèi)人力，二是在不能提高產(chǎn)量的前提下浪費(fèi)土地。
所以鄉(xiāng)寧縣需要小型撬裝液化裝置來對地面集輸技術(shù)進(jìn)行輔助，雖然這一技術(shù)在加拿大等國家相對成熟，但是在其他國家，這套裝置的能耗及液化效率還是一個大問題。
(2)煤層氣技術(shù)過程中的計量很容易出現(xiàn)誤差。
因?yàn)樯轿魇∨R汾市鄉(xiāng)寧縣位于丘陵區(qū)，所以煤層氣的集輸具有低壓的特點(diǎn)，而且地形起伏較大，所以管線距離較長，這會對系統(tǒng)的壓力造成一定的影響。
導(dǎo)致計量出現(xiàn)誤差，最后產(chǎn)出的煤層氣質(zhì)量不純。
這個難題我們應(yīng)該通過改進(jìn)地面集輸系統(tǒng)來進(jìn)行解決。
結(jié)語
山西省煤層氣資源尤為豐富，而且它是一種不可多得的優(yōu)質(zhì)能源，所以開發(fā)煤層氣資源是對我國能源短缺的緩沖，也是對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)。
但是由于地勢復(fù)雜、技術(shù)缺陷等原因煤層氣的地面集輸技術(shù)還存在許多問題，導(dǎo)致投入成本大，產(chǎn)出量低，所以我們需要對煤層氣的集輸技術(shù)進(jìn)行研究，來討論如何提高煤層氣的開采和集輸能力。
通過研究，我們?nèi)〉昧艘恍┻M(jìn)展，比如采取低壓混合制冷劑冶化工藝來進(jìn)行集輸。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，山西省煤炭事業(yè)的發(fā)展已經(jīng)逐漸步入正軌，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)已經(jīng)做出了偉大的貢獻(xiàn)。
煤炭事業(yè)不僅有利于我國交通事業(yè)的發(fā)展，還有助于增加我國的能源儲備量，為我國的工業(yè)化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
但是在此過程中，還存在一些瓶頸。
就這些問題，在今后的社會實(shí)踐中，我們還應(yīng)該針對此問題進(jìn)行更深層次的研究討論整體提高系統(tǒng)的安全運(yùn)輸能力和輸運(yùn)能力。
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