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(lái)，煤層氣作為巨大的潛在資源在我國能源消費中的地位逐步提高。
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械雜質(zhì)，水汽和機械雜質(zhì)是煤層氣中有害無(wú)益的組分。
煤層氣中水汽和機械雜質(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。
當輸氣管道壓力和環(huán)境溫度變化時(shí)，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(huì )增加輸氣壓降，減小輸氣管線(xiàn)的通過(guò)能力，嚴重時(shí)還會(huì )堵塞閥門(mén)和管線(xiàn)，影響平穩供氣。
因此，現場(chǎng)常采用加熱、節流、分離、脫水等工藝對煤層氣進(jìn)行處理，能保證安全平穩地輸送合格的煤層氣。
研究煤層氣的集輸技術(shù)有利于規范煤層氣集輸安全生產(chǎn)工作，為煤層氣集輸安全生產(chǎn)監督管理提供依據，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(chēng)瓦斯。
它是一種以吸附狀態(tài)儲存于煤層及煤層周?chē)鷰r石中的氣體。
成分與常規天然氣相近。
常規天然氣指采自氣田的天然氣和油田的伴生氣，非常規天然氣指采自煤層氣、頁(yè)巖氣和致密氣藏的天然氣，常規天然氣和非常規天然氣成分相同，基本上為CH4。
我國煤層氣資源豐富，在能源結構中煤炭占70%左右，而清潔燃料天然氣只占不足5%，我國應大力發(fā)展煤層氣，充分利用我國煤炭資源豐富的有利條件，以彌補天然氣在能源結構中比例過(guò)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(guò)90%。
井下抽放系統回收的煤層氣經(jīng)過(guò)分離提純進(jìn)入管道系統，供給遠方城鎮用戶(hù);而地面井回收的煤層氣可直接注入管道系統，但地面井抽放的數量較小，大部分煤層氣都是經(jīng)過(guò)井下抽放得到的。
隨著(zhù)煤層氣生產(chǎn)基地的建設，煤層氣產(chǎn)量將迅速增加，中、低濃度煤層氣在當地需求過(guò)剩的情況下要考慮長(cháng)距離輸送給缺少氣源的城鎮使用，在未來(lái)的一段時(shí)間利用長(cháng)輸管道輸送煤層氣將得到大力發(fā)展。
2、煤層氣集輸系統的類(lèi)型
煤層氣田的集輸系統有兩個(gè)主要目的：一是以最經(jīng)濟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有三種類(lèi)型：
(1)對每口井產(chǎn)出的煤層氣進(jìn)行單獨處理和壓縮，然后用小口徑、中等壓力的管線(xiàn)將煤層氣輸送至中心壓縮站。
(2)還應將井組的煤層氣收集在一起，通過(guò)低壓集輸管線(xiàn)輸送到衛星增壓站，再進(jìn)行初步處理和壓縮，最后輸送到中心銷(xiāo)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(xiàn)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(kāi)發(fā)利用的現狀來(lái)看，最關(guān)鍵的制約因素是煤層氣遠距離運輸問(wèn)題。
現就對主要的運輸方式進(jìn)行分析。
3.1 高壓管道輸送煤層氣
目前我國煤層氣遠距離運輸主要采用高壓管道輸送，主要運輸煤層氣壓力較低，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(shí)，考慮到大量O2的存在以及煤層氣加壓的同時(shí)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(guò)程的安全運行，有必要對煤層氣加壓過(guò)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)濟性有著(zhù)十分重要的意義。
3.2 煤層氣液化技術(shù)
根據目前的煤層氣利用中存在的氣源、氣體輸送等問(wèn)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)濟可靠的運輸。
用專(zhuān)門(mén)的槽車(chē)等運輸工具，把邊遠地區分散的煤層氣，經(jīng)液化后進(jìn)行長(cháng)距離運輸到銷(xiāo)售地，相對管道輸氣方式具有方便可靠、風(fēng)險小、適應性強的優(yōu)點(diǎn)。
(2)煤層氣液化后儲存效率高、占地少、投資少，并且有利于平衡調節城市的負荷。
一些城市燃氣化以后，由于民用氣量冬用多、夏用少，或者因用氣的化工廠(chǎng)檢修或者煤層氣廠(chǎng)本身進(jìn)行技術(shù)改造，甚至是輸氣管網(wǎng)出故障等，都會(huì )造成定期或不定期的供氣不平衡，而建設LNG儲罐就能起到削峰填谷的作用。
(3)液化生產(chǎn)過(guò)程中釋放出的冷量可回收利用。
例如可將煤層氣汽化時(shí)產(chǎn)生的冷量，用作冷藏、冷凍、低溫粉碎等。
液化槽車(chē)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)為煤層氣的遠距離輸送創(chuàng )造了條件。
從煤層氣液化儲存的角度來(lái)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(jiǎn)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(chǎng)的調峰難題。
因此，煤層氣液化克服了長(cháng)途鋪設管線(xiàn)耗資大，覆蓋地區有限，且不具備儲存和調峰能力的缺點(diǎn)，具有良好的應用和發(fā)展前景。
3.3 煤層氣固態(tài)儲運
在煤層氣開(kāi)采和礦井瓦斯處理問(wèn)題上，利用管道和液化運輸都不經(jīng)濟，利用水合物收集、輸送則可發(fā)揮其靈活、經(jīng)濟的優(yōu)勢，并且操作安全、技術(shù)難度不大、工業(yè)應用可行性高。
Gudmundsson等提出了利用水合物技術(shù)開(kāi)采海底天然氣模型并進(jìn)行了試驗，但這一技術(shù)還處在實(shí)驗研究階段，大規模商業(yè)化應用還需要解決一系列的問(wèn)題。
4、結語(yǔ)
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(zhù)很多問(wèn)題，主要是運輸問(wèn)題。
因此說(shuō)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(lái)說(shuō)有著(zhù)重要的現實(shí)意義。
參考文獻
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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(guò)程及其本身特點(diǎn)和鄉寧縣的復雜地勢特點(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。
本文主要研究適應我國山西省臨汾市鄉寧縣的地面集輸技術(shù)體系。
關(guān)鍵詞：山西省臨汾市鄉寧縣;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(chēng)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(kāi)發(fā)出來(lái)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(kāi)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(jiàn)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(guò)程
煤層氣俗稱(chēng)“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，有機物質(zhì)在這種溫度下，經(jīng)過(guò)細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(zhù)生物化學(xué)作用的逐步減弱，有機質(zhì)開(kāi)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，有機質(zhì)經(jīng)過(guò)熱降解產(chǎn)生了重烴、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。
根據煤層氣的形成過(guò)程及其特點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了煤層氣的集輸技術(shù)。
二、煤層氣的集輸工藝
山西省臨汾市鄉寧縣是全國一百個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)煤縣之一，境內煤資源具有儲量大、煤質(zhì)優(yōu)、易開(kāi)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(lái)說(shuō)也很發(fā)達。
煤層氣的集輸技術(shù)的第一步就是采氣流程。
國內的采氣流程分為單井常溫采氣流程和多井常溫采氣流程。
因為鄉寧縣在沁水盆地的范圍內，所以集輸系統的總流程為先通過(guò)排水采氣采出低壓煤層氣，然后通過(guò)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備，即調壓、分離、計量和保溫設備。
然后從單井里面出來(lái)的煤層氣經(jīng)減壓閥減壓后，進(jìn)入加熱爐，通過(guò)加熱后在通過(guò)節流閥進(jìn)入分離器，除去液體和固體雜質(zhì)后，從集氣管線(xiàn)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(gè)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、節流、分離、脫水、計量等幾個(gè)部分。
此流程的優(yōu)點(diǎn)就是便于管理，減少人力物力。
兩個(gè)流程都有利有弊，而根據鄉寧縣的煤氣田屬于沁水盆地范圍內，而沁水盆地的采氣流程通常是單井進(jìn)行采氣，然后通過(guò)單井運輸管線(xiàn)進(jìn)入集氣站(多井常溫采氣流程)，進(jìn)行加熱、節流、分離、脫水、計量，然后進(jìn)入集氣總站進(jìn)入下一流程：礦場(chǎng)集輸。
煤層氣的礦場(chǎng)集輸，即將第一步采出的煤層氣經(jīng)過(guò)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(xiàn)或脫硫、脫水廠(chǎng)的過(guò)程。
因為煤層氣的低壓、低滲等特點(diǎn)，導致開(kāi)采煤層氣投入大、產(chǎn)量低，所以山西省臨汾市鄉寧縣根據自己的地勢及其煤層氣田的特點(diǎn)，通常采取以下礦場(chǎng)集輸流程：進(jìn)入集氣站經(jīng)過(guò)調壓的煤層氣，經(jīng)過(guò)集氣管線(xiàn)進(jìn)入集氣總站，然后進(jìn)行過(guò)濾、二次調壓、計量和緩沖，再進(jìn)入集氣總站的壓縮機進(jìn)行增壓，增壓后經(jīng)過(guò)外輸管線(xiàn)進(jìn)入處理母站，完成相同的流程后在母站壓縮機進(jìn)行二次加壓，最后以CNG形式出售。
但此流程過(guò)于繁瑣，費時(shí)費力費資金，所以又進(jìn)行了簡(jiǎn)化，即井口產(chǎn)氣經(jīng)采氣管線(xiàn)進(jìn)入由一條枝狀集氣管線(xiàn)與增壓站相連的閥組，這就使得整個(gè)集輸過(guò)程減少了那些比較繁瑣的增壓設施，相對簡(jiǎn)化。
但由于山西臨汾的地勢復雜和國家的一些技術(shù)問(wèn)題，導致煤層氣的地面集輸存在著(zhù)一些技術(shù)難題。
三、技術(shù)難題
(1)山西省臨汾市鄉寧縣是一個(gè)比較偏遠的地方，地勢復雜，土地范圍小，人口不是特別多，所以不太適合大規模的地面集輸，一是耗費人力，二是在不能提高產(chǎn)量的前提下浪費土地。
所以鄉寧縣需要小型撬裝液化裝置來(lái)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(gè)大問(wèn)題。
(2)煤層氣技術(shù)過(guò)程中的計量很容易出現誤差。
因為山西省臨汾市鄉寧縣位于丘陵區，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(xiàn)距離較長(cháng)，這會(huì )對系統的壓力造成一定的影響。
導致計量出現誤差，最后產(chǎn)出的煤層氣質(zhì)量不純。
這個(gè)難題我們應該通過(guò)改進(jìn)地面集輸系統來(lái)進(jìn)行解決。
結語(yǔ)
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(kāi)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)濟發(fā)展的促進(jìn)。
但是由于地勢復雜、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(wèn)題，導致投入成本大，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(lái)討論如何提高煤層氣的開(kāi)采和集輸能力。
通過(guò)研究，我們取得了一些進(jìn)展，比如采取低壓混合制冷劑冶化工藝來(lái)進(jìn)行集輸。
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(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)濟建設已經(jīng)做出了偉大的貢獻。
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。
但是在此過(guò)程中，還存在一些瓶頸。
就這些問(wèn)題，在今后的社會(huì )實(shí)踐中，我們還應該針對此問(wèn)題進(jìn)行更深層次的研究討論整體提高系統的安全運輸能力和輸運能力。
參考文獻
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