城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)甲烷減排技術(shù)實(shí)踐研究.docx

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城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)甲烷減排技術(shù)實(shí)踐研究隨著全球天然氣消費(fèi)量的穩(wěn)步增長(zhǎng)，其主要成分甲烷作為僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，排放量已經(jīng)占全球溫室氣體排放量的16%以上，濃度達(dá)到工業(yè)化前水平的2.5倍[1]。甲烷是一種有價(jià)值的燃料，但同時(shí)作為溫室氣體，增溫效應(yīng)快、壽命短(約為12年左右)是其主要特點(diǎn)，根據(jù)IPCC(AR5)的數(shù)據(jù)，其在20年和100年尺度下的全球增溫潛勢(shì)(GWP)約為二氧化碳的84倍和28倍[2-3]。2020年，全球油氣行業(yè)的甲烷泄漏量達(dá)到了7200萬噸，按照20年尺度GWP算，相當(dāng)于60.48億噸CO2當(dāng)量[4]。從排放源角度來看，全球油氣系統(tǒng)的甲烷逃逸排放約占所有排放源的四分之一，據(jù)國(guó)際能源署(IEA)的研究表明，全球四分之三的油氣甲烷減排可以通過現(xiàn)有技術(shù)解決，其中一半的減排為凈零成本[4]。采取積極有效措施，大幅削減天然氣行業(yè)的甲烷排放已經(jīng)成為全球共識(shí)[5]。因此，對(duì)于城市燃?xì)夤?yīng)企業(yè)來說，積極利用現(xiàn)有設(shè)備、技術(shù)對(duì)本行業(yè)甲烷控排具有重要意義。文章討論的是一種城鎮(zhèn)燃?xì)庵椒舛孪盗性O(shè)備，該系列設(shè)備在封堵方式上與傳統(tǒng)封堵設(shè)備不同，且在燃?xì)馐┕がF(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次案例驗(yàn)證，該系列設(shè)備在應(yīng)對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)馐┕み^程中因主動(dòng)放空產(chǎn)生的甲烷排放具有明顯的減排效益。1城鎮(zhèn)燃?xì)庵较盗蟹舛略O(shè)備在城鎮(zhèn)燃?xì)馐┕すこ讨?，管道的不停輸帶壓封堵作為一種高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的施工方式已經(jīng)得到全面應(yīng)用，現(xiàn)有的管道不停輸帶壓封堵技術(shù)大致包括膨脹筒式封堵、塞式封堵、雙峰球膽封堵等，但在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中存在封堵膠皮不能重復(fù)使用及對(duì)變形管道、管道焊縫等特殊情況封堵效果差、封堵成功率不高、封堵操作不便等的諸多問題。燃?xì)夤艿乐椒舛略O(shè)備是吸收了國(guó)內(nèi)外多種封堵形式的成功經(jīng)驗(yàn)后，根據(jù)城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)備的特點(diǎn)和維護(hù)需要，本著輕便、簡(jiǎn)單、實(shí)用、安全可靠的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)的系列設(shè)備。1.1設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)柱塞式封堵設(shè)備剖面圖如圖1(a、b)所示，該設(shè)備由固定裝置、傳動(dòng)裝置、封堵裝置三部分組成。利用力的可傳遞原理，通過旋轉(zhuǎn)傳遞扭矩內(nèi)桿對(duì)封堵盤施加壓力，擠壓封堵盤上的密封橡膠使其向外膨脹變形進(jìn)而擠壓管道內(nèi)壁，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的封堵截流。 圖1柱塞式封堵設(shè)備及封堵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖具體來看：(1)固定裝置：固定裝置由上下移動(dòng)外桿、支撐外筒兩部分組成。移動(dòng)外桿是用于封堵定位的裝置，設(shè)有可拆卸手柄、位置鎖定裝置、支撐外桿?？刹鹦妒直鷥?nèi)部設(shè)有密封圈；支撐外桿上部和下部分別設(shè)有旋轉(zhuǎn)螺紋，其外壁設(shè)有半圓環(huán)形凹槽。該結(jié)構(gòu)的功能是快速下放柱塞式封堵盤到管道內(nèi)壁指定位置，同時(shí)設(shè)置有位置卡簧，操作性較好。(2)傳動(dòng)裝置：傳動(dòng)裝置由傳遞扭矩內(nèi)桿和柱塞式封堵器內(nèi)的橡膠擠壓桿組成。扭矩內(nèi)桿設(shè)有可拆卸手柄、內(nèi)桿，內(nèi)桿下部為方形花鍵，該部分設(shè)計(jì)的功能是可以旋轉(zhuǎn)手柄，傳遞扭矩到柱塞式封堵器內(nèi)的橡膠擠壓桿上，擠壓橡膠，直到與管道內(nèi)壁擠壓，達(dá)到密封的效果。(3)封堵裝置：封堵裝置為該設(shè)備的核心部件—柱塞式封堵器。柱塞式封堵器由鋼筒、四爪卡盤、橡膠擠壓桿、密封橡膠組成，其作用是通過使擠壓桿受力，在起穩(wěn)定作用的四爪卡盤保護(hù)下擠壓密封橡膠，使其膨脹直到與管道內(nèi)壁擠壓密封，完成封堵截流。1.2設(shè)備適用場(chǎng)景及特點(diǎn)該系列設(shè)備是利用現(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)備法蘭螺紋等接口對(duì)氣源進(jìn)行有效快速封堵的燃?xì)夤艿缹Ｓ米鳂I(yè)設(shè)備，設(shè)備規(guī)格分為DN50、DN80、DN100、DN150、DN200、DN300。該系列封堵設(shè)備適用于中低壓(P≤0.4MPa)燃?xì)夤芫W(wǎng)，可在對(duì)上游燃?xì)夤芫W(wǎng)不進(jìn)行降壓或關(guān)停的情況下實(shí)現(xiàn)切線作業(yè)和部分搶修任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)不帶氣對(duì)閘井放散截門、引入管更換及燃?xì)庹{(diào)壓箱的維修、加裝、老舊調(diào)壓箱的改造等作業(yè)，如圖2(a、b)所示，避免了傳統(tǒng)的區(qū)域降壓手工作業(yè)或作業(yè)前端進(jìn)行整管切斷封堵的作業(yè)模式，在減少對(duì)周邊用戶影響的同時(shí)減少了因降壓放散或切線吹掃帶來的甲烷排放。2柱塞式封堵設(shè)備甲烷減排應(yīng)用案例 2.1柱塞式封堵設(shè)備用于更換閘井放散閥位于北京市某行政區(qū)域的中壓DN80閘井A放散閥因銹蝕發(fā)生漏氣，按傳統(tǒng)搶修方式需降壓進(jìn)行更換，根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)示意圖，如圖3所示，考慮到市中心環(huán)路管網(wǎng)多，降壓需關(guān)停6個(gè)涉及氣源的中壓閘井并在其他閘井放散，影響多個(gè)中壓調(diào)壓箱、調(diào)壓站，共計(jì)民用戶23652戶，公服用戶23戶，鍋爐用戶8戶，DN300、DN200、DN100中壓管線各4.83km、8.77km、2.56km。由于正直冬供期間，降壓后搶修不僅影響用戶范圍大，且降壓放散的天然氣約為636.72m3。而采用柱塞式封堵器進(jìn)行操作，只需對(duì)泄漏閘井A一側(cè)放散管進(jìn)行封堵，完全無需降壓就可完成放散閥更換，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)可減少636.72m3的甲烷排放，相當(dāng)于一個(gè)集中供暖的普通三口之家近兩年的用氣量。圖2老舊調(diào)壓箱改造圖3管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)示意圖2.2柱塞式封堵設(shè)備用于搶修作業(yè) 位于北京市某地鐵線路高架橋下且穿過主要市政道路的DN300與DN500中壓燃?xì)夤艿肋B接處疑似漏氣，為進(jìn)一步確定泄漏的具體位置、大面積減少對(duì)用戶影響的同時(shí)降低降壓搶修產(chǎn)生的放散量，根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)示意圖，如圖4所示，使用柱塞式封堵設(shè)備在接線管接座Q處進(jìn)行封堵，在不影響DN500管網(wǎng)用戶的同時(shí)確定了DN300的泄漏處，最終只需降壓放散Q處至F1處的管道氣，該段距離為0.94km,估算需放散天然氣66.41m3，而如果無此設(shè)備采用既定管網(wǎng)最小降壓?jiǎn)卧M(jìn)行降壓搶修，則需放散F1、F2、F3之間的管容量，涉及中壓DN500、DN300、DN200、DN100分別為3.23km、0.94km、5.53km、2.62km，估算需放散天然氣共計(jì)894.51m3，直接減少有組織甲烷排放828.10m3，可見柱塞式封堵設(shè)備具有明顯的甲烷減排效益。圖4管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)示意圖3影響柱塞式封堵設(shè)備甲烷減排效益發(fā)揮的因素3.1使用場(chǎng)景對(duì)設(shè)備甲烷減排效益的影響 柱塞式封堵設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，使用場(chǎng)景是否具備條件對(duì)設(shè)備甲烷減排具有直接影響。其中，在用于切線作業(yè)或部分搶修時(shí)，需要應(yīng)用切線點(diǎn)或漏氣點(diǎn)附近的接線管件進(jìn)行封堵，除了要求現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件允許外，還需要管線圖紙的精確性進(jìn)行配合，這對(duì)由于管網(wǎng)走向與實(shí)際不符、歷史接切線點(diǎn)在圖紙無標(biāo)記、管網(wǎng)運(yùn)維人員能力與經(jīng)驗(yàn)不足等造成的使用場(chǎng)景不匹配問題將影響系列設(shè)備的減排效益發(fā)揮。而對(duì)于閘井放散閥或調(diào)壓箱維修或更換、樓前立管截門加裝、引入口漏氣修復(fù)等方面，由設(shè)備使用案例和其工作原理可推出，該系列設(shè)備的使用將發(fā)揮較大的的甲烷減排效益。據(jù)北京燃?xì)庋芯吭簻y(cè)算，2019年北京燃?xì)庖蚋黝愖鳂I(yè)放空甲烷273t。若柱塞式系列封堵設(shè)備可替代傳統(tǒng)作業(yè)方式的30%，可產(chǎn)生81.9t的甲烷減排量，折合113841m3天然氣，以2.61元/m3計(jì)算可直接節(jié)約近30萬元，若按當(dāng)年北京市碳市場(chǎng)均價(jià)80元/t參與碳交易，可獲得6552元收益。替代率的升高和碳價(jià)的增值直接作用于該系列設(shè)備的減排效益。3.2使用頻率對(duì)設(shè)備甲烷減排效益的影響柱塞式封堵設(shè)備使用頻率的高低對(duì)其在甲烷減排方面應(yīng)該發(fā)揮的實(shí)際作用產(chǎn)生較大影響。柱塞式封堵設(shè)備在甲烷減排技術(shù)工程實(shí)踐方面突出了一定的作用，但在城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)不同管理層對(duì)甲烷減排的關(guān)注度有一定差異的情況下，在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀的背景下，柱塞式封堵設(shè)備并不是所有作業(yè)的首選設(shè)備。油氣企業(yè)甲烷減排已經(jīng)是大勢(shì)所趨，對(duì)于具備機(jī)械作業(yè)條件的城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)來說，有選擇的在中低壓管網(wǎng)中使用機(jī)械作業(yè)代替手工作業(yè)，用更具有甲烷減排效益的設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)作業(yè)設(shè)備及作業(yè)方式應(yīng)該是此類企業(yè)運(yùn)營(yíng)過程中應(yīng)該考慮的重點(diǎn)之一；對(duì)于還不具備機(jī)械作業(yè)的城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際盡快引入具有明顯甲烷減排效益的機(jī)械作業(yè)手段代替手工作業(yè)方式，且在管道設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使用管件連接代替三通焊接一次成型，滿足“雙碳”背景下作為天然氣供應(yīng)企業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展需要。3.3推廣手段對(duì)設(shè)備甲烷減排效益的影響推廣手段單一、推廣力度不足、推廣人員專業(yè)性不強(qiáng)等對(duì)柱塞式封堵設(shè)備的應(yīng)用及甲烷減排效益發(fā)揮產(chǎn)生間接影響。目前，在技術(shù)持有者系統(tǒng)外推廣方面，該系列設(shè)備的推廣方式主要以參加城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)備展覽會(huì)為主，輔之以個(gè)別的技術(shù)交流推廣，推廣方式較為單一，可持續(xù)性不強(qiáng)。在其系統(tǒng)內(nèi)部推廣方面，以分、子公司間的技術(shù)交流、設(shè)備試用、臨時(shí)借用為主，未形成普遍意義上的具有隨時(shí)持有、使用設(shè)備的具體情況。從推廣人員來說，以其他崗位職工兼職為主，差異性較為明顯，專業(yè)度不足、推廣意識(shí)欠佳。以上因素間接影響了柱塞式封堵設(shè)備的甲烷減排效益在城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)的發(fā)揮。3.4其他影響因素 影響柱塞式封堵設(shè)備甲烷減排效益發(fā)揮的其他因素還有政策環(huán)境的變化、行業(yè)內(nèi)技術(shù)的革新及標(biāo)準(zhǔn)的制定、燃?xì)夤?yīng)企業(yè)管理側(cè)重點(diǎn)及碳交易市場(chǎng)的完善等。具體來說，政策層面，隨著中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)，管道天然氣的甲烷排放相關(guān)政策會(huì)越來越細(xì)致，越來越嚴(yán)格，進(jìn)而會(huì)從側(cè)面影響具有甲烷減排效益的設(shè)備設(shè)施應(yīng)用；行業(yè)層面，管道天然氣甲烷泄漏檢測(cè)技術(shù)、放散天然氣回收利用技術(shù)的發(fā)展、甲烷排放標(biāo)準(zhǔn)的制定會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)具有甲烷減排效益的設(shè)備設(shè)施應(yīng)用；企業(yè)層面，隨著燃?xì)夤?yīng)企業(yè)的管理層甲烷減排意識(shí)的增強(qiáng)、管網(wǎng)改造計(jì)劃的制定與實(shí)施，柱塞式封堵設(shè)備的甲烷減排效益會(huì)更加明顯；市場(chǎng)層面，隨著碳交易市場(chǎng)的逐步完善，具備條件的甲烷減排項(xiàng)目有望直接參與碳交易，柱塞式封堵設(shè)備的推廣使用會(huì)在降低燃?xì)夤?yīng)企業(yè)“購(gòu)銷差”、帶來直接和間接經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)為減緩氣候變化作出一定貢獻(xiàn)。4結(jié)語(yǔ)柱塞式封堵設(shè)備具有明顯的甲烷減排效益，使用場(chǎng)景、使用頻率、推廣方式及與管道天然氣相關(guān)的政策、行業(yè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)、碳交易市場(chǎng)等會(huì)直接或間接影響其甲烷減排效益的發(fā)揮。隨著中國(guó)“3060”目標(biāo)的提出和持續(xù)推進(jìn)，凝聚甲烷減排共識(shí)，提出甲烷排放強(qiáng)度目標(biāo)或者總量目標(biāo)或者“雙控”目標(biāo)，研究并推廣像柱塞式封堵設(shè)備一樣的具有明顯甲烷減排效益的控制措施，不斷打造示范項(xiàng)目和工程以切實(shí)加強(qiáng)甲烷排放管控，已經(jīng)成為燃?xì)夤?yīng)企業(yè)實(shí)施甲烷減排戰(zhàn)略的趨勢(shì)。各燃?xì)夤?yīng)企業(yè)應(yīng)該積極協(xié)調(diào)企業(yè)內(nèi)部各層級(jí)甲烷減排相關(guān)的管理意識(shí)，發(fā)展、利用和推廣自身優(yōu)勢(shì)參與“十四五”國(guó)家控制甲烷排放系列行動(dòng)，積極克服對(duì)具有甲烷減排效益的技術(shù)或設(shè)備有影響的不利因素，持續(xù)推動(dòng)完善燃?xì)庑袠I(yè)甲烷控制政策、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系和碳市場(chǎng)交易，最終利用市場(chǎng)機(jī)制協(xié)調(diào)促進(jìn)甲烷減排工作扎實(shí)有序開展。