城市天然氣輸配系統(tǒng)與天然氣長輸管線的技術(shù)關(guān)系

綦　巖

摘要：本文對(duì)長輸管線供氣壓力對(duì)城市輸配系統(tǒng)技術(shù)方案的影響，長輸管線參與城市日、時(shí)調(diào)峰的技術(shù)可行性，長輸管線供氣條件對(duì)城市輸配系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性影響等幾方面對(duì)城市天然氣輸配系統(tǒng)與天然氣長輸管線的技術(shù)關(guān)系作初步的探討。

關(guān)鍵詞：長輸管線；天然氣

1 長輸管線應(yīng)解決季節(jié)調(diào)峰和參與日、時(shí)調(diào)峰

城市天然氣輸配供應(yīng)系統(tǒng)中的各類用戶的用氣量，會(huì)隨氣候條件、生產(chǎn)裝置和規(guī)模、人們的日常生活習(xí)慣等因素發(fā)生變化。這種用氣波動(dòng)以城市民用、供熱鍋爐和燃?xì)怆姀S用氣最為明顯。

因此，在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各類用戶用氣波動(dòng)這一因素，合理配置儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，以保證連續(xù)、穩(wěn)定向各類用戶供氣，滿足變化的天然氣用戶用氣的需求，更好地服務(wù)于用戶。

目前已用氣城市的時(shí)調(diào)峰均要求下游自行解決，上游（長輸管線）不參與解決城市供氣時(shí)調(diào)峰問題。即使是我國目前陸上距離最長、管徑最大、自動(dòng)化程度最高的天然氣輸送管線--陜京線，也僅是參與了季節(jié)調(diào)峰，沒有擔(dān)負(fù)所供城市的日、時(shí)調(diào)峰氣量。京津地區(qū)為了解決城市供氣的季節(jié)性平衡問題，在天津大港油田利用油田的油氣層結(jié)構(gòu)，建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫。進(jìn)行天然氣加壓反注采油儲(chǔ)氣，用于解決城市供氣的季節(jié)調(diào)峰。

因此，目前實(shí)現(xiàn)天然氣供應(yīng)的城市只能通過建設(shè)大量的高壓球罐來解決城市用氣的日、時(shí)調(diào)峰。季節(jié)調(diào)節(jié)只能依靠長輸管線和利用緩沖用戶來調(diào)節(jié)。以城市最大的供氣月平均日用氣100萬立方米為例，一般而言所需的日、時(shí)調(diào)峰氣量為計(jì)算月平均日供氣量的25～40%，即所需的調(diào)峰氣量為25-40萬立方米，如來氣壓力小于等于1.6MPa時(shí)，城市可選擇的較經(jīng)濟(jì)的調(diào)峰方式只能是高壓球罐儲(chǔ)氣，投資（不含征地費(fèi)）費(fèi)用為1.2-2.0億元，綜合投資費(fèi)用估計(jì)在1.8-3.2億元左右。從目前已建的天然氣城市輸配系統(tǒng)的投資來看，在投資費(fèi)用當(dāng)中，用于解決城市日、時(shí)調(diào)峰設(shè)施的投資額一般占總投資的25-40%。而季節(jié)調(diào)峰問題，大多數(shù)城市受條件（資金、環(huán)境等）所限無法自行解決，因此在市場經(jīng)濟(jì)的形勢下，如何依靠長輸管線，合理處理好上下游的技術(shù)銜接，充分利用長輸高壓管線的能力，合理集中建設(shè)大型地下儲(chǔ)氣庫，實(shí)現(xiàn)上、中、下游資源的合理配置，共同解決城市的供氣壓力和調(diào)峰是非常必要的，也是當(dāng)前急需解決的問題。

2 長輸管線參與城市日、時(shí)調(diào)峰的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性

天然氣供應(yīng)需要形成管網(wǎng)，以便合理調(diào)度并形成連續(xù)，穩(wěn)定、安全的供氣保障。天然氣供需預(yù)測表明，2010年前后，我國除開發(fā)利用國內(nèi)天然氣資源外，需進(jìn)口管輸天然氣400億立方米，到2020年進(jìn)口量將大幅增加。為此需建設(shè)輸氣干線，構(gòu)建大量支線供氣管網(wǎng)，根據(jù)全國天然氣輸氣管網(wǎng)的規(guī)劃及建設(shè)計(jì)劃，全國的天然氣供應(yīng)最終將形成區(qū)域化和網(wǎng)絡(luò)化，需進(jìn)行地下儲(chǔ)氣庫的規(guī)劃建設(shè)，長輸干線不僅可以解決下游城市的季節(jié)性用氣不均衡問題，而且為長輸管線參與城市日時(shí)調(diào)峰提供了可能。

隨著天然氣用量的增加鋪設(shè)大直徑高壓天然管道已成為必然，目前通過對(duì)傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)壓力為7.5MPa和新設(shè)計(jì)壓力10.0-14.0MPa的高壓技術(shù)的評(píng)估表明:對(duì)于每年輸氣量為15-30Gm3/a,距離長度為5000-6000公里的管道用于兩種設(shè)計(jì)方案，當(dāng)輸氣量大于15 Gm3/a時(shí)，采用高壓管道技術(shù)是合理的，當(dāng)輸所量大于30 Gm3/a時(shí)，用高壓技術(shù)可比傳統(tǒng)壓力下輸氣費(fèi)用節(jié)省30-35%。

目前，“西氣東輸”工程的天然氣管線正是采用了這一高壓輸氣技術(shù)，由此而提供給下游各城市的用氣壓力較傳統(tǒng)壓力管線大大提高。因此，下游各城市的天然氣配氣已經(jīng)向多級(jí)壓力級(jí)制的配氣系統(tǒng)發(fā)展，城市的天然氣調(diào)峰技術(shù)已不僅僅是在傳統(tǒng)壓力下（小于等于1.6MPa）廣泛應(yīng)用的高壓定容球罐儲(chǔ)氣方式，而是逐步向城市外圍一級(jí)天然氣輸氣管道（包括城市外圍地下氣庫）參與調(diào)峰（壓力大于4.0MPa）、液化天然氣（LNG）調(diào)峰、城市二級(jí)天然氣管道和高壓球罐聯(lián)合調(diào)峰的方式發(fā)展。

如果在長輸干線管徑不變的情況下，通過合理增加中間的壓氣站，并在輸氣干線沿線選擇建設(shè)區(qū)域性大型地下儲(chǔ)氣庫，在輸氣技術(shù)上完全可以滿足下游城市的各種調(diào)峰需求。從全國天然氣輸氣干線的規(guī)劃和建設(shè)計(jì)劃可以看出，未來的國內(nèi)天然氣供應(yīng)將實(shí)現(xiàn)多氣源保障，網(wǎng)絡(luò)化輸供氣，在東西和南北輸氣干線管網(wǎng)中規(guī)劃建設(shè)數(shù)座大型區(qū)域性地下儲(chǔ)氣庫。因此，在輸氣技術(shù)上只需合理考慮區(qū)域性用氣城市的燃?xì)庑枨蟛▌?dòng)，通過增加建設(shè)干線中間加壓站，使管道的輸供氣能力增加，并輔以現(xiàn)代化的自動(dòng)調(diào)度管理系統(tǒng)，在投資增加不多的情況下（按現(xiàn)在價(jià)格水平計(jì)算，建一座中間壓氣站的費(fèi)用一般為5000-8000萬元，供氣能力可以增大數(shù)億米３），可滿足區(qū)域性城市的日、時(shí)調(diào)峰需求。

目前，歐洲各國、美國以及俄羅斯等國家，天然氣輸?shù)拦艿谰丫W(wǎng)絡(luò)化，均采用地下儲(chǔ)氣庫進(jìn)行用氣調(diào)峰，很少在城市建設(shè)球罐進(jìn)行用氣調(diào)峰，只有日本在利用LNG站進(jìn)行供氣和調(diào)峰外，在城市建設(shè)高壓球罐進(jìn)行局部區(qū)域調(diào)峰。因此，根據(jù)目前天然氣輸配技術(shù)的的發(fā)展趨式、考慮上中下游投資的最優(yōu)化，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，長輸管線的建設(shè)應(yīng)充分考慮城市的日、時(shí)調(diào)峰需要。

３ 城市天然氣輸配系統(tǒng)對(duì)長輸管線供氣壓力的要求

長輸管線作為城市天然氣輸配系統(tǒng)的氣源（上游），其供氣參數(shù)，特別是來氣壓力對(duì)城市輸配系統(tǒng)的方案確定（壓力級(jí)制、管道輸送能力、儲(chǔ)氣方式、工程投資等）諸方面影響很大。目前城市輸配系統(tǒng)在制訂設(shè)計(jì)方案時(shí)，往往只能根據(jù)由長輸線方面提供的供氣壓力進(jìn)行，而不能根據(jù)城市自身的特點(diǎn)（如城市規(guī)模、用戶類型等），在進(jìn)行合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，對(duì)上游來氣壓力提出相應(yīng)的要求。目前全國相關(guān)城市在制訂供氣方案中遇到的突出問題之一是來氣壓力偏低，使得城市輸配方案的制訂有較大的局限性，難以滿足城市用氣的需求。

隨著城市燃?xì)夤?yīng)規(guī)模的擴(kuò)大，各類用戶的增多，輸配系統(tǒng)往往需要采用三級(jí)系統(tǒng)（高壓、中壓、低壓）及多系統(tǒng)（超高壓、高壓、中壓、低壓）才能滿足要求。采用三級(jí)以上壓力級(jí)制有利于滿足不同用戶的壓力需求，降低城市內(nèi)部輸配管網(wǎng)的運(yùn)行壓力，增加管網(wǎng)氣量調(diào)度能力，提高儲(chǔ)氣的經(jīng)濟(jì)性等。來氣壓力一般不低于1.0MPa,對(duì)于多級(jí)系統(tǒng)，來氣壓力一般不低于2.5MPa,甚至可以高達(dá)5.0MPa以上。目前國外一些大城市輸配系統(tǒng)普通采用多級(jí)系統(tǒng)，超高壓城市外環(huán)管網(wǎng)作為滿足流量輸送和部分儲(chǔ)氣的需要的手段而建設(shè)。

另外，在城市燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，必須解決供需平衡問題，做為城市上游長輸管線一般解決城市季節(jié)不均衡和部分日用氣不均衡，而城市小時(shí)用氣不均衡目前主要通過城市自身解決。建設(shè)一定規(guī)模的儲(chǔ)氣設(shè)施是解決日、時(shí)不均衡的主要手段。目前常用的儲(chǔ)氣手段是高壓球罐儲(chǔ)氣和城市高壓外環(huán)儲(chǔ)氣等，采用何種儲(chǔ)氣方案，主要依據(jù)上游長輸管線來氣壓力確定。

Ａ 高壓球罐對(duì)來氣壓力要求

壓力（Ｐ）：1.0Mpa

如壓力低于1.0Mpa將降低球罐的有效利用率，增大儲(chǔ)罐站的投資。

Ｂ 城市高壓外環(huán)儲(chǔ)氣壓力的要求

壓力一般不低于1.6MPa,最好高于3.0MPa.。如果來氣壓力高于3.0MPa，采用高壓外環(huán)儲(chǔ)氣比高壓球罐具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。

綜止所述，上游來氣壓力對(duì)城市輸配系統(tǒng)的影響很大，城市方面希望上游長輸管線能提高來氣壓力。當(dāng)然，來氣壓力也不是越高越好，應(yīng)根據(jù)不同城市的規(guī)模、特點(diǎn)、用氣需求等綜合考慮，制訂切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的供氣方案。

4 幾點(diǎn)建議

西氣東輸工程是近期國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)工程，在項(xiàng)目的前期工作中應(yīng)作好上下游銜接，滿足下游各城市的調(diào)峰需要。

在項(xiàng)目啟動(dòng)的前期技術(shù)準(zhǔn)備階段，應(yīng)模擬燃?xì)夤┙o以滿足需求量，地下儲(chǔ)氣庫的建設(shè)必須同步于長輸干線的建設(shè)，以彌補(bǔ)可預(yù)計(jì)的在天然氣供應(yīng)和需求量之間產(chǎn)生的調(diào)峰波動(dòng)。

在工程投產(chǎn)運(yùn)行的早期，由于各類用戶用氣量增長有一定的滯后，管線不可能滿負(fù)荷運(yùn)行，應(yīng)盡量減少下游各城市調(diào)峰設(shè)施的投資，輸氣干線應(yīng)滿足城市的調(diào)峰需求。

在解決城市日、時(shí)調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)時(shí)，可采取下游參與上游建設(shè)的模式，依據(jù)需解決的調(diào)峰氣量，協(xié)議投資比例，讓上游積極參與城市的調(diào)峰，以便于投資及輸配技術(shù)的最優(yōu)化。

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，我們建議上游來氣壓力宜為：對(duì)于一般中等城市，不宜低于1.6MPa。對(duì)于采用多級(jí)系統(tǒng)的大城市或特大城市，不宜低于3.0Mpa。對(duì)于供應(yīng)電廠用戶的城市，不宜低于3.0Mpa。