我國LNG應(yīng)急調(diào)峰站的發(fā)展及建議

上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計研究有限公司 鐘怡

隨著我國城市天然氣利用深入，國內(nèi)LNG應(yīng)急調(diào)峰站進(jìn)入成熟發(fā)展期，許多省市的重要城市為提高應(yīng)對氣源風(fēng)險能力，將建設(shè)LNG應(yīng)急調(diào)峰站納入議程，為促進(jìn)國內(nèi)相關(guān) LNG應(yīng)急設(shè)施的有序建設(shè)，故進(jìn)行相關(guān)介紹。

1 工藝路線

LNG應(yīng)急調(diào)峰站須在平時儲存LNG，在管網(wǎng)高峰用氣時實現(xiàn)氣化外輸，故常規(guī)配置有低溫儲罐、低溫泵、氣化器、BOG壓縮機等，部分站還設(shè)有液化裝置，依靠周邊高壓輸氣管網(wǎng)，將平谷時的管網(wǎng)天然氣液化，待高峰時氣化調(diào)峰外輸，其余站則依靠公路槽車供液，槽車來自LNG液化工廠或LNG沿海接收站。

1.1 低溫儲罐

儲存規(guī)模較大時，可采用大型立式圓筒平底罐或者子母罐，儲存規(guī)模較小時，可采用多聯(lián)小型立式罐。

1.2 低溫泵

低溫泵分為罐內(nèi)低壓泵和罐外高壓泵兩類，罐內(nèi)低壓泵將儲罐內(nèi) LNG輸送至氣化器，部分高壓氣化器還須罐外高壓泵進(jìn)行二次泵送，以達(dá)到外輸壓力。

1.3 氣化器

按換熱工質(zhì)差異，氣化器分為空溫式和水浴式兩類。而水浴式氣化器中，浸沒燃燒氣化器(簡稱SCV)應(yīng)用較多，靠近水源時還可選擇開架式(簡稱ORV)，以節(jié)省能耗。

1.4 BOG壓縮機

將站內(nèi)LNG儲罐自然蒸發(fā)產(chǎn)生及低壓氣化器后的BOG輸送至站外管網(wǎng)。

1.5 液化裝置

液化裝置的種類很多，常規(guī)LNG應(yīng)急調(diào)峰站可選擇混合制冷劑(簡稱MRC)或氮膨脹液化工藝，部分還利用高壓管網(wǎng)壓差以實現(xiàn)甲烷膨脹液化工藝。

2 國內(nèi)發(fā)展概況

LNG應(yīng)急調(diào)峰站均位于人口稠密的綜合性大城市。大城市民用用戶數(shù)量較多，用氣時段差異很大，且綜合性城市的用戶類別較多，如發(fā)電廠和大工業(yè)、中小型工業(yè)等，北方城市還有大量的供熱采暖需求，這些不同類別用戶又有各自用氣規(guī)律，因而造成巨大的用氣峰谷差。如何在兼顧管網(wǎng)輸氣經(jīng)濟性的同時，又保障高峰用氣量，成為擺在國內(nèi)大多數(shù)城市面前的難題。

當(dāng)前國內(nèi)天然氣用氣需求節(jié)節(jié)攀升，氣井產(chǎn)能、長輸管道及其規(guī)劃配套儲氣庫僅僅能滿足季節(jié)調(diào)峰和月調(diào)峰，日和小時調(diào)峰必須依靠中下游管網(wǎng)自己解決，而省和下轄市的管網(wǎng)受到設(shè)計輸氣管徑限制，儲氣量一般不能滿足全部調(diào)峰需求。城市管網(wǎng)發(fā)展起步階段的天然氣用量較低時，且由于市政管網(wǎng)一般先于用戶敷設(shè)配套，故尚能滿足調(diào)峰，但隨用戶增加，調(diào)峰需求上升，而管網(wǎng)儲氣規(guī)模相對增幅較小或靜止不變，就造成管網(wǎng)調(diào)峰運行的失衡，而這種失衡往往是在城市天然氣發(fā)展3~5年后產(chǎn)生的，這也就是許多國內(nèi)城市應(yīng)用天然氣后的幾年才匆匆上馬LNG應(yīng)急調(diào)峰站項目的原因，部分城市還隨著調(diào)峰量增加不斷對既有LNG應(yīng)急調(diào)峰站進(jìn)行擴改建——如上海、杭州、南京等。

目前，已建和在建的 LNG應(yīng)急調(diào)峰站的省份和城市有上海市、北京市、天津市、陜西的西安和延安、河南鄭州、湖北的武漢和荊州、湖南長沙、安徽合肥、江蘇的南京和宜興及蘇州、浙江的杭州和紹興、四川成都、廣東深圳等，數(shù)量近20個。

表1 國內(nèi)的LNG應(yīng)急調(diào)峰站一覽表

3 典型項目

3.1 上海五號溝LNG事故備用站

上海五號溝LNG事故備用站位于浦東新區(qū)五號溝，一期始建于 1999年，是東海平湖天然氣登陸配套工程，為浦東供氣提供 10天的應(yīng)急儲備，站內(nèi)設(shè)置一套日處理能力10萬m3的液化裝置，以及1個2萬m3的全容儲罐。2007年二期擴建2個5萬m3的全容儲罐(見圖1)，并同步配套小型LNG船舶接收碼頭，使之具備全市供氣3天以上的應(yīng)急儲備能力。

隨著上海市天然氣用氣規(guī)模的增加，目前正在做三期擴建準(zhǔn)備，預(yù)計再增加2個10萬m3的全容儲罐。

圖1 上海五號溝LNG事故儲備站

3.2 延安華油安塞天然氣液化項目

安塞天然氣液化項目是中石油和長慶油田支援延安老區(qū)的重點工程，位于陜西省延安市安塞縣化子坪鎮(zhèn)，2009年開工建設(shè)，預(yù)計2012年底前可投產(chǎn)。

設(shè)置一套最大日處理能力215萬m3的液化裝置，以及1個3萬m3的全容儲罐。項目不僅將承擔(dān)長慶油田輸氣管線的產(chǎn)能調(diào)峰作用，還將為氣化陜西，服務(wù)于沿線規(guī)劃和在建的LNG長途貨運加注站服務(wù)。

3.3 杭州LNG應(yīng)急調(diào)峰站

杭州將在東西南北各建一座LNG應(yīng)急調(diào)峰站，其中，西部站位于西湖區(qū)三墩鎮(zhèn)，已于 2011年底投運，儲存規(guī)模4 950 m3(含3×150 m3小立罐)，主要用于杭州市區(qū)用氣高峰時段的調(diào)峰，也是上中游供氣不足或中斷時的應(yīng)急氣源，見圖 2。西部站可滿足平時段3天應(yīng)急量(峰時段1.5天)。擬建東部站的儲存規(guī)模為1萬m3，位于下沙。江南站和北部站的儲存規(guī)模各約為5 000 m3，目前選址中。四座應(yīng)急調(diào)峰站全部建成后，總儲量2.5萬m3，折合氣態(tài)天然氣1 500萬m3，可以滿足上中游供氣中斷狀態(tài)下主城區(qū)15天應(yīng)急量。

圖2 杭州市西部LNG應(yīng)急調(diào)峰站

4 發(fā)展建議

4.1 應(yīng)確定合理的儲備規(guī)模

LNG應(yīng)急調(diào)峰站須承擔(dān)調(diào)峰和應(yīng)急儲備兩個功能，其中調(diào)峰能力應(yīng)根據(jù)各類用戶的最大峰谷用氣差以及管網(wǎng)設(shè)施的儲氣能力等因素確定，并配置相應(yīng)規(guī)模的氣化外輸設(shè)施；應(yīng)急能力須按事故工況確定罐容，儲氣需求取近、遠(yuǎn)期的最大不利工況值。

以華東某省為例。其近期規(guī)劃有4路管道氣源，包括川氣、西一線、西二線和東海氣，遠(yuǎn)期再增 2路，包括1處煤制氣和1處近海氣田，各路氣源的年供氣能力不同，從安全性出發(fā)，事故工況應(yīng)考慮最大單路氣源的中斷；該省的供氣用戶主要包括民用(居民和公建)、工業(yè)和發(fā)電等三大類，事故工況還須區(qū)分各類用戶供氣保障的優(yōu)先級及其應(yīng)急保障時間的長短。

表2 某省的天然氣氣源規(guī)劃單位：億m3/a

表3 某省的天然氣市場需求單位：億m3/a

根據(jù)上述氣源及市場需求，該省的事故工況定義如下。

工況1：近期：單路最大供氣量管道中斷3天(川氣60億m3/a)；遠(yuǎn)期：單路最大供氣量管道中斷3天(煤制氣100億m3/a)。

工況2：近期：保障民用的用氣量7天；遠(yuǎn)期：保障民用的用氣量15天。

工況3：近期：保障民用、50%工業(yè)的用氣量3天；遠(yuǎn)期：保障民用、50%工業(yè)的用氣量7天。

工況4：近期：保障民用、20%工業(yè)的用氣量3天，發(fā)電1天；遠(yuǎn)期：保障民用、20%工業(yè)的用氣量7天，發(fā)電1天。

表4 各種事故工況的儲氣需求單位：萬m3

由此得出該省 LNG應(yīng)急需求近期和遠(yuǎn)期分別為9.2萬m3和52.0萬m3，故近期擬新建一座LNG應(yīng)急儲配站，儲量規(guī)模為10萬m3，設(shè)1個10萬m3罐(或2個5萬m3罐)，遠(yuǎn)期再建2座LNG應(yīng)急儲配站，新增儲量為40萬m3，儲罐按4個10萬m3罐考慮。

4.2 應(yīng)建立明確的設(shè)施分級

LNG應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施應(yīng)根據(jù)功能定位明確分級，分為國家級、省級、市級和區(qū)級四大類，以更有效地服務(wù)于特定需求。

國家級指LNG沿海大型接收站，一般有數(shù)十萬 m3罐容，可為上游跨省域長輸管線提供應(yīng)急調(diào)峰，其承擔(dān)季節(jié)調(diào)峰和月調(diào)峰，如西氣東輸管道與配套的江蘇如東LNG接收站等。

LNG應(yīng)急調(diào)峰站含蓋省級和市級范疇。省級是為中游省輸氣管網(wǎng)應(yīng)急調(diào)峰配套，目前已有陜西和江西兩省以及上海、北京、天津等三直轄市設(shè)置省級LNG應(yīng)急調(diào)峰站，一般罐容為數(shù)萬m3，可滿足中游省級管網(wǎng)的日調(diào)峰及上游氣源中斷數(shù)日內(nèi)的應(yīng)急供氣；市級一般位于較大的省會或地級市，滿足該城市下游管網(wǎng)小時調(diào)峰和短期事故應(yīng)急，罐容由數(shù)千到上萬m3。

區(qū)級泛指滿足區(qū)域性應(yīng)急調(diào)峰需求的LNG設(shè)施，也稱LNG區(qū)域衛(wèi)星站，主要位于縣級市及下轄經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)等，絕大多數(shù)采用多組單罐50~150 m3小型立式罐，總罐容在2千m3以下，符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》(GB 50028—2006)第9.1.1條規(guī)定。

由圖4可見，LNG應(yīng)急調(diào)峰站(包括省級和市級，加粗框)在整個供氣網(wǎng)絡(luò)體系中起到積極強化上、下游輸氣和儲氣設(shè)施間聯(lián)系的作用，一方面，各級LNG應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施的LNG資源自上而下形成調(diào)配鏈，另一方面，各級LNG應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施又與各級輸配氣管網(wǎng)形成多重交叉其中，這種緊密的多元供氣網(wǎng)絡(luò)體系將最大程度保障末端管網(wǎng)和用戶的供氣安全。

圖4 LNG設(shè)施與輸氣管網(wǎng)組成的多級供氣保障

5 結(jié)束語

近年來LNG應(yīng)急調(diào)峰站如雨后春筍般不斷建成，較大程度緩解了部分省區(qū)及城市天然氣調(diào)峰應(yīng)急的矛盾，可以期盼，今后我國的LNG應(yīng)急調(diào)峰站還會不斷增加，將成為各級天然氣輸配系統(tǒng)中的常規(guī)配置。