川氣東送管道多層次應急調(diào)峰體系建設

徐孝軒 黃 輝 陳從磊 陳 燕

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100191）

0 引言

川氣東送管道是國家“十一五”重點建設工程之一，已于2010年正式投產(chǎn)供氣。川氣東送管道西起川東北普光首站，向東途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、江蘇、浙江，終點為上海末站，主干線長約1 702 km，其氣源來自普光氣田。目前普光氣田主體建成105×108m3的年混合氣產(chǎn)能，川氣東送外輸商品氣量約80×108m3。2015年及以后，川氣東送預計可外供的商品氣量將超過100×108m3／a。隨著川氣東送市場開發(fā)及銷售規(guī)模的不斷擴大，今后冬季的調(diào)峰氣量要求會越來越大，僅僅依靠氣田放大產(chǎn)量和壓減內(nèi)部企業(yè)用戶的措施已經(jīng)不能保證市場的平穩(wěn)供氣。因此，為保障川氣東送安全平穩(wěn)供氣，滿足季節(jié)調(diào)峰和事故應急的需要，加快構(gòu)建切實可行的上中下游的多層次調(diào)峰體系已迫在眉睫。

1 目標市場用氣特征

1.1 用氣不均勻性

1）用戶用氣類型。川氣東送管道工程重點用戶超過20多家，涉及城市燃氣、調(diào)峰電廠、工業(yè)用戶等多種用戶類型。由于用戶用氣的類型和用氣特點不同，其對干線應急調(diào)峰的影響也不盡相同。① 城市燃氣。由于川氣東送下游市場地處長江中下游地區(qū)，冬夏季溫差相對北方城市略小，城市燃氣的月不均勻性受氣候的影響相對較小，但最近一段時間冬季采暖用氣量呈逐步上升的態(tài)勢。對于城市燃氣需求，不僅需要解決季節(jié)調(diào)峰，還需要滿足城市用戶的日和小時調(diào)峰。② 發(fā)電用戶。川氣東送沿線目前有浙江蕭山、國華等3座大型天然氣發(fā)電廠，天然氣發(fā)電用氣需求量大，年需求量約15×108m3。發(fā)電廠為季節(jié)調(diào)峰電廠，可作為中斷用戶，但運行時需解決小時調(diào)峰。③ 工業(yè)用戶。工業(yè)燃料用戶的不均勻性主要與其生產(chǎn)工藝有關(guān)，大多數(shù)用戶用氣比較穩(wěn)定?；び脩粽Ｉa(chǎn)時，因是連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，因此用氣波動性較小，基本不需要調(diào)峰。川氣東送管道沿線包括達州、川維、湖北化肥，武漢、揚子、金陵石化、儀征化纖、上海石化、高橋石化、鎮(zhèn)海石化等中國石化內(nèi)部煉化企業(yè)。這些企業(yè)需求量大，預計2015年需求量達到60×108m3以上，需求彈性也很大，大部分是可計劃中斷供氣用戶。對此類用戶可要求其合理安排檢修時間，緩解冬季的調(diào)峰壓力。

2）用氣不均性。根據(jù)2010年川氣東送沿線市場調(diào)研，川氣東送目標市場用戶的綜合用氣月不均勻系數(shù)大致如圖1所示。天然氣作為原料的工業(yè)用戶用氣月不均勻系數(shù)為1.0，作為燃料的工業(yè)用戶用氣月高峰系數(shù)為1.1；沿線城市燃氣用戶大多數(shù)的用氣月高峰系數(shù)為1.3，天然氣發(fā)電廠用氣月不均勻系數(shù)曲線呈現(xiàn)“雙高峰”現(xiàn)象，用氣月高峰系數(shù)為1.4。

圖1 2010年川氣東送各類用戶用氣月不均勻系數(shù)曲線圖

對于川氣東送目標市場，目前中國石化還沒有建成調(diào)峰儲氣設施，冬季期間只能采取氣田放產(chǎn)、壓縮工業(yè)用戶等措施，基本保證了市場的平穩(wěn)供應。普光氣田的放產(chǎn)嚴重影響了穩(wěn)產(chǎn)年限和氣田的高效、科學開發(fā)；冬季壓減工業(yè)用戶不僅影響下游用戶對中國石化資源的信心，并且在與兄弟公司的競爭中處于不利地位。尤其是內(nèi)部企業(yè)，在冬季用氣高峰時期，甚至被迫停氣，嚴重影響了裝置的正常生產(chǎn)，造成經(jīng)濟效益的大幅下滑。

1.2 事故不可預測性

川氣東送管道工程干線、支線全長約2 400 km，目標市場覆蓋川、渝、鄂、皖、蘇、浙、滬等沿線7個省市和多家內(nèi)部煉化企業(yè)，市場覆蓋面廣，供氣系統(tǒng)涉及到管線、站場、增壓設備及下游用戶，是一個非常復雜的系統(tǒng)。由于天然氣廣泛應用于各大城市，涉及千家萬戶，屬于公共事業(yè)。同時天然氣輸送的便利性又遠不及煤炭、石油等能源。

國外的實踐經(jīng)驗以及西氣東輸?shù)裙艿赖膶嶋H運行情況表明，一旦出現(xiàn)供應中斷，應急保障問題就會十分突出。

川氣東送管道2010年起投產(chǎn)試運營，相關(guān)配套的儲氣庫沒有建成，應對天然氣季節(jié)調(diào)峰和突發(fā)事件的能力較弱。在造成管道供氣中斷的工況下，如管道泄漏、站場或天然氣凈化廠等維修和技術(shù)流程改造施工，或無法抗拒等因素而引起的非正常停、限氣，都將直接影響下游的供氣可靠性。

2 川氣東送應急調(diào)峰體系建設

制定切實可行的調(diào)峰應急預案，加快構(gòu)建川氣東送多層次調(diào)峰體系已經(jīng)迫在眉睫。根據(jù)目標市場用氣規(guī)律，應當建立上中下游的多層次調(diào)峰體系，具體應具備以下幾種調(diào)峰手段（見表1）。

2.1 通過調(diào)整上游氣田產(chǎn)能調(diào)峰

目前，由于川氣東送管道沒有建成儲氣庫設施，季節(jié)調(diào)峰需求只能依靠管道自身或者調(diào)整上游產(chǎn)量來滿足。

通常，采用氣田生產(chǎn)量調(diào)節(jié)解決季節(jié)性調(diào)峰僅限于管道投產(chǎn)初期。川氣東送單一氣源——普光氣田，具備105×108m3／a的生產(chǎn)能力。普光凈化廠6列聯(lián)合裝置，生產(chǎn)負荷為60%～110%，當川氣東送供氣不均勻系數(shù)為1.1時，上游氣田和凈化廠產(chǎn)能完全可以解決川氣東送管道的季節(jié)調(diào)峰。

表1 川氣東送管道多層次應急調(diào)峰體系構(gòu)建表

采用普光氣田調(diào)峰，充分利用普光凈化廠、川氣東送管道在供氣初期時的富余輸氣能力，是保障目標市場正常用氣的較好選擇，同時也是確保管道輸送任務的完成，實現(xiàn)較好效益的較為現(xiàn)實可行的方法。利用普光氣田資源和產(chǎn)能解決川氣東送管道投產(chǎn)初期季節(jié)性調(diào)峰，在技術(shù)上是可行的。

2.2 通過加快建設中游儲輸氣設施調(diào)峰

1）積極開展金壇、黃場儲氣庫建設，重點滿足季節(jié)和事故應急。儲氣調(diào)峰是天然氣發(fā)展利用過程中必須解決的問題。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，歐美國家的天然氣儲氣庫年工作氣規(guī)?；旧舷喈斢谀晗M量的15%～25%，其中美國約17%，俄羅斯約15%，德國22%，法國30%［1］?？紤]到川氣東送下游用戶主要位于長三角地區(qū)，以工業(yè)用戶為主，受氣候變化因素影響較小，川氣東送儲氣庫的工作氣規(guī)模應為10%～15%。按照目前產(chǎn)能及外輸商品氣量80×108m3測算，儲氣庫工作氣量為（8～12）×108m3／a。隨著目標市場的培育以及金壇和黃場儲氣庫的開工建設，應逐步采用地下儲氣庫進行川氣東送季節(jié)性調(diào)峰。地下儲氣庫建設應積極做好江蘇金壇鹽穴儲氣庫（設計工作氣量約7.2×108m3）、江漢油田黃場鹽穴儲氣庫（設計工作氣量約2.5×108m3）論證和建設準備工作，力爭“十二五”前期能夠形成一定的儲氣調(diào)配能力，作為保障川氣東送的事故應急氣量儲備，滿足近期普光氣田產(chǎn)能安全外輸?shù)囊蟆?/p>

2）加快推進管道聯(lián)網(wǎng)，互為應急保安。目前，中國石化兩大跨區(qū)域管道——川氣東送和榆濟青線尚未聯(lián)網(wǎng)，無法實現(xiàn)兩大氣源之間資源的相互調(diào)配。因此，應加快推進管道建設聯(lián)網(wǎng)，積極推進川氣東送與榆濟線、山東LNG聯(lián)絡線的建設。

2.3 通過干線分輸站壓力能回收利用生產(chǎn)LNG調(diào)峰

根據(jù)川氣東送管道工程的設計，到達上海末站壓力為4 MPa，中間分輸站壓力一般在7 MPa左右，城市用戶壓力大多在1 MPa左右。這樣就需要設置調(diào)壓裝置進行減壓。減壓過程會導致壓力能的損失，并且在節(jié)流過程中氣體溫度會降低（J-T效應）。

利用分輸站節(jié)流制冷特性來生產(chǎn)LNG，在國外都有實例，生產(chǎn)的LNG可以用作調(diào)峰儲備，也可以用作LNG汽車燃料。LNG產(chǎn)量與可獲得的壓比（膨脹機進口壓力比出口壓力）直接相關(guān)，壓比越大，液化率越高，在通常的分輸站壓比條件下，可以獲得10～30%的液化率。在借鑒國外研究、應用的基礎上，國內(nèi)正在積極開展輸配氣過程中壓力能回收利用的初期研究工作，主要用于生產(chǎn)LNG或天然氣水合物NGH進行城市燃氣管網(wǎng)調(diào)峰和輕烴回收［2-3］。

由于LNG儲氣調(diào)峰站在城市調(diào)峰供氣上具有獨特優(yōu)勢，預計隨著我國天然氣長輸管道建設和天然氣利用水平的提高，LNG的需求將不斷上升。在分輸站生產(chǎn)LNG不受發(fā)電或制冷所需的利用條件的限制，具有投資省、無能耗、操作簡單、靠近用戶等獨特優(yōu)勢，具有良好的推廣前景。

因此，在川氣東送管道沿線，選擇壓力降較大、規(guī)模適中的分輸站，采用膨脹機或渦流管技術(shù)生產(chǎn)LNG。尤其在一些特大或大型城市的附近，適當建立必要的安全應急戰(zhàn)略儲備的小型LNG站，是緩解城市天然氣安全供氣的重要途徑，對城市日調(diào)峰能起到關(guān)鍵性的作用［4］。

2.4 通過管道末端儲氣日／時調(diào)峰

川氣東送管線距離長、管徑大、輸送壓力較高，具有一定的儲氣能力。通常，長輸管線中間設有加壓站時，要按最末一個加壓站至城市分輸站的管段計算其儲氣能力；沒有中間加壓站的長輸管線，可按全線計算其儲氣能力。

川氣東送輸氣管道的最后一座壓氣站位于潛江，潛江壓氣站至上海末站間的輸氣管道都將參與末段儲氣。末段管道中的氣體流動是隨時變化的不穩(wěn)定流動，在城市用氣低峰時段，用氣量小于管道輸量，多余的氣體就積存在末段管道中；在城市用氣高峰時段，用氣量大于管道輸量，不足的氣量就由積存在末段管道中的氣體補充。經(jīng)測算，在保證上海末站最低壓力4 MPa的前提下，潛江增壓站至上海末站管道儲氣能力約300×104m3。管道末段儲氣，可以參與下游用戶的小時調(diào)峰和日調(diào)峰，但難以滿足川氣東送目標市場季節(jié)性調(diào)峰的需要。

2.5 通過下游重點工業(yè)用戶管理以調(diào)峰

1）中國石化內(nèi)部重點煉化企業(yè)產(chǎn)能調(diào)峰。在川氣東送投產(chǎn)運營期間，可以選擇安排中國石化達州化肥、湖北化肥等內(nèi)部企業(yè)用戶作為調(diào)峰用戶，可以選擇進行用氣減量或者安排用氣高峰月檢修，便于進行市場調(diào)節(jié)，并滿足川氣東送管道季節(jié)調(diào)峰的需要，以保障川氣東送管道的安全平穩(wěn)運行。對重點調(diào)峰用戶（達州化肥、玖源化工、達興能源、匯鑫能源、川維、湖北化肥等）可安排檢修、減供計劃，以解決部分調(diào)峰問題，以保障川氣東送管道的安全平穩(wěn)運行。

管道沿線其他中國石化內(nèi)部具有雙燃料系統(tǒng)的用氣裝置的煉化企業(yè)，亦可選擇作為第二梯隊的調(diào)峰用戶，如鎮(zhèn)海煉化、揚子石化。

2）建立與外部重點工業(yè)大用戶的供銷協(xié)調(diào)機制。選擇一定比例用氣具有操作彈性的大工業(yè)用戶以減輕調(diào)峰壓力，確保管道安全的平穩(wěn)運行。例如，浙江蕭山、國華等3座燃氣電廠，天然氣需求量為每年15×108m3，具有一定的操作彈性，爭取與這些大工業(yè)用戶建立有條件的進入和退出機制，可作為重點調(diào)峰用戶，統(tǒng)籌考慮“移峰填谷”，保障供氣平穩(wěn)。

3）以價格政策引導用氣結(jié)構(gòu)性調(diào)峰。不同類型用戶價格隨季節(jié)浮動。例如，美國的夏季發(fā)電用氣價比冬季低，因而發(fā)電用戶夏季用氣量比冬季多。在發(fā)達國家，峰谷電價比一般為10倍，峰谷氣價比一般為2倍。川氣東送管道沿線各地經(jīng)濟發(fā)展水平不同，用戶的價格承受能力也不一樣，因此應采取靈活的定價機制。對于直供用戶和分銷用戶、不可中斷用戶和可中斷用戶以及不同的用戶結(jié)構(gòu)，可采取差異定價，即實行結(jié)構(gòu)氣價。對于一些臨時可中斷的發(fā)電用戶，實行季節(jié)差價，引導用戶避峰用氣，起到消峰填谷作用。

2.6 強強聯(lián)合，在共贏中求安全

應主動與中石油、中海油等供應商合作，選擇“競爭中合作，共贏中發(fā)展”［5］這樣更加適合中國石化天然氣發(fā)展的模式，以實現(xiàn)管網(wǎng)、儲氣庫等資源的優(yōu)化配置和合理利用，避免重復建設，提高輸氣效益。加強公司間管網(wǎng)的互聯(lián)互通，建立應急協(xié)調(diào)機制，保障川氣東送供氣安全。

積極做好川氣東送與西氣東輸、忠武線連通管道建設，作為相互應急的保障。川氣東送管道規(guī)劃在湖北省境內(nèi)的潛江與忠武線連通；在江蘇省境內(nèi)，川氣東送在南京、金壇與西氣東輸連通。

另外，可以考慮利用湖北省天然氣公司建設的黃大線，通過中間用戶實現(xiàn)川氣東送管道與西二線連通。

3 結(jié)束語

1）川氣東送應急保障供氣方式應采取上游氣田產(chǎn)能調(diào)峰、中游儲氣庫和LNG站調(diào)峰以及下游用戶調(diào)峰等多種方式。重點以地下儲氣庫調(diào)峰為主，LNG站調(diào)峰也是發(fā)展的重要方向，建議不參與短期和臨時的日／時城市燃氣調(diào)峰。

2）川氣東送沿線金壇、黃場儲氣庫的年工作氣量合計約9.7×108m3／a，基本能夠滿足近期普光氣田混合氣產(chǎn)能105×108m3／a外輸?shù)囊蟆?/p>

3）由于川氣東送管道線路長，供氣范圍廣，應根據(jù)市場、管道（分輸站）、用戶結(jié)構(gòu)合理布局LNG站建設的位置，確保在任何突發(fā)事件下均能保障安全供氣和調(diào)峰。

［1］丁國生，李文陽.國內(nèi)外地下儲氣庫現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］. 國際石油經(jīng)濟，2002（6）：23-26.

［2］鄭志，王樹立.天然氣管網(wǎng)壓力能用于NGH儲氣調(diào)峰的設想［J］. 油氣儲運，2009，28（10）：47-51.

［3］陳紹凱，李自力.高壓天然氣管道壓力能的回收與利用技術(shù)［J］. 油氣儲運，2009，28（2）：51-54.

［4］顧安忠.迎向“十二五”中國LNG 的新發(fā)展［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（6）：1-11.

［5］汪鑫，徐孝軒，徐正斌，等.中國石化天然氣市場競爭態(tài)勢分析及發(fā)展策略建議［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（8）：90-94.