城市天然氣采用高壓管道調(diào)峰儲氣的應(yīng)用

郭李平

(山西省呂梁市東義集團(tuán)煤氣化有限公司，山西呂梁 033000)

呂梁市為山西省的能源富集地區(qū)之一，市域內(nèi)不僅有豐富的煤礦資源，煤層氣資源也相當(dāng)豐富。呂梁市的柳林、臨縣、興縣全部是省內(nèi)近十年煤層氣開發(fā)的重點(diǎn)勘探開發(fā)區(qū)。同時(shí)，西氣東輸?shù)呐R縣—柳林—臨汾天然氣管線，榆林—濟(jì)南天然氣管線也經(jīng)過呂梁市，呂梁市利用天然氣(煤層氣)作為城市燃?xì)鈿庠吹臈l件得天獨(dú)厚。城市天然氣居民用氣安全、資源的合理利用以及節(jié)約能源都非常重要。在城市供氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中，做好市政天然氣管道的調(diào)峰工作，從大局上確定科學(xué)合理的供氣系統(tǒng)布局，對于城市的發(fā)展和正常運(yùn)行意義非凡。

1 調(diào)峰方案與儲存

城市燃?xì)庥昧渴遣粩嘧兓?，特別是民用和公共建筑用氣量，每月、每日、每時(shí)都在變化，高峰和低谷相差懸殊。而天然氣的供應(yīng)卻相對穩(wěn)定，不可能完全按照城市用氣量的變化而同步變化。為了解決這一供需矛盾，一般采用以下幾種調(diào)峰方案:

1)調(diào)整氣源的生產(chǎn)能力或設(shè)置機(jī)動氣源。

2)設(shè)立緩沖用戶。

3)發(fā)揮調(diào)度作用。

4)利用儲氣設(shè)施［1］。

一般而言，解決季節(jié)調(diào)峰由上游主管道來實(shí)現(xiàn)，可以利用大型工業(yè)企業(yè)及鍋爐房作為燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的緩沖用戶，也可以通過調(diào)整大型工業(yè)企業(yè)的作息時(shí)間，計(jì)劃調(diào)配用氣。但完全靠氣源和用戶的調(diào)度和調(diào)節(jié)，還不可能完全解決供用氣之間的矛盾，所以還需設(shè)置調(diào)峰儲氣設(shè)施。

呂梁城市用氣包括居民生活用氣、公建用氣、工業(yè)用氣、汽車加氣用氣、鍋爐用氣、未預(yù)見用氣。鍋爐用氣為季節(jié)性用氣，由上游天然氣主管道調(diào)節(jié);工業(yè)用氣、汽車加氣用氣因其用量較穩(wěn)定，季節(jié)變化差異不大，不考慮調(diào)峰;因此，僅考慮生活、公建用氣及未預(yù)見用氣量之和的調(diào)峰。呂梁市的天然氣調(diào)峰方案的儲氣方式、儲氣量均以此為基礎(chǔ)確定。

2 儲氣設(shè)施的選擇

2.1 燃?xì)獾膬Υ娣绞脚c設(shè)施

燃?xì)獾膬Υ娣绞脚c設(shè)施一般有:地下儲氣設(shè)施，液態(tài)儲存，管道儲氣，儲氣罐儲氣。我國部分省市有采用地下儲氣的方式，但是該方式對地質(zhì)情況要求較高。采用地下儲氣調(diào)節(jié)日不均勻性或小時(shí)不均勻性是不經(jīng)濟(jì)的。天然氣的管道儲氣一般有長輸管線末端儲氣、高壓管道儲氣、管束儲氣、儲氣罐儲氣及液化天然氣等方式。對于呂梁市比較可行的只有高壓管道儲氣、管束儲氣以及儲氣罐儲氣，高壓管道和儲氣罐儲氣則技術(shù)比較成熟，而管束儲氣在國內(nèi)應(yīng)用較少。

1)高壓管道儲氣調(diào)峰。

高壓管道儲氣實(shí)際上是一種高壓管式儲氣罐，它利用氣體在高壓狀態(tài)下的可壓縮性來儲存氣體。

高壓管道儲氣方式一般有兩種，一種是高壓管束儲氣，高壓管束儲氣是將一組或幾組直徑較小、長度較長的鋼管按照一定間距排列，埋在地下或架在地上，利用氣體可壓縮性進(jìn)行儲氣，本規(guī)劃不推薦;另一種為利用長輸管線末端儲氣或繞城高壓環(huán)網(wǎng)儲氣，其優(yōu)點(diǎn)是既可用于儲氣，又可向城市多點(diǎn)供氣;缺點(diǎn)是高壓管道兩側(cè)與建構(gòu)物的安全距離要求高，為此對高壓管道選線、拆遷、運(yùn)輸、穿越及生產(chǎn)安全管理等方面的要求均較高［2］。

2)高壓球罐儲氣調(diào)峰。

隨著我國石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展，天然氣作為城市燃?xì)鈿庠慈諠u增多，在城市燃?xì)庵兴嫉谋戎夭粩嘣龃?，高壓球罐成為我國城市燃?xì)鈨Υ娓叻宓闹饕绞剑瑥V泛應(yīng)用于城市天然氣工程中。特別是近幾年，隨著天然氣事業(yè)的發(fā)展，球罐制造和安裝的技術(shù)水平提高很快，其儲存壓力一般在0.8 MPa～1.5 MPa。對于氣壓力較高的天然氣進(jìn)罐無需加壓，不需壓縮機(jī)等動力設(shè)施［3］。

近年來，我國已有多城市采用高壓球罐儲存城市燃?xì)猓⒊晒Φ亟ㄔ炝俗畲笕莘e為10 000 m3的球罐，通過對引進(jìn)球罐的施工，積累了一定的施工安裝經(jīng)驗(yàn)，因此在國內(nèi)建造大型高壓球形儲氣罐在技術(shù)上是成熟的。

另外，高壓球罐還具備有儲氣量大、便于集中管理等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是施工較復(fù)雜，消防要求高，存在金屬耗量和投資比較大的問題，而且運(yùn)行管理較為繁瑣，安全隱患較大。

3)高壓管道+高壓球罐儲氣調(diào)峰。

該方案采用高壓管道與高壓球罐相結(jié)合的方式，近期儲氣量較少主要以管道儲氣為主，遠(yuǎn)期隨著儲氣量的增加可采用在管道儲氣的同時(shí)增加球罐儲氣。

2.2 其他因素

呂梁市實(shí)際供氣系統(tǒng)中，共有三個(gè)氣源，分別為榆濟(jì)線天然氣、臨臨線天然氣和臨離線天然氣，其中榆濟(jì)線天然氣為現(xiàn)狀氣源。

從經(jīng)營單位看，榆濟(jì)線歸山西國化能源有限公司所有、臨臨線天然氣歸山西燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司所有、臨離線歸臨縣國新公司所有。前兩者主要服從省內(nèi)天然氣總體調(diào)配，在天然氣供應(yīng)上可能存在因高峰用氣緊張時(shí)，不能滿負(fù)荷供應(yīng)或停止供應(yīng)的狀況，而且呂梁市燃?xì)夤九c氣源公司協(xié)調(diào)困難，氣源在特殊情況下難以保障。2012年冬出現(xiàn)因上游管道檢修，導(dǎo)致三天無法供氣的情況。臨離線所屬公司為呂梁市的燃?xì)夤?，在協(xié)調(diào)用氣、商業(yè)合作方面條件便利，且該線天然氣價(jià)格比其他兩氣源天然氣的價(jià)格低0.2元。由此確定了呂梁市采用榆濟(jì)線、臨離線為主要供氣氣源的格局。

2.3 措施選擇

從提高城市供氣保障率來看，兩氣源相連無疑大大增加了氣源的保證率，既能使兩氣源之間相互連通、互相保證，又可以利用高壓管道儲氣，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰作用。同時(shí)在高壓管線中段，還可以根據(jù)需要設(shè)預(yù)留口，方便城市建設(shè)過程中根據(jù)需要直接接用高壓天然氣。高壓外環(huán)管線在正常情況和特殊情況下，均發(fā)揮巨大的作用。

因此確定呂梁市城市天然氣，調(diào)峰儲存方式采用城市高壓外環(huán)儲氣的方式。

3 調(diào)峰氣量

為平衡城市燃?xì)廨斉溥^程中的用氣高、低峰，經(jīng)濟(jì)合理的建設(shè)調(diào)峰設(shè)施，還需對調(diào)峰氣量進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測，確定調(diào)峰氣量。一般情況下，儲氣設(shè)施可以解決時(shí)調(diào)峰問題。

1)時(shí)調(diào)峰儲氣量系數(shù)的確定。

采用天然氣作氣源，平衡城鎮(zhèn)燃?xì)庵鹪?、逐日的用氣不均勻性?yīng)由供氣方統(tǒng)籌調(diào)配解決。按照現(xiàn)行山西省天然氣供氣方案，季節(jié)調(diào)峰和日調(diào)峰由省級管網(wǎng)承擔(dān)。

平衡城鎮(zhèn)燃?xì)庵鹦r(shí)的用氣不均勻性可利用氣源單位長輸高壓輸氣干管的儲氣條件，在允許調(diào)度幅度和安排的條件下給予適當(dāng)解決。

本規(guī)劃只考慮小時(shí)調(diào)峰的不足部分，其中工業(yè)用氣為專線供氣，工業(yè)用戶主要以三班制為主，用氣基本是均勻的。汽車加氣所用CNG是由母站經(jīng)槽車運(yùn)至各加氣站，未經(jīng)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)。因此儲氣量考慮工業(yè)用戶和汽車加氣以外的其他用戶的用氣調(diào)峰，根據(jù)各類用戶用氣比例，參照山西省其他城市確定儲氣系數(shù)近期為20%，遠(yuǎn)期為30%(見表1)。

表1 小時(shí)調(diào)峰儲氣量

2)時(shí)調(diào)峰儲氣量的確定。

調(diào)峰儲氣量Q的計(jì)算公式如下:Q=K×QY。

其中，K為儲氣系數(shù)，%;QY為計(jì)算月平均日用氣量，萬m3。

4 結(jié)語

綜合以上各種儲氣方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合呂梁市實(shí)際，本規(guī)劃推薦采用高壓管道儲氣的方案。能使兩個(gè)氣源連通，在出現(xiàn)一個(gè)氣源不能供氣狀態(tài)下，繼續(xù)保證城市供氣的正常運(yùn)行。布線時(shí)還應(yīng)確保長期安全運(yùn)行［4］。

根據(jù)呂梁市遠(yuǎn)期儲氣量的需要，規(guī)劃在城市北側(cè)建設(shè)一條高壓管線，使榆濟(jì)線門站氣源和臨離線門站氣源相連，使城市主干管形成環(huán)狀。高壓管線設(shè)計(jì)工作壓力2.5 MPa，管徑為DN400，總長度約45 km，儲氣量可達(dá)13.5萬m3。

呂梁市憑借其豐富的能源礦產(chǎn)，迅速發(fā)展擴(kuò)張，到2030年城市規(guī)劃人口將達(dá)到70萬人，天然氣普及率達(dá)到100%，天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)對城市的正常運(yùn)行非常重要。呂梁市天然氣系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)依照科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持可持續(xù)性發(fā)展，使新能源的應(yīng)用成為擺脫環(huán)境污染、建設(shè)資源節(jié)約型城市的新動力。

［1］ 詹淑慧，李德英.燃?xì)夤こ蹋跩］.技術(shù)研究，2008(4):160-162.

［2］ 嚴(yán)銘卿，廉樂明.天然氣輸配工程［J］.輸配研究，2005(3):80-81.

［3］ 嚴(yán)銘卿.燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊［J］.基本知識，2009(7):127-128.

［4］ 鄧 淵.煤氣規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊［J］.基本知識，1992(5):100-101.