天然气储气调峰技术的研究.pdf

第 4 2 卷 第 9期 2 0 1 3年 9月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 2 ，N o ． 9 S e p t e mb e r ，2 0 1 3 天然气储气调峰技术 黄腾龙 ，潘 振 ，陈保东 ，金春旭 ，孙一伦 ，才 伟 ，李荣梅 1 辽宁石油化1 二 大学 石油天然气～ I 二 程学院 ，辽宁 抚顺 l 1 3 0 0 1 ； 2 中国石化工程建设有限公司 ，北京 1 0 0 1 0 1 3 ．中国石油天然气第一建设公司，河南 洛阳 4 7 1 0 0 0 ；4 ．中国石油大港油田第四采油厂，天津 3 0 0 2 8 0 摘 要随着我困能源利用的进一步加大，作为高效、清洁能源的天然气的需求量越来越大，同时也出现 了不同程度的调峰问题。对利用储气库凋峰 、长输管道调峰和其他储运设施调峰等几种天然气调峰技术进行了 分析，提} } I 了不同调峰方式的技术要求和适用范围。结合具体情况，得出了适宜沈阳市的调峰方案。 关键词天然气 ；储气 ；调峰 中图分类 号T E 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 30 9 1 3 0 4 0 3 Re s e a r c h o n Pe a k s ha vi n g Te c h no l o g y o f Na t ur a l Ga s S t o r a g e H UANG T e n g l o n g ， ～ e 以 ， CHEN Ba o 一 ， J I N Ch u n - xu ， SUN Y i l un ， CAIWe i ， LI Ro n g． mc 1 1 ． C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y ， Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a 2 ． S i n o p e c E n g i n e e r i n g I n c o r p o r a t i o n ， B e i j i n g 1 0 0 1 0 1 ， C h i n a ； 3．Chi na Pe t r o l e um Fi r s t Co ns t r uc t i o n Co rp o r a t i o n ，He na n Lu oy a ng 471 0 00 ， Chi na 4 ． P e t r o C h i n a D a g a n g Oi l fi e l d t h e F o u h Oi 1 P r o d u c t i o n P l a n t ， T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e f u r t h e r i n c r e a s e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n i n Ch i n a ， n a t u r a l g a s d e ma n d i s g r o wi n g a s a n e ffi c i e n t a n d c l e a n e n e 唱Y ． At t h e s a me t i me t h e r e a r e d i f f e r e n t l e v e l p e a k l o a d r e g u l a t i o n s ． I n t h i s p a p e r , s e v e r a l n a t u r a l g a s p e a k s h a vi ng t e c h no l o gi e s we r e a n a l y z e d，r e q ui r e me n t s a nd a p pl i c a t i o n s c op e of di f f e r e nt pe ak s ha v i ng t e c h no l o gi e s we r e pu t f o r wa r d．Co mbi n e d wi t h t he s pe c i fic ci r c u ms t a nc e s ，t he s ui t a bl e pe a k l o a d r e g ul a t i o n f o r She ny a ng c i t y wa s ob t a i ne d ． Ke y wo r d s Na t u r a l g a s ； L i n e p a c k i n g ； P e a k s h a v i n g 随着我 国天然气 _【业的发展 ，天然气的供应量 在不断变化 ， 无论是居民用气 ， 还是工业发电用气 ， 都呈现出不均匀的用气规律” 。这种规律使供气量 发生了大幅度的变化从而出现了用气的高峰期和低 谷期 ，但气井尤其是海洋石油平台的气源供应量却 不能完全随用气量的变化而变化。为保证供气的连 续性和供气与用气间的平衡， 最有效的手段就是应 用天然气储气调峰技术 。 天然气的凋峰方式主要有两种 一种是利用调 峰设施调峰， 主要包括地下储气库调峰 、 管道调峰 、 L N G调峰 、储气罐调峰和管束调峰等 ；另一种是调 节用户的用气量 ，包括挑选一些可切换多种燃料的 [业企业 如发 电厂 作为缓冲用户以及实施峰谷 气价等 l 天然气的调峰方式 1 ． 1 地下储气库调峰 在存储天然气的总容量 中，绝大部分存储于地 下储气库。储存的天然气不仅可以实现不均衡用气 产生的对供气的需求 ，而且确保了对高峰用气量的 要求 ，同时还能够成为当供气系统产生故障时的应 急储备以及 国家战略储备p 。 依照地质结构，地下储气库可分为四类 枯竭 油气 田储气库 、含水层储气库 、盐穴储气库和废弃 矿穴储气库 。作为世界上使用最广泛的储气库 ， 枯竭油气 田储气库是一种高效 、经济的季节性调峰 方式。含水层储气库通过注气井 或注气 ／采气井 将天然气注入含水地层的孔隙内而形成人T气藏。 盐穴储气库使用人工方法 ，在地下较厚 的盐层或盐 丘中制造洞穴从而形成储存空间来存储天然气。废 弃矿穴储气库用废弃矿井作为储气空间，节省了挖 } 同穴的工程量。但废弃矿井大都不具有密封性 ，因 而有气体泄漏的危险 ’ 。 1 ． 2 管道调峰 管道调峰是利用输气管道末段的承压能力来储 存天然气的。压力的变化决定了管道中储气量的改 收稿 日期2 0 1 3 - 0 3 - l 3 作者简介黄腾龙 1 9 8 8 一 ，男，黑龙江伊春人 ， 硕士研究生，2 0 1 0年本科毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，研究方向天然气储运技术 E -m a i l 2 8 3 3 5 71 9 q q ． c o ll l 。 通讯作者潘振 1 9 8 1 ，男，副教授，博士学位，研究方向油气储运工程。E - m a i l p 6 8 6 0 7 7 0 1 2 6 ． c o m 。 第 4 2卷第 9期 黄腾龙， 等 天然气储气调峰技术的研究 1 3 0 5 变 ，进而储存或释放天然气 ，以实现调峰的 目的。 长输管线末段 的储气调峰能力取决于该管线 的起终 点管道容积和压力的波动范 围 。而管道的储气量 是有限的，该方式 目前在国内部分用气量较小的城 市广泛使用 ，用来解决 日、小时调峰问题。 高压管道储气包括长输管线末段储气和城市高 压 或次高压 管网储气 。长输管线末段储气是通过 最后一座压气站到终点配气站之间的长输管线进行 储 气的 。但长输管线末段储气只限于管道末段 ， 因而更多 的管道储气方式 为城市高压 或次高压 管 网储气。与长输管道末段储气的原理相似 ，城市高 压管 网储气是利用敷设在城市 的高压管道进行储气 的， 在城市人 口密度较小的地段设置环状高压管道 ， 既能够储气 ，又能够 向城市多点供气 ，耗钢量小 ， 优化供气工况 ⋯ 。 1 ． 3 L N G调峰 天然气经过超低温深冷到一 1 6 2℃形成 的液态 天 然气 称为液 化天 然气 L N G ，容 积为气 态 的 1 ／ 6 0 0 。L N G可用于城市调峰 ， 具有储气效率高 、 调 节灵活等优点 ，从而可以实现节省能源 、提高经济 效益的 目的⋯ 。L N G调峰设施无需考虑容量高低 、 气源远近 、地址条件的影响 ，维修便利。L N G能够 在低温常压下安全储存 ，可调节城市 日、小时用气 的不均匀性 ，使供气和用气达到平衡 ，确保天然气 安全 、平稳 、可持续地输送到每个用户 。 1 ． 4 储气罐调峰 储气罐是地上储气的主要设备。根据工作压力 的大小 ，储气罐可分为低压罐和高压罐。而低压罐 又分为低压湿式罐和低压干式罐 湿式罐是把钟罩 和塔节放置在水槽内，钟罩和塔节随着天然气的进 出而升降 ，并利用水封隔断内外气体来储存燃气 ； 干式罐主要 由外筒 、沿外筒上下运动的活塞 、底板 及顶板组成 。根据密封方法不 同，目前普遍采用阿 曼阿恩型干式罐 、 可隆型干式罐 、 威金斯型干式罐。 高压储气罐是靠 改变其 中燃气的压力来储存燃气 的，称定容储罐 ，按类型可分为圆筒形罐 卧式和 立式 和球罐 ，主要调节城市昼夜或小时的不均匀 用气。与圆筒形储罐相 比，球形储罐具有受力好 、 占地面积小 、投资少等优点 ，在世界各 国广泛 应用 。 1 ． 5 管束调峰 高压管束是一种高压管式储气罐，管道直径由 D N 4 0 0～D N 1 5 0 0 ，能承受的压力较高。将一组或几 组钢管埋在地下 ，根据气体的可压缩性以及在高压 下和理想气体 的差异进行储气 ，来增大储气量 。 这种储气设施虽然调度灵活方便 ，但要求门站 占地 很大。 2 通过用户用量进行调峰 2 ． 1 大力发展缓冲用户 一 些 大中型工业企业可以作为缓冲用户来供 应城市燃气 。在用气低峰时 ，这些缓冲用户可以使 用天然气作 为能源或原料 ；而用气高峰时，它们改 用其他燃料。据统计 ，空调用电占夏季城市用电的 3 0 ％，因此用天然气作为能源代替电能拥有很大 的 发展空间。使用天然气空调 ，不仅可以实现天然气 削峰填谷的作用 ，还节省了电能 ，实现了城市电网 的调峰功能。从而提高了能源的综合利用率 ，优化 了能源结构 。 2 ． 2中断供气 、实行峰谷气价 为了确保安全 、可靠地供气 ，目前世界各国广 泛采用的短期调峰方式是对一些具有较高负荷系数 的天然气用户实施 中断供气 。这些实施中断供气 的 大 、中型用户需使用双燃料系统 ，不仅大大增加 了 初期 的投资开销 ，而且还加大了燃料切换的费用 以 及和其他能源的价格差 。 另外 ，使用不 同季节性价格 以及用气峰谷价格 同样是一种极为有效的调峰方式 。目前 ，大多数发 达国家使用季节性价格作为调节手段 ，夏季发电用 气的价格是冬季的 2 ／ 3 。因而 ，发电用户在冬季用 气量减少 ，夏季增多 ，在一定程度上起 到了调峰的 功 能 1 3 不同类型天然气储气调峰方式比较 针对不同用户用气量的时间不均匀性 ，对几种 主要 的调峰方式进行了调研 ，对不同的情形 ，应选 择不 同的调峰方式 。如表 1 所示 。 根据以上调峰方式的特点 ，采用何种方式进行 调峰 ， 就应该 因地制宜地根据工艺水平 、 经济条件 、 地质状况等多方面因素考虑 ， 经过多种方案的比选 ， 才能选择最优的调峰方式 。 4 沈阳市调峰措施 城市天然气调峰是一项投资巨大 的工程 ， 城市 用 户用气量受多种因素影响因而变化较大 ， 需保证 其安全性的同时又需要考虑投资和效率。为此 ， 必 须建立一套行之有效的调峰体系。 实践证明， 只靠 一 种调峰方式很难满足城市用气需求 ， 须运用多种 调峰方式相结合 的方法 以保证城市供气和用气的 平衡 1 3 0 6 当 代 化 工 2 0 1 3年 9月 表 1 天然气储气调峰方式的比较 。 1abl e 1 Co m pa r i s on o f t h e na t ur a l ga s pe a k s ha vi ng o f g as s t o r ag e I 8 储存方式 天然气状态 优点 缺点 用途 一 高压鞭 奎 读 、 一 ⋯ ， 一 ， 一种陛 储 备 地 下 储 气 库 气 态 ， 常 温 ， 高 压 高 、 受 气 候 影 响 较 小 、 经 济 性 好 、 地 质 结 构 要 求 苛 刻 ， 投 资 大 ， 周 期 长 字 lJ r ， 陌 亩 可靠性高 lIl甘 高压管束 气态 ，常温，高压 液化天然气 L N G 液态 ，低温，常压 储气罐 气态，常温，中高压 压力较高，节约空间 储气量大 建造简单 输气管道末段 气态，常温，高压 调节灵活 输配管网 造价高，调节范围小 日、时调峰 钢材用量大 ，建设投资大，能耗高， 适用于沿海地区，应急 ，调峰和 流程复杂 战略储备 容量 经济 日 、时调峰 效益低 ，对安全性要求高 、 储气量小，压力调节范围小 } __l 、时调峰 气 态 ， 常 温 ， 高 压 有 限 空 间 的 天 然 气 储 存 量 较 大 管 网 计 算 复 杂 ’ 墨 契 等 级 多 调 节 难 日 、 时 调 峰 沈阳市每天仅有 7 0万 m 左右的燃气从辽河油 田引进 ， 但仍有 1 0 0万 m 的气源缺口需要沈阳市 自 己解决 。针对沈阳市供气不足的难题 ，采用多气源 战略是最有效 、最根本的解决方法 ，这可以最大限 度地缓解供气紧张时期供气问题。沈阳市有西气东 输j线供气 ，并从新疆鄯善 、吉林长岭油田、内蒙 古等地区引进液化天然气和压缩天然气 以解决沈阳 市气源问题 ，实现经济的快速发展 。当前 ，中石油 准备把大连用以接收国外液化天然气的管线铺设至 沈阳 ；另外 ，为彻底地打破沈阳市的供气瓶颈 、加 快经济发展 ，沈阳市正着重关注着大庆市开发气 田 深层天然气以及从俄罗斯引入天然气的状况。 此外 ，考虑到沈阳市的地质条件 ，可以在抚顺 建立废弃矿穴地下储气库 。抚顺煤矿距沈 阳市 4 5 k m，为建立废弃矿穴储气库提供了地质条件 。与其 他地下储气库相 比， 废弃矿穴储气库拥有快注快采 、 建造方便等优点 ，并且一年内可以多次周转 ，更适 和缓解短期的 日、小时调峰问题 ；与地面上的储气 罐相比， 废弃矿穴储气库的储气量较大 、 成本较低 ， 有较好的经济效益 ， 而且不易引起火灾或发生爆炸 ， 具有较高的安全系数。另外 ，其隐蔽性和安全性更 适宜作为战略储备，具备一定地战略意义。 最后 ，建设 L N G卫星站 、L P G 混空气等。利 用它们的调峰能力 ，进一步规划天然气的气源并且 优化高压管网的结构 ，最大限度地取得上游的调峰 支持 、平衡下游 ，以解决供气和用气的季节 、日、 ／ J , m 调峰问题。发挥大中型可中断工业用户的调峰 功能，并与沈阳市天然气安全储备库连接，完善天 然气输配系统。 参考文献 [ 1 ]B r o w n R H l o a d e s t in m t i o n u s i n g a h y b r i d d y n a mi c m o d e l [ C ] ． I n t e r n a t i o n a l Ga s Re s e a r c h Co n f e r e n e e ． 1 9 9 8 1 2 一 l 4 ． [ 2]余洋．关于我 国天然气调峰方式的思考I J l _ 石油规划设计，2 0 0 7 ， 1 8 4 1 8 9 ． [ 3]吴玉 国，陈保东， 等．城市供气 调峰措施[ J I _油气储运 ，2 0 0 8 ， 2 7 1 2 1 3 - 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