大型城市天然气管网建设特点探讨-.pdf

1 2 l 罴 薏 I 2 。 年 8 月 大型城市天然气管网建设特点探讨 王勃杨光王遇冬 西安长庆科技工程有限责任公司， 陕西 西安 7 1 0 0 1 8 摘要 为 了研 究大型城市天然气管 网规划建设的特 点，详 细介 绍 了上海市在天然 气利用及在城 市天 然气 管网规 划建设 方面 的现状及 经验。上海 市作 为全 国特 大城 市之一 ， 随着“ 西气东输” 、 “ 川气东 送” 、 “ 东海天 然气 平湖 ” 管道及 L N G接 收站的建设 ， 天然气供应 多元化局 面 已基本形成。天然气 管 网建设及 规划具 有明显特 色。 通 过上海市天然气管网建设及规划 的思路 ， 总结和探讨上海市天然 气管 网规划及建设 的特点。提 出大 型城 市在天 然气管 网规划建设 中， 应适 当增加高压 超 高压 干 管 、 专用线及 L N G接 收站 的建设 ， 避免后期管道 的重复性建设。 关键 词 天然气 ； 管 网； 特点 ； 建议 文献 标识 码 B 文章 编 号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 1 0 4 0 0 1 2 0 4 O前言 上海作为我国经济 、 金融 、 贸易 、 航 运等中心 ， 近 年来约有 2 0 0 0万人居住和生活 ，是我国典型的大型 城市之一 ， 其能源消耗量巨大 。由于受当前原油和煤 炭价格大幅度上升的影响 ． 天然气价格及综合利用优 势 13益明显 ， 再加上我 国天然气利用政策及上海世博 会 对上海环境建设的促进 ， 环境保护力度加大 ， 上海 市在发电、 化工 、 钢铁等行业 的天然气消费量与 日俱 增。自“ 西气东输一线” 管道天然气供应上海后， 上海市 民更加感受到清洁能源给生 活及城市带来的 巨大变 化 ， 天然气用户 、 用量大幅增加 ， 在上海能源结构中所 占比例不断攀升。 近年来上海根据其天然气气源多、 区 域范围广、 用户类别多 、 人 口密度大、 施工难度大等特 点 ， 建成了具有其城市特点的天然气管网， 合理 的规划 布局 、 先进的工艺技术均处于国内领先位置。 本文从上 海天然气利用情况 、 管 网建设特点 1 ] 、 燃气调峰及专供 管线等几个方面对其规划和建设模式进行探讨。 1 上海天然气利 用情 况 1 ． 1 气 源 2 0 1 0年 ． 上海所用天然气 已经形成 了包含“ 东海 天然气 平湖 ” 、 “ 西气东输一线” 、 “ 川气东送” 、 “ 西气 东输二线 ” 管道天然气和进 口液化天然气 L N G 六 大 气源的供应体系 ，分别从城市不 同区域位置进入 管 网。 体现气源多元化 的合理局面。气源供应稳定性逐 渐提高 ， 供气能力稳步提升。仅 2 0 1 0年 ， 上海市年供气 量已达 4 5 x 1 0 s m 3 。其 中， “ 西气东输一线” 协议供气量 2 3 ． 7 x 1 0 8 m。 ， 上海液化天然气约 1 5 ． 8 x 1 0 m ， 东海气约 3 ． 2 x 1 0 8 m3 ， 川气约 0 ． 5 x l 0 8 m 3 。 五号沟液化天然气应急 站约 0 ． 3 5 x 1 0 r n 。 ， “ 西气东输二线” 气约 1 ． 5 x 1 0 。 m 。 除上述六大气源外 。 上海还在考虑两个新的气源 供应规划 一是在崇 明岛建站负责接收中国石油如东 L N G气源供应 的天然气 ；二是对洋山港 L N G接收站 收 稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 1 2 基 金 项 目 中国石油天然气集团公司工程资助项 目 C T E C 1 3 2 Q 一 2 0 0 6 作者简介 王 勃 1 9 8 3 一 ， 男 ， 陕西 西安人 ， 助理 工程师 ， 学士 ， 主要从事天然气输气管道 、 城镇燃气规划设计研究 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 。 L AN。 GAs T RANsP 。RT 。N 卷 T l油 亏 储 运 l 1 3 进行二期扩建。这两个气源点的建设一方面作为城市 天然气 的应急气源 另一方面全面提升上海市天然气 供应的可靠性 。 1 ． 2 天 然 气特点 多气源城市 ， 常常会 遇到以下两种情 况 一是某 一 地区原来使用 的燃气要 由性质不同的另 一种燃气 所代替 ； 二是在主气源产生紧急事故 ， 或在用气高峰 时 由于主气源不足 ， 需要在供气系统 中混入性质不同 的其它燃气。当城镇燃气具有多种天然气气源时 ， 如 果它们的组成不同。其沃泊指数和燃烧势就会不 同。 此外 ， 即使它们 发热量类似 ， 但沃泊指数和燃烧 势也 可能差别较大 ， 不一定属于同一互换性范 围， 故必须 将其进行分类 ，并依此定 出与之适应的互换性范围， 以保证天然气的使用效果。表 1 列出了上海天然气各 气源的相关参数 ] 。 表 1 各气源天然气气质及相关参数表 注 密度 、 高位发热量 、 沃泊指数体积参 比条件均为 1 0 1 ． 3 2 5 k P a ， 1 5℃。 由表 1上海各气源的燃烧特性可知 ， “ 西气东输 一 线 ” 、 贫 L N G、 富 L N G、 “ 川 I 气 东送” 和“ 西气东输二 线” 管道的天然气都属于 1 2 T 。 贫 L N G、 富 L N G、 “ 川气 东送” 、 “ 西气东输二线” 管道的天然气 和“ 西气东输一 线 ” 管道天然气互换 时 ， 其沃泊指数变化 范围均在 5 ％之内， 燃烧势也很相近， 故气源具有互换性。各气源 来气既可按压力级制和用气对象分片供气 ， 必要时也 可混配使用。多年来上海多气源天然气互换性 的实践 也充分证明 了这点。 2 天然气管 网规划和建设 上海作为我国典型的大型城市。 其天然气管网分为 八个 压力 等级 6 ． 0 MP a 、 4 ． 0 MP a 、 2 ． 5 MP a 、 1 ． 6 M P a 、 0 ． 8 MP a ． 0 ． 4 MP a ， 3 k P a ， 1 k P a ，是国内城镇管网分级最 多的城市。1 ． 6 MP a 及以上称为主干天然气管网， 1 ． 6 MP a 以下称为区域性天然气管网。 特别是该市首次将 6 ．0 MP a 超高压管道纳人城市天然气管网系统 ， 这样不但提高城 市管网的输气能力， 也提高城市管网调峰储气能力。 2 ． 1 主干天然气管网建设情况 根据上海气源接点分布和城市建设布局，在城市 天然气管网建设规划 中将郊环线布置为 6 ． 0 MP a超高 压城 网干管 ， 分别向北 、 向南供应天然气发电厂和化工 区等集中大型用户 管网从西向东逐级降压深人市区， 在外环线埋设 1 ． 6 MP a的次高压 A级管网，向中心城 区供应天然气 在 6 ． 0 MP a 管网和 1 ． 6 MP a 管 网之间 ， 分别沿沪宁高速 、 五号沟至临港首站敷设 4 ． 0 MP a 高压 管道， 作为东部主干管； 沿浦东的迎宾大道、 沪南公路 、 远东大道敷设设计压力为 2 ． 5 MP a高压管线。从而形 成“ 二环 四射” 的供应框架 ． 截至 2 0 0 9年底 ． 上海累计 建成主干天然气管道 5 6 7 k m， 具体管网布置见图 1 C 。 2 ． 2 区域性天然气管网建设情况 根据天然气管网在“ 新区中压气直接到户供应 、 原 人工煤气管网综合利用” 的原则 ． 上海区域性天然气管 网采取新建区域按 0 ． 4 MP a 天然气管网直接供气 ， 或利 用原有人工煤气管 内穿人聚乙烯塑料管的 “ 中压到户 直接供应” 方式 ， 以及通过降压至 0 ． 1 MP a ， 直接利用原 人工煤气管网的“ 中低压两级制” 管网供应方式 。基于 上述原则 ， 上海在中环线上埋设 0 ． 8 MP a 管 网． 内环线 及其内部改造埋设 0 ． 4 MP a管网， 且将“ 东海天然气 平 湖 ” 与“ 西气东输” 管道天然气在中心城区汇合。 2 ． 3电厂专 线管 网规 划 上海天然气发 电厂主要位于城市北部 、 主干网供 应末端的石洞 口电厂 ．以及位于城市南部的临港 电 厂 、 漕泾电厂 、 化工 区热电联供 电厂等 ， 而且大型工业 用户和电厂分布相对集中， 这几座电厂年用气需求量 5 0 x 1 0 m3 ／ a ， 占上海年需求总量 的 3 6％左右 ． 占 L N G 接收站年供应量的 6 O％左右。根据市场分析 ． 2 0 2 0年 上海天然气电厂的用气量为 8 9 ． 1 x l 0 IT I ， 因此建设专 供管线非常必要 ， 其专线管网规划见图 2 _ 4 ] 。 目前 ， 上海正规划建设 4 0 k m的临港一漕泾化工 区电厂专线 压力 4 ． 0 ～ 6 ． 0 MP a ， 管径 D N 8 0 0 供应上 述用户。该专线不仅供应 临港发电厂 、 漕泾化工区热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 l l 2。 年 8 月 票 一 如东气源 一 6 ．0 M P a 管线， 一 4 ．0 MP a 管线， 一 2 ．5 M P a 管线， 一 1 ． 6 M P a 线， 应急气源，口 站场，0大型用户 图 1 上海市 管网规划布置图 } _ ．石洞 口电厂 宝钢 巷 _ 一 电联供 电厂 、 漕泾 电厂等用户 ， 还供应化工区工业用 户 ，有效地使这些大型用户所 用天然气与 民用气分 流 ， 实 现大型用户和城市民用用户分开供气 ， 可大大 提高城市天然气供应安全 ， 同时避免 出现这几座电厂 的启停对其他用户 ， 尤其是管 网末端 的石洞 口电厂正 常用气产生的冲击。 2 ． 4 上海天然气管网特点 上海天然气管网建设有三个突出特点 2 ． 4 ． 1 超高压天然气管道直接入市 新近发布的 C B 5 0 0 2 8 2 0 0 6 { 城镇燃气设计规范 已将城镇燃气压力系统从原来 的 2 ． 5 MP a提高到4 ． 0 MP a 。该压力等级的制定 ， 是吸收了美、 英等发达 国家 的先进标准成果 ， 并经过了充分论证[ 5 ] 。 然而 ， 上海 6 ．0 MP a 超高压管道建设 ， 则是为解决 城市用气量特大 、 大型工业用户分布广 、 天然气使用 不均匀系数大等问题而提出的。为此 ， 上海相关部 门 专 门研究制定 了 上海市天然气主管 网系统规划 ， 突 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 。 N。 GAs T sP 。 T。 。N J A g N 2 。 9 sT 。 I油 号 储 运 l 1 5 破 了目前 国家现行规范 的最高压力等级 ， 提 出并推荐 “ 外高内低” 的布局方案 ， 沿城市西南侧郊环公路敷设 高压 4 ． 0或 6 ． 0 MP a 天然气干管 ， 作为城市天然气调 峰储气的重要组成部分。 2 - 4 ． 2 低压管 网抽气供应分布式功能系统 从低级别压力管网抽取天然气 ， 加压后供应分布 式供能系统 ， 是上海根据城市天然气用量压力不均匀 而采取的天然气供应技术 ， 可使管网建设具有较强的 灵活性及适应性。通过增压设备直接从天然气管网上 抽气的典型较大用户为浦东机场的分布式供能系统口 ] 。 例如 ， 浦 东机 场 用气 接 自 2 ． 5 MP a管 网 ， 由于 2 ． 5 MP a管 网 日常运行压力偏低 ， 仅有 1 ． 2 MP a ， 为满 足 机场用气需求 ， 在管道来 气起点设置增压机 ， 将其 增压至 1 ． 8 MP a 设计流量为 4 0 0 0 m3 ／ h 。 然后再输往 浦东机场管 网。 目前 ， 连接浦东机场的专用管道设计 压力 2 ． 5 MP a 。 管道长度约 5 k m左 右 ． 由 E t 常运行状 况看 ， 增压机对管网正常输气无影响。 国外也有类似增压抽气用户 ， 从实际运行情况看 基本不影响管网正常运行 。在某些 国家 ， 对于不 同的 增压抽气用户 ， 需进行管 网模 型测试 ， 以确保管 网正 常可靠运行 。 2 I 4 ． 3 大型用户由专供管线直接供气 由上可知 ，规划 中的临港一漕泾化工区发电厂专 线 ，可有效防止因发电厂或大型工业用户在用气设备 启动时 ， 由于天然气用量瞬间较大 ， 造成附近管网瞬间 压差 巨大 、管道承压瞬间提高而出现的管网压力严重 不稳定、 管道受损等现象发生。以 2 0 2 0年高峰周为例 ， 利用 T G N E T软件对上海主干管网进行水力计算 。结 果表明 ， 该专供管线的建设 。 可以将石洞 口发电厂的供 气压力从 3 ． 3 MP a提高到 4 ． 7 MP a ，不但可以满足发 电 厂用量需求 ， 同时预留一定的空间 ， 大大提高整个天然 气管网运行的抗风险能力 ，提高管网供应稳定性和安 全性 。此外 ， 该专供管线的建设 ， 还可将郊环线 的储气 量由 1 8 0 x 1 0 m 提高到 2 7 0 x 1 0 m 左右 ．大大提高管 网储气调峰的作用 ， 减少上海 L N G储气调峰对汽化器 的能力要求 ，增加管网应对突发事件 的能力 ．优化 了 L N G接收站 的设计 ， 提高发电厂用气的安全性 。 3 天然气调峰 上海作为天然气用气大型城市 ， 其调峰问题 El益 明显 2 0 1 0年 。 上海天然气用量高峰主要集 中在夏冬 两季 ， 日平均 用气量 9 为 1 2 0 0 x l 0 4 m 3 ， 实际最大 日 用 气量 9 为 1 5 0 0 x 1 0 m ； 月不 均匀 系数 峰 值约 1 ． 2 ， 春秋两季为用气低谷 ， 不均匀系数谷值为 0 ． 8 ； 而 小时不均匀系数主要集 中在城市配气部分 ， 不均匀系 数大约在 3左右 ， 给上海供气稳定性提出很大挑战。 上海根据 自身天然气管 网及 用气特性 ， 采 取上游 和 自身共同调峰的措施圜 。由于上海下游天然气管网无法 解决 自身所有调峰问题 ． 故上海季节性调峰 、 日调峰及 重点大型用户的小时调峰基本依靠上游的天然气供气 量来解决 ， 自身调峰主要是解决城市燃气的小时调峰。 鉴于上海境 内无法建设地下储气库 ， 故城市调峰 主要由高压管道 、高压球罐及 L N G调峰三种方式来 解决。 目前 ， 上海利用郊环线及 内部高压管道调峰量 能达到约 2 7 0 x 1 0 1 1 1 。 ；球罐调峰能力约 3 0 x 1 0 m。 ； 浦 东五号沟 L N G应急备用站储备量达到 7 2 0 0 x l 0 4 m ． 新建 的洋 山港 进 口 L NG接 收站 储备 量达到 9 0 0 0 x 1 0 m ， 均作为调峰及应急储备_ 6 ] 。 4几点建议 通过对上海天然气管 网建设及规划 的分析 和探 讨 ，建议我 国大型城市天然气管 网在规划和建设时 ， 在考虑城市所属区域位置 、用户组成及分布情况 、 大 型工业或燃气发电厂用量等方面 的同时， 还应重点考 虑以下几点 a 对于 区域面积大 、 用气种 类多的大型城市 ， 在 城郊及环线敷设高压管道 ， 可有效利用高压管道储气 来完成城市天然气调峰 。 保障供气安全平稳。 b 大型工业用户和天然气发电厂可考虑天然气专 供管线 。专供管线的建设可将大型用户和城市民用供 气系统有效分流 ． 防止 由于用气设备 的启停影响附近 天然气系统的稳定性。 e L N G供气是大型城市天然气调峰及应急 的重 要补充措施 ， 具有 占地小 、 储气量大的特点 。 参考文献 [ 1 ] 杨帆 ， 刘玉峰 ， 姚林 ， 等． 经济发 达地 区长输天然气管道 的设计要点[ J ] ． 天然气与石油， 2 0 0 8 ， 2 6 5 4 6 ． [ 2 ] 刘 军． 上海城市燃气调峰分析L J ] ． 上海煤气， 2 0 0 2 ， 2 2 1 7-9． [ 3 ] 王遇冬． 天然气处理原理 与工 艺[ M ] ． 北 京 中国石化 出版 社 。 2 0 1 1 ． [ 4 ] 金 芳． 上海建设燃气电厂专线的必要性[ J ] ． 煤气与热力， 2 0 0 7， 1 2 2 7 1 2 1 4 ． [ 5 ] G B 5 0 0 2 8 2 0 0 6 ， 城镇燃气设 计规 范【 s ] ． [ 6 ]张 明． 浅析上海城 市天然气供应 系统 应急储备措 施 上海L NG事故起源备用站L J ] ． 城市燃气， 2 0 0 6 ， 9 1 6 1 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m