城市天然气调峰方式分析-.pdf

2 0 1 0 年 第4 卷 第4 期 天 然 气 技 术 N a t u r a l Ga s Te c h n o l o g y Vo 】 ． 4． N o ． 4 Aug ． 2 01 0 文章编号 l 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 4 0 0 4 6 0 4 城市天然气调峰方式分析 高强生袁英 中国石油西南油气田公司川中油气矿南充燃气公司，I t J I J 南充6 3 7 0 0 0 摘要 城 市管道天然气的稳定供应直接关系到市民的正常生活。城市用气由于其月、日、小时用气量的不 均衡性 ，以及 用气需求的快速增 长 ，使 天然气调峰 问题 日益 突出。对天然气主要调峰方 法如储 气球罐调峰 、高压 储 气管柬调峰 、液化天然 气调峰 、地 下储气库调峰 、气田上 游调峰 的工作原理 、特点与 工艺计 算进行 了分析 。指 出了每种调峰方式的适 用条件与场合。 关键词 城市天然气 调蜂方式 调蜂量 储气球罐 中图分 类号 T E 7 2 文献标识码 A O 引言 由居民生活引起 的城市 日用气的不均衡性和在 一 年 中由于季节气 温的变化引起 的年用气 的不均衡 性使得用气在每月 、每 13均会 出现高峰和低谷 ，如 北京冬夏季用气量的峰谷差可达 6 倍之多 ，天然气调 峰正是针对这一问题提出的。保 障天然气居 民用气 和企业用气显得十分紧迫 ，但 国内还没有一 套较 为 科学的理论体 系和相应的分析方法对现有调峰方式 进行技术与经济分析 。因此 ，笔者拟研究各种调峰 方式 的原理 ，并对其安 全性和经济性进行综合分析 以指出其适用的条件与场合。 周六 和周 日休息 ，商业用户及饮食业周末用气量增 加 。因此 ，根据月 、周用气量来确 定储气量更为合 理 。 1 ． 2 季节调峰量的确定 季节调峰是指将季节性供大于求 时的余气量储 存起来 ，并将该储存量作 为补充量 ，在季节性供不 应求时使用，以达到总的供需平衡。季节调峰储气 容积系数A的计算公式为 A0 ． 5 ∑ 一K j 1 0 0 ％ 1 式 中 、 分别为大于 1 、小于 1 的月不均匀系数。 1 调峰量的确 定 1 ．3 事故调峰 城市用气量 I l l 是随季节 、生活时段变化而变化 的 ，同时它还与城市的人均生活水平等有着 密切联 系。为了满 足供 气平衡 ，适 应不同时期 的消耗量 ， 首先必须对用气量进行大致的预测。 天然 气由上游 向下游供气时 ，因管道 、设备损 坏以及不可抗力的因素而引起的非正常停气 ，都将 直接影 响下游 的供气 可靠性 ，因此 ，必须考虑气源 的事故调峰。 1 ． 1 日、时调峰量的确定 2 调峰方法 由于城市居 民的生活习惯 ，商业 和一般工业企 业用户的用气规律以周为周期 的变化更为明显 ，绝 大多数居 民用 户和一般工业用 户周一至周五工作 ， 为了保证 向用户不 间断地 供气 ，必须考 虑供 、 用气 的不平衡问题。因此 ，有必要研究 目前各种调 峰方式的特点和运行规律。 收稿 E t 期 2 0 1 0 0 5 2 4 修订 15 1 期 2 0 1 0 0 6 - 2 4 本文受四川省科技攻关计划 中俄合作 项 目 编号0 5 G G 0 2 1 0 2 1 资助。 作者简介高强生 1 9 6 3一 ，丁程师 ，从事天然气管道设计工作。E m a i l w e i n a 8 0 8 1 1 6 3 ．c o m 46 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 2 期 天然气技术 输送与储存 2 ． 1 储气球罐调峰 天然气输配 系统常用的调 峰方式是建造一些 大 型高压储气球罐，在用气低谷时，把多余的天然气 充入储气球罐储存起来 ，到用气高峰时 ，又将其中 储存 的天然气释放 出来 以弥补供气量 的不足 。天然 气地面储存一般采用金属储气球罐 ，其工作流程如 图 1 所示。其储气量可按下式进行计算 Q c 一 2 式 中Q为储气球罐储 气量 ，m ； 为储气球罐容积 ， m ；T o 为标态下的温度 ，K；p - 为储气球罐压力 ， MP a ；Z 为 P 下 的压缩 因子 ；P 为输气 管道 压 力 ， MP a ；z 2 为P z 下 的压缩因子。 图 1 常规高压储气球罐工作流程图 常规高压储气球罐工作流程 已应用多年 ，但 其 问题在于 储气球罐 的压力最多只能 降低至出站管 网压力，储存在储罐内的残余天然气不能够被全部 释放 出来 ，因而储气球罐 的利用率不 高。而为了满 足调峰需求，只得投巨资建造更多的高压储气球 罐 ，这样使得总体投资成倍增长。针对该 问题 ，经 过计算分析和试验研究 ，有学者 提出一种应用超 音速射流器配套高压储气球罐协同进行天然气调峰 的新技术 ，它可大大提高储气球罐 的调峰能力 ，其 工作流程如 图2 所示 。它 的工作原理 主要是 在图 1 所示 的流程中接入一组超音速射流器装置。在调峰 过程中，首先走常规流程 红色 ，待储气球罐压力 下降至接近出站管 网压力时 ，使用超音速射流器流 程 绿色 。利用长输管线末端的高压天然气作为动 力源，通过超音速射流器产生的引射作用抽吸储气 球罐 内的低压残余天然气提升其压力后再输入下游 管网。这样可以使储气球罐的压力降低至低于出站 管网压力 的水平，储气球罐利用率得以大大提高。 2 ． 2 高压储气管束调峰 高压管道储气能承受更高的压力，对管内所储 存的天然气施以高压，利用气体的可压缩性使储气 图2 改进后的高压储气球罐工作流程图 量大大增加。 高压管道储气方式一般有两种 一种是在城市 周 围人 口密度较小 的地段设 置绕城高压环网进行储 气 ，其既可以用作储气 ，又能向城市多点供气 ，优 化供气工况。另一种为门站内的管束储气，它是由 若干组管道组成管束，管道直径从 D N 4 0 0 ～ D N 1 5 0 0 不等 ，管道 长度从几十米到数百米不等。虽然高压 储气管束调峰优势明显，但其 占地面积巨大，这对 于用地紧张的城市而言，是不容忽视的问题 。 高压储气管束的储气能力可按下式进行计算 譬一 3 P0 1 ／ , 3 ／ 4 式中 为高压储气管束储气量，m ； 为高压储气管 束容积，m 。 ；T 为工况下的温度 ，K； p 3 为高压储气 管束操作压力，M P a ；Z ， 为P ， 下的压缩因子； p 4 为输 气管道压力 ，M P a ； 为p 4 下的压缩因子； p o 为标态 下的压力 ，MP a 。 高压储气管道壁厚设计可按下式进行计算 占 p F D C 4 式 中 为高压储气管道设计壁厚 ，mm；6 为管材最 低屈服强度 ，MP a ；P 为设计压力 ，MP a ；D为管道 外径 ，mm；F为设计因素 ，取 0 ． 6 ； 为纵 向焊缝系 数 ，双面埋弧焊取 0 ． 8 5 ；K为温度系数 ；C为腐蚀余 量 。 2 ． 3 液化天然气调峰 液化天然气 L N G 是将天然气经过净化处理 脱 水 、脱重烃 、脱 酸性气体 后 ，采用节流 、膨胀或外 加冷源制冷工艺 ，在常压和一 1 6 0 C 条件下使其变成 液态，液化后的天然气体积缩小了上百倍 吲 。经计 算，采用L N G 调峰与井 口采气压力为5 M P a 的地下 储气库相比，单位容积储气比为 1 0 倍；与建 1 M P a 天然气技术 ／ ,t it 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 高强生，等城市天然气调峰方式分析 第3 期 的地面储气球罐相比，单位容积的储气比为6 3 倍。 L N G不受天然气气源和管 网的限制 ，可弥补管 道天然气的局限，其工业化流程如图3 所示。 图 3 L N G工业化流程图 L N G调峰的工厂有两种形式可供选择 ，一种是 将工厂建在距城市供气点不远的地方，直接和城市 供气管网相连，到冬春季需要调峰时，将L N G 气化 以后及时输送到需要调峰的用户 ；另一种是 “ 卫星 型”的储备厂，这种储备厂可根据城市管网的覆盖 面积和用户的分布状况 ，在适 当的地方分散建设。 2 ． 4 地下储气库调峰 地下储气库调峰是在用气低谷期时把 “ 富余” 气储存起来 ，在高峰期采出 ，从而保证气 田的均衡 生产。在城市天然气用气量低于输气系统供气量的 情况下 ，利用压缩机将富余 的天然气加压 ，并通过 燃气分配系统将其储存在高压地下储气井中。反之 则将地下储气井中储存的高压天然气采出来，降压 后进人城市燃气系统管网中，以此来平衡和稳定供 气量 与城市天然气高峰用气量 的差额。地下储气井 储气调峰流程如图4 所示。 储气库库容是帮助生产技术人员分析 、判断储 气库工作状态的重要参数。在实际生产中，采用下 式进行计算 HC P 二 5 一 Z 6 48 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 图4 地下储气井储气调峰流程图 式 中HC PV 为储气库库容 ，m ；Q 、Q 为状态 l 、2 下的气藏气体体积，m 3 ； 为标准压力，M P a； 为 标 准温度 ，K；P 、P 为状态 1 、2 下 的气藏 压力 ， MP a ； 为气藏温度 ，K； 、 为状态 1 、2 下的气 藏气体压缩系数 。 地下储气具有以下特点① 高压、高库容，在 冬季用气高峰期，特别是在气温陡然降低引起用气 量突变时，储气库可以发挥巨大的调峰作用；② 若 气 田、长输管道上游发生突发性事故无法正常工作 时 ，储气库能保证长时间连续供气；③ 投资成本 低 ，据 国外资料显示 ，在相 同调峰气量 的条件下 ， 提高气田产量、提高输气能力 、建造 L N G库等的投 资要比建造地下储气库高5 ～1 O 倍。 我国储气库的建设规模可按年供气量 的 1 O％～ 2 0％考虑 。在高压 输气干 线 的附近 半径小 于 2 0 0 k m 建设足够容量的地下储气库，是解决城市燃气调 峰问题的有效手段。 地下储气库以其库容大、安全等优势在供气调 峰中发挥着重要作用 ，但也存在一些不足嗍 ① 对 库址选择要求苛刻。除要求库址距主要用户近 一般 不超过 1 5 0 k m 或离长输气管线较近外 ，无论是枯竭 油气藏型 、地下含水层 型还是岩穴 型地下储气库 ， 对地 质条件要求都很苛刻。② 储气工艺流程复杂。 平时要 把天然 气压缩 注入地 下 ，需要 时再 开采 出 来，这需要采取比采气工程更为复杂的注采操作。 ③ 对气质有影响。净化了的天然气经地下储气库储 存后再开采出来 ，气质发生了变化，如含水量增加 等 。因而从储气库中采 出的天然气要经过脱水处理 后才能供给用户。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 2 期 天然气技术 输送与储存 2 ． 5 气 田上游调峰 气田上游调峰即是通过提高气田单井产量来满 足用户用气的不均衡性 。如果利用上游调峰 ，一般 气田可在短时间内增大单井生产压差来提高产量。 但我国 目前低渗 、低产 的底水气 田较多 ，增大井底 生产压差会导致气藏能量过快地消耗或造成水淹， 使稳产期缩短和最终采收率降低，从而影响气田开 发的综合经济效益。另外，当长输管道输气量达到 设计能力时，提高气田产量也无济于事。 3 几种城市天然气调峰方式对比 笔者在充分调研的基础上对几种主要的调峰方 式做了对比，如表1 所示。 表 1 几种调峰方式对比表 调峰方式 储运状态 优势 劣势 投资 ／元 Irll 适用场合 4 结论 1 城市天然气调峰是一项投资巨大的系统工 程 ，在保证其安全性的同时又需要考虑投资和效 率。对于用气量较大 的城市 ，单靠一种方法很难应 付 ，须采用多种调峰方式相结合的方法来确保城市 用气。 2 在高压输气干线的附近建设足够容量的地下 储气库是解决城市燃气调峰问题的有效手段 。 3 城市燃气小时调峰主要采取高压储气管束储 气和高压储气球罐储气相结合的方式，在沿海城市 也可采用 L N G调峰站的方式调峰。 参考文献 [ 1 ]商丽艳 ，潘振斌 ，周玉． 输气管道干线末段储气调峰研 究[ J ] ． 油气储运，2 0 0 7 ，2 7 7 2 7 2 8 ． [ 2 ]姜小敏，王财友，钱尚源． 天然气引射调峰新技术的研究 与应用[ J ] ． 天然气工业 ，2 0 0 4 ，2 4 6 2 6 2 8 ． [ 3 ]杨帆，陈保东，姜文全 ，等． 液化天然气技术在调峰领域 的应用[ J ] ． 油气储运，2 0 0 6 ，2 5 1 0 2 6 2 8 ． [ 4 ]任继善． 解决城市天然气调峰的快捷途径[ J ] ． 当代石油 石化，2 0 0 5 ，1 3 7 3 8 ． 编辑 卢栎羽 2 0 1 0 年上半年我国天然气供需平稳 据发改委公布的资料 ，2 0 1 0 年上半年，我国天然气产量快速增长，进 口大幅增加，资源供应 和保障能力进一步增强，消费增长势头明显。各地天然气供需平稳，运行基本正常。 据 国家统计局数据 ，2 0 1 0 年上半年我 国累计生产天然气4 5 9 ． 31 0 。 m3 ，同比增长 1 0 ． 8 ％；天 然气进 17大幅增加 ，1 6月我 国累计进 口中亚天然气 1 71 0 。 ，L NG 4 0 8 X 1 0 t ，进 口总量同比 增加 1 ．6 倍；消费增势明显，自2 月份以来，随着气温回升 ，单月用气量虽然逐步回落，但与 2 0 0 9 年同期相比，增幅明显 ，上半年天然气消费量同比增长2 2 ． 1 ％。 信息来源 t中国石油网 天然气技术 ／ 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m