城市天然氣調峰方式分析

2010年天然氣技術(shù)Vol4，No.4第4卷.第4期Natural Gas TechnologyAug:2010文章編號:1673- -9035(2010)04- -0046- 04城市天然氣調峰方式分析高強生袁英(中國石油西南油氣田公司川中油氣礦南充燃氣公司，四川南充637000)摘要城市管道天然氣的穩定供應直接關(guān)系到市民的正常生活。城市用氣由于其月、日、小時(shí)用氣量的不均衡性，以及用氣需求的快速增長(cháng)，使天然氣調峰問(wèn)題日益突出。對天然氣主要調峰方法如儲氣球罐調峰、高壓儲氣管束調峰、液化天然氣調峰、地下儲氣庫調峰、氣田上游調峰的工作原理、特點(diǎn)與工藝計算進(jìn)行了分析，指出了每種調峰方式的適用條件與場(chǎng)合。關(guān)鍵詞城市天然氣 調峰方式調峰量?jì)馇蚬拗袌D分類(lèi)號: TE72文獻標識碼: A周六和周日休息，商業(yè)用戶(hù)及飲食業(yè)周末用氣量增0引言加。因此，根據月、周用氣量來(lái)確定儲氣量更為合由居民生活引起的城市日用氣的不均衡性和在-年中由于季節氣溫的變化引起的年用氣的不均衡1.2季節調峰量的確定性使得用氣在每月、每日均會(huì )出現高峰和低谷，如北京冬夏季用氣量的峰谷差可達6倍之多，天然氣調季節調峰是指將季節性供大于求時(shí)的余氣量?jì)Ψ逭轻槍@一問(wèn)題提出的。保障天然氣居民用氣存起來(lái)，并將該儲存量作為補充量，在季節性供不和企業(yè)用氣顯得十分緊迫，但國內還沒(méi)有一套較為應求時(shí)使用，以達到總的供需平衡。季節調峰儲氣科學(xué)的理論體系和相應的分析方法對現有調峰方式容積系數A的計算公式為:進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟分析。因此，筆者擬研究各種調峰A= 0.52(K- K)100%(1)方式的原理，并對其安全性和經(jīng)濟性進(jìn)行綜合分析以指出其適用的條件與場(chǎng)合。式中K、K分別為大于1、小于1的月不均勻系數。1調峰 量的確定1.3事故調峰城市用氣量"是隨季節、生活時(shí)段變化而變化天然氣由上游向下游供氣時(shí)，因管道、設備損的，同時(shí)它還與城市的人均生活水平等有著(zhù)密切聯(lián)壞以及不可抗力的因素而引起的非正常停氣，都將系。為了滿(mǎn)足供氣平衡，適應不同時(shí)期的消耗量,直接影響下游的供氣可靠性，因此，必須考慮氣源首先必須對用氣量進(jìn)行大致的預測。的事故調峰。1.1日、 時(shí)調峰量的確定2調峰方法由于城市居民的生活習慣，商業(yè)和- -般工業(yè)企為了保證向用戶(hù)不間斷地供氣，必須考慮供、業(yè)用戶(hù)的用氣規律以周為周期的變化更為明顯，絕用氣的不平衡問(wèn)題。因此，有必要研究目前各種調大多數居民用戶(hù)和一.般工業(yè)用戶(hù)周一至周五工作，峰 方式的特點(diǎn)和運行規律。收稿日期: 2010-05-24修訂日期: 2010-06-24中本文受四川省科技攻 關(guān)計劃(中俄合作)項目(編號: 05G0021-021 )資助.作者簡(jiǎn)介:高強生(1963-)， 工程師，從事天然氣管道設計工作。E-mail: wein808 1@ 163.com46 /Natural Gas Technology總第22期天然氣技術(shù).輸送與儲存2010年2.1儲氣球罐調峰高壓儲氣球罐天然氣輸配系統常用的調峰方式是建造一些大型高壓儲氣球罐，在用氣低谷時(shí)，把多余的天然氣充人儲氣球罐儲存起來(lái)，到用氣高峰時(shí)，又將其中超音速射流器儲存的天然氣釋放出來(lái)以彌補供氣量的不足。天然進(jìn)氣管道出氣管道.調壓器氣地面儲存一一 般采用金屬儲氣球罐，其工作流程如圖2改進(jìn)后的高壓儲氣球罐 工作流程圖圖I所示。其儲氣量可按下式進(jìn)行計算:Q=10330(Z -會(huì ))量大大增加。高壓管道儲氣方式一般有兩種:一.種是在城市式中Q為儲氣球罐儲氣量，m; V.為儲氣球罐容積，周?chē)丝诿芏容^小的地段設置繞城高壓環(huán)網(wǎng)進(jìn)行儲m'; T。為標態(tài)下的溫度，K; p.為儲氣球罐壓力，氣，其既可以用作儲氣，又能向城市多點(diǎn)供氣，優(yōu)MPa; Z為pr下的壓縮因子; pr 為輸氣管道壓力，化供氣工況。另一種為門(mén)站內的管束儲氣，它是由MPa; Z為p2下的壓縮因子。若干組管道組成管束，管道直徑從DN400 ~ DN1500不等，管道長(cháng)度從幾十米到數百米不等。雖然高壓儲氣管束調峰優(yōu)勢明顯，但其占地面積巨大，這對調壓器于用地緊張的城市而言，是不容忽視的問(wèn)題。高壓儲氣管束的儲氣能力可按下式進(jìn)行計算:圖1 常規高壓儲氣球罐工作流程圖常規高壓儲氣球罐工作流程已應用多年，但其p.TZ,- z?問(wèn)題在于:儲氣球罐的壓力最多只能降低至出站管式中V為高壓儲氣管束儲氣量，m'; V.為高壓儲氣管網(wǎng)壓力，儲存在儲罐內的殘余天然氣不能夠被全部束容積，m'; T為工況下的溫度，K ; ps為高壓儲氣釋放出來(lái)，因而儲氣球罐的利用率不高。而為了滿(mǎn)管束操作壓力，MPa; Z為ps下的壓縮因子; p為輸足調峰需求，只得投巨資建造更多的高壓儲氣球氣管道壓力，MPa; Z為p:下的壓縮因子; p。為標態(tài)罐，這樣使得總體投資成倍增長(cháng)。針對該問(wèn)題，經(jīng)下的壓力，MPac過(guò)計算分析和試驗研究，有學(xué)者網(wǎng)提出一種應用超高壓儲氣管道壁厚設計可按下式進(jìn)行計算:音速射流器配套高壓儲氣球罐協(xié)同進(jìn)行天然氣調峰δ =_pD_+C(4)的新技術(shù)，它可大大提高儲氣球罐的調峰能力，其δ= 28, FφK工作流程如圖2所示。它的工作原理主要是:在圖1式中δ為高壓儲氣管道設計璧厚，mm; δ，為管材最所示的流程中接入一組超音速射流器裝置。在調峰低屈服強度，MPa; p為設計壓力，MPa; D為管道過(guò)程中，首先走常規流程(紅色),待儲氣球罐壓力外徑，mm; F為設計因素，取0.6;為縱向焊縫系下降至接近出站管網(wǎng)壓力時(shí)，使用超音速射流器流數，雙面埋弧焊取0.85; K為溫度系數; C為腐蝕余程(綠色)。利用長(cháng)輸管線(xiàn)末端的高壓天然氣作為動(dòng)量。力源，通過(guò)超音速射流器產(chǎn)生的引射作用抽吸儲氣2.3 液化天然氣調峰球罐內的低壓殘余天然氣提升其壓力后再輸入下游管網(wǎng)。這樣可以使儲氣球罐的壓力降低至低于出站液化天然氣(LNG)是將天然氣經(jīng)過(guò)凈化處理(脫管網(wǎng)壓力的水平，儲氣球罐利用率得以大大提高。水、脫重烴、脫酸性氣體)后，采用節流、膨脹或外加冷源制冷工藝，在常壓和-1609C條件下使其變成2.2 高壓儲氣管束調峰液態(tài)，液化后的天然氣體積縮小了上百倍甲。經(jīng)計高壓管道儲氣能承受更高的壓力，對管內所儲算，采用LNG調峰與井口采氣壓力為5MPa的地下存的天然氣施以高壓，利用氣體的可壓縮性使儲氣儲 氣庫相比，單位容積儲氣比為10倍;與建1 MPa天然氣技術(shù)/ 47第4卷高強生，等:城市天然氣調峰方式分析第3期的地面儲氣球罐相比，單位容積的儲氣比為63倍。C干網(wǎng)米氣] -城市燃氣管網(wǎng)]一L.NG不受天然氣氣源和管網(wǎng)的限制，可彌補管L [壓縮機組]道天然氣的局限，其工業(yè)化流程如圖3所示。C脫水礦場(chǎng)氣海外LNG勢高壓儲氣井群一空預處理LNG船C 調壓裝置CNG汽車(chē)調峰液化站LnG接收站[城市燃氣管網(wǎng)]LNG存儲圖4地下儲氣井儲氣調峰流程圖氣化式中HCPV為儲氣庫庫容，m'; Q、Q2為狀態(tài)1、2下的氣藏氣體體積，m'; p，為標準壓力，MPa; T.為L(cháng)管道標準溫度，K; ps、 po為狀態(tài)1、2下的氣藏壓力，[終端用戶(hù)MPa; T為氣藏溫度，K; 2、Z。為狀態(tài)1、2下的氣.藏氣體壓縮系數。圖3 LNC工業(yè)化流程圖地下儲氣具有以下特點(diǎn):①高壓、高庫容，在LNG調峰的工廠(chǎng)有兩種形式可供選擇，- -種是冬季用氣高峰期，特別是在氣溫陡然降低引起用氣將工廠(chǎng)建在距城市供氣點(diǎn)不遠的地方，直接和城市量突變時(shí)，儲氣庫可以發(fā)揮巨大的調峰作用;②若供氣管網(wǎng)相連，到冬春季需要調峰時(shí)，將LNG氣化氣田、長(cháng)輸管道上游發(fā)生突發(fā)性事故無(wú)法正常工作以后及時(shí)輸送到需要調峰的用戶(hù);另-種是“衛星時(shí)，儲氣庫能保證長(cháng)時(shí)間連續供氣;③投資成本型”的儲備廠(chǎng)，這種儲備廠(chǎng)可根據城市管網(wǎng)的覆蓋低，據國外資料顯示，在相同調峰氣量的條件下，面積和用戶(hù)的分布狀況，在適當的地方分散建設。提高氣田產(chǎn)量、提高輸氣能力、建造LNG庫等的投資要比建造地下儲氣庫高5~ 10倍。2.4地下儲氣庫調峰我國儲氣庫的建設規?？砂茨旯饬康?0% ~地下儲氣庫調峰是在用氣低谷期時(shí)把“富余”20 %考慮。在高壓輸氣干線(xiàn)的附近(半徑小于200氣儲存起來(lái)，在高峰期采出，從而保證氣田的均衡km)建設足夠容量的地下儲氣庫，是解決城市燃氣調生產(chǎn)。在城市天然氣用氣量低于輸氣系統供氣量的峰問(wèn)題的有效手段。情況下，利用壓縮機將富余的天然氣加壓，并通過(guò)地下儲氣庫以其庫容大、安全等優(yōu)勢在供氣調燃氣分配系統將其儲存在高壓地下儲氣井中。反之峰中發(fā)揮著(zhù)重要作用，但也存在一-些不足": ①對則將地下儲氣井中儲存的高壓天然氣采出來(lái)，降壓庫址選擇要求苛刻。除要求庫址距主要用戶(hù)近(- -般后進(jìn)人城市燃氣系統管網(wǎng)中，以此來(lái)平衡和穩定供不超過(guò)150 km)或離長(cháng)輸氣管線(xiàn)較近外，無(wú)論是枯竭氣量與城市天然氣高峰用氣量的差額。地下儲氣井油氣藏型、 地下含水層型還是巖穴型地下儲氣庫,儲氣調峰流程如圖4所示。對地質(zhì)條件要求都很苛刻。②儲氣工藝流程復雜。儲氣庫庫容是幫助生產(chǎn)技術(shù)人員分析、判斷儲平時(shí)要把天然氣壓縮注人地下，需要時(shí)再開(kāi)采出.氣庫工作狀態(tài)的重要參數。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用下來(lái)，這需要采取比采氣工程更為復雜的注采操作。式進(jìn)行計算:③對氣質(zhì)有影響。凈化了的天然氣經(jīng)地下儲氣庫儲HCPV :p.Tr(Q1 -Q2)(5)存后再開(kāi)采出來(lái)，氣質(zhì)發(fā)生了變化，如含水量增加等。因而從儲氣庫中采出的天然氣要經(jīng)過(guò)脫水處理T(會(huì )一名)后才能供給用戶(hù)。48 /Natural Cas Technology總第22期天然氣技術(shù).輸送與儲存2010年使穩產(chǎn)期縮短和最終采收率降低，從而影響氣田開(kāi)2.5 氣田上游調峰發(fā)的綜合經(jīng)濟效益。另外，當長(cháng)輸管道輸氣量達到氣田上游調峰即是通過(guò)提高氣田單井產(chǎn)量來(lái)滿(mǎn)設計能力時(shí)，提高氣田產(chǎn)量也無(wú)濟于事。足用戶(hù)用氣的不均衡性。如果利用上游調峰，- - 般3幾種城市天然氣調峰方式對比氣田可在短時(shí)間內增大單井生產(chǎn)壓差來(lái)提高產(chǎn)量。但我國目前低滲、低產(chǎn)的底水氣田較多，增大井底筆者在充分調研的基礎上對幾種主要的調峰方生產(chǎn)壓差會(huì )導致氣藏能量過(guò)快地消耗或造成水淹,式做了對比，如表1所示。表l幾種調峰方式對比表調峰方式儲運狀態(tài)優(yōu)勢書(shū)勢投資/元.m'適用場(chǎng)合儲氣球罐氣態(tài)、常溫、制造簡(jiǎn)單儲存量小、占地面積200~ 300城市片區晝夜與日用氣不中高壓大、安全性欠佳均衡儲存量小、壓力調節范高壓儲氣管束氣態(tài)、常溫、高壓制造簡(jiǎn)單圍小100~ 200投資大、占地面積大、沿海有港口、天然氣資源LNG液態(tài)、低溫、常壓?jiǎn)挝蝗莘e儲存量大40~ 50流程復雜匱乏的城市地下儲氣庫氣態(tài)、 高壓、儲存量大，占地面積地質(zhì)結構要求苛刻、建04~ 58季節性不均衡中高溫小，安全可靠設周期長(cháng)氣和高壓儲氣球罐儲氣相結合的方式，在沿海城市4結論也可采用LNG調峰站的方式調峰。1)城市天然氣調峰是一項投資巨大的系統工參考文獻程，在保證其安全性的同時(shí)又需要考慮投資和效[1]商麗艷，潘振斌，周玉.輸氣管道干線(xiàn)末段儲氣調峰研率。對于用氣量較大的城市，單靠- - 種方法很難應究[J].油氣儲運，2007, 27(7): 27-28.付，須采用多種調峰方式相結合的方法來(lái)確保城市[2]姜小敏，王財友，錢(qián)尚源天然氣引射調峰新技術(shù)的研究與應用[J].天然氣工業(yè)，2004, 24(6): 26-28.2)在高壓輸氣干線(xiàn)的附近建設足夠容量的地下[3]楊帆，陳保東，姜文全，等液化天然氣技術(shù)在調峰領(lǐng)域的應用[J].油氣儲運，2006， 25(10): 26- -28.儲氣庫是解決城市燃氣調峰問(wèn)題的有效手段。3)城市燃氣小時(shí)調峰主要采取高壓儲氣管束儲[4]任繼善，解決城市天然氣調峰的快捷途徑[J].當代石油石化，2005, 13(7): 38-40.(編輯:盧櫟羽)2010年上半年我國天然氣供需平穩據發(fā)改委公布的資料，2010年上半年，我國天然氣產(chǎn)量快速增長(cháng)，進(jìn)口大幅增加，資源供應和保障能力進(jìn)一步增強，消費增長(cháng)勢頭明顯。各地天然氣供需平穩，運行基本正常。據國家統計局數據，2010年上半年我國累計生產(chǎn)天然氣459.3x 10*m'，同比增長(cháng)10.8%;天然氣進(jìn)口大幅增加，1-6月我國累計進(jìn)口中亞天然氣17x10*m', LNG 408x10*t,進(jìn)口總量同比增加1.6倍;消費增勢明顯，自2月份以來(lái)，隨著(zhù)氣溫回升，單月用氣量雖然逐步回落，但與2009年同期相比，增幅明顯，上半年天然氣消費量同比增長(cháng)22.1%。(信息來(lái)源:中國石油網(wǎng))天然氣技術(shù)/ 49