城市天然气调峰方式分析

2010年天然气技术Vol4，No.4第4卷.第4期Natural Gas TechnologyAug:2010文章编号:1673- -9035(2010)04- -0046- 04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，四川南充637000)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、高压储气管束调峰、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 调峰方式调峰量储气球罐中图分类号: TE72文献标识码: A周六和周日休息，商业用户及饮食业周末用气量增0引言加。因此，根据月、周用气量来确定储气量更为合由居民生活引起的城市日用气的不均衡性和在-年中由于季节气温的变化引起的年用气的不均衡1.2季节调峰量的确定性使得用气在每月、每日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，天然气调季节调峰是指将季节性供大于求时的余气量储峰正是针对这一问题提出的。保障天然气居民用气存起来，并将该储存量作为补充量，在季节性供不和企业用气显得十分紧迫，但国内还没有一套较为应求时使用，以达到总的供需平衡。季节调峰储气科学的理论体系和相应的分析方法对现有调峰方式容积系数A的计算公式为:进行技术与经济分析。因此，笔者拟研究各种调峰A= 0.52(K- K)100%(1)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。式中K、K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"是随季节、生活时段变化而变化天然气由上游向下游供气时，因管道、设备损的，同时它还与城市的人均生活水平等有着密切联坏以及不可抗力的因素而引起的非正常停气，都将系。为了满足供气平衡，适应不同时期的消耗量,直接影响下游的供气可靠性，因此，必须考虑气源首先必须对用气量进行大致的预测。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- -般工业企为了保证向用户不间断地供气，必须考虑供、业用户的用气规律以周为周期的变化更为明显，绝用气的不平衡问题。因此，有必要研究目前各种调大多数居民用户和一.般工业用户周一至周五工作，峰 方式的特点和运行规律。收稿日期: 2010-05-24修订日期: 2010-06-24中本文受四川省科技攻 关计划(中俄合作)项目(编号: 05G0021-021 )资助.作者简介:高强生(1963-)， 工程师，从事天然气管道设计工作。E-mail: wein808 1@ 163.com46 /Natural Gas Technology总第22期天然气技术.输送与储存2010年2.1储气球罐调峰高压储气球罐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，把多余的天然气充人储气球罐储存起来，到用气高峰时，又将其中超音速射流器储存的天然气释放出来以弥补供气量的不足。天然进气管道出气管道.调压器气地面储存一一 般采用金属储气球罐，其工作流程如图2改进后的高压储气球罐 工作流程图图I所示。其储气量可按下式进行计算:Q=10330(Z -会)量大大增加。高压管道储气方式一般有两种:一.种是在城市式中Q为储气球罐储气量，m; V.为储气球罐容积，周围人口密度较小的地段设置绕城高压环网进行储m'; T。为标态下的温度，K; p.为储气球罐压力，气，其既可以用作储气，又能向城市多点供气，优MPa; Z为pr下的压缩因子; pr 为输气管道压力，化供气工况。另一种为门站内的管束储气，它是由MPa; Z为p2下的压缩因子。若干组管道组成管束，管道直径从DN400 ~ DN1500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，这对调压器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: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p.TZ,- z?问题在于:储气球罐的压力最多只能降低至出站管式中V为高压储气管束储气量，m'; V.为高压储气管网压力，储存在储罐内的残余天然气不能够被全部束容积，m'; T为工况下的温度，K ; ps为高压储气释放出来，因而储气球罐的利用率不高。而为了满管束操作压力，MPa; Z为ps下的压缩因子; p为输足调峰需求，只得投巨资建造更多的高压储气球气管道压力，MPa; Z为p:下的压缩因子; p。为标态罐，这样使得总体投资成倍增长。针对该问题，经下的压力，MPac过计算分析和试验研究，有学者网提出一种应用超高压储气管道壁厚设计可按下式进行计算:音速射流器配套高压储气球罐协同进行天然气调峰δ =_pD_+C(4)的新技术，它可大大提高储气球罐的调峰能力，其δ= 28, FφK工作流程如图2所示。它的工作原理主要是:在图1式中δ为高压储气管道设计璧厚，mm; δ，为管材最所示的流程中接入一组超音速射流器装置。在调峰低屈服强度，MPa; p为设计压力，MPa; D为管道过程中，首先走常规流程(红色),待储气球罐压力外径，mm; F为设计因素，取0.6;为纵向焊缝系下降至接近出站管网压力时，使用超音速射流器流数，双面埋弧焊取0.85; K为温度系数; C为腐蚀余程(绿色)。利用长输管线末端的高压天然气作为动量。力源，通过超音速射流器产生的引射作用抽吸储气2.3 液化天然气调峰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液化天然气(LNG)是将天然气经过净化处理(脱管网压力的水平，储气球罐利用率得以大大提高。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-1609C条件下使其变成2.2 高压储气管束调峰液态，液化后的天然气体积缩小了上百倍甲。经计高压管道储气能承受更高的压力，对管内所储算，采用LNG调峰与井口采气压力为5MPa的地下存的天然气施以高压，利用气体的可压缩性使储气储 气库相比，单位容积储气比为10倍;与建1 MPa天然气技术/ 47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63倍。C干网米气] -城市燃气管网]一L.NG不受天然气气源和管网的限制，可弥补管L [压缩机组]道天然气的局限，其工业化流程如图3所示。C脱水矿场气海外LNG势高压储气井群一空预处理LNG船C 调压装置CNG汽车调峰液化站LnG接收站[城市燃气管网]LNG存储图4地下储气井储气调峰流程图气化式中HCPV为储气库库容，m'; Q、Q2为状态1、2下的气藏气体体积，m'; p，为标准压力，MPa; T.为L管道标准温度，K; ps、 po为状态1、2下的气藏压力，[终端用户MPa; T为气藏温度，K; 2、Z。为状态1、2下的气.藏气体压缩系数。图3 LNC工业化流程图地下储气具有以下特点:①高压、高库容，在LNG调峰的工厂有两种形式可供选择，- -种是冬季用气高峰期，特别是在气温陡然降低引起用气将工厂建在距城市供气点不远的地方，直接和城市量突变时，储气库可以发挥巨大的调峰作用;②若供气管网相连，到冬春季需要调峰时，将LNG气化气田、长输管道上游发生突发性事故无法正常工作以后及时输送到需要调峰的用户;另-种是“卫星时，储气库能保证长时间连续供气;③投资成本型”的储备厂，这种储备厂可根据城市管网的覆盖低，据国外资料显示，在相同调峰气量的条件下，面积和用户的分布状况，在适当的地方分散建设。提高气田产量、提高输气能力、建造LNG库等的投资要比建造地下储气库高5~ 10倍。2.4地下储气库调峰我国储气库的建设规模可按年供气量的10% ~地下储气库调峰是在用气低谷期时把“富余”20 %考虑。在高压输气干线的附近(半径小于200气储存起来，在高峰期采出，从而保证气田的均衡km)建设足够容量的地下储气库，是解决城市燃气调生产。在城市天然气用气量低于输气系统供气量的峰问题的有效手段。情况下，利用压缩机将富余的天然气加压，并通过地下储气库以其库容大、安全等优势在供气调燃气分配系统将其储存在高压地下储气井中。反之峰中发挥着重要作用，但也存在一-些不足": ①对则将地下储气井中储存的高压天然气采出来，降压库址选择要求苛刻。除要求库址距主要用户近(- -般后进人城市燃气系统管网中，以此来平衡和稳定供不超过150 km)或离长输气管线较近外，无论是枯竭气量与城市天然气高峰用气量的差额。地下储气井油气藏型、 地下含水层型还是岩穴型地下储气库,储气调峰流程如图4所示。对地质条件要求都很苛刻。②储气工艺流程复杂。储气库库容是帮助生产技术人员分析、判断储平时要把天然气压缩注人地下，需要时再开采出.气库工作状态的重要参数。在实际生产中，采用下来，这需要采取比采气工程更为复杂的注采操作。式进行计算:③对气质有影响。净化了的天然气经地下储气库储HCPV :p.Tr(Q1 -Q2)(5)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T(会一名)后才能供给用户。48 /Natural Cas Technology总第22期天然气技术.输送与储存2010年使稳产期缩短和最终采收率降低，从而影响气田开2.5 气田上游调峰发的综合经济效益。另外，当长输管道输气量达到气田上游调峰即是通过提高气田单井产量来满设计能力时，提高气田产量也无济于事。足用户用气的不均衡性。如果利用上游调峰，- - 般3几种城市天然气调峰方式对比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，增大井底笔者在充分调研的基础上对几种主要的调峰方生产压差会导致气藏能量过快地消耗或造成水淹,式做了对比，如表1所示。表l几种调峰方式对比表调峰方式储运状态优势书势投资/元.m'适用场合储气球罐气态、常温、制造简单储存量小、占地面积200~ 300城市片区昼夜与日用气不中高压大、安全性欠佳均衡储存量小、压力调节范高压储气管束气态、常温、高压制造简单围小100~ 200投资大、占地面积大、沿海有港口、天然气资源LNG液态、低温、常压单位容积储存量大40~ 50流程复杂匮乏的城市地下储气库气态、 高压、储存量大，占地面积地质结构要求苛刻、建04~ 58季节性不均衡中高温小，安全可靠设周期长气和高压储气球罐储气相结合的方式，在沿海城市4结论也可采用LNG调峰站的方式调峰。1)城市天然气调峰是一项投资巨大的系统工参考文献程，在保证其安全性的同时又需要考虑投资和效[1]商丽艳，潘振斌，周玉.输气管道干线末段储气调峰研率。对于用气量较大的城市，单靠- - 种方法很难应究[J].油气储运，2007, 27(7): 27-28.付，须采用多种调峰方式相结合的方法来确保城市[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，2004, 24(6): 26-28.2)在高压输气干线的附近建设足够容量的地下[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，2006， 25(10): 26- -28.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[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，2005, 13(7): 38-40.(编辑:卢栎羽)2010年上半年我国天然气供需平稳据发改委公布的资料，2010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，2010年上半年我国累计生产天然气459.3x 10*m'，同比增长10.8%;天然气进口大幅增加，1-6月我国累计进口中亚天然气17x10*m', LNG 408x10*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2009年同期相比，增幅明显，上半年天然气消费量同比增长22.1%。(信息来源:中国石油网)天然气技术/ 49