壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統有效補充手段的可行性研究

梁向程

摘要:本文就壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統補充手段的可行性進行如下幾個方面的闡述:加壓工藝;儲運工藝;減壓輸送;減壓工藝流程;燃氣長輸管線建設的制約條件;壓縮天然氣的主要服務對象;壓縮天然氣的有效輸送范圍;壓縮天然氣供氣需要解決的問題等。

關鍵詞:供氣站;長輸管線;瓶組儲氣設備

自1999午12月,北京大地燃氣公司作為國內第一家采剛壓縮天然氣輸配系統正式運營以來,壓縮天然氣輸配技術得到迅速發展,現已經形成能滿足不同用戶需要的多種工藝形式。隨著我國燃氣事業的不斷發展,天然氣將成為二十一世紀的主導能源。與之并生的壓縮天然氣技術必將同時得到大力發展,本文就壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統補充手段的可行性進行如下幾個方面的闡述。

1 壓縮天然氣輸配技術簡介

壓縮天燃氣(CNG)輸配技術,是利用壓縮天然氣汽車加氣、儲運技術,同城市燃氣調壓、儲配技術相結合的產物。它充分利用了壓縮天然氣汽車成熟的加壓工藝,經減壓輸送到城市燃氣管網,供給不同燃氣用戶使用。壓縮天然氣輸配技術由四個下藝部分組成;

1.1 加壓工藝

利用多級壓縮機將天然氣由0.3～1兆帕加壓到20-25兆帕,壓入儲氣瓶組儲存。天然氣在加壓以前必需經過脫油、深度脫水處理(露點達到-60℃)。

1.2 儲運工藝

將壓縮天然氣瓶組通過汽車、船舶運輸到使川地。目前剛于此輸送過程的壓縮天然氣瓶組主要有兩種形式,管束式、集裝箱型。單體運送能力為2800～5000標準立方米。

1.3 減壓輸送

將瓶組內的壓縮天然氣由20-25兆帕減樂到0.2～1.0兆帕,輸送到城市管網系統。在此過程中,由于壓縮天然氣減壓過程是一個絕熱膨脹過程,因此需要伴熱系統提供熱源。

1.4 減壓工藝流程

減壓輸送工藝是壓縮天然氣輸配技術的核心部分,根據用戶使用壓力、儲氣裝置的不同需要,減壓工藝略有不同。

2 燃氣長輸管線建設的制約條件

天然氣長輸管線是輸送天然氣的主要手段,但是長輸管線的建設受以下幾個方面的限止。

2.1 用氣量限止

[文獻1]指出,天然氣管道與用氣量的關系如下:

Y=2810.21X+74641

式中:Y=燃氣管道長度(km)

X=年燃氣用量(109m3)

由于長輸管線的長度與用氣量存在正比關系,當用氣量沒有達到設計規模時,經濟效益較差。目前我國天然氣產業的利潤率較低,在達不到設計用氣量時,很難保證投資的有效回收。

2.2 地形復雜,施工技術裝備要求高

長輸管線經常穿越復雜地形,如過河、沿橋鋪設、穿越高等級公路等等。這些工程項目需要的技術裝備先進,工程人員素質高。因此造成工程成本高,施工難度大,工期難以保證。

2.3 管線維護費用大

為保證輸氣正常運行,保證輸氣管線、設備的完好率,長輸管線需要專業人員日常維護和定期維修。按照我國的現行下程成本,天然氣長輸管線的年維護費約占管線投資的5～8%。維護費隨管線使用時間的不斷延長,逐漸加大。

2.4 長輸管線建設受用戶分布的限制

如第一點所述,天然氣長輸管線的鋪設,適合剛氣量大、用戶集中的地區。但是由于我國幅員遼闊,城市分散,人口密度相差很大,村鎮分布更加散亂。因此天然氣管線的建設初期必然以大中型城市為主,對于廣大的農村用戶,只能做為遠期發展用戶。目前我國農村正在開展‘撤村并鎮工程,長輸管線對于實現農村電氣化建設,現實意義并不明顯。

3 壓縮天然氣技術可以作為天然氣長輸管線的有效補充手段

3.1 壓縮天然氣的主要服務對象

壓縮天然氣的主要服務對象是用氣量小、距離長輸管線遠、分布比較分散的用戶。如前所述,用氣量是制約長輸管線鋪設的主要因素,由于壓縮天然氣具有供氣靈活,組合隨意的特點,可以滿足剛氣量小的用戶需要。根據目前我國天然氣價格情況,考慮用戶可承受能力,壓縮天然氣的供氣規模可以在500～20000立方米/日范圍內任意調整。

3.2 壓縮天然氣的有效輸送范圍

由于壓縮天然氣輸送方式是采用汽車(或船)為運輸工具,運輸距離直接影響壓縮天然氣供氣的經濟效益和安全性。壓縮天然氣的有效輸送范圍(R),主要受用氣量(Q)、加氣站位置(S)、*作時間(T)的制約。約束關系如下式所示

R=1/SmQnTk

式中:m、n、k為修正指數(技術因素指數),考慮壓縮天然氣儲存量、設備特性、道路狀況、人員技術水平等因素的影響。

同時經濟性條件對有效輸送范圍同樣有制約性,考慮工程投資的可比性(與長輸管線的投資比較)、運營成本的可比性(與長輸管線的管輸費比較)、銷售價格的可比性(液化石油氣價格、用戶承受能力)。壓縮天然氣的有效輸送范圍在150公里左右。與長輸管線比較,壓縮天然氣建設成本小

從工程建設成本分析,壓縮天然氣的建設成本約為900元/m3(包括加氣站、儲運瓶組、減壓供氣設備)。日用氣量小于10000立方米,管線超過30公里,采用長輸管線在經濟上是不合適的。以日用氣量10000立方米計算,壓縮天然氣建設投資為900萬元。同等規模長輸管線的建設費用按40萬元/公里計算,可以鋪設長輸管線22.5公里。仍以長輸管線的建設費用按40萬元/公里計算,150公里長輸管線的建設費用為6000萬元,以此投資可以提供壓縮天然氣6.7萬立方米/日。即長輸管線的日輸氣能力必需超過70000立方米,建設投資上才能與壓縮天然氣持平。

4 壓縮天然氣供氣需要解決的問題

4.1 規范標準

壓縮天然氣供氣工藝,作為城市氣源沒有相關的設計、施工標準。目前國內已有的燃氣規范(城市燃氣設計規范GB 50028-93、汽車用燃氣加氣站技術規范CJJ 84-2000)均沒有涉及相關內容。因此,在建設壓縮天然氣供氣站時,只能參照液化石油氣氣化站、混氣站、瓶組站標準執行。以此標準建設防火間距較大,小區開發商難于提供合適的站場用地。

筆者認為,完善壓縮天然氣供氣站設計、施工規范是當務之急。根據壓縮天然氣的物化特性、熱力燃燒特性,壓縮天然氣的危險性不高于液化石油氣。將壓縮天然氣供氣站與汽車用壓縮天然氣加氣站相比,供氣站*作的危險性不高于加氣站(除減壓設施外,供氣站設備與加氣站設備相同)。參照美國壓縮天然氣加氣站標準,加氣站可以建在住宅區內。

對于供氣站儲氣使用的瓶組應有明確的界定(屬于瓶組、儲罐、其他)。

規范需明確瓶組儲氣設備的制造標準、聯接標準、裝卸標準、驗收標準。

4.2 用戶選擇

壓縮天然氣可以滿足大多數燃氣用戶的需要。最為理想用戶是民用戶(不含燃氣采暖);用氣量不大的工業用戶(日用氣量小于20000立方米)。燃氣采暖用戶應慎重考慮。

壓縮天然氣的單站供氣規模受供氣范圍、運營成本、銷售價格的影響。對于民用戶由于用氣量小,冬夏兩季用氣量相差不大,適合壓縮天然氣供氣特點。對于工業用戶用氣量大,但十分穩定,小時流量均衡,也利于壓縮天然氣供氣。

4.3 氣價政策

壓縮天然氣多數是在管網氣基礎上,凈化處理后加壓供應。因此,其成本高于管網氣。因此,制定銷售價格時,壓縮天然氣的供氣價格應同液化石油氣價格相比較,這樣有利于用戶接受。

綜上所述,壓縮天然氣供氣技術可以滿足用氣量小、距離主管網遠、地形復雜的用戶。因此,壓縮天然氣供氣技術作為長輸管線的補充手段是可行的。

參考文獻

[1]李猷嘉.燃氣管道長度與用氣量關系的分析研究《城市煤氣》2001/2(VOL.312).