城市天然氣采用高壓管道調峰儲氣的應用

郭李平

(山西省呂梁市東義集團煤氣化有限公司，山西呂梁 033000)

呂梁市為山西省的能源富集地區之一，市域內不僅有豐富的煤礦資源，煤層氣資源也相當豐富。呂梁市的柳林、臨縣、興縣全部是省內近十年煤層氣開發的重點勘探開發區。同時，西氣東輸的臨縣—柳林—臨汾天然氣管線，榆林—濟南天然氣管線也經過呂梁市，呂梁市利用天然氣(煤層氣)作為城市燃氣氣源的條件得天獨厚。城市天然氣居民用氣安全、資源的合理利用以及節約能源都非常重要。在城市供氣系統運行過程中，做好市政天然氣管道的調峰工作，從大局上確定科學合理的供氣系統布局，對于城市的發展和正常運行意義非凡。

1 調峰方案與儲存

城市燃氣用量是不斷變化的，特別是民用和公共建筑用氣量，每月、每日、每時都在變化，高峰和低谷相差懸殊。而天然氣的供應卻相對穩定，不可能完全按照城市用氣量的變化而同步變化。為了解決這一供需矛盾，一般采用以下幾種調峰方案:

1)調整氣源的生產能力或設置機動氣源。

2)設立緩沖用戶。

3)發揮調度作用。

4)利用儲氣設施［1］。

一般而言，解決季節調峰由上游主管道來實現，可以利用大型工業企業及鍋爐房作為燃氣供應系統的緩沖用戶，也可以通過調整大型工業企業的作息時間，計劃調配用氣。但完全靠氣源和用戶的調度和調節，還不可能完全解決供用氣之間的矛盾，所以還需設置調峰儲氣設施。

呂梁城市用氣包括居民生活用氣、公建用氣、工業用氣、汽車加氣用氣、鍋爐用氣、未預見用氣。鍋爐用氣為季節性用氣，由上游天然氣主管道調節;工業用氣、汽車加氣用氣因其用量較穩定，季節變化差異不大，不考慮調峰;因此，僅考慮生活、公建用氣及未預見用氣量之和的調峰。呂梁市的天然氣調峰方案的儲氣方式、儲氣量均以此為基礎確定。

2 儲氣設施的選擇

2.1 燃氣的儲存方式與設施

燃氣的儲存方式與設施一般有:地下儲氣設施，液態儲存，管道儲氣，儲氣罐儲氣。我國部分省市有采用地下儲氣的方式，但是該方式對地質情況要求較高。采用地下儲氣調節日不均勻性或小時不均勻性是不經濟的。天然氣的管道儲氣一般有長輸管線末端儲氣、高壓管道儲氣、管束儲氣、儲氣罐儲氣及液化天然氣等方式。對于呂梁市比較可行的只有高壓管道儲氣、管束儲氣以及儲氣罐儲氣，高壓管道和儲氣罐儲氣則技術比較成熟，而管束儲氣在國內應用較少。

1)高壓管道儲氣調峰。

高壓管道儲氣實際上是一種高壓管式儲氣罐，它利用氣體在高壓狀態下的可壓縮性來儲存氣體。

高壓管道儲氣方式一般有兩種，一種是高壓管束儲氣，高壓管束儲氣是將一組或幾組直徑較小、長度較長的鋼管按照一定間距排列，埋在地下或架在地上，利用氣體可壓縮性進行儲氣，本規劃不推薦;另一種為利用長輸管線末端儲氣或繞城高壓環網儲氣，其優點是既可用于儲氣，又可向城市多點供氣;缺點是高壓管道兩側與建構物的安全距離要求高，為此對高壓管道選線、拆遷、運輸、穿越及生產安全管理等方面的要求均較高［2］。

2)高壓球罐儲氣調峰。

隨著我國石油、天然氣工業的發展，天然氣作為城市燃氣氣源日漸增多，在城市燃氣中所占的比重不斷增大，高壓球罐成為我國城市燃氣儲存高峰的主要方式，廣泛應用于城市天然氣工程中。特別是近幾年，隨著天然氣事業的發展，球罐制造和安裝的技術水平提高很快，其儲存壓力一般在0.8 MPa～1.5 MPa。對于氣壓力較高的天然氣進罐無需加壓，不需壓縮機等動力設施［3］。

近年來，我國已有多城市采用高壓球罐儲存城市燃氣，并成功地建造了最大容積為10 000 m3的球罐，通過對引進球罐的施工，積累了一定的施工安裝經驗，因此在國內建造大型高壓球形儲氣罐在技術上是成熟的。

另外，高壓球罐還具備有儲氣量大、便于集中管理等優點;缺點是施工較復雜，消防要求高，存在金屬耗量和投資比較大的問題，而且運行管理較為繁瑣，安全隱患較大。

3)高壓管道+高壓球罐儲氣調峰。

該方案采用高壓管道與高壓球罐相結合的方式，近期儲氣量較少主要以管道儲氣為主，遠期隨著儲氣量的增加可采用在管道儲氣的同時增加球罐儲氣。

2.2 其他因素

呂梁市實際供氣系統中，共有三個氣源，分別為榆濟線天然氣、臨臨線天然氣和臨離線天然氣，其中榆濟線天然氣為現狀氣源。

從經營單位看，榆濟線歸山西國化能源有限公司所有、臨臨線天然氣歸山西燃氣產業集團有限公司所有、臨離線歸臨縣國新公司所有。前兩者主要服從省內天然氣總體調配，在天然氣供應上可能存在因高峰用氣緊張時，不能滿負荷供應或停止供應的狀況，而且呂梁市燃氣公司與氣源公司協調困難，氣源在特殊情況下難以保障。2012年冬出現因上游管道檢修，導致三天無法供氣的情況。臨離線所屬公司為呂梁市的燃氣公司，在協調用氣、商業合作方面條件便利，且該線天然氣價格比其他兩氣源天然氣的價格低0.2元。由此確定了呂梁市采用榆濟線、臨離線為主要供氣氣源的格局。

2.3 措施選擇

從提高城市供氣保障率來看，兩氣源相連無疑大大增加了氣源的保證率，既能使兩氣源之間相互連通、互相保證，又可以利用高壓管道儲氣，實現調峰作用。同時在高壓管線中段，還可以根據需要設預留口，方便城市建設過程中根據需要直接接用高壓天然氣。高壓外環管線在正常情況和特殊情況下，均發揮巨大的作用。

因此確定呂梁市城市天然氣，調峰儲存方式采用城市高壓外環儲氣的方式。

3 調峰氣量

為平衡城市燃氣輸配過程中的用氣高、低峰，經濟合理的建設調峰設施，還需對調峰氣量進行科學的預測，確定調峰氣量。一般情況下，儲氣設施可以解決時調峰問題。

1)時調峰儲氣量系數的確定。

采用天然氣作氣源，平衡城鎮燃氣逐月、逐日的用氣不均勻性應由供氣方統籌調配解決。按照現行山西省天然氣供氣方案，季節調峰和日調峰由省級管網承擔。

平衡城鎮燃氣逐小時的用氣不均勻性可利用氣源單位長輸高壓輸氣干管的儲氣條件，在允許調度幅度和安排的條件下給予適當解決。

本規劃只考慮小時調峰的不足部分，其中工業用氣為專線供氣，工業用戶主要以三班制為主，用氣基本是均勻的。汽車加氣所用CNG是由母站經槽車運至各加氣站，未經城市燃氣管網系統。因此儲氣量考慮工業用戶和汽車加氣以外的其他用戶的用氣調峰，根據各類用戶用氣比例，參照山西省其他城市確定儲氣系數近期為20%，遠期為30%(見表1)。

表1 小時調峰儲氣量

2)時調峰儲氣量的確定。

調峰儲氣量Q的計算公式如下:Q=K×QY。

其中，K為儲氣系數，%;QY為計算月平均日用氣量，萬m3。

4 結語

綜合以上各種儲氣方式的優缺點，結合呂梁市實際，本規劃推薦采用高壓管道儲氣的方案。能使兩個氣源連通，在出現一個氣源不能供氣狀態下，繼續保證城市供氣的正常運行。布線時還應確保長期安全運行［4］。

根據呂梁市遠期儲氣量的需要，規劃在城市北側建設一條高壓管線，使榆濟線門站氣源和臨離線門站氣源相連，使城市主干管形成環狀。高壓管線設計工作壓力2.5 MPa，管徑為DN400，總長度約45 km，儲氣量可達13.5萬m3。

呂梁市憑借其豐富的能源礦產，迅速發展擴張，到2030年城市規劃人口將達到70萬人，天然氣普及率達到100%，天然氣的穩定供應對城市的正常運行非常重要。呂梁市天然氣系統建設應依照科學發展觀，堅持可持續性發展，使新能源的應用成為擺脫環境污染、建設資源節約型城市的新動力。

［1］ 詹淑慧，李德英.燃氣工程［J］.技術研究，2008(4):160-162.

［2］ 嚴銘卿，廉樂明.天然氣輸配工程［J］.輸配研究，2005(3):80-81.

［3］ 嚴銘卿.燃氣工程設計手冊［J］.基本知識，2009(7):127-128.

［4］ 鄧 淵.煤氣規劃設計手冊［J］.基本知識，1992(5):100-101.