城市天然氣儲氣調峰方式及其安全評價

雷蕾　賈軍　高國旺

摘要：運用城市天然氣供應的儲存與調峰的相關理論，對我國城市天然氣儲存調峰的主要方式進行分析與研究，并對比評價各種儲氣調峰方式的優勢和劣勢、安全性及經濟性等，提出了城市天然氣調峰方式的選取原則。最后，分析了西安市天然氣用氣現狀和調峰方式，并針對西安城市天然氣用氣量增加和不均衡性，提出了儲氣和調峰實施措施的建議。

關鍵詞：城市天然氣 儲氣 調峰方式 評價

天然氣正在成為越來越多城市能源消費的主體，在城市天然氣供應過程中一個無法回避的問題是日用氣的不均衡性和由于季節氣溫的變化引起的季節性用氣不均衡性，使得城市用氣在每月、每日均會出現用氣高峰和低谷，如西安冬夏用氣量的峰谷差可達5-8倍。為了解決城市用氣的不均衡性，天然氣供應量調峰是滿足城市合理供氣不可避免的。所以，天然氣調峰方式和技術是城市天然氣發展的熱點問題，研究人員提出了各種天然氣儲存和調峰方式（）。本文將對各種調峰方式的工作原理、安全性和經濟性等進行綜合分析和評價，從而為城市天然氣供應的儲存和調峰的合理選擇提供參考。

1. 城市天然氣調峰方式及其工作原理

為了有效的促進城市天然氣的均衡使用，使燃氣用戶以夠得到足夠流量和正常壓力的燃氣供給，必須要采取有效的調峰手段促進燃氣輸配系統的供需平衡。城市天然氣調峰儲氣的方式主要有：（1）高壓儲氣罐調峰；（2）高壓儲氣管束調峰；（3） 液化天然氣調峰；（4） 地下儲氣庫調峰。研究這些調峰方法的特點及運行規律對選擇合理調峰有著指導意義。

1.1 高壓儲氣罐調峰

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罐，在用氣低谷時，把多余的天然氣充入儲氣球罐儲存起來，到用氣高峰時，又將其中儲存的天然氣釋放出來以彌補供氣量的不足。高壓儲氣罐一般采用圓筒形和球形兩種結構，其中球形儲氣罐正向大型化的方向發展，國外出現了直徑為47.3 m、容積為5.55 萬m3 的大型球罐。常規高壓儲氣球罐工作流程已應用多年（見圖1），如位于西安南郊儲備廠的四個儲氣球罐于2000年11月投入使用。此結構存在一個問題是：由于儲氣球罐的壓力最多只能降低至出站管網壓力，從而導致儲存在儲罐內的殘余天然氣不能夠被全部釋放出來。為了克服上述問題，姜小敏等【3】提出一種應用超音速射流器配套高壓儲氣球罐協同進行天然氣調峰的新技術，可大大提高儲氣球罐的調峰能力，其工作流程如圖2所示，其工作原理是：在調峰過程中，首先走常規流程（紅色），待儲氣球罐壓力下降至接近出站管網壓力時，使用超音速射流器流程（綠色）。利用長輸管線末端的高壓天然氣作為動力源，通過超音速射流器產生的引射作用抽吸儲氣球罐內的低壓殘余天然氣提升其壓力后再輸入下游管網。從而使儲氣球罐的壓力降低至低于出站管網壓力的水平，儲氣球罐利用率得以大大提高。

1.2 管道儲氣調峰

管道儲氣有兩種方式：管道末端儲氣和高壓管道儲氣。管道末段是指從最后一個壓氣站的出口到城市配氣站之間的管段，由于管道末段儲氣量受到限制，所以該方法一般只能用于短期調峰。高壓管道儲氣能承受更高的壓力，對管內所儲存的天然氣施以高壓，利用氣體的可壓縮性使儲氣量大大增加。高壓管道儲氣形式上分為兩種：一是為繞城高壓環網進行儲氣，通過形成對城市的包圍，既可以進行儲氣，又可以向城市供應天然氣，有效地優化供氣工程；另一種是門站內的管束儲氣，通常由若干組管道組成一定的管束。實際應用過程中，管徑、壁厚、長度可靈活設計。

高壓儲氣管束調峰優勢明顯，但其占地面積巨大，對于用地緊張的城市而言，是不容忽視的問題。

2. 幾種城市天然氣調峰方式對比和選取原則

通過研究上述幾種儲氣調峰的方法，對比各種方法的優缺點、安全性能和適用場合等。

（1）城市儲氣方式與城市所處的地域、供氣能力、城市規模、用戶的數量及結構等因素息息相關，需要綜合規劃，統籌考慮，因地制宜。如西安供氣源主要是陜北氣田，同時還與西氣東輸管線并網，保證了供氣量；而上海，城市規模大，用氣量大，但上海區域內無氣源，僅依靠西氣東輸管道供氣，這樣就必須在儲氣方面做充分的考慮。

（2）為解決城市燃氣調峰問題，可從供氣和用氣兩方面來考慮。供氣方面可采取調整產氣井數、增加氣源、調整長輸管道運行方案、建立儲氣庫等；用氣方面可采取建設儲氣罐、建設調峰廠、利用可切換多種燃料的大型工業企業用戶作為緩沖用戶等。

（3）由于城市用戶用氣量受多種因素影響變化較大，如城市用氣都存在著季節、月、日的用氣的高峰或低谷，為此，必須建立一套行之有效的調度或調度聯系體系，以加強氣量的及時調配工作。否則，將有可能影響正常的供氣生產。

總之，隨著經濟的迅猛發展和環保意識的提高，城市天然氣用戶不斷增加，以及城市用氣的不均衡性，使得城市天然氣儲存與調峰對城市發展至關重要。而城市天然氣的儲氣和調峰必須結合城市自身情況，合理規劃，制定安全可靠的方式，滿足城市用氣需求。

3、西安市儲存和調峰實施方式建議

西安市作為我國西北重要的城市，正在朝著國際化大都市的目標快速發展，城市規模不斷擴大，天然氣用戶呈階梯形增長。筆者將對當前西安市天然氣儲氣和調峰方式現狀分析的基礎上，提出西安市天然氣儲氣調峰的實施方式建議。

西安南郊儲備廠4個10000立方米的球罐于2000年11月交付使用。球罐由法國CMP公司按照CODAP-95標準設計并壓制球殼板，球罐可抗8度地震標準設計，設計壓力1.05MPa。當時在建時處于城市規劃邊緣，城市發展沒有現在期望的這么大，所以西安市天然氣用氣、儲氣都基本滿足要求。但隨著城市的發展，西安市用氣量戶和用氣量迅猛增長，據最新的統計，西安市天然氣居民用戶已達200萬，日最大用氣量預計1100萬立方米，預計全年的天然氣使用量將突破16億立方米；西安市的用氣季節性用氣極不均衡，冬季供暖期用氣量占到全年的60%以上，日均用氣是平常的4倍以上。為了滿足日益增加的用氣量，保證高峰用氣安全，西安秦華天然氣公司（西安市居民用氣的經銷商）在用氣高峰前都會對設備進行全面大修、維護保養。特別是2015年先后完成張家堡、儲配廠等6座高中壓調壓站的擴容建設，使每小時過氣量增加了10萬立方米，一天的過氣量提高200多萬立方米，能滿足今年日均增100萬立方米用氣量的預測。同時，對8處主要中壓管網瓶頸區域進行優化改造，連接了15處斷點，均衡區域供氣壓力，增強供氣可靠性。

總的來說，西安市的天然氣氣源充足，季節性用氣極不均衡。從城市發展角度看，城市用氣的安全和不均衡性是城市天然氣當前急需解決的問題，必須盡早規劃。為此，筆者在充分調研和分析的基礎上，對西安市天然氣用氣安全，合理調整用氣的不協調性方面，建議從以下幾點采取措施：

第一， 陜北氣田在安全的前提下盡可能的提高產量，盡可能的保障西安供氣，

同時作為西氣東輸主干線上的城市，也可通過天然氣儲備設施，如地下儲氣庫、儲氣罐等，將天然氣儲存起來，用作調峰儲備。

第二， 預測城市發展和用戶規模，在現有的南郊儲備廠的四個高壓圓形儲罐的

基礎上，設計更大的儲氣罐或高壓管道儲氣設備，提高調峰能力，保證西安市天然氣用氣安全。

第三， 積極利用經濟杠桿，制定合理價格調整方案，如冬季燃氣價格提高，可

借鑒美國的冬季氣價為夏季氣價的3倍實施；另外，在不影響正常的生產、生活情況下，通過對季度、月以及日等時間段的峰值進行有效的調節，協調用氣的不協調性，使城市天然氣資源得以合理有效的利用，促進城市建設的和諧順利發展。