城市天然气输配系统调峰储气方式的选择

所属栏目:城市规划论文 发布日期:2010-08-20 09:35 热度:

  摘要:对城市天然气调峰储气需求进行分析,比较了高压储气罐、高压管道和地下储气井三种天然气储存方式,提出了推荐方案。
  关键词:储气调峰;高压储气罐储气;高压管道储气;地下储气井储气
  
  1引言
  城市天然气输配系统中,各类用户的燃气需用量是不断变化的,用气工况是不均匀的,随月、日、时而变化。而一般情况下,由于受天然气长输管道输送能力的限制,天然气供应是相对均匀的,不可能完全按照用气量的变化而随时变化。这就造成了夏季供气过剩,冬季供气不足;白天用气高峰不能满足用户用气需求,夜间又用不出去。当城市采用天然气做气源时,平衡城市燃气逐月、逐日的用气不均匀性,主要由上游供气方统筹调度解决。但城市输配系统规划应能依靠天然气储存设施来解决平衡日、时的用气不均匀性。本文以郑州地区天然气输配系统规划为例,对储气调峰方式的选择进行探讨。
  2调峰储气需求与能力分析
  2.1调峰储气量预测
  根据郑州市燃气输配系统规划对中心城区用气量的预测,在近期(2010年)、中期(2015年)、远期(2020年)市区用气量如下表所示:

                             表1.jpg 
   城市燃气调峰与各类用户不同的用气规律有关系,根据郑州市计算月燃气消耗的周(2008年1月18日~2月24日)不均衡工况计算,现阶段的调峰量为23.9×104m3,占计算月平均日用气量的14.5%。在考虑现状计算储气系数的基础上,结合远期用户发展的规划,确定郑州市今后的储气系数为25%,即按计算月平均日用气量的25%预测所需调峰储气量,详见下表:

                             表2.jpg
    2.2储气设施能力分析
  (1)现有储气设施能力
  郑州市现有1座10万4Nm3低压干式储气柜;2座5万4Nm3低压干式储气柜;4座2000Nm3天然气高压球罐;2座1750m3液化天然气子母罐。由于液化天然气主要作为应急储备气源,不用做日常的调峰,因此可以用作日常调峰的三个储配站总储气量共计23×104Nm3。
  已建成西、南四环高压管道50公里,管径D508×9.5,设计压力3.3MPa。该管道同时肩负着输气和储气的功能,在保证现阶段输气能力的前提下,其起点压力不能低于1.0MPa,按管道正常运行压力为3.0MPa计算,实际最大储气能力约为16.5万Nm3,但在管网运行过程中,由于赵家庄门站的温降问题无法得到有效地解决,为避免冰堵、冻胀等对门站设备造成的危害,门站的出站压力通常保持在2.0MPa以上,在此情况下西、南四环高压管道的储气能力只能发挥出为9万Nm3。
  综上所述,目前郑州市燃气输配系统现有储气设施的可利用调峰储气量约为32万Nm3。
  (2)四环高压管道预计储气能力分析
  郑州市的四环高压管道规划建设113.2公里,计划于2012年以前建成。该高压环线既肩负着通过各调压站向中心城区供气的功能,又承担着储气的功能,因此在计算其储气能力的时候要以保证其输气能力为基础,确定高压管道的最低起点压力。
  按照四环高压管道正常工作压力3.0MPa,最低起点压力满足输气要求,计算四环高压管道的储气能力如下表所示:

                           表3.jpg

                         123.jpg
   由上表对比可知,如果新建的北四环、东四环四环高压管道仍采用与已建成管段一样的管径,在全线建设完成后郑州市全部储气设施(含现有储配站和四环高压管道)的储气量将不能满足2020年郑州市的调峰需求。必须采用新建储配站或扩大四环高压管道管径的方式来解决。
  3调峰储气方式的选择
  3.1天然气储存方式
  目前国内调节燃气输配系统日、时峰的方法主要有高压储气罐储存、高压管道储存、地下储气井储存等几种方式。
  (1)高压储气罐储气
  高压储气罐又称为定容储罐,其几何容积固定不变,而是靠改变其中燃气的压力储存燃气,是国内外较为普遍和常用的储气方式。
  优点:技术比较成熟,已被国内外众多天然气输配工程所证实。
  缺点:裸露地面,占地面积大;检测维护费用高(除锈、刷漆及年检);受自然环境(气温及日晒雨淋)和社会环境(突发事件及人为破坏)的影响;爆炸事故发生时,地面冲击波的辐射范围大、强度破坏力大;在规划选址时,还要受消防间距和风向影响的限制。
  (2)地下储气井储气
  将储气井、井口控制装置及配套管道连接即可组成小型地下储气库,它是根据配套管道所能承受的压力,利用压缩机将需储存的气体储存在储气井内。
  优点:占有土地量少;不受环境污染、不受人为影响;即使发生爆炸,其地层吸收其轰烈冲击和能量,在地面只有轻微感觉,不会造成大的损失和危害;运行稳定,维护量极少等优点。同时储气井储气还可以与加气母站合建,发挥给CNG汽车、槽车加气的功能。
  缺点:要利用压缩机将需储存的气体压入储气井,运行成本及能耗比较高。
  (3)高压管道储气
  利用气体的可压缩性建设高压管道进行存储,同时满足输气和储气的需要。
  该方式具有占有土地量少;不受环境污染、不受人为影响;即使发生爆炸,其地层吸收其轰烈冲击和能量,在地面只有轻微感觉,不会造成大的损失和危害;运行稳定,维护量极少等优点。同时几乎没有日常运行费用。
  3.2经济性分析
  (1)高压球罐
  目前国内高压球罐储气方式的建设成本约为220~230元/Nm3,根据前文的对比分析,在不对高压管道进行扩径的情况下,2020年储气量缺口约有38.86×104Nm3,储配站建设规模按40×104Nm3考虑,总投资约为8800~9200万元。
  (2)地下储气井
  根据《高压气地下储气井》SY/T6535-2002,高压储气井最大几何容积是10m3,其单井最大储气量约为2500m3,目前单井的主材及施工安装费用约为55万元。按照储气量缺口约有38.86×104Nm3考虑,需建设储气井156口,直接投资约为8580万元。
  (3)高压管道
  四环新建63.2公里高压管道全线按照4.0MPa设计,其材料及施工费用投资估算如下表:
                                表5.jpg  
  3.3储气方式的比较
  从技术上看,高压球罐占地面积大,地下储气井运行压力高,两种储气方式的自动化控制以及消防等辅助设施造价高,而且须定期检查,运行管理比较复杂。而高压管道储气不占地,无配套设施,运行管理简单方便,从技术上优于高压球罐和地下储气井储气方式。
  从投资来看,三种天然气储存方式的投资基本一致。但是高压管道只需人员常规巡检即可,而高压球罐和地下储气井的日常检查和运行维护费用较高
  经综合比较,推荐采用管道储气的方式解决调峰能力不足的问题,即扩大拟建高压管道的管径,管径选用D813×12.7可满足中、远期调峰储气量的需求。
  4结束语
  (1)调峰储气应进行多方案选择,在供气压力较高、管道较长的情况下,应优先考虑采用管道管道储气方案。
  (2)在天然气输配系统规划中,应根据各项条件进行综合比较,做到高压管道的参数确定不仅利于系统的优化,而且使储气的经济性进一步提高。
  
  
  

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