2010年天然氣技術(shù)Vol4，No.4第4卷.第4期Natural Gas TechnologyAug:2010文章編號(hào):1673- -9035(2010)04- -0046- 04城市天然氣調(diào)峰方式分析高強(qiáng)生袁英(中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦南充燃?xì)夤?，四川南?37000)摘要城市管道天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)直接關(guān)系到市民的正常生活。城市用氣由于其月、日、小時(shí)用氣量的不均衡性，以及用氣需求的快速增長(zhǎng)，使天然氣調(diào)峰問題日益突出。對(duì)天然氣主要調(diào)峰方法如儲(chǔ)氣球罐調(diào)峰、高壓儲(chǔ)氣管束調(diào)峰、液化天然氣調(diào)峰、地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰、氣田上游調(diào)峰的工作原理、特點(diǎn)與工藝計(jì)算進(jìn)行了分析，指出了每種調(diào)峰方式的適用條件與場(chǎng)合。關(guān)鍵詞城市天然氣 調(diào)峰方式調(diào)峰量?jī)?chǔ)氣球罐中圖分類號(hào): TE72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A周六和周日休息，商業(yè)用戶及飲食業(yè)周末用氣量增0引言加。因此，根據(jù)月、周用氣量來確定儲(chǔ)氣量更為合由居民生活引起的城市日用氣的不均衡性和在-年中由于季節(jié)氣溫的變化引起的年用氣的不均衡1.2季節(jié)調(diào)峰量的確定性使得用氣在每月、每日均會(huì)出現(xiàn)高峰和低谷，如北京冬夏季用氣量的峰谷差可達(dá)6倍之多，天然氣調(diào)季節(jié)調(diào)峰是指將季節(jié)性供大于求時(shí)的余氣量?jī)?chǔ)峰正是針對(duì)這一問題提出的。保障天然氣居民用氣存起來，并將該儲(chǔ)存量作為補(bǔ)充量，在季節(jié)性供不和企業(yè)用氣顯得十分緊迫，但國(guó)內(nèi)還沒有一套較為應(yīng)求時(shí)使用，以達(dá)到總的供需平衡。季節(jié)調(diào)峰儲(chǔ)氣科學(xué)的理論體系和相應(yīng)的分析方法對(duì)現(xiàn)有調(diào)峰方式容積系數(shù)A的計(jì)算公式為:進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析。因此，筆者擬研究各種調(diào)峰A= 0.52(K- K)100%(1)方式的原理，并對(duì)其安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析以指出其適用的條件與場(chǎng)合。式中K、K分別為大于1、小于1的月不均勻系數(shù)。1調(diào)峰 量的確定1.3事故調(diào)峰城市用氣量"是隨季節(jié)、生活時(shí)段變化而變化天然氣由上游向下游供氣時(shí)，因管道、設(shè)備損的，同時(shí)它還與城市的人均生活水平等有著密切聯(lián)壞以及不可抗力的因素而引起的非正常停氣，都將系。為了滿足供氣平衡，適應(yīng)不同時(shí)期的消耗量,直接影響下游的供氣可靠性，因此，必須考慮氣源首先必須對(duì)用氣量進(jìn)行大致的預(yù)測(cè)。的事故調(diào)峰。1.1日、 時(shí)調(diào)峰量的確定2調(diào)峰方法由于城市居民的生活習(xí)慣，商業(yè)和- -般工業(yè)企為了保證向用戶不間斷地供氣，必須考慮供、業(yè)用戶的用氣規(guī)律以周為周期的變化更為明顯，絕用氣的不平衡問題。因此，有必要研究目前各種調(diào)大多數(shù)居民用戶和一.般工業(yè)用戶周一至周五工作，峰 方式的特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律。收稿日期: 2010-05-24修訂日期: 2010-06-24中本文受四川省科技攻 關(guān)計(jì)劃(中俄合作)項(xiàng)目(編號(hào): 05G0021-021 )資助.作者簡(jiǎn)介:高強(qiáng)生(1963-)， 工程師，從事天然氣管道設(shè)計(jì)工作。E-mail: wein808 1@ 163.com46 /Natural Gas Technology總第22期天然氣技術(shù).輸送與儲(chǔ)存2010年2.1儲(chǔ)氣球罐調(diào)峰高壓儲(chǔ)氣球罐天然氣輸配系統(tǒng)常用的調(diào)峰方式是建造一些大型高壓儲(chǔ)氣球罐，在用氣低谷時(shí)，把多余的天然氣充人儲(chǔ)氣球罐儲(chǔ)存起來，到用氣高峰時(shí)，又將其中超音速射流器儲(chǔ)存的天然氣釋放出來以彌補(bǔ)供氣量的不足。天然進(jìn)氣管道出氣管道.調(diào)壓器氣地面儲(chǔ)存一一 般采用金屬儲(chǔ)氣球罐，其工作流程如圖2改進(jìn)后的高壓儲(chǔ)氣球罐 工作流程圖圖I所示。其儲(chǔ)氣量可按下式進(jìn)行計(jì)算:Q=10330(Z -會(huì))量大大增加。高壓管道儲(chǔ)氣方式一般有兩種:一.種是在城市式中Q為儲(chǔ)氣球罐儲(chǔ)氣量，m; V.為儲(chǔ)氣球罐容積，周圍人口密度較小的地段設(shè)置繞城高壓環(huán)網(wǎng)進(jìn)行儲(chǔ)m'; T。為標(biāo)態(tài)下的溫度，K; p.為儲(chǔ)氣球罐壓力，氣，其既可以用作儲(chǔ)氣，又能向城市多點(diǎn)供氣，優(yōu)MPa; Z為pr下的壓縮因子; pr 為輸氣管道壓力，化供氣工況。另一種為門站內(nèi)的管束儲(chǔ)氣，它是由MPa; Z為p2下的壓縮因子。若干組管道組成管束，管道直徑從DN400 ~ DN1500不等，管道長(zhǎng)度從幾十米到數(shù)百米不等。雖然高壓儲(chǔ)氣管束調(diào)峰優(yōu)勢(shì)明顯，但其占地面積巨大，這對(duì)調(diào)壓器于用地緊張的城市而言，是不容忽視的問題。高壓儲(chǔ)氣管束的儲(chǔ)氣能力可按下式進(jìn)行計(jì)算:圖1 常規(guī)高壓儲(chǔ)氣球罐工作流程圖常規(guī)高壓儲(chǔ)氣球罐工作流程已應(yīng)用多年，但其p.TZ,- z?問題在于:儲(chǔ)氣球罐的壓力最多只能降低至出站管式中V為高壓儲(chǔ)氣管束儲(chǔ)氣量，m'; V.為高壓儲(chǔ)氣管網(wǎng)壓力，儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐內(nèi)的殘余天然氣不能夠被全部束容積，m'; T為工況下的溫度，K ; ps為高壓儲(chǔ)氣釋放出來，因而儲(chǔ)氣球罐的利用率不高。而為了滿管束操作壓力，MPa; Z為ps下的壓縮因子; p為輸足調(diào)峰需求，只得投巨資建造更多的高壓儲(chǔ)氣球氣管道壓力，MPa; Z為p:下的壓縮因子; p。為標(biāo)態(tài)罐，這樣使得總體投資成倍增長(zhǎng)。針對(duì)該問題，經(jīng)下的壓力，MPac過計(jì)算分析和試驗(yàn)研究，有學(xué)者網(wǎng)提出一種應(yīng)用超高壓儲(chǔ)氣管道壁厚設(shè)計(jì)可按下式進(jìn)行計(jì)算:音速射流器配套高壓儲(chǔ)氣球罐協(xié)同進(jìn)行天然氣調(diào)峰δ =_pD_+C(4)的新技術(shù)，它可大大提高儲(chǔ)氣球罐的調(diào)峰能力，其δ= 28, FφK工作流程如圖2所示。它的工作原理主要是:在圖1式中δ為高壓儲(chǔ)氣管道設(shè)計(jì)璧厚，mm; δ，為管材最所示的流程中接入一組超音速射流器裝置。在調(diào)峰低屈服強(qiáng)度，MPa; p為設(shè)計(jì)壓力，MPa; D為管道過程中，首先走常規(guī)流程(紅色),待儲(chǔ)氣球罐壓力外徑，mm; F為設(shè)計(jì)因素，取0.6;為縱向焊縫系下降至接近出站管網(wǎng)壓力時(shí)，使用超音速射流器流數(shù)，雙面埋弧焊取0.85; K為溫度系數(shù); C為腐蝕余程(綠色)。利用長(zhǎng)輸管線末端的高壓天然氣作為動(dòng)量。力源，通過超音速射流器產(chǎn)生的引射作用抽吸儲(chǔ)氣2.3 液化天然氣調(diào)峰球罐內(nèi)的低壓殘余天然氣提升其壓力后再輸入下游管網(wǎng)。這樣可以使儲(chǔ)氣球罐的壓力降低至低于出站液化天然氣(LNG)是將天然氣經(jīng)過凈化處理(脫管網(wǎng)壓力的水平，儲(chǔ)氣球罐利用率得以大大提高。水、脫重?zé)N、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流、膨脹或外加冷源制冷工藝，在常壓和-1609C條件下使其變成2.2 高壓儲(chǔ)氣管束調(diào)峰液態(tài)，液化后的天然氣體積縮小了上百倍甲。經(jīng)計(jì)高壓管道儲(chǔ)氣能承受更高的壓力，對(duì)管內(nèi)所儲(chǔ)算，采用LNG調(diào)峰與井口采氣壓力為5MPa的地下存的天然氣施以高壓，利用氣體的可壓縮性使儲(chǔ)氣儲(chǔ) 氣庫(kù)相比，單位容積儲(chǔ)氣比為10倍;與建1 MPa天然氣技術(shù)/ 47第4卷高強(qiáng)生，等:城市天然氣調(diào)峰方式分析第3期的地面儲(chǔ)氣球罐相比，單位容積的儲(chǔ)氣比為63倍。C干網(wǎng)米氣] -城市燃?xì)夤芫W(wǎng)]一L.NG不受天然氣氣源和管網(wǎng)的限制，可彌補(bǔ)管L [壓縮機(jī)組]道天然氣的局限，其工業(yè)化流程如圖3所示。C脫水礦場(chǎng)氣海外LNG勢(shì)高壓儲(chǔ)氣井群一空預(yù)處理LNG船C 調(diào)壓裝置CNG汽車調(diào)峰液化站LnG接收站[城市燃?xì)夤芫W(wǎng)]LNG存儲(chǔ)圖4地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣調(diào)峰流程圖氣化式中HCPV為儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容，m'; Q、Q2為狀態(tài)1、2下的氣藏氣體體積，m'; p，為標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa; T.為L(zhǎng)管道標(biāo)準(zhǔn)溫度，K; ps、 po為狀態(tài)1、2下的氣藏壓力，[終端用戶MPa; T為氣藏溫度，K; 2、Z。為狀態(tài)1、2下的氣.藏氣體壓縮系數(shù)。圖3 LNC工業(yè)化流程圖地下儲(chǔ)氣具有以下特點(diǎn):①高壓、高庫(kù)容，在LNG調(diào)峰的工廠有兩種形式可供選擇，- -種是冬季用氣高峰期，特別是在氣溫陡然降低引起用氣將工廠建在距城市供氣點(diǎn)不遠(yuǎn)的地方，直接和城市量突變時(shí)，儲(chǔ)氣庫(kù)可以發(fā)揮巨大的調(diào)峰作用;②若供氣管網(wǎng)相連，到冬春季需要調(diào)峰時(shí)，將LNG氣化氣田、長(zhǎng)輸管道上游發(fā)生突發(fā)性事故無法正常工作以后及時(shí)輸送到需要調(diào)峰的用戶;另-種是“衛(wèi)星時(shí)，儲(chǔ)氣庫(kù)能保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)供氣;③投資成本型”的儲(chǔ)備廠，這種儲(chǔ)備廠可根據(jù)城市管網(wǎng)的覆蓋低，據(jù)國(guó)外資料顯示，在相同調(diào)峰氣量的條件下，面積和用戶的分布狀況，在適當(dāng)?shù)牡胤椒稚⒔ㄔO(shè)。提高氣田產(chǎn)量、提高輸氣能力、建造LNG庫(kù)等的投資要比建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)高5~ 10倍。2.4地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)規(guī)?？砂茨旯饬康?0% ~地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰是在用氣低谷期時(shí)把“富余”20 %考慮。在高壓輸氣干線的附近(半徑小于200氣儲(chǔ)存起來，在高峰期采出，從而保證氣田的均衡km)建設(shè)足夠容量的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，是解決城市燃?xì)庹{(diào)生產(chǎn)。在城市天然氣用氣量低于輸氣系統(tǒng)供氣量的峰問題的有效手段。情況下，利用壓縮機(jī)將富余的天然氣加壓，并通過地下儲(chǔ)氣庫(kù)以其庫(kù)容大、安全等優(yōu)勢(shì)在供氣調(diào)燃?xì)夥峙湎到y(tǒng)將其儲(chǔ)存在高壓地下儲(chǔ)氣井中。反之峰中發(fā)揮著重要作用，但也存在一-些不足": ①對(duì)則將地下儲(chǔ)氣井中儲(chǔ)存的高壓天然氣采出來，降壓庫(kù)址選擇要求苛刻。除要求庫(kù)址距主要用戶近(- -般后進(jìn)人城市燃?xì)庀到y(tǒng)管網(wǎng)中，以此來平衡和穩(wěn)定供不超過150 km)或離長(zhǎng)輸氣管線較近外，無論是枯竭氣量與城市天然氣高峰用氣量的差額。地下儲(chǔ)氣井油氣藏型、 地下含水層型還是巖穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù),儲(chǔ)氣調(diào)峰流程如圖4所示。對(duì)地質(zhì)條件要求都很苛刻。②儲(chǔ)氣工藝流程復(fù)雜。儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容是幫助生產(chǎn)技術(shù)人員分析、判斷儲(chǔ)平時(shí)要把天然氣壓縮注人地下，需要時(shí)再開采出.氣庫(kù)工作狀態(tài)的重要參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用下來，這需要采取比采氣工程更為復(fù)雜的注采操作。式進(jìn)行計(jì)算:③對(duì)氣質(zhì)有影響。凈化了的天然氣經(jīng)地下儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)HCPV :p.Tr(Q1 -Q2)(5)存后再開采出來，氣質(zhì)發(fā)生了變化，如含水量增加等。因而從儲(chǔ)氣庫(kù)中采出的天然氣要經(jīng)過脫水處理T(會(huì)一名)后才能供給用戶。48 /Natural Cas Technology總第22期天然氣技術(shù).輸送與儲(chǔ)存2010年使穩(wěn)產(chǎn)期縮短和最終采收率降低，從而影響氣田開2.5 氣田上游調(diào)峰發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。另外，當(dāng)長(zhǎng)輸管道輸氣量達(dá)到氣田上游調(diào)峰即是通過提高氣田單井產(chǎn)量來滿設(shè)計(jì)能力時(shí)，提高氣田產(chǎn)量也無濟(jì)于事。足用戶用氣的不均衡性。如果利用上游調(diào)峰，- - 般3幾種城市天然氣調(diào)峰方式對(duì)比氣田可在短時(shí)間內(nèi)增大單井生產(chǎn)壓差來提高產(chǎn)量。但我國(guó)目前低滲、低產(chǎn)的底水氣田較多，增大井底筆者在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上對(duì)幾種主要的調(diào)峰方生產(chǎn)壓差會(huì)導(dǎo)致氣藏能量過快地消耗或造成水淹,式做了對(duì)比，如表1所示。表l幾種調(diào)峰方式對(duì)比表調(diào)峰方式儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)優(yōu)勢(shì)書勢(shì)投資/元.m'適用場(chǎng)合儲(chǔ)氣球罐氣態(tài)、常溫、制造簡(jiǎn)單儲(chǔ)存量小、占地面積200~ 300城市片區(qū)晝夜與日用氣不中高壓大、安全性欠佳均衡儲(chǔ)存量小、壓力調(diào)節(jié)范高壓儲(chǔ)氣管束氣態(tài)、常溫、高壓制造簡(jiǎn)單圍小100~ 200投資大、占地面積大、沿海有港口、天然氣資源LNG液態(tài)、低溫、常壓?jiǎn)挝蝗莘e儲(chǔ)存量大40~ 50流程復(fù)雜匱乏的城市地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣態(tài)、 高壓、儲(chǔ)存量大，占地面積地質(zhì)結(jié)構(gòu)要求苛刻、建04~ 58季節(jié)性不均衡中高溫小，安全可靠設(shè)周期長(zhǎng)氣和高壓儲(chǔ)氣球罐儲(chǔ)氣相結(jié)合的方式，在沿海城市4結(jié)論也可采用LNG調(diào)峰站的方式調(diào)峰。1)城市天然氣調(diào)峰是一項(xiàng)投資巨大的系統(tǒng)工參考文獻(xiàn)程，在保證其安全性的同時(shí)又需要考慮投資和效[1]商麗艷，潘振斌，周玉.輸氣管道干線末段儲(chǔ)氣調(diào)峰研率。對(duì)于用氣量較大的城市，單靠- - 種方法很難應(yīng)究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2007, 27(7): 27-28.付，須采用多種調(diào)峰方式相結(jié)合的方法來確保城市[2]姜小敏，王財(cái)友，錢尚源天然氣引射調(diào)峰新技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2004, 24(6): 26-28.2)在高壓輸氣干線的附近建設(shè)足夠容量的地下[3]楊帆，陳保東，姜文全，等液化天然氣技術(shù)在調(diào)峰領(lǐng)域的應(yīng)用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2006， 25(10): 26- -28.儲(chǔ)氣庫(kù)是解決城市燃?xì)庹{(diào)峰問題的有效手段。3)城市燃?xì)庑r(shí)調(diào)峰主要采取高壓儲(chǔ)氣管束儲(chǔ)[4]任繼善，解決城市天然氣調(diào)峰的快捷途徑[J].當(dāng)代石油石化，2005, 13(7): 38-40.(編輯:盧櫟羽)2010年上半年我國(guó)天然氣供需平穩(wěn)據(jù)發(fā)改委公布的資料，2010年上半年，我國(guó)天然氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，進(jìn)口大幅增加，資源供應(yīng)和保障能力進(jìn)一步增強(qiáng)，消費(fèi)增長(zhǎng)勢(shì)頭明顯。各地天然氣供需平穩(wěn)，運(yùn)行基本正常。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2010年上半年我國(guó)累計(jì)生產(chǎn)天然氣459.3x 10*m'，同比增長(zhǎng)10.8%;天然氣進(jìn)口大幅增加，1-6月我國(guó)累計(jì)進(jìn)口中亞天然氣17x10*m', LNG 408x10*t,進(jìn)口總量同比增加1.6倍;消費(fèi)增勢(shì)明顯，自2月份以來，隨著氣溫回升，單月用氣量雖然逐步回落，但與2009年同期相比，增幅明顯，上半年天然氣消費(fèi)量同比增長(zhǎng)22.1%。(信息來源:中國(guó)石油網(wǎng))天然氣技術(shù)/ 49