城市天然气采用高压管道调峰储气的应用

郭李平

(山西省吕梁市东义集团煤气化有限公司，山西吕梁 033000)

吕梁市为山西省的能源富集地区之一，市域内不仅有丰富的煤矿资源，煤层气资源也相当丰富。吕梁市的柳林、临县、兴县全部是省内近十年煤层气开发的重点勘探开发区。同时，西气东输的临县—柳林—临汾天然气管线，榆林—济南天然气管线也经过吕梁市，吕梁市利用天然气(煤层气)作为城市燃气气源的条件得天独厚。城市天然气居民用气安全、资源的合理利用以及节约能源都非常重要。在城市供气系统运行过程中，做好市政天然气管道的调峰工作，从大局上确定科学合理的供气系统布局，对于城市的发展和正常运行意义非凡。

1 调峰方案与储存

城市燃气用量是不断变化的，特别是民用和公共建筑用气量，每月、每日、每时都在变化，高峰和低谷相差悬殊。而天然气的供应却相对稳定，不可能完全按照城市用气量的变化而同步变化。为了解决这一供需矛盾，一般采用以下几种调峰方案:

1)调整气源的生产能力或设置机动气源。

2)设立缓冲用户。

3)发挥调度作用。

4)利用储气设施［1］。

一般而言，解决季节调峰由上游主管道来实现，可以利用大型工业企业及锅炉房作为燃气供应系统的缓冲用户，也可以通过调整大型工业企业的作息时间，计划调配用气。但完全靠气源和用户的调度和调节，还不可能完全解决供用气之间的矛盾，所以还需设置调峰储气设施。

吕梁城市用气包括居民生活用气、公建用气、工业用气、汽车加气用气、锅炉用气、未预见用气。锅炉用气为季节性用气，由上游天然气主管道调节;工业用气、汽车加气用气因其用量较稳定，季节变化差异不大，不考虑调峰;因此，仅考虑生活、公建用气及未预见用气量之和的调峰。吕梁市的天然气调峰方案的储气方式、储气量均以此为基础确定。

2 储气设施的选择

2.1 燃气的储存方式与设施

燃气的储存方式与设施一般有:地下储气设施，液态储存，管道储气，储气罐储气。我国部分省市有采用地下储气的方式，但是该方式对地质情况要求较高。采用地下储气调节日不均匀性或小时不均匀性是不经济的。天然气的管道储气一般有长输管线末端储气、高压管道储气、管束储气、储气罐储气及液化天然气等方式。对于吕梁市比较可行的只有高压管道储气、管束储气以及储气罐储气，高压管道和储气罐储气则技术比较成熟，而管束储气在国内应用较少。

1)高压管道储气调峰。

高压管道储气实际上是一种高压管式储气罐，它利用气体在高压状态下的可压缩性来储存气体。

高压管道储气方式一般有两种，一种是高压管束储气，高压管束储气是将一组或几组直径较小、长度较长的钢管按照一定间距排列，埋在地下或架在地上，利用气体可压缩性进行储气，本规划不推荐;另一种为利用长输管线末端储气或绕城高压环网储气，其优点是既可用于储气，又可向城市多点供气;缺点是高压管道两侧与建构物的安全距离要求高，为此对高压管道选线、拆迁、运输、穿越及生产安全管理等方面的要求均较高［2］。

2)高压球罐储气调峰。

随着我国石油、天然气工业的发展，天然气作为城市燃气气源日渐增多，在城市燃气中所占的比重不断增大，高压球罐成为我国城市燃气储存高峰的主要方式，广泛应用于城市天然气工程中。特别是近几年，随着天然气事业的发展，球罐制造和安装的技术水平提高很快，其储存压力一般在0.8 MPa～1.5 MPa。对于气压力较高的天然气进罐无需加压，不需压缩机等动力设施［3］。

近年来，我国已有多城市采用高压球罐储存城市燃气，并成功地建造了最大容积为10 000 m3的球罐，通过对引进球罐的施工，积累了一定的施工安装经验，因此在国内建造大型高压球形储气罐在技术上是成熟的。

另外，高压球罐还具备有储气量大、便于集中管理等优点;缺点是施工较复杂，消防要求高，存在金属耗量和投资比较大的问题，而且运行管理较为繁琐，安全隐患较大。

3)高压管道+高压球罐储气调峰。

该方案采用高压管道与高压球罐相结合的方式，近期储气量较少主要以管道储气为主，远期随着储气量的增加可采用在管道储气的同时增加球罐储气。

2.2 其他因素

吕梁市实际供气系统中，共有三个气源，分别为榆济线天然气、临临线天然气和临离线天然气，其中榆济线天然气为现状气源。

从经营单位看，榆济线归山西国化能源有限公司所有、临临线天然气归山西燃气产业集团有限公司所有、临离线归临县国新公司所有。前两者主要服从省内天然气总体调配，在天然气供应上可能存在因高峰用气紧张时，不能满负荷供应或停止供应的状况，而且吕梁市燃气公司与气源公司协调困难，气源在特殊情况下难以保障。2012年冬出现因上游管道检修，导致三天无法供气的情况。临离线所属公司为吕梁市的燃气公司，在协调用气、商业合作方面条件便利，且该线天然气价格比其他两气源天然气的价格低0.2元。由此确定了吕梁市采用榆济线、临离线为主要供气气源的格局。

2.3 措施选择

从提高城市供气保障率来看，两气源相连无疑大大增加了气源的保证率，既能使两气源之间相互连通、互相保证，又可以利用高压管道储气，实现调峰作用。同时在高压管线中段，还可以根据需要设预留口，方便城市建设过程中根据需要直接接用高压天然气。高压外环管线在正常情况和特殊情况下，均发挥巨大的作用。

因此确定吕梁市城市天然气，调峰储存方式采用城市高压外环储气的方式。

3 调峰气量

为平衡城市燃气输配过程中的用气高、低峰，经济合理的建设调峰设施，还需对调峰气量进行科学的预测，确定调峰气量。一般情况下，储气设施可以解决时调峰问题。

1)时调峰储气量系数的确定。

采用天然气作气源，平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性应由供气方统筹调配解决。按照现行山西省天然气供气方案，季节调峰和日调峰由省级管网承担。

平衡城镇燃气逐小时的用气不均匀性可利用气源单位长输高压输气干管的储气条件，在允许调度幅度和安排的条件下给予适当解决。

本规划只考虑小时调峰的不足部分，其中工业用气为专线供气，工业用户主要以三班制为主，用气基本是均匀的。汽车加气所用CNG是由母站经槽车运至各加气站，未经城市燃气管网系统。因此储气量考虑工业用户和汽车加气以外的其他用户的用气调峰，根据各类用户用气比例，参照山西省其他城市确定储气系数近期为20%，远期为30%(见表1)。

表1 小时调峰储气量

2)时调峰储气量的确定。

调峰储气量Q的计算公式如下:Q=K×QY。

其中，K为储气系数，%;QY为计算月平均日用气量，万m3。

4 结语

综合以上各种储气方式的优缺点，结合吕梁市实际，本规划推荐采用高压管道储气的方案。能使两个气源连通，在出现一个气源不能供气状态下，继续保证城市供气的正常运行。布线时还应确保长期安全运行［4］。

根据吕梁市远期储气量的需要，规划在城市北侧建设一条高压管线，使榆济线门站气源和临离线门站气源相连，使城市主干管形成环状。高压管线设计工作压力2.5 MPa，管径为DN400，总长度约45 km，储气量可达13.5万m3。

吕梁市凭借其丰富的能源矿产，迅速发展扩张，到2030年城市规划人口将达到70万人，天然气普及率达到100%，天然气的稳定供应对城市的正常运行非常重要。吕梁市天然气系统建设应依照科学发展观，坚持可持续性发展，使新能源的应用成为摆脱环境污染、建设资源节约型城市的新动力。

［1］ 詹淑慧，李德英.燃气工程［J］.技术研究，2008(4):160-162.

［2］ 严铭卿，廉乐明.天然气输配工程［J］.输配研究，2005(3):80-81.

［3］ 严铭卿.燃气工程设计手册［J］.基本知识，2009(7):127-128.

［4］ 邓 渊.煤气规划设计手册［J］.基本知识，1992(5):100-101.