城市管理模式的探索实践<br/>——以天然气调峰为例

城市管理模式的探索实践
——以天然气调峰为例

2018-11-06赵征远杜建平

陕西青年职业学院学报 2018年3期

赵征远杜建平

(陕西液化天然气投资发展有限公司杨凌 712100)

一、项目背景

陕西液化天然气投资发展有限公司投资建设的杨凌液化天然气(LNG)应急储备调峰项目是我省“气化陕西”工程重要组成部分。项目采用国际先进的技术工艺，主低温换热器、MR压缩机、BOG压缩机等核心设备由美国、日本等业内国际著名公司提供，是目前国内采用引进技术单线生产能力最大的LNG项目，也是我国第一个以应急调峰储备为目的的大型LNG调峰工厂。目前项目总的液化处理能力为200万Nm3/d，调峰处理能力900万Nm3/d，年应急储备调峰能力6亿方，可大力缓解陕西省冬季用气紧张问题，形成与全省天然气市场和管网相适应的LNG应急调峰系统，促进天然气上游资源、中游管道、下游用户的紧密衔接，对陕西能源结构调整、改善大气环境、大幅降低有害物质排放和减少雾霾天气，提高全省天然气供应保障能力发挥十分重要的作用，对保证天然气的安全平稳供应及提高天然气在一次能源中的利用率，推动区域经济协调和可持续发展具有深远意义。

2017年冬季，受多重因素影响,整个采暖期北方资源供应缺口近50亿立方米。受上游资源供应不足、下游城市燃气企业储气调峰设施建设滞后和持续严寒天气等因素影响，全省天然气供应经历了史上最严峻的考验。经测算，2017年冬季采暖期下游天然气需求总量较去年同期实际用气量增长23.44%，达到34.31亿立方米，而上游气源供给总量仅为25.76亿立方米，缺口总量达到8.55亿立方米，做好全省天然气供给保障工作面临着前所未有的巨大压力和挑战。

为充分做好全省冬季高峰期天然气供给保障工作，为三秦父老过一个“暖冬”保驾护航，在省委、省政府的正确领导下，在省发展改革委、省国资委的组织协调以及中国石油、延长石油集团等上游气源单位的支持下，陕西液化天然气投资发展有限公司不忘初心、主动担当，充分发挥燃气企业冬季用气保障排头兵和生力军作用，未雨绸缪，提早行动，在进入冬季采暖期的四个月前，就对2017年冬季全省天然气供给保障工作进行了系统部署，在资源争取落实、生产作业项目实施、提升保障能力建设、完善运行管理机制等方面进行了全面详细的安排，拿出了过硬的应对措施。

在冬季天然气保供战中，陕西液化天然气投资发展有限公司按照“保民生、保公用、保重点”的原则，内外统筹、综合施策，一是采取全力以赴争取资源、提前储备LNG调峰供气、走村入户“访民问暖”等措施，加强缺口资源争取和落实，高价补充应急调峰资源，宣传倡导节约用气，联系上下游协同作战；二是严格执行“36524”安全生产带班值班制度，建立天然气供给保障日报和周例会制度，强化科学调度和协作管理；三是认真开展2017年秋季设施设备安全隐患排查整治，科学调整运行工艺，有效提升了设备设施性能；四是党政工团齐心协力，广大职工坚守岗位、奋战一线、连续作战，寒冬大干121天，基本确保了我省天然气平稳供应，圆满完成了2017年冬季用气保障任务，彰显了陕西液化天然气投资发展有限公司的社会责任和使命担当。

城市一年中不同的月份，每月中不同的日期、每日中不同的小时的供气量都有较大变化。为满足供气平衡，适应不同时间段用气量的变化，就必须进行调峰。过去各城市都有一定数量的调度气源和容量足够的储罐解决调峰问题，自成体系。而天然气的供气则是由上游(气井)、中游(长输管道)及下游(用户)组成的，由于它们分属不同公司，由不同部门管辖，所以天然气的凋峰需要整个供气系统统一研究并协调解决。

根据国外天然气供气的经验，季节和月份的不均匀性通常是通过建设地下储气库来解决[1,2]，平衡日、时的用气不均匀性则通过高压输气管网的末端储气来解决。地下储气库除在满足季节和月份调峰的同时，当距离城市较近时，也可以用作调峰来平衡日和小时不均匀性。建立容量足够的地下储气库并发挥高压长输管道的储气能力，是保证不间断安全供气的有效措施。

《城镇燃气设计规范》(2002年版)中5.1.3A及5.1.4条规定如下：“采用天然气做气源时，平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性，应由气源方(即供气方)统筹调度解决。采用天然气做气源时，平衡小时的用气不均匀所需调度气量宜由供气方解决，不足时由城镇燃气输配系统解决。”由天然气上中游为主来解决下游所需的供气调峄，从整个供气系统来讲，是经济、合理的，这样可以避免城市各自相应建设各种调峰设施，既费时又不经济。

二、研究目的

2017年-2018年冬季天然气用气高峰期间，杨凌调峰项目配合全省输气管网，针对城市燃气用户进行调峰输配，极大的缓解了全省主要城市居民用气的紧张局面，为全国调峰供给工作提供了可参考实例。本文详细阐述了杨凌项目冬季调峰供给管理模式，对冬季天然气调峰特点做了深入分析，最终针对冬季天然气调峰供给管理模式提出了基础模型。

三、基本概念

1.城市天然气季节调峰量

城市用气量是随季节、生活时段变化而变化的，同时它还与城市的人均生活水平等有着密切联系。为了满足供气平衡，适应不同时期的消耗量，首先必须对用气量进行大致的预测。

季节调峰是指将季节性供大于求时的余气量储存起来，并将该储存量作为补充量，在季节性供不应求时使用，以达到总的供需平衡。季节调峰储气容积系数A的计算公式为:

A=0.5∑(Ki-Kj)100%

式中Ki、Kj分别为大于1、小于1的月不均匀系数。

2.城市天然气调峰要求

3.天然气调峰方式

(1)储气球罐调峰

天然气输配系统常用的调峰方式是建造一些大型高压储气球罐，在用气低谷时，把多余的天然气充入储气球罐储存起来，到用气高峰时，又将其中储存的天然气释放出来以弥补供气量的不足。天然气地面储存一般采用金属储气球罐，其工作流程如图1所示。其储气量可按下式进行计算:

式中Q为储气球罐储气量，m3；V0为储气球罐容积，m3；T0为标态下的温度，K；P1储气球罐压力，MPa；Z1为P1下的压缩因子；P2为输气管道压力，MPa；Z2为P2下的压缩因子。

图1 常规高压储气球罐工作流程图

(2)高压储气管束调峰

高压管道储气能承受更高的压力，对管内所储存的天然气施以高压，利用气体的可压缩性使储气量大大增加。高压管道储气方式一般有两种：一种是在城市周围人口密度较小的地段设置绕城高压环网进行储气，其既可以用作储气，又能向城市多点供气，优化供气工况。另一种为门站内的管束储气，它是由若干组管道组成管束，管道直径从DN400～DN1500不等，管道长度从几十米到数百米不等。虽然高压储气管束调峰优势明显，但其占地面积巨大，这对于用地紧张的城市而言，是不容忽视的问题。

高压储气管束的储气能力可按下式进行计算:

式中V为高压储气管束储气量，m3；Vc为高压储气管束容积，m3；T为工况下的温度，K；p3为高压储气管束操作压力，MPa；Z3为p3下的压缩因子；p4为输气管道压力，MPa；Z4为p4下的压缩因子;p0为标态下的压力，MPa。

图2 改进后的高压储气球罐工作流程图

(3)液化天然气调峰

液化天然气(LNG)是将天然气经过净化处理(脱水、脱重烃、脱酸性气体)后，采用节流、膨胀或外加冷源制冷工艺，在常压和-160℃条件下使其变成液态，液化后的天然气体积缩小了上百倍。经计算，采用LNG调峰与井口采气压力为5 MPa的地下储气库相比，单位容积储气比为10倍；与建1 MPa的地面储气球罐相比，单位容积的储气比为63倍。

LNG不受天然气气源和管网的限制，可弥补管道天然气的局限。

图3 LNG工业化流程图

LNG调峰的工厂有两种形式可供选择，一种是将工厂建在距城市供气点不远的地方，直接和城市供气管网相连，到冬春季需要调峰时，将LNG气化以后及时输送到需要调峰的用户；另一种是“卫星型”的储备厂，这种储备厂可根据城市管网的覆盖面积和用户的分布状况，在适当的地方分散建设。

四、实例分析

2017年11月15日-2018年3月15日冬季天然气用气高峰，陕西省全省下游需求总量33.75亿方，日均需求2798万方，同比增长15%，日最高用气需求超过3365万方，较上季采暖期日最高2770万方增长21%。供需缺口总量4.5亿方，日均缺口506万方，日最大缺口已达748万方。

杨凌液化天然气应急储备调峰项目依托其调峰LNG工厂生产以及外购LNG，通过气化装置输送天然气进入省供气管网，实现调峰气的及时供应。在冬供期间，该项目累计调峰供气5571万方，同比增加1447万方，增幅35%,日最大调峰供气300万方。

1.调峰LNG采购

杨凌液化天然气应急储备调峰项目LNG生产能力为1300吨/天，LNG储备能力2.4万吨，天然气调峰储备能力3600万方，理论上满负荷生产19天即可实现满库存LNG储备。2017年冬季由于上游气源限制、天气提早降温等因素影响，天然气调峰储备量严重不足，唯有依靠外购LNG补充所需资源。同时，在调峰过程中，为保证调峰供气不间断，也需要继续外购LNG进行补充。外购LNG大致有三种来源：①管道天然气制LNG；②煤层气制LNG；③海外LNG。从外购到货及时性、销售价格等方面综合考虑考虑：煤层气LNG工厂产量普遍较小，无法满足城市天然气调峰需求；海外LNG港口接收站距离陕西较远，货运距离较长，不能保证及时送达；因此LNG采购以管道天然气制LNG为主。

图4 各液源LNG采购比例

2.LNG气化

杨凌液化天然气应急储备调峰项目LNG气化装置采用浸没燃烧式气化器，可满足最大900万方/日的气化调峰量。浸没燃烧式气化器属燃料加热型气化器，它以燃料燃烧产生的烟气为热源，由于烟气与水直接接触，加热水的同时激烈地搅动水，热水再与管内LNG进行热交换，大大提高了传热效率。浸没燃烧式气化器的热效率在98%左右，可快速启动，能对负荷的突然变化作出反应，适用于紧急情况或者调峰用气。它的特点是整体投资和安装费用很低，占地面积小，操作灵活。

浸没燃烧式气化器的结构是换热管束浸泡在池水中，下部与LNG总管焊接，上部与NG总管焊接，LNG下进上出。工作时燃料气体和空气按比例混合均匀后进入燃烧器内充分燃烧，产生的高温烟气经分配管上的小孔喷射到池水中，烟气进入池水形成大量气泡，迅速上升加热并剧烈搅动池水，有效地加热管束中的LNG使之气化。其工作原理如图5所示。

图5 浸没燃烧式气化器工作原理图

3.调峰气输送

杨凌液化天然气应急储备调峰项目调峰气气化出口直接接入全省天然气输配管网，利用全省主管网进行调峰气的疏导，且由于全省管网管容较大，也可在一定程度上利用管容进行调峰气的调配，做到均匀平稳供应，最大限度的满足各城市的调峰需求。如表1所示，城市调峰需求量每日都有所变化，但调峰项目每日只需进行稳定供应，通过管存进行多时段调峰需求的有效调配，最终完成调峰任务。