城市燃气储气调峰方式的选择与分析
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的平均绝对压力 , kP a ; Z! 1 为相应 p ! 1 的压缩系数 ; Z 2 为相应 p 2 的压缩系数 ; T ! 0 为标准温度, T ! 0 = 293 K; T 为储气时的绝对温度 , K 。 1 . 4 高压管道储气 高压管道储气是利用本身需要 建设的各种输气 管线 , 在满足输气能力的同时 , 适当增加管径, 使其具 有一定的管道储气能力。 高压管道储气包括长输管线末 段储气和城市高 压管道储气。长 输管线末段储气是利用最后一座压 气站到终点配气站之间的长输管线进行储气; 城市高 压管道储气 是利用敷设在城市的高压城市管道进行 储气。长输管线末段储气只限于管道末段, 因此更多 的管道储气方式为城市外围高压 ( 或次高压 ) 管道储 气。高压管道储 气充分利用了长输管线末端压力较 高的特点 , 并且具 有管径小、 承压高的 特点。高压管 道储气节约了地下建设空间 , 同时由于利用了原有输 送管道已有的基础, 兼有输气和储气功能 , 用于储气 的耗钢量相应减少 , 具有较好的经济性。但高压管道 储气要视城市高压输气管网的敷设长度、 最高允许运 行压力等决定其储气能力。当城市高压管线的长度 有限、 压力不高时, 一般只能作为储气设施的补充 1 . 5 液化天然气储气 天然气液化储存采用低温常压的储存方法 , 将天 然气冷却至 - 162 ∀ 时就会液化 , 天然气的液态容积 为气态的 l /600。因此 , 在没有条件 建地下储气库进 行季节性调峰的地区 , 可设置 LNG 储存站。液化天然 气 ( LNG) 的生 产工艺 主要包 括净化、 液 化、 储 存、 运 输、 利用 5 部分 , 它涉及深冷超低温方面的许多新技 术、 新工艺、 新材料、 新设备, 是一项技术比较先进的 系统工程
3 3 3 [ 3]
。其储气量 可由式
( 2)
式中: Q 为储气量, m ; V0 为气罐的几何容积 , m ; p ! 1 为储气终了时的平均绝对压力 , kP a ; p 2 为储气开始时
56 2 储气调峰方式的比较
P ip elin e T echnique and Equ ipm ent 格见表 3 。
表 3的计算结果为 : 储气量最大值为 6 441 10 3 4 3 m , 储气量 最 小 值为 - 2 57 10 m , 储 气 容 积为 5 3 6 698 10 m , 储气系数为 0 205 。
表 3 2020 年储气容积计算
2009 年 第 6期
P ipe line T echn ique and Equipm ent
2009 No 6
城市燃气储气调峰方式的选择与分析
洪丽娜, 陈保东, 韩 莉 , 李庆杰 , 万书斌
113001 ) ( 辽宁石油化工大学 , 辽宁抚顺
摘要: 城市燃气用气有季节 、 月、 日及小时的不均衡性 , 根据国内某城市的预测数据分析, 随着该城 市用气量的增加 , 其所需调峰量也逐渐增加, 但调峰缺口率却越来越大。 为了解决这种供气与用气之 间的矛盾, 介绍了 5种城市储气调峰的方式及其特点, 包括水合物形式储气 ( NGH ) 、 地下储气库储气 、 储气罐储气 、 高压管道储气和液化天然气储气 。然后结合具体城市, 对 5 种储气方式经过技术经济等 比较后 , 最终得出了高压管道储气是该市最经济的储气调峰方式的结论 。 关键词 : 天然气; 调峰 ; 储气 中图分类号 : TE82 文献标识码 : A 文章编号 : 1004- 9614( 2009) 06- 0054- 04
0 引言 天然气储存调峰的意义在于: 它是调节供气不均 衡性的最有效手段, 可减轻季节性用量波动和昼夜用 气波动所带来的管理上和经济上的损害; 保证系统供 气的可靠性和连续性; 保证输供系统的正常运行, 提 高输气效率 , 降低输气成本。为了能够安全、 平稳、 可 靠地向用户供气, 就需要进行天然气储备, 即把用气 低峰时输气系统中富余的天然气储存在消费者附近, 在用气高峰时用以补充供 气量的不足或在输气系统 上发生故障时用以保证连续供气 1 储气调峰方式 1 . 1 水合物形式储气 ( NGH ) 天然气水合物能有效地调节季节 ( 冬、 夏 )、 月、 昼 夜用气的不均衡性, 满足市场的变化需求。夏季天然 气市场需求量低于管网供气量时 , 可将多余的天然气 以水合物形式储存起来 ; 冬季市场需求大于管网供气
[ 2]
来自百度文库
。
。
液化天然气的汽化设备有固定式和移动式两种。 液化天然气作为低温燃料 , 在汽化时需要吸收大量的 热量 , 可以采用空分、 低温粉碎、 冷库、 蓄冷装置等各 种工艺技术, 使 LNG 受热汽化, 然后通过管网向用户 供气。如果管网局部发生故障 , 可用槽车将 LNG 拉到 用户附近 , 用移动式汽化炉及时给用户供气。 采用天然气液化方法可以大大 提高天然气的储 存量 , 所以使用 LNG 是调节城市燃气季节高峰和事故 气源的手段之一。将大量天然气液化后储存于低温 储罐中 , 在用气高峰时将 LNG 汽化进行城市燃气调 峰。但是建设 LNG 低温储罐投资较大 , 而且 LNG 的 日常运行管理及维修费用较高。
。
与圆筒形储罐相 比, 球形储 罐具有受力好、 省钢 材、 占地 面积小、 投资 少等优点 , 在世 界各国应 用广 泛。国内外较广泛采用的球 罐容积为 3 000 ~ 10 000 m , 工作压力 为 1 0 MP a 左右 ( 2) 计算 : Q= V 0T ! p! p2 0 1 10 330T Z ! Z2 1
第 6期
洪丽娜等 : 城市燃气储气调峰方式的选择与分析
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日不均衡用气问题。通常有以下几种方式 : 枯竭油气 田藏、 地下含水层型储气、 地下盐穴储气和废弃煤矿 井型。枯竭油 气田藏 投资和 运行费 用低 , 建库 周期 短 , 是应用最广的储气库 ; 含水层储气库需要解决地 质流体力学方面的问题, 因此, 需经过多年研究后才 能建成 ; 盐穴储气具有构造完整、 夹层少、 厚度大、 物 性好、 结构坚实、 非渗透性好, 对液态和气态的碳氢物 质都可以完好地储存等优点, 是目前重点研究的一类 储气库
。
式中 : T 0, p 0, Z 0 分别为 甲烷水 合物初 始化分 解的温 度、 压力及压缩因子; T 1、 p 1、 Z 1 分别为分解反应终了 时的温度、 压力和 压缩因 子; Vgas表 示气相 体积 ; R = 8 314 c m
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MP a m o l
- 1
K
- 1 [ 1]
。
1 . 2 地下储气库储气 地下储气库主要解决季节不均 衡用气和一部分
收稿日期 : 2008 - 06- 13 收修改稿日期 : 2009- 09- 26
[ 1]
量时 , 根据需要将水合物分解成天然气 , 以补充所缺 气量 , 调节季节性峰谷差。可以应对临时性用气量增 加, 在短时间内即可满足用户的最大需求。水合物形 式储气可使 天然气生产系统的操作和输送管网的运 行不受市场消费高峰和消费淡季的影响, 有助于实现 均衡生产和输气, 充分利用输气设施 , 提高管网的利 用系数和效率 , 降 低成本。根据相关介 绍, 可使输气 荷载系数由 0 45 提高到 0 91 。 活性炭 /水 合物相互储运甲烷水合物中的甲烷气 体积 ( 换算成标准状态 )为 VCH 4 = p1 p0 Z 1T 1 Z 0T 0 Vgas R 22 400 ( 1)
Nov 2009
5
表 1 为天然气储气调峰方式的比较。
表 1 天然气储气调峰方式的比较
储气方式 水合物形式 地下储气库 高压球罐 高压管道 液化天然气 液态 气态 , 常温高压 气态 , 常温低压或高压 气态 , 常温中压或高压 液态 , 低温常压 天然气状态 主要调峰能力 季节、 月调峰 季节调峰 日、 小时调峰 小时调峰 季节调峰
[ 3] [ 5] [ 4]
。
确定燃气系统需要建设多大的地下储气库 , 最基本 的设计参数是储气库的设计储量, 即储气能力, 由注采 工作和垫层气组成。前者包括维持城市调峰所需的用 气量 ( 低于或高于输气管道供气量的份额 ) 和城市供气 管网系统突发事件应急储存气量 ( 约为补偿季节用气不 均衡性所需气量的 10 % 左右 )。垫层气用于确保储库 的最低压力, 使供气时能提供足够的输送速度。储气库 在调峰采出操作运行时, 气体是不能被抽出的。储气量 是时间和压力的函数, 需要根据市场用气负荷的特点、 供气可靠性和应急程度 , 预先作出预测, 以便选择大小 合适的储气构造 , 建造地下储气库。 1 . 3 储气罐储气 储气罐是地上储气的主 要设备。根 据储气压力 和结构 , 储气罐可分为低压罐和高压罐。低压罐分为 低压湿式罐和低压干式罐。湿式罐的结构是在水槽 内放置钟罩, 钟罩随着天然气的进出而升降, 并利用 水封防止罐内天然气逸出和外面的空气进入罐内 ; 干 式罐主要由圆柱形外筒、 沿外筒上下运动的活塞、 底 板及顶板组成。高压储气罐又称定容储气罐 , 其几何 容积固定, 它有圆筒形和球形两种。圆筒形储气罐是 由钢板制成的圆筒体和两端为蝶形、 半球形或椭圆形 封头构成的容器 ; 球形储气罐一般是在工厂压制成形 的球片 , 试组装后运到现场拼装焊接而成。由于低压 罐储气压力很低 , 因而逐渐被高压罐代替
Choice and Analysis of C ity Gas Storage Peak M odulation M ethods
HONG L i na , CH EN Bao dong , HAN L , i L I Q ing jie , WAN Shu b in
( L iaon ing Sh ihua Un iversity, Fushun 113001, Ch ina) Abstrac t : T he urban use of na tural gas has a non ba lanced characteristic o f season , m onth , day and hour . A ccording to the a nalysis o f som e predicted urban data concern ing a city , w ith an upgrad ing of urban g asification, its peak modu lation vo lume needs to be increased g radua lly. H ow ev er , the lack rate of peak shav ing is also g row ing , so , in order to so lve the contrad iction be t w een supp ly and de m and , th is paper introduces the characteristics o f five kinds of urban peak modu lation o f gas pipe line , inculding NGH, underground gas storage , storage , h igh pressure pipe line and LNG. T hen, in co m bina tion w ith the concre ted condition of the city , it also compares the sche m e for packing the gas p ipeline a m ong the fiv e types and dra w s a conclusion that the mo st feasib le sche m e for packing is high pressure p ipe line . K ey word s : natura l g as ; peak shav ing ; line pack ing
的平均绝对压力 , kP a ; Z! 1 为相应 p ! 1 的压缩系数 ; Z 2 为相应 p 2 的压缩系数 ; T ! 0 为标准温度, T ! 0 = 293 K; T 为储气时的绝对温度 , K 。 1 . 4 高压管道储气 高压管道储气是利用本身需要 建设的各种输气 管线 , 在满足输气能力的同时 , 适当增加管径, 使其具 有一定的管道储气能力。 高压管道储气包括长输管线末 段储气和城市高 压管道储气。长 输管线末段储气是利用最后一座压 气站到终点配气站之间的长输管线进行储气; 城市高 压管道储气 是利用敷设在城市的高压城市管道进行 储气。长输管线末段储气只限于管道末段, 因此更多 的管道储气方式为城市外围高压 ( 或次高压 ) 管道储 气。高压管道储 气充分利用了长输管线末端压力较 高的特点 , 并且具 有管径小、 承压高的 特点。高压管 道储气节约了地下建设空间 , 同时由于利用了原有输 送管道已有的基础, 兼有输气和储气功能 , 用于储气 的耗钢量相应减少 , 具有较好的经济性。但高压管道 储气要视城市高压输气管网的敷设长度、 最高允许运 行压力等决定其储气能力。当城市高压管线的长度 有限、 压力不高时, 一般只能作为储气设施的补充 1 . 5 液化天然气储气 天然气液化储存采用低温常压的储存方法 , 将天 然气冷却至 - 162 ∀ 时就会液化 , 天然气的液态容积 为气态的 l /600。因此 , 在没有条件 建地下储气库进 行季节性调峰的地区 , 可设置 LNG 储存站。液化天然 气 ( LNG) 的生 产工艺 主要包 括净化、 液 化、 储 存、 运 输、 利用 5 部分 , 它涉及深冷超低温方面的许多新技 术、 新工艺、 新材料、 新设备, 是一项技术比较先进的 系统工程
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。其储气量 可由式
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式中: Q 为储气量, m ; V0 为气罐的几何容积 , m ; p ! 1 为储气终了时的平均绝对压力 , kP a ; p 2 为储气开始时
56 2 储气调峰方式的比较
P ip elin e T echnique and Equ ipm ent 格见表 3 。
表 3的计算结果为 : 储气量最大值为 6 441 10 3 4 3 m , 储气量 最 小 值为 - 2 57 10 m , 储 气 容 积为 5 3 6 698 10 m , 储气系数为 0 205 。
表 3 2020 年储气容积计算
2009 年 第 6期
P ipe line T echn ique and Equipm ent
2009 No 6
城市燃气储气调峰方式的选择与分析
洪丽娜, 陈保东, 韩 莉 , 李庆杰 , 万书斌
113001 ) ( 辽宁石油化工大学 , 辽宁抚顺
摘要: 城市燃气用气有季节 、 月、 日及小时的不均衡性 , 根据国内某城市的预测数据分析, 随着该城 市用气量的增加 , 其所需调峰量也逐渐增加, 但调峰缺口率却越来越大。 为了解决这种供气与用气之 间的矛盾, 介绍了 5种城市储气调峰的方式及其特点, 包括水合物形式储气 ( NGH ) 、 地下储气库储气 、 储气罐储气 、 高压管道储气和液化天然气储气 。然后结合具体城市, 对 5 种储气方式经过技术经济等 比较后 , 最终得出了高压管道储气是该市最经济的储气调峰方式的结论 。 关键词 : 天然气; 调峰 ; 储气 中图分类号 : TE82 文献标识码 : A 文章编号 : 1004- 9614( 2009) 06- 0054- 04
0 引言 天然气储存调峰的意义在于: 它是调节供气不均 衡性的最有效手段, 可减轻季节性用量波动和昼夜用 气波动所带来的管理上和经济上的损害; 保证系统供 气的可靠性和连续性; 保证输供系统的正常运行, 提 高输气效率 , 降低输气成本。为了能够安全、 平稳、 可 靠地向用户供气, 就需要进行天然气储备, 即把用气 低峰时输气系统中富余的天然气储存在消费者附近, 在用气高峰时用以补充供 气量的不足或在输气系统 上发生故障时用以保证连续供气 1 储气调峰方式 1 . 1 水合物形式储气 ( NGH ) 天然气水合物能有效地调节季节 ( 冬、 夏 )、 月、 昼 夜用气的不均衡性, 满足市场的变化需求。夏季天然 气市场需求量低于管网供气量时 , 可将多余的天然气 以水合物形式储存起来 ; 冬季市场需求大于管网供气
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来自百度文库
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液化天然气的汽化设备有固定式和移动式两种。 液化天然气作为低温燃料 , 在汽化时需要吸收大量的 热量 , 可以采用空分、 低温粉碎、 冷库、 蓄冷装置等各 种工艺技术, 使 LNG 受热汽化, 然后通过管网向用户 供气。如果管网局部发生故障 , 可用槽车将 LNG 拉到 用户附近 , 用移动式汽化炉及时给用户供气。 采用天然气液化方法可以大大 提高天然气的储 存量 , 所以使用 LNG 是调节城市燃气季节高峰和事故 气源的手段之一。将大量天然气液化后储存于低温 储罐中 , 在用气高峰时将 LNG 汽化进行城市燃气调 峰。但是建设 LNG 低温储罐投资较大 , 而且 LNG 的 日常运行管理及维修费用较高。
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与圆筒形储罐相 比, 球形储 罐具有受力好、 省钢 材、 占地 面积小、 投资 少等优点 , 在世 界各国应 用广 泛。国内外较广泛采用的球 罐容积为 3 000 ~ 10 000 m , 工作压力 为 1 0 MP a 左右 ( 2) 计算 : Q= V 0T ! p! p2 0 1 10 330T Z ! Z2 1
第 6期
洪丽娜等 : 城市燃气储气调峰方式的选择与分析
55
日不均衡用气问题。通常有以下几种方式 : 枯竭油气 田藏、 地下含水层型储气、 地下盐穴储气和废弃煤矿 井型。枯竭油 气田藏 投资和 运行费 用低 , 建库 周期 短 , 是应用最广的储气库 ; 含水层储气库需要解决地 质流体力学方面的问题, 因此, 需经过多年研究后才 能建成 ; 盐穴储气具有构造完整、 夹层少、 厚度大、 物 性好、 结构坚实、 非渗透性好, 对液态和气态的碳氢物 质都可以完好地储存等优点, 是目前重点研究的一类 储气库
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式中 : T 0, p 0, Z 0 分别为 甲烷水 合物初 始化分 解的温 度、 压力及压缩因子; T 1、 p 1、 Z 1 分别为分解反应终了 时的温度、 压力和 压缩因 子; Vgas表 示气相 体积 ; R = 8 314 c m
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1 . 2 地下储气库储气 地下储气库主要解决季节不均 衡用气和一部分
收稿日期 : 2008 - 06- 13 收修改稿日期 : 2009- 09- 26
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量时 , 根据需要将水合物分解成天然气 , 以补充所缺 气量 , 调节季节性峰谷差。可以应对临时性用气量增 加, 在短时间内即可满足用户的最大需求。水合物形 式储气可使 天然气生产系统的操作和输送管网的运 行不受市场消费高峰和消费淡季的影响, 有助于实现 均衡生产和输气, 充分利用输气设施 , 提高管网的利 用系数和效率 , 降 低成本。根据相关介 绍, 可使输气 荷载系数由 0 45 提高到 0 91 。 活性炭 /水 合物相互储运甲烷水合物中的甲烷气 体积 ( 换算成标准状态 )为 VCH 4 = p1 p0 Z 1T 1 Z 0T 0 Vgas R 22 400 ( 1)
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表 1 为天然气储气调峰方式的比较。
表 1 天然气储气调峰方式的比较
储气方式 水合物形式 地下储气库 高压球罐 高压管道 液化天然气 液态 气态 , 常温高压 气态 , 常温低压或高压 气态 , 常温中压或高压 液态 , 低温常压 天然气状态 主要调峰能力 季节、 月调峰 季节调峰 日、 小时调峰 小时调峰 季节调峰
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确定燃气系统需要建设多大的地下储气库 , 最基本 的设计参数是储气库的设计储量, 即储气能力, 由注采 工作和垫层气组成。前者包括维持城市调峰所需的用 气量 ( 低于或高于输气管道供气量的份额 ) 和城市供气 管网系统突发事件应急储存气量 ( 约为补偿季节用气不 均衡性所需气量的 10 % 左右 )。垫层气用于确保储库 的最低压力, 使供气时能提供足够的输送速度。储气库 在调峰采出操作运行时, 气体是不能被抽出的。储气量 是时间和压力的函数, 需要根据市场用气负荷的特点、 供气可靠性和应急程度 , 预先作出预测, 以便选择大小 合适的储气构造 , 建造地下储气库。 1 . 3 储气罐储气 储气罐是地上储气的主 要设备。根 据储气压力 和结构 , 储气罐可分为低压罐和高压罐。低压罐分为 低压湿式罐和低压干式罐。湿式罐的结构是在水槽 内放置钟罩, 钟罩随着天然气的进出而升降, 并利用 水封防止罐内天然气逸出和外面的空气进入罐内 ; 干 式罐主要由圆柱形外筒、 沿外筒上下运动的活塞、 底 板及顶板组成。高压储气罐又称定容储气罐 , 其几何 容积固定, 它有圆筒形和球形两种。圆筒形储气罐是 由钢板制成的圆筒体和两端为蝶形、 半球形或椭圆形 封头构成的容器 ; 球形储气罐一般是在工厂压制成形 的球片 , 试组装后运到现场拼装焊接而成。由于低压 罐储气压力很低 , 因而逐渐被高压罐代替
Choice and Analysis of C ity Gas Storage Peak M odulation M ethods
HONG L i na , CH EN Bao dong , HAN L , i L I Q ing jie , WAN Shu b in
( L iaon ing Sh ihua Un iversity, Fushun 113001, Ch ina) Abstrac t : T he urban use of na tural gas has a non ba lanced characteristic o f season , m onth , day and hour . A ccording to the a nalysis o f som e predicted urban data concern ing a city , w ith an upgrad ing of urban g asification, its peak modu lation vo lume needs to be increased g radua lly. H ow ev er , the lack rate of peak shav ing is also g row ing , so , in order to so lve the contrad iction be t w een supp ly and de m and , th is paper introduces the characteristics o f five kinds of urban peak modu lation o f gas pipe line , inculding NGH, underground gas storage , storage , h igh pressure pipe line and LNG. T hen, in co m bina tion w ith the concre ted condition of the city , it also compares the sche m e for packing the gas p ipeline a m ong the fiv e types and dra w s a conclusion that the mo st feasib le sche m e for packing is high pressure p ipe line . K ey word s : natura l g as ; peak shav ing ; line pack ing