城市天然气调峰方式分析

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调峰方法
为了保证向用户不间断地供气，必须考虑供、
用气的不平衡问题。因此，有必要研究目前各种调 峰方式的特点和运行规律。
收稿日期：2010-05-24 修订日期：2010-06-24 ∗本文受四川省科技攻关计划 （中俄合作） 项目 （编号：05GG021-021） 资助。 作者简介：高强生 （1963－） ，工程师，从事天然气管道设计工作。E-mail：weina8081@
LNG 调峰的工厂有两种形式可供选择，一种是
型”的储备厂，这种储备厂可根据城市管网的覆盖
km） 建设足够容量的地下储气库，是解决城市燃气调 地下储气库以其库容大、安全等优势在供气调 峰中发挥着重要作用，但也存在一些不足 [4]：① 对 库址选择要求苛刻。除要求库址距主要用户近 （一般 不超过 150 km） 或离长输气管线较近外，无论是枯竭

进气管道 超音速射流器 调压器 出气管道
图 2 改进后的高压储气球罐工作流程图
（2）
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
式中 HCPV 为储气库库容， m3； Q1、 Q2 为状态 1、 2 下的气藏气体体积，m3；ps 为标准压力，MPa ；Ts 为 标准温度， K； p5、 p6 为状态 1、 2 下的气藏压力， MPa；TR 为气藏温度，K；Z5、Z6 为状态 1、2 下的气 藏气体压缩系数。 地下储气具有以下特点：① 高压、高库容，在 冬季用气高峰期，特别是在气温陡然降低引起用气 量突变时，储气库可以发挥巨大的调峰作用；② 若 气田、长输管道上游发生突发性事故无法正常工作 时，储气库能保证长时间连续供气；③ 投资成本 低，据国外资料显示，在相同调峰气量的条件下， 提高气田产量、提高输气能力、建造 LNG 库等的投 资要比建造地下储气库高 5～10 倍。 20 % 考虑。在高压输气干线的附近 （半径小于 200 峰问题的有效手段。 我国储气库的建设规模可按年供气量的 10 % ～
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结论
1） 城市天然气调峰是一项投资巨大的系统工
气和高压储气球罐储气相结合的方式，在沿海城市 也可采用 LNG 调峰站的方式调峰。
参考文献
程，在保证其安全性的同时又需要考虑投资和效 率。对于用气量较大的城市，单靠一种方法很难应 付，须采用多种调峰方式相结合的方法来确保城市 用气。
［1］ 商丽艳，潘振斌，周玉. 输气管道干线末段储气调峰研 ［2］ 姜小敏，王财友，钱尚源. 天然气引射调峰新技术的研究 ［3］ 杨帆，陈保东，姜文全，等. 液化天然气技术在调峰领域 ［4］ 任继善. 解决城市天然气调峰的快捷途径 ［J］ . 当代石油 石化， 2005，13 （7） ：38-40. 的应用 ［J］ . 油气储运，2006，25 （10） ：26-28. 与应用 ［J］ . 天然气工业，2004，24 （6） ：26-28. 究 ［J］ . 油气储运， 2007，27 （7） ： 27-28.
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几种城市天然气调峰方式对比
笔者在充分调研的基础上对几种主要的调峰方
式做了对比，如表 1 所示。
表 1 几种调峰方式对比表 调峰方式 储气球罐 储运状态 气态、常温、 中高压 优势 制造简单 劣势 储存量小、占地面积 大、安全性欠佳 储存量小、压力调节范 围小
投资／元 · m-3 200～300 100～200 40～50 0.4～5.8
（3）
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 下的压力，MPa。 管束操作压力，MPa；Z3 为 p3 下的压缩因子；p4 为输 高压储气管道壁厚设计可按下式进行计算:

气管道压力，MPa；Z4 为 p4 下的压缩因子；po 为标态
使稳产期缩短和最终采收率降低，从而影响气田开 发的综合经济效益。另外，当长输管道输气量达到 设计能力时，提高气田产量也无济于事。
足用户用气的不均衡性。如果利用上游调峰，一般 气田可在短时间内增大单井生产压差来提高产量。 但我国目前低渗、低产的底水气田较多，增大井底 生产压差会导致气藏能量过快地消耗或造成水淹，
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式中 KI、KJ 分别为大于 1、小于 1 的月不均匀系数。 1.3 事故调峰
调峰量的确定
城市用气量 [1] 是随季节、生活时段变化而变化
天然气由上游向下游供气时，因管道、设备损 坏以及不可抗力的因素而引起的非正常停气，都将 直接影响下游的供气可靠性，因此，必须考虑气源 的事故调峰。
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。 1.1 日、时调峰量的确定 由于城市居民的生活习惯，商业和一般工业企 业用户的用气规律以周为周期的变化更为明显，绝 大多数居民用户和一般工业用户周一至周五工作，
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引言
由居民生活引起的城市日用气的不均衡性和在
周六和周日休息，商业用户及饮食业周末用气量增 加。因此，根据月、周用气量来确定储气量更为合 理。 1.2 季节调峰量的确定 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% （1）
第3期
的地面储气球罐相比，单位容积的储气比为 63 倍。 道天然气的局限，其工业化流程如图 3 所示。
矿场气 预处理 调峰液化站 LNG 存储 气化 海外 LNG LNG 船 LNG 接收站 LNG 存储 气化
LNG 不受天然气气源和管网的限制，可弥补管
干网来气
城市燃气管网
压缩机组 紧急放空 脱水 高压储气井群 调压装置 城市燃气管网 用户 图4 地下储气井储气调峰流程图 排污 CNG 汽车
一年中由于季节气温的变化引起的年用气的不均衡 性使得用气在每月、每日均会出现高峰和低谷，如 北京冬夏季用气量的峰谷差可达 6 倍之多，天然气调 峰正是针对这一问题提出的。保障天然气居民用气 和企业用气显得十分紧迫，但国内还没有一套较为 科学的理论体系和相应的分析方法对现有调峰方式 进行技术与经济分析。因此，笔者拟研究各种调峰 方式的原理，并对其安全性和经济性进行综合分析 以指出其适用的条件与场合。
城市管道天然气的稳定供应直接关系到市民的正常生活。城市用气由于其月、日、小时用气量的不
均衡性，以及用气需求的快速增长，使天然气调峰问题日益突出。对天然气主要调峰方法如储气球罐调峰、高压 储气管束调峰、液化天然气调峰、地下储气库调峰、气田上游调峰的工作原理、特点与工艺计算进行了分析，指 出了每种调峰方式的适用条件与场合。 关键词 城市天然气 调峰方式 调峰量 储气球罐 中图分类号：TE72 文献标识码：A
气库工作状态的重要参数。在实际生产中，采用下 式进行计算：
! " # $% ( * & ' ) +* & & ( + ' , ,
（5）
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总第 22 期
天然气技术 · 输送与储存
2010 年
2.5
气田上游调峰 气田上游调峰即是通过提高气田单井产量来满
（4）
式中 δ 为高压储气管道设计壁厚， mm； δ s 为管材最 低屈服强度， MPa； p 为设计压力， MPa； D 为管道 外径，mm；F 为设计因素，取 0.6； Φ为纵向焊缝系 量。 2.3 数，双面埋弧焊取 0.85；K 为温度系数；C 为腐蚀余 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
适用场合 城市片区昼夜与日用气不 均衡 城市片区昼夜与日用气不 均衡 沿海有港口、天然气资源 匮乏的城市 季节性不均衡
高压储气管束 气态、常温、高压 LNG 地下储气库
制造简单
液态、低温、常压 气态、高压、 中高温
单位容积储存量大
投资大、占地面积大、 流程复杂
储 存 量 大 ， 占 地 面 积 地质结构要求苛刻、建 小，安全可靠 设周期长
水、脱重烃、脱酸性气体） 后，采用节流、膨胀或外 液态，液化后的天然气体积缩小了上百倍 [3]。经计
加冷源制冷工艺，在常压和 -160℃条件下使其变成 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
天然气技术／ 47
第4卷
高强生，等：城市天然气调峰方式分析
管道 终端用户 图3 LNG 工业化流程图
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 面积和用户的分布状况，在适当的地方分散建设。 2.4 地下储气库调峰 地下储气库调峰是在用气低谷期时把“富余” 气储存起来，在高峰期采出，从而保证气田的均衡 生产。在城市天然气用气量低于输气系统供气量的 情况下，利用压缩机将富余的天然气加压，并通过 燃气分配系统将其储存在高压地下储气井中。反之 则将地下储气井中储存的高压天然气采出来，降压 后进入城市燃气系统管网中，以此来平衡和稳定供 气量与城市天然气高峰用气量的差额。地下储气井 储气调峰流程如图 4 所示。 储气库库容是帮助生产技术人员分析、判断储
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总第 22 期
天然气技术 · 输送与储存
2010 年
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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