城市燃气储气调峰方式的选择与分析_洪丽娜

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] 。 1 储气调峰方式 1.1 水合物形式储气 (NGH)
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 [ 2] 。
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
2009 年 第 6期
Pipeline Technique and Equipment
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
(辽宁石油化工大学 , 辽宁抚顺 113001)
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
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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ChoiceandAnalysisofCityGasStoragePeakModulationMethods
HONGLi-na, CHENBao-dong, HANLi, LIQing-jie, WANShu-bin
(LiaoningShihuaUniversity, Fushun113001, China)
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 [ 2] 。
Abstract:Theurbanuseofnaturalgashasanon-balancedcharacteristicofseason, month, dayandhour.Accordingtotheanalysisofsomepredictedurbandataconcerningacity, withanupgradingofurbangasification, itspeakmodulationvolumeneeds tobeincreasedgradually.However, thelackrateofpeakshavingisalsogrowing, so, inordertosolvethecontradictionbetween supplyanddemand, thispaperintroducesthecharacteristicsoffivekindsofurbanpeakmodulationofgaspipeline, inculding NGH, undergroundgasstorage, storage, high-pressurepipelineandLNG.Then, incombinationwiththeconcretedconditionofthe city, italsocomparestheschemeforpackingthegaspipelineamongthefivetypesanddrawsaconclusionthatthemostfeasible schemeforpackingishigh-pressurepipeline. Keywords:naturalgas;peakshaving;linepacking
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] 。
一般最大提 取速率 约定为 日最 大流量 的 1/24。 文中主要对 2020年燃气小时调峰方案进行分析计算 。 3.1 该市 2020年储气容积的确定
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 m3 , 工作压力 为 1.0 MPa左右 [ 3] 。 其储气量 可由式
(2)计算 :
Q=10V03T3′00 T
p′1 Z′1
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
VCH4
=
p1 Z1 T1
-Zp0 0T0
×VRgas ×22 400
(1)
式中 :T0 , p0 , Z0 分别为 甲烷水 合物初 始化分 解的温
度 、压力及压缩因子 ;T1 、p1 、Z1 分别为分解反应终了
-Zp22
(2)
式中 :Q为储气量 , m3 ;V0 为气罐的几何容积 , m3 ;p′1
为储气终了时的平均绝对压力 , kPa;p2 为储气开始时
的平均绝对压力 , kPa;Z′1 为相应 p′1 的压缩系数 ;Z2 为相应 p2 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[ 4] 。 1.4 高压管道储气
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
PipelineTechniqueandEquipment
Nov.2009
2 储气调峰方式的比较 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
天然气状态
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
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 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 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
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
收稿日期 :2008 -06 -13 收修改稿日期 :2009 -09 -26
量时 , 根据需要将水合物分解成天然气 , 以补充所缺
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 实例分析 根据某市燃气集团有限公司与当地 LNG站线项
目联合执行办公室 (上游 , 下同 )签定的天然气售气协 议 , 双方有以下主要约定 :在正式供气前双方协定天 然气最大提取速率 ;天然气正式供气后上游将协助解 决某市前 36个月燃气小时调峰 ;在此之后任何情况下 天然气提取速率均不得超过所协定的最大提取速率 ; 买方应尽量按均匀的速率提取天然气 。
若以这座城市 2020 年最大小时流量为最大提取 速率, 则根据售气协议 ,某市城市燃气小时调峰可完 全由上游负责 。 但是天然气 提取速率是随城市小时 用气量变化的, 因此提取速率波动幅度将很大, 不能 满足约定的要求 ;而且由于某市天然气系统压力较低 (1.6 MPa), 在满足同样输送能力的情况下 , 输配系统 的管径将比上游管线管径大得多 , 城市管网系统投资 将很大 。
时的温度 、压力和 压缩因 子 ;Vgas表 示气相 体积 ;R=
8.314 cm2 · MPa· mol-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
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
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 [ 5] 。 1.5 液化天然气储气
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