隨著天然氣應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，國家層面的輸氣系統(tǒng)由中石油、中石化、中海油承擔(dān)的格局會出現(xiàn)變化，許多區(qū)域性的天然氣輸氣管網(wǎng)將由另外的投資主體建設(shè)和運(yùn)營。
基于中國天然氣氣源的具體現(xiàn)狀，天然氣氣源的多元化也是中國發(fā)展城鎮(zhèn)天然氣的必然選擇。中國很多省份都在建設(shè)覆蓋全省的天然氣輸氣干網(wǎng)，擬承擔(dān)向省級區(qū)域內(nèi)各地區(qū)天然氣用戶供氣的任務(wù)。這些省級天然氣管網(wǎng)的氣源必定會來自中石油、中石化或者中海油等氣源提供商，而這些氣源提供商所提供的天然氣種類并不完全一致，這就構(gòu)成了所謂的多氣源系統(tǒng)。區(qū)域性天然氣輸氣管網(wǎng)接收的天然氣不可能均從同一氣源點(diǎn)接入，因此會導(dǎo)致供給下游的天然氣組成發(fā)生變化，這就是所謂混輸?shù)母拍睢?/div>
多氣源混輸系統(tǒng)從管理體制、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)到燃?xì)饨M成都與常規(guī)的天然氣輸氣系統(tǒng)存在很大的差異，因此，其運(yùn)行過程中的安全性將需要特別重視。
2 多氣源混輸系統(tǒng)的特點(diǎn)
多氣源混輸系統(tǒng)與通常的長距離輸氣系統(tǒng)和城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)相比，有很多特點(diǎn)：
①管網(wǎng)系統(tǒng)將從城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的壓力級制向長距離輸氣系統(tǒng)的壓力級制轉(zhuǎn)變。對于城市天然氣管道，4.0MPa是壓力的最高級別，而多氣源混輸系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力甚至達(dá)到9.0MPa以上。
②管網(wǎng)形成的時間較長。多氣源管網(wǎng)的建設(shè)過程實(shí)際上是一個統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施、局部調(diào)整的過程，從開始建設(shè)到系統(tǒng)完整建成并形成規(guī)劃的輸氣能力，周期較長。
③氣源種類的多元化。進(jìn)入多氣源管網(wǎng)的氣源將會是分期引入，例如未來有些省級天然氣管網(wǎng)將出現(xiàn)海上天然氣、陸地天然氣、進(jìn)口LNG三大種類聯(lián)供的局面，其管網(wǎng)的氣源點(diǎn)可能會超過10個[1-2]。
3 多氣源混輸系統(tǒng)的安全性分析
多氣源混輸系統(tǒng)的安全性，除了常規(guī)意義上更為重視的結(jié)構(gòu)完整性之外，還會延伸到水力安全性、氣質(zhì)安全性等方面。
①管網(wǎng)輸氣能力的安全性
在傳統(tǒng)意義上，城市下游從上游獲取氣源，下游用戶(分輸站后的供氣區(qū)域)的用氣需求與管網(wǎng)的供氣能力基本一致需要得到保障，這可以通過在管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中對下游用戶的天然氣接收規(guī)律一致性進(jìn)行約束來實(shí)現(xiàn)，也就是說，對于下游用戶而言，其天然氣用氣需求的變化不均勻性盡量不要傳遞給上游天然氣管網(wǎng)，它必須按照上游天然氣管網(wǎng)所能提供的小時流量進(jìn)行接收。但對于多氣源混輸系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)實(shí)際上是中間管網(wǎng)，不是真正的上游，中間管網(wǎng)在輸氣能力不足的情況下所出現(xiàn)的供氣能力減少以及對局部分輸站輸氣能力的調(diào)整，是管網(wǎng)運(yùn)行過程中可能遇到的輸氣能力安全性問題。
②管網(wǎng)接收能力的安全性
作為中間管網(wǎng)，無疑將會接收多個氣源，這些氣源的歸屬不一定完全相同，每個氣源會按照相關(guān)約定向管網(wǎng)提供一定量的天然氣，這種情況在傳統(tǒng)的以枝狀管網(wǎng)模式輸氣并且為同一歸屬氣源的條件下，可以通過內(nèi)部調(diào)度進(jìn)行解決。但在多氣源混輸情況下，這種調(diào)度會變得比較復(fù)雜，有可能出現(xiàn)的情況是，氣源會面臨有氣輸不出的情形，也就是說，即使氣源有氣，管網(wǎng)也接收不了[3]。主要原因是管網(wǎng)設(shè)計(jì)工況所考慮的氣源條件具有壓力和流量的雙重約束，一旦多氣源系統(tǒng)中任何一個氣源的雙重約束中有一個被打破，便會導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)的水力工況惡化，而通常情況下，氣源條件并不是中問管網(wǎng)所能夠控制的。因此，管網(wǎng)接收能力的安全性問題會顯現(xiàn)出來。
③調(diào)峰安全性
根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾項(xiàng)l例》，下游城鎮(zhèn)只負(fù)責(zé)小時調(diào)峰，日調(diào)峰和月調(diào)峰的任務(wù)由上游供應(yīng)商承擔(dān)。中間管網(wǎng)盡管不是嚴(yán)格意義上的上游，但相對于下游城鎮(zhèn)而言，仍然是上游，這在法定規(guī)則上會存在爭議，如何保障調(diào)峰的安全性問題會顯現(xiàn)出來。嚴(yán)格地說，中間管網(wǎng)必須具有滿足日高峰系數(shù)和月高峰系數(shù)的小時供氣能力，但實(shí)際上會存在一定的困難。
④氣質(zhì)安全性
一般情況下，天然氣的氣質(zhì)安全是通過氣質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)予以保障，一個標(biāo)準(zhǔn)是GB 17820—2012《天然氣》，其規(guī)定了天然氣的技術(shù)指標(biāo)；另一個標(biāo)準(zhǔn)是GB／T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴罚湟?guī)定了作為燃?xì)獾奶烊粴夥诸悺?/div>
在多氣源混輸系統(tǒng)中，管網(wǎng)上游來氣相對復(fù)雜，這些氣源可能是按照天然氣的技術(shù)指標(biāo)(GB17820—2012《天然氣》規(guī)定的)供給的，但并不一定都在城鎮(zhèn)燃?xì)獾念悇e及特性指標(biāo)(GB 13611—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴芬?guī)定的)中的某一個特性范圍內(nèi)。GB 17820—2012《天然氣》規(guī)定“考慮到天然氣是礦產(chǎn)資源的特殊屬性，在滿足國家有關(guān)安全衛(wèi)生等標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對于三個類別之外的天然氣，供需雙方可用合同或協(xié)議來確定其具體要求”。但在有中間管網(wǎng)的情況下，很難做到這一點(diǎn)。這將會導(dǎo)致各氣源的組成與燃燒特性參數(shù)存在一定差異。下游用戶多樣(居民、商業(yè)、汽車、電廠等)，現(xiàn)狀情況多樣(有些地方已經(jīng)有一定的應(yīng)用)，混輸氣源是否可以互換，是否會導(dǎo)致下游用戶燃燒與能效狀況惡化，直接關(guān)系到用戶用氣是否安全。
4 多氣源的互換性問題
燃?xì)饣Q性通常是用燃燒勢和華白數(shù)來衡量的。華白數(shù)是代表燃?xì)馓匦缘囊粋€參數(shù)，是衡量熱流量大小的特性指數(shù)。燃燒勢是燃?xì)馊紵俣戎笖?shù)，即反映燃?xì)馊紵鹧娈a(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性參數(shù)。
在多氣源混輸過程中，管網(wǎng)的氣質(zhì)參數(shù)不僅發(fā)生變化，而且各個時段也不盡相同，即使同一時段在整個管網(wǎng)范圍內(nèi)也是不一致的。因此，考察管網(wǎng)的氣質(zhì)變化規(guī)律實(shí)際上是考察每個分輸站的氣質(zhì)組成變化規(guī)律[4]。
在多氣源的情況下，盡管通過華白數(shù)和燃燒勢進(jìn)行約束的氣質(zhì)組成可能并沒有出現(xiàn)想像中的偏差，但如果這個區(qū)域的燃具設(shè)計(jì)的工作點(diǎn)不合適，就會存在安全隱患。
另外，現(xiàn)代電廠中使用的燃燒設(shè)備(包括DLE燃燒器)，燃燒系統(tǒng)非常復(fù)雜，其運(yùn)行取決于燃?xì)饨M成和空氣比例，以保持低排放特性。短時間內(nèi)天然氣組成的較大變化，若超出設(shè)備初始調(diào)校所接受的范圍，或許對燃燒設(shè)備產(chǎn)生破壞性作用，導(dǎo)致排放量增大，壽命縮短，可靠性下降。
實(shí)際上，貧燃預(yù)混燃燒器與其他一些電站設(shè)備均可使用很寬范圍內(nèi)的各種不同燃料，如低熱值燃?xì)?、天然氣、LNG等。但在設(shè)備安裝過程中，必須針對某一特定組成的燃?xì)膺M(jìn)行調(diào)校，即對應(yīng)的燃?xì)饨M成范圍較窄；若組成發(fā)生顯著變化，必須重新調(diào)節(jié)才能保持低排放和穩(wěn)定可靠地工作，調(diào)校過程費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)資金。
5 對多氣源混輸系統(tǒng)安全的建議
①對多氣源輸氣管網(wǎng)的水力模擬很重要，當(dāng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本確定時，必須確定上游氣源節(jié)點(diǎn)的壓力參數(shù)，以保證上游氣源進(jìn)入管網(wǎng)的可靠性。
②管網(wǎng)運(yùn)行過程中，為了保證管網(wǎng)的正常運(yùn)行，管網(wǎng)輸氣能力的變化是需要通過氣源壓力調(diào)整完成的，因此，對分輸站的壓力與流量監(jiān)控需要實(shí)時進(jìn)行，并需要一定的預(yù)測手段。
③GB 17820—2012《天然氣》關(guān)于天然氣技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定是一個非常寬泛的范圍，顯然，根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，中間管網(wǎng)公司不能對上游進(jìn)行約束，因此，應(yīng)制定標(biāo)準(zhǔn)對GB 17820—2012《天然氣》中的指標(biāo)性參數(shù)進(jìn)行約束，重要的指標(biāo)性參數(shù)應(yīng)該是華白數(shù)和燃燒勢，應(yīng)確定華白數(shù)和燃燒勢的范圍。比如，如果一種天然氣的高熱值處于熱值標(biāo)準(zhǔn)的低限但其中的CO2、N2等惰性氣體的含量很高，則其華白數(shù)的值便很低，應(yīng)該隨時關(guān)注。
④對于區(qū)域性天然氣用戶使用的家用燃具，可以要求生產(chǎn)廠商根據(jù)氣質(zhì)組成分析與預(yù)測結(jié)果，采用與之相適應(yīng)的基準(zhǔn)氣參數(shù)。即使對于多氣源天然氣管網(wǎng)供氣范圍內(nèi)的燃具做出了有別于國標(biāo)某一類別的天然氣的基準(zhǔn)氣要求，也并不一定能對所轄區(qū)域的所有燃具完全適用，因?yàn)槊總€區(qū)域的天然氣實(shí)際氣質(zhì)偏離基準(zhǔn)氣的程度不同，有的很大，有的很小。
⑤對于電廠用戶，應(yīng)根據(jù)水力模擬結(jié)果，告知電廠其主要?dú)庠唇M成以及可能面臨的組成波動情況，甚至不同時期內(nèi)的組成。同時告知如不采取措施可能出現(xiàn)的后果。告知電廠規(guī)劃與建設(shè)部門，需采取足夠的應(yīng)對措施，由其向設(shè)備商、承建商提出技術(shù)要求，保證設(shè)備足夠應(yīng)對組成的變化。
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