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城市配氣系統(tǒng)的供需平衡

　　
評論：　更新日期：2016年10月06日

   城市配氣系統(tǒng)的天然氣用量是在不斷變化的，有月不均勻性、日不均勻性和時(shí)不均勻性。但一般天然氣氣源的供應(yīng)量是均勻的或可適當(dāng)調(diào)節(jié)的，不可能完全隨著需用工況而變化。為了解決均勻供氣與不均勻耗氣之間的矛盾，保證不間斷地向用戶供應(yīng)足夠流量和正常壓力的天然氣，必須采取合適的方法使天然氣配氣系統(tǒng)供需平衡。一般要綜合考慮氣源條件、用戶及配氣系統(tǒng)的具體情況，提出合理的有效措施。通常，城市配氣系統(tǒng)會在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上采取幾種調(diào)節(jié)方式的組合。

    一、供需平衡的方法
    1. 改變氣源生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源
    采用改變氣源的生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源，必須考慮氣源運(yùn)轉(zhuǎn)、停止的難易程度、氣源生產(chǎn)負(fù)荷變化的可能性和變化的幅度。同時(shí)應(yīng)考慮供氣的安全可靠和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。
    天然氣配氣系統(tǒng)中，一般只在用氣城鎮(zhèn)距離天然氣產(chǎn)地不太遠(yuǎn)時(shí)，可采用調(diào)節(jié)氣井供應(yīng)量的辦法平衡部分月不均勻用氣。
    設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源也是平衡季節(jié)或其他高峰用氣的有效方法之一。對于城市配氣系統(tǒng)在設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，考慮可能取得的機(jī)動(dòng)氣源的種類和數(shù)量，用以技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
    2. 利用緩沖用戶和發(fā)揮調(diào)度的作用
    調(diào)節(jié)季節(jié)性用氣不均勻性，可采取設(shè)立緩沖用戶的方法。一些大型的工業(yè)企業(yè)、鍋爐房等都可作為城市配氣系統(tǒng)的緩沖用戶。夏季用氣低峰時(shí)，把城市配氣系統(tǒng)的余氣供給它們使用；冬季用氣高峰時(shí)，這些緩沖用戶就改用固體燃料或液體燃料。用此方法平衡季節(jié)不均勻用氣及一部分日不均勻用氣。緩沖用戶由于需要設(shè)置兩套燃料燃燒系統(tǒng)，用戶投資費(fèi)用會增加，而天然氣配氣系統(tǒng)可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。對用戶的投資費(fèi)用的增加，一般可用城市配氣的季節(jié)性差價(jià)予以補(bǔ)償。
    此外，還可采用計(jì)劃上調(diào)配用氣的方法解決供氣和用氣的矛盾。隨時(shí)掌握各工業(yè)企業(yè)的實(shí)際用氣和計(jì)劃用氣量。對居民生活和公共建筑用氣設(shè)置測點(diǎn)，在測點(diǎn)裝置天然氣總計(jì)量表，掌握用戶用氣情況。根據(jù)掌握的工業(yè)企業(yè)、居民生活及公共建筑用氣情況，制定合理的調(diào)度計(jì)劃調(diào)配供氣。
    在氣源比較緊張的情況下，還可以通過調(diào)整大型工業(yè)企業(yè)用戶廠休日和作息時(shí)間，有計(jì)劃平衡部分日不均勻用氣。
    3. 利用儲氣設(shè)施
    利用儲氣設(shè)施平衡供需矛盾也是天然氣配氣系統(tǒng)中常用的方法。因此，天然氣儲存在城市配氣系統(tǒng)中占有重要的地位。
    (1) 地下儲氣
    地下儲氣庫一般是挑選合適的地質(zhì)結(jié)構(gòu)建成的。儲氣庫主要有利用枯竭油氣田地層穴儲氣、利用多孔含水地層儲氣及利用巖鹽地穴儲氣三種方式。
    地下儲氣庫儲氣量大，造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用省。天然氣地下儲氣庫的建造是平衡城鎮(zhèn)配氣季節(jié)不均勻性，平抑用氣峰值波動(dòng)的最合理、有效的途徑，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都很顯著，但地下儲氣庫不應(yīng)用來平衡日不均勻用氣和小時(shí)不均勻用氣，因?yàn)榧眲≡黾硬蓺鈴?qiáng)度，會使儲庫的投資和運(yùn)行費(fèi)用增加，很不經(jīng)濟(jì)。
    天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，將其冷卻至沸點(diǎn)溫度以下(-162℃)即被液化，可在其飽和蒸氣壓接近常壓的情況下進(jìn)行儲存。天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)體積縮小約600倍，因此采用天然氣液化儲存可大大提高天然氣的儲存量。
    天然氣液化儲存方式有凍土地穴儲存、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲罐、地上金屬儲罐等，都要求儲罐保證絕熱良好。液化天然氣氣化方便，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，適于調(diào)節(jié)各種不均勻用氣，且儲罐壓力較低，比較安全。但建設(shè)天然氣液化儲氣設(shè)施的費(fèi)用較高，一般是建設(shè)地下儲氣庫的4～10倍，而且日常運(yùn)行管理和維護(hù)費(fèi)用也比較高。因此，采用低溫液態(tài)存儲，通常儲存量都比較大，否則經(jīng)濟(jì)上很不合算。
    液化天然氣還可以作為城市調(diào)峰氣源、設(shè)備大修或事故處理過程中的供氣來源，在有天然氣規(guī)劃的城鎮(zhèn)，還可以作為管道天然氣暫時(shí)未到達(dá)地區(qū)的燃?xì)鈿庠础?/div>
    (3) 管道儲氣
    高壓天然氣管束儲氣及長輸干管末端儲氣，是平衡小時(shí)不均勻用氣的有效辦法。
    輸氣干管末端是指長距離輸氣管線最后一級壓氣站出口至管線末端門站為止的管段。從壓氣站到門站的輸氣量是穩(wěn)定的，而自門站供給城市的氣量是不均勻的。當(dāng)門站所供應(yīng)的氣量小于壓氣站輸入的氣量，如在夜間用氣低峰時(shí)，就可將天然氣儲存在管道中，這時(shí)管道中平均壓力增高；當(dāng)門站所供應(yīng)的氣量大于壓氣站輸入的氣量，如白天用氣高峰時(shí)，再將管內(nèi)儲存的天然氣送出，管道中平均壓力相應(yīng)降低。利用長輸于管末端的管段容積及其壓力變化儲存天然氣，是調(diào)節(jié)配氣系統(tǒng)供需平衡的一種手段。
    近年，大城市高壓外環(huán)儲氣方式也引起了重視。城市高壓外環(huán)儲氣就是利用敷設(shè)在城市邊緣的高壓天然氣管道進(jìn)行儲氣。它充分利用了長輸管線末端較高的天然氣壓力和城市中壓管網(wǎng)的壓力差進(jìn)行儲氣調(diào)峰。
    (4) 儲氣罐儲氣
    我國目前采用最多的儲氣方式，只能用來平衡部分日不均勻用氣及小時(shí)不均勻用氣。儲氣罐儲氣與其他儲氣方式相比，金屬耗量和投資都較大。
    二、儲氣容積的計(jì)算
    儲氣罐的主要功能有以下幾點(diǎn)。
  ① 隨天然氣小時(shí)用氣量的變化，補(bǔ)充來氣管道或城市門站所不能及時(shí)供應(yīng)的部分氣量。
    ② 當(dāng)停電、維修管道、門站或配氣設(shè)備發(fā)生暫時(shí)事故搶修時(shí)，保證一定程度的供氣，即可以保證重點(diǎn)用戶和不能停氣的用戶能維持用氣。
    ③ 可用于調(diào)節(jié)平衡天然氣氣質(zhì)要求，使城市天然氣的成分和發(fā)熱值穩(wěn)定均勻。
    ④ 合理確定儲氣設(shè)施在城市配氣系統(tǒng)的位置，使配氣管網(wǎng)的供氣點(diǎn)分布均勻合理，改善管網(wǎng)運(yùn)行工況，優(yōu)化配氣管網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
    確定儲氣罐儲氣容積時(shí)，主要根據(jù)日用氣總量、工業(yè)與民用的用氣比例、供氣與用氣的不均勻情況和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)等因素綜合確定。如果氣源產(chǎn)量能夠根據(jù)需用量改變一周內(nèi)各天的生產(chǎn)工況時(shí)，儲氣容積以計(jì)算月最大日天然氣供需平衡要求確定，否則應(yīng)按計(jì)算月平均周的天然氣供需平衡要求確定。
    為了平衡一天中的不均勻用氣，設(shè)置儲氣設(shè)備，則氣源可按計(jì)算月最大日平均小時(shí)供氣量均勻地供氣。夜間用氣量低時(shí)，多余天然氣儲存在儲氣設(shè)備內(nèi)，以補(bǔ)充日間用氣高于供氣的不足部分。所需儲氣容積的計(jì)算辦法舉例如下。
    例：某城市計(jì)算月最大用氣量為325000m3/d，假設(shè)氣源在一日內(nèi)連續(xù)均勻供氣。每小時(shí)用氣量占日用氣量的百分比見表4-7。試確定城市配氣系統(tǒng)所需的儲氣容積。
表4-7 某城市小時(shí)用氣量占日用氣量的百分比

 

小時(shí)
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
6～7
7～8
%
2.31
1.81
2.88
2.96
3.22
4.56
5.88
4.65
小時(shí)
8～9
9～10
10～11
11～12
12～13
13～14
14～15
15～16
%
4.72
4.70
5.89
5.98
4.42
3.33
3.48
3.95
小時(shí)
16～17
17～18
18～19
19～20
20～21
21～22
22～23
23～24
%
4.83
7.48
6.55
4.84
3.92
2.48
2.58
2.58
解：氣源在一日內(nèi)連續(xù)均勻供氣，設(shè)每日氣源供氣量為100，每小時(shí)平均供氣量為：
 
    列表4-8計(jì)算儲氣容積：第2項(xiàng)為計(jì)算開始時(shí)算起的天然氣供應(yīng)量累計(jì)值；第4項(xiàng)為從計(jì)算開始算起的用氣量的累計(jì)值；第2項(xiàng)與第4項(xiàng)之差(天然氣供應(yīng)量的累計(jì)值與用氣量的累計(jì)值之差)，即為小時(shí)末天然氣的儲存量。
表4-8 儲氣容積計(jì)算表

 

小時(shí)
燃?xì)夤?yīng)的累計(jì)值
用氣量
燃?xì)獾膬Υ媪?/div>
小時(shí)
燃?xì)夤?yīng)的累計(jì)值
用氣量
燃?xì)獾膬Υ媪?/div>
小時(shí)內(nèi)
累計(jì)值
小時(shí)內(nèi)
累計(jì)值
0～1
4.17
2.31
2.31
1.86
12～13
54.17
4.42
53.98
O.19
1～2
8.34
1.81
4.12
4.22
13～14
58.34
3.33
57.31
1.03
2～3
12.50
2.88
7.00
5.50
14～15
62.50
3.48
60.79
1.71
3～4
16.67
2.96
9.96
6.17
15～16
66.67
3.95
64.74
1.93
4～5
20.84
3.22
13.18
7.66
16～17
70.84
4.83
69.57
1.27
5～6
25.OO
4.56
17.74
7.26
17～18
75.OO
7.48
77.05
2.05
6～7
29.17
5.88
23.62
5.55
18～19
79.17
6.55
83.60
-4.43
7～8
33.34
4.65
28.27
5.07
19～20
83.34
4.84
88.44
-5.10
8～9
37.50
4.72
32.99
4.51
20～21
87.50
3.92
92.36
-4.86
9～10
41.67
4.70
37.69
3.98
21～22
91.67
2.48
94.84
-3.17
10～11
45.84
5.89
43.58
2.26
22～23
95.84
2.58
97.42
-1.58
11～12
50.OO
5.98
49.56
0.44
23～24
100
2.58
100
O.00
    在第5項(xiàng)中找出最大值和最小值，兩個(gè)數(shù)值的絕對值之和即為所需的儲氣容積，即(7.66+5.10)%×325000m3=41470m3
    該城市所需的儲氣容積為41470m3，占日用氣量的12.76%。
    在圖4-1上繪制城市天然氣配氣系統(tǒng)一天中各小時(shí)的供、用氣曲線和儲氣設(shè)備中的儲氣曲線。
    依據(jù)儲氣容積確定儲氣方式和儲氣設(shè)施時(shí)，應(yīng)考慮到氣源的調(diào)節(jié)能力：當(dāng)氣源生產(chǎn)或供應(yīng)能力可以隨著用氣的不均勻性進(jìn)行調(diào)節(jié)，在用氣高峰時(shí)，可以多供應(yīng)；用氣低峰時(shí)，可以少供應(yīng)，則實(shí)際儲氣容積可減小。在氣源供氣情況明確后，調(diào)查用戶的用氣規(guī)律，充分考慮供氣量的波動(dòng)、用氣負(fù)荷的誤差、氣溫等因素，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，對確定實(shí)際儲氣容積、選取儲氣方式至關(guān)重要。
在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，當(dāng)缺乏用氣工況統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可參照類似的城鎮(zhèn)天然氣配氣系統(tǒng)，按計(jì)算月的最大日用氣量的20%～40%來估算儲氣容積。
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