天然气多气源混输系统的安全性分析

作者:彭世尼 蒋星池 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年09月06日

 

摘 要:天然气省级管网是一个多气源混输系统,存在气源多元化、压力超高压化、管网结构复杂的特点,系统运行过程中可能出现输气能力、接收能力、调峰与气质互换性方面的安全性问题。对这些安全性问题进行分析,对提高系统安全性提出了建议。 
关键词:天然气;  多气源;  混输;  中间管网;  省管网
Security Analysis of Natural Gas Mixed Transmission System with Multiple Gas Sources
Abstact:The provincial natural gas pipeline network iS a mixed transmission system with muhiple gas sources and characterized by diversification of gas sources,extra high pressure and complex network structure.Security issues on gas transmission capacity,reception capacity,peak-shaving and gas interchangeability may arise during the operation of the system.The security issues are analyzed,and the suggestions on how to improve the system security are proposed.
Keywords:natural gas;multiple gas sources;mixed transmission;intermediate pipeline network;provincial pipeline network
 
1 多气源混输的概念
随着天然气应用范围的不断扩大,国家层面的输气系统由中石油、中石化、中海油承担的格局会出现变化,许多区域性的天然气输气管网将由另外的投资主体建设和运营。
基于中国天然气气源的具体现状,天然气气源的多元化也是中国发展城镇天然气的必然选择。中国很多省份都在建设覆盖全省的天然气输气干网,拟承担向省级区域内各地区天然气用户供气的任务。这些省级天然气管网的气源必定会来自中石油、中石化或者中海油等气源提供商,而这些气源提供商所提供的天然气种类并不完全一致,这就构成了所谓的多气源系统。区域性天然气输气管网接收的天然气不可能均从同一气源点接入,因此会导致供给下游的天然气组成发生变化,这就是所谓混输的概念。
多气源混输系统从管理体制、管网结构到燃气组成都与常规的天然气输气系统存在很大的差异,因此,其运行过程中的安全性将需要特别重视。
2 多气源混输系统的特点
多气源混输系统与通常的长距离输气系统和城市燃气输配系统相比,有很多特点:
①管网系统将从城市燃气输配系统的压力级制向长距离输气系统的压力级制转变。对于城市天然气管道,4.0MPa是压力的最高级别,而多气源混输系统的管网压力甚至达到9.0MPa以上。
②管网形成的时间较长。多气源管网的建设过程实际上是一个统一规划、分期实施、局部调整的过程,从开始建设到系统完整建成并形成规划的输气能力,周期较长。
③气源种类的多元化。进入多气源管网的气源将会是分期引入,例如未来有些省级天然气管网将出现海上天然气、陆地天然气、进口LNG三大种类联供的局面,其管网的气源点可能会超过10个[1-2]
3 多气源混输系统的安全性分析
多气源混输系统的安全性,除了常规意义上更为重视的结构完整性之外,还会延伸到水力安全性、气质安全性等方面。
①管网输气能力的安全性
在传统意义上,城市下游从上游获取气源,下游用户(分输站后的供气区域)的用气需求与管网的供气能力基本一致需要得到保障,这可以通过在管网实际运行过程中对下游用户的天然气接收规律一致性进行约束来实现,也就是说,对于下游用户而言,其天然气用气需求的变化不均匀性尽量不要传递给上游天然气管网,它必须按照上游天然气管网所能提供的小时流量进行接收。但对于多气源混输系统而言,该系统实际上是中间管网,不是真正的上游,中间管网在输气能力不足的情况下所出现的供气能力减少以及对局部分输站输气能力的调整,是管网运行过程中可能遇到的输气能力安全性问题。
②管网接收能力的安全性
作为中间管网,无疑将会接收多个气源,这些气源的归属不一定完全相同,每个气源会按照相关约定向管网提供一定量的天然气,这种情况在传统的以枝状管网模式输气并且为同一归属气源的条件下,可以通过内部调度进行解决。但在多气源混输情况下,这种调度会变得比较复杂,有可能出现的情况是,气源会面临有气输不出的情形,也就是说,即使气源有气,管网也接收不了[3]。主要原因是管网设计工况所考虑的气源条件具有压力和流量的双重约束,一旦多气源系统中任何一个气源的双重约束中有一个被打破,便会导致管网系统的水力工况恶化,而通常情况下,气源条件并不是中问管网所能够控制的。因此,管网接收能力的安全性问题会显现出来。
③调峰安全性
根据《城镇燃气管理条例》,下游城镇只负责小时调峰,日调峰和月调峰的任务由上游供应商承担。中间管网尽管不是严格意义上的上游,但相对于下游城镇而言,仍然是上游,这在法定规则上会存在争议,如何保障调峰的安全性问题会显现出来。严格地说,中间管网必须具有满足日高峰系数和月高峰系数的小时供气能力,但实际上会存在一定的困难。
④气质安全性
一般情况下,天然气的气质安全是通过气质的标准予以保障,一个标准是GB 17820—2012《天然气》,其规定了天然气的技术指标;另一个标准是GB/T 13611—2006《城镇燃气分类和基本特性》,其规定了作为燃气的天然气分类。
在多气源混输系统中,管网上游来气相对复杂,这些气源可能是按照天然气的技术指标(GB17820—2012《天然气》规定的)供给的,但并不一定都在城镇燃气的类别及特性指标(GB 13611—2006《城镇燃气分类和基本特性》规定的)中的某一个特性范围内。GB 17820—2012《天然气》规定“考虑到天然气是矿产资源的特殊属性,在满足国家有关安全卫生等标准的前提下,对于三个类别之外的天然气,供需双方可用合同或协议来确定其具体要求”。但在有中间管网的情况下,很难做到这一点。这将会导致各气源的组成与燃烧特性参数存在一定差异。下游用户多样(居民、商业、汽车、电厂等),现状情况多样(有些地方已经有一定的应用),混输气源是否可以互换,是否会导致下游用户燃烧与能效状况恶化,直接关系到用户用气是否安全。
4 多气源的互换性问题
燃气互换性通常是用燃烧势和华白数来衡量的。华白数是代表燃气特性的一个参数,是衡量热流量大小的特性指数。燃烧势是燃气燃烧速度指数,即反映燃气燃烧火焰产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性参数。
在多气源混输过程中,管网的气质参数不仅发生变化,而且各个时段也不尽相同,即使同一时段在整个管网范围内也是不一致的。因此,考察管网的气质变化规律实际上是考察每个分输站的气质组成变化规律[4]
在多气源的情况下,尽管通过华白数和燃烧势进行约束的气质组成可能并没有出现想像中的偏差,但如果这个区域的燃具设计的工作点不合适,就会存在安全隐患。
另外,现代电厂中使用的燃烧设备(包括DLE燃烧器),燃烧系统非常复杂,其运行取决于燃气组成和空气比例,以保持低排放特性。短时间内天然气组成的较大变化,若超出设备初始调校所接受的范围,或许对燃烧设备产生破坏性作用,导致排放量增大,寿命缩短,可靠性下降。
实际上,贫燃预混燃烧器与其他一些电站设备均可使用很宽范围内的各种不同燃料,如低热值燃气、天然气、LNG等。但在设备安装过程中,必须针对某一特定组成的燃气进行调校,即对应的燃气组成范围较窄;若组成发生显著变化,必须重新调节才能保持低排放和稳定可靠地工作,调校过程费时费力费资金。
5 对多气源混输系统安全的建议
①对多气源输气管网的水力模拟很重要,当管网结构基本确定时,必须确定上游气源节点的压力参数,以保证上游气源进入管网的可靠性。
②管网运行过程中,为了保证管网的正常运行,管网输气能力的变化是需要通过气源压力调整完成的,因此,对分输站的压力与流量监控需要实时进行,并需要一定的预测手段。
③GB 17820—2012《天然气》关于天然气技术指标的规定是一个非常宽泛的范围,显然,根据这一标准,中间管网公司不能对上游进行约束,因此,应制定标准对GB 17820—2012《天然气》中的指标性参数进行约束,重要的指标性参数应该是华白数和燃烧势,应确定华白数和燃烧势的范围。比如,如果一种天然气的高热值处于热值标准的低限但其中的CO2、N2等惰性气体的含量很高,则其华白数的值便很低,应该随时关注。
④对于区域性天然气用户使用的家用燃具,可以要求生产厂商根据气质组成分析与预测结果,采用与之相适应的基准气参数。即使对于多气源天然气管网供气范围内的燃具做出了有别于国标某一类别的天然气的基准气要求,也并不一定能对所辖区域的所有燃具完全适用,因为每个区域的天然气实际气质偏离基准气的程度不同,有的很大,有的很小。
⑤对于电厂用户,应根据水力模拟结果,告知电厂其主要气源组成以及可能面临的组成波动情况,甚至不同时期内的组成。同时告知如不采取措施可能出现的后果。告知电厂规划与建设部门,需采取足够的应对措施,由其向设备商、承建商提出技术要求,保证设备足够应对组成的变化。
 
参考文献:
[1]吴华丽,孙石磊.多气源混输管网下的供气方案[J].管道技术与设备,2011(5):64-56.
[2]徐博.2020年前中国多气源供应格局展望[J].天然气工业,2012,32(8):1-5.
[3]李文东,张磊,赫飚,等.长输天然气管网多气源联合调峰[J].油气储运,2010,29(4):260-262.
[4]秦朝葵,吴之觐.多气源天然气的互换性问题[J].天然气工业,2009,29(12):90-93.
 

  

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