城市配气系统的供需平衡

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年10月06日

   城市配气系统的天然气用量是在不断变化的,有月不均匀性、日不均匀性和时不均匀性。但一般天然气气源的供应量是均匀的或可适当调节的,不可能完全随着需用工况而变化。为了解决均匀供气与不均匀耗气之间的矛盾,保证不间断地向用户供应足够流量和正常压力的天然气,必须采取合适的方法使天然气配气系统供需平衡。一般要综合考虑气源条件、用户及配气系统的具体情况,提出合理的有效措施。通常,城市配气系统会在技术经济比较的基础上采取几种调节方式的组合。

    一、供需平衡的方法
    1. 改变气源生产能力和设置机动气源
    采用改变气源的生产能力和设置机动气源,必须考虑气源运转、停止的难易程度、气源生产负荷变化的可能性和变化的幅度。同时应考虑供气的安全可靠和技术经济合理性。
    天然气配气系统中,一般只在用气城镇距离天然气产地不太远时,可采用调节气井供应量的办法平衡部分月不均匀用气。
    设置机动气源也是平衡季节或其他高峰用气的有效方法之一。对于城市配气系统在设置机动气源时,应根据实际需要,考虑可能取得的机动气源的种类和数量,用以技术经济分析。
    2. 利用缓冲用户和发挥调度的作用
    调节季节性用气不均匀性,可采取设立缓冲用户的方法。一些大型的工业企业、锅炉房等都可作为城市配气系统的缓冲用户。夏季用气低峰时,把城市配气系统的余气供给它们使用;冬季用气高峰时,这些缓冲用户就改用固体燃料或液体燃料。用此方法平衡季节不均匀用气及一部分日不均匀用气。缓冲用户由于需要设置两套燃料燃烧系统,用户投资费用会增加,而天然气配气系统可降低投资和运行费用。对用户的投资费用的增加,一般可用城市配气的季节性差价予以补偿。
    此外,还可采用计划上调配用气的方法解决供气和用气的矛盾。随时掌握各工业企业的实际用气和计划用气量。对居民生活和公共建筑用气设置测点,在测点装置天然气总计量表,掌握用户用气情况。根据掌握的工业企业、居民生活及公共建筑用气情况,制定合理的调度计划调配供气。
    在气源比较紧张的情况下,还可以通过调整大型工业企业用户厂休日和作息时间,有计划平衡部分日不均匀用气。
    3. 利用储气设施
    利用储气设施平衡供需矛盾也是天然气配气系统中常用的方法。因此,天然气储存在城市配气系统中占有重要的地位。
    (1) 地下储气
    地下储气库一般是挑选合适的地质结构建成的。储气库主要有利用枯竭油气田地层穴储气、利用多孔含水地层储气及利用岩盐地穴储气三种方式。
    地下储气库储气量大,造价和运行费用省。天然气地下储气库的建造是平衡城镇配气季节不均匀性,平抑用气峰值波动的最合理、有效的途径,社会效益和经济效益都很显著,但地下储气库不应用来平衡日不均匀用气和小时不均匀用气,因为急剧增加采气强度,会使储库的投资和运行费用增加,很不经济。
    天然气的主要成分是甲烷(CH4),将其冷却至沸点温度以下(-162℃)即被液化,可在其饱和蒸气压接近常压的情况下进行储存。天然气由气态变为液态体积缩小约600倍,因此采用天然气液化储存可大大提高天然气的储存量。
    天然气液化储存方式有冻土地穴储存、预应力钢筋混凝土储罐、地上金属储罐等,都要求储罐保证绝热良好。液化天然气气化方便,负荷调节范围广,适于调节各种不均匀用气,且储罐压力较低,比较安全。但建设天然气液化储气设施的费用较高,一般是建设地下储气库的4~10倍,而且日常运行管理和维护费用也比较高。因此,采用低温液态存储,通常储存量都比较大,否则经济上很不合算。
    液化天然气还可以作为城市调峰气源、设备大修或事故处理过程中的供气来源,在有天然气规划的城镇,还可以作为管道天然气暂时未到达地区的燃气气源。
    (3) 管道储气
    高压天然气管束储气及长输干管末端储气,是平衡小时不均匀用气的有效办法。
    输气干管末端是指长距离输气管线最后一级压气站出口至管线末端门站为止的管段。从压气站到门站的输气量是稳定的,而自门站供给城市的气量是不均匀的。当门站所供应的气量小于压气站输入的气量,如在夜间用气低峰时,就可将天然气储存在管道中,这时管道中平均压力增高;当门站所供应的气量大于压气站输入的气量,如白天用气高峰时,再将管内储存的天然气送出,管道中平均压力相应降低。利用长输于管末端的管段容积及其压力变化储存天然气,是调节配气系统供需平衡的一种手段。
    近年,大城市高压外环储气方式也引起了重视。城市高压外环储气就是利用敷设在城市边缘的高压天然气管道进行储气。它充分利用了长输管线末端较高的天然气压力和城市中压管网的压力差进行储气调峰。
    (4) 储气罐储气
    我国目前采用最多的储气方式,只能用来平衡部分日不均匀用气及小时不均匀用气。储气罐储气与其他储气方式相比,金属耗量和投资都较大。
    二、储气容积的计算
    储气罐的主要功能有以下几点。
  ① 随天然气小时用气量的变化,补充来气管道或城市门站所不能及时供应的部分气量。
    ② 当停电、维修管道、门站或配气设备发生暂时事故抢修时,保证一定程度的供气,即可以保证重点用户和不能停气的用户能维持用气。
    ③ 可用于调节平衡天然气气质要求,使城市天然气的成分和发热值稳定均匀。
    ④ 合理确定储气设施在城市配气系统的位置,使配气管网的供气点分布均匀合理,改善管网运行工况,优化配气管网的技术经济指标。
    确定储气罐储气容积时,主要根据日用气总量、工业与民用的用气比例、供气与用气的不均匀情况和运行管理经验等因素综合确定。如果气源产量能够根据需用量改变一周内各天的生产工况时,储气容积以计算月最大日天然气供需平衡要求确定,否则应按计算月平均周的天然气供需平衡要求确定。
    为了平衡一天中的不均匀用气,设置储气设备,则气源可按计算月最大日平均小时供气量均匀地供气。夜间用气量低时,多余天然气储存在储气设备内,以补充日间用气高于供气的不足部分。所需储气容积的计算办法举例如下。
    例:某城市计算月最大用气量为325000m3/d,假设气源在一日内连续均匀供气。每小时用气量占日用气量的百分比见表4-7。试确定城市配气系统所需的储气容积。
4-7 某城市小时用气量占日用气量的百分比

 

小时
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
小时
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
小时
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:气源在一日内连续均匀供气,设每日气源供气量为100,每小时平均供气量为:
 
    列表4-8计算储气容积:第2项为计算开始时算起的天然气供应量累计值;第4项为从计算开始算起的用气量的累计值;第2项与第4项之差(天然气供应量的累计值与用气量的累计值之差),即为小时末天然气的储存量。
4-8 储气容积计算表

 

小时
燃气供应的累计值
用气量
燃气的储存量
小时
燃气供应的累计值
用气量
燃气的储存量
小时内
累计值
小时内
累计值
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项中找出最大值和最小值,两个数值的绝对值之和即为所需的储气容积,即(7.66+5.10)%×325000m3=41470m3
    该城市所需的储气容积为41470m3,占日用气量的12.76%。
    在图4-1上绘制城市天然气配气系统一天中各小时的供、用气曲线和储气设备中的储气曲线。
    依据储气容积确定储气方式和储气设施时,应考虑到气源的调节能力:当气源生产或供应能力可以随着用气的不均匀性进行调节,在用气高峰时,可以多供应;用气低峰时,可以少供应,则实际储气容积可减小。在气源供气情况明确后,调查用户的用气规律,充分考虑供气量的波动、用气负荷的误差、气温等因素,综合技术经济指标考虑,对确定实际储气容积、选取储气方式至关重要。
在规划设计阶段,当缺乏用气工况统计资料时,可参照类似的城镇天然气配气系统,按计算月的最大日用气量的20%~40%来估算储气容积。
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