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城市天然气调峰方式分析与研究
来源:互联网 qikanw | 高强生1 袁英 魏纳2
【分  类】 化工与理学
【关 键 词】 城市天然气; 调峰; 方式研究; 对比分析
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要:城市管道天然气用户急剧增长,作为城市公用事业,管道天然气的稳定供应将关系到市民的正常生活。城市用气量具有月、日、小时用气量不均匀性,再加上天然气需求量的快速增长,使天然气的调峰问题日益突出。本文主要对国内外天然气主要调峰手段,如:储气罐调峰、高压管束调峰、LNG调峰、地下储气库调峰、气田上游调峰的工作原理、特点与工艺计算进行了分析、归纳与总结,得出每种调峰方式的使用场合。这对于优化城市天然气调峰流程、减少投资有着积极的现场意义。

  关键词:城市天然气; 调峰; 方式研究; 对比分析

  引言

  由居民生活引起的城市日用气的不均衡性和在一年中由于季节气温的变化的引起的不均衡性使得用气在每月、每日出现高峰和低谷,如北京冬夏季用气量的峰谷之差可达6倍之多,天然气调峰正是针对这一问题提出的。因此,保障天然气居民用气和企业用气,都显得是十分紧迫。但对于现有调峰方式的技术与经济分析国内还没有一套较为科学的理论体系和分析手段。因此,本文研究各种调峰方式的原理并针对其安全性和经济性综合分析得出结论性认识。

  1、调峰量的确定

  城市用气量【1】是随着季节、日、时变化而变化,它与城市的气候、供气规模、生活水平等有密切关系。为了满足供气平衡,适应不同时期的消耗量,首先必须对用气量进行大致的预测。

  ①日、时调峰量的确定

  由于城市居民的生活习惯,商业用户以及一般工业企业用户的用气规律以周为周期的变化更为明显,绝大多数居民用户和一般工业用户周一至周五工作,周六和周日休息,商业用户及饮食业周末用气量增加,因此,根据月、周用气量计算储气系数更为合理,储气系数的选择应以全月各周的计算结果作为参考依据。

  ②季节调峰量的确定

  季节调峰是指将季节性供大于求时的余气量储存起来,并将该储存量作为补充量,在季节性供小于求时使用,以达到总的供需平衡。计算年中供大于求的供需月不均匀系数之差是决定储气系数的主要因数。季节调峰储气容积系数计算公式为:

式中:---储气容积系数;、---大于1、小于1的月不均匀系数。

  ③事故调峰

  天然气由上游向下游供气时,因管道、设备损坏以及无法抗拒的因素而引起的非正常停气,都将直接影响下游的供气可靠性,因此,必须考虑气源的事故调峰。

  2、调峰方法

  为了保证用户的要求不间断地供气,必须考虑供气和用气的不平衡问题。目前,主要的调峰方式有:储气罐调峰、高压管束调峰、LNG调峰、地下储气库调峰、气田上游调峰等。下面,本文对几种主要调峰方式作分析研究和探讨。

  ①储气罐调峰

  天然气输配系统常用的调峰方式是建造一些大型高压储气球罐,在用气低谷时,把多余的天然气充入储气球罐储存起来,到用气高峰时,又将储气球罐内储存的天然气释放出来弥补供气量的不足。天然气地面储存一般采用金属储气罐,其工作流程见图1所示。根据工作压力的大小,储气罐可分为低压储气罐和高压储气罐。储气罐的储气量可按下式进行计算:

(1)

式中:---储气罐储气量,m3;---储气罐容积,m3;---标态下温度,k;

、---储罐压力MPa、该压力下的压缩因子;、---管道压力MPa、该压力下的压缩因子。

  图1 常规高压储气球罐流程

  高压储罐常规流程应用多年但其问题在于:储存在储气球罐内的天然气不能够被全部放出投入调峰,储气罐的压力至多只能降低到出站管网压力,储罐内的残余气无法全部输出,因而储气球罐的利用率不高。为满足调峰要求,只得投巨资建造比较多的天然气高压储气球罐,造成财力的巨大消耗。

  针对该问题,经过计算分析和试验研究,国内学者【2】提出一种应用超音速引射器配套高压储气球罐协同进行天然气调峰的新技术,其流程如图2所示。

  在原有高压储气球罐流程中接入一组超音速引射器装置。在调峰过程中,首先走常规红色流程,待球罐压力下降至接近出站管道压力时,使用引射器改用绿色流程,利用长输管线末端的高压天然气作为动力源,通过超音速引射器产生引射作用抽吸储气球罐内的低压残余天然气提升其压力后再输入下游管网。这样可以使储气球罐的压力降低到低于出站管道压力的水平,储气球罐利用率得以大大提高。

  图2 改进高压储气球罐流程

  ②高压管束调峰

  管道储气实际上是一种高压管式储气罐,因其直径小,能承受更高的压力,对管内所存储的天然气施以高压,利用气体的可压缩性及其高压下和理想气体的偏差进行储气,使储气量大大增加。

  高压管道储气方式一般有两种:一种为在城市周围人口密度较小的地段设置绕城高压环网储气,既可以用作储气,又能向城市多点供气,优化供气工况。另一种为门站内的管束储气,由一组或若干组管道组成管束,管道直径由DN400~DN1500,管道长度由几十米到数百米。虽然,高压管束调峰优势明显,但其占地面积巨大,这对于用地紧张的城市而言也是不容忽视的问题。

  高压管束的储气能力可按下式进行计算:

(2)

式中:---储气罐储气量,m3;---储气罐容积,m3;---标态下温度,k;

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