城市燃气储气方式的对比分析
城市燃气储气方式的对比分析
作者:朱善鑫
[摘要] 介绍目前民用调峰领域实际应用的几种城市调峰储气方式。针对三种主要储气方式,在经济、安全及运行方面进行了比较,尤其针对高压球罐方式和高压竖井方式,在安全性和经济性方面进行了全面分析,得到三种储气方式的具体应用场合。
[关键字] 城市燃气 调峰 储气
1 前言
随着供气规模的扩大和科学技术的进步,储气方式也在发生着日新月异的变化。低压罐储气、高压球罐储气、输气管线储气和地下储气方式是目前国内常用的储气方式[1]。在城市供气调峰储配站的建设中,投资额最大的是储气设施,所以选择何种储气方式直接关系到建设总投资,极大地影响了工程的开展。因此,我们有必要对目前应用普遍的三种储气方式,即传统的球罐(柜) 储气方式、长输管线储气方式和高压竖井储气方式,进行综合分析,研究它们的优缺点和适用场所。
2 四种调峰储气方式
2.1 低压罐储气方式
低压罐储气方式通常用于气源压力低的供气系统。储气设施的工作压力基本稳定,一般为5×103Pa 以下,而储气容积随着储气量的变化而相应变化。按照活动部位的密封介质可分为湿式气罐和干式气罐。
2.2 高压球罐储气方式
高压球罐储气通常用于气源压力较高的供气系统。储气设施的容积是固定的,储气量变化时,其储气压力相应变化。球罐的设计工作压力一般在1.0MPa 至1.6MPa 之间。
2.3 长输管线储气方式
目前,这种储气调峰方式在学术界和实际应用中还存在广泛争议,即:此种储气管网究竟属于压力储存容器范畴还是输送管网范畴,从压力等级和功能上看,应属于压力储存容器范畴[2],所以设计时应按照压力容器监察规程,由技监局进行检测,但是根本无法检测埋于地下深处的管网。
2.4 地下储气方式
地下储气方式[3]又分为地层(圈闭构造) 储气方式和地下竖井储气方式。
(1)地层(圈闭构造) 储气方式
地层(圈闭构造) 储气方式就是将原中石油、中石化或其它能源开发企业已采完或即将采完的石油、天然气井地层构造的巨大地下剩余空间,进行一定的修整改造,在用气低峰时,将地面管网的天然气注入此空间,待到高峰时取出调峰。
(2)高压竖井储气方式
高压竖井储气方式是上世纪九十年代中后期问世的一种新型地下储气方式,这是在原有球罐、长输管线和地层构造等储气方式难以推广的基础上而出现的。 1
由于其占用面积小、安全、经济,2000年以后它首先在压缩天然气汽车加气站(CNG)领域得到全面推广[5]。近年来,又在民用、商用、工业用天然气储配调峰领域得到实际应用,受到人们的广泛关注。
3 储气方式对比分析
城市燃气输配系统一般是根据城市各区域的能耗量来设计。目前,我国很多城市的燃气输配管网采用中压系统供气,根据管网配气量,允许管网末端压力为0.03 MPa[4]。若管网只具备中压调峰,而它本身处于供气高峰,则管网压力将迅速下降,导致千家万户燃气气具无法正常使用,这势必会严重影响城市居民的正常生活和生产活动,尤其在以天然气作为生产能源的工业区,对供气压力的稳定性要求更为苛刻。因此,长输管线储气方式受到诸多因素的制约,目前应用较少。从技术经济角度出发,长输管线储气方式较为理想,但其必要条件是能够获得
2. 5MPa 左右的高压稳定气源,如果储气压力低于2.0MPa, 则长输管线储气与高压球罐储气和高压竖井储气相比并没有明显的优势。况目,若今后城市气源的来源方向发生变化,长输管线储气方式不再适用,所以该种方式的实施意义不大。高压球罐储气或高压竖井储气不受此条件限制,应用比较广泛。
对这两种储气方式的安全性和运行费用及技术经济进行比较,以便于储气方
2
此外,球罐的储存压力定为 1.0MPa ,不需要压缩机,无需电费[8];储气井单位造价高,为减少储气井的数量,储气井采用高压储存的方式,同时为了能够一站多用(该站还可作为 CNG 加气站、非管网民用气母站),储气井的存储压
3力定为25.0MPa ,需要消耗电能,根据实际测算,每压缩 1m 天然气需耗电 0.16
千瓦时。
4 结论
由以上分析可以得出:
(1)球罐储气方式占地面积大,高压竖井储气方式占地面积仅为储罐方式的1/3。目前,土地资源紧缺,价格不断上涨,该项费用会越来越高,从保护耕地和节约投资的角度出发,高压竖井储气方式具有更大的发展空间。
(2)球罐储气方式占地面积大,危险程度高,选址比较困难(一般应建设在城市郊区), 而且随着城市规模的不断扩大,城市各区域用气量会出现较大不同,在城郊建一座储气调峰站将不能较好地解决用气问题,此时就应该在靠近终端用户处建设区域调峰站或者储气调峰站;而高压地下储气井占地面积小,安全性高,防火间距小,对选址的要求低, 可建设在城市燃气调峰的适宜地方,此时该调峰站还可考虑和 CNG 加气站合建,这样该建设费用仅在 CNG 建站费用基础上增加高压竖井的建设费用及调压费用,总投资小,且同时兼具调峰与 CNG 站两项功能,具有较高的性价比。
(3)高压竖井储气方式需要消耗较大电能,而电价对总费用的影响极大。但随着电力事业的快速发展,电价总体趋势下降。同时由于增压机大多在用气低峰时刻工作(一般在夜间),故用电[9]也是波谷时段,电量得到保证且电价较低。
(4)球罐的使用年限比高压竖井短,一般为 15 年。如果超出使用年限,将不得不更换储气罐,此时费用将大幅度上升(上表未考虑该项费用),考虑到该项费用,则球罐储气方式的总费用将大大超过高压竖井储气方式。
(5)在能够获得 2.5MPa 左右的高压稳定气源的地方,建议采用长输管线储气,其他情况下建议采用高压竖井储气。
因此,选择何种储气方式作为城市调峰储气设施,我们要考虑多种因素,要从安全、经济、技术等多方面出发进行分析比较,确定出最佳方案,此外,还应该结合当地的经济发展水平,城市规划,环保要求等诸多具体情况来酌定。
参考文献
[1] 邓渊. 煤气规划设计手册. 北京:中国建筑工业出版社,1992
[2] 中国市政工程华北设计研究院. GB50028—2006 城镇燃气设计规范. 北京:中国建筑工业出版社,2006
[3] 油气田及管道建设设计专业标准化委员会. GB50251-2003 输气管道工程设计规范. 北京:中国计划出版社,2003
[4] 胡广林. 《城镇燃气设计规范》贯彻实施与热能供应设计安装手册. 中国科技出版社,2006
[5] 祖因希,祖建国. 汽车加油加气站安全技术与管理. 化学工业出版社,2005
[6] 中华人民共和国公安部. GBJ16-87-2001《建筑设计防火规范》. 北京:中国计划出版社,2001
[7] 中国石油天然气集团公司. GB50183-2004 石油天然气工程设计防火规范. 中国计划出版社,2005
[8] 严铭卿. 天然气输配电工程. 北京:中国建筑工业出版社,2005
[9] 中华人民共和国机械工业部. GB50052-1995《供配电系统设计规范》. 中国计划出版社,1996 3