天然氣儲氣調峰與安全應急的有機結合

摘 要

摘要：介紹了廈門市天然氣供應概況，結合儲氣調峰和應急儲備的規模及方式，探討了天然氣儲氣調峰與安全應急的有機結合。關鍵詞：儲氣調峰；安全應急；LNG氣化站Organic Combination bet
摘要：介紹了廈門市天然氣供應概況，結合儲氣調峰和應急儲備的規模及方式，探討了天然氣儲氣調峰與安全應急的有機結合。
關鍵詞：儲氣調峰；安全應急；LNG氣化站
Organic Combination between Natural Gas Storage Peak-shaving and Safety Emergency
LIU Yi
Abstract：The natural gas supply situation in Xiamen City is introduced.Combined with the gas storage peak-shaving and emergency reserve scale and mode，the organic combination between natural gas storage peak-shaving and safety emergency is discussed.
Key words：gas storage peak-shaving；safety emergency；LNG vaporizing station
1 概述
   天然氣儲氣調峰及安全應急是每個城市供氣系統不可缺少的組成部分。隨著廈門市城市建設進程的加快，天然氣的引入使城市能源利用格局產生重大變化，天然氣需求量飛躍增長，在當今市場經濟的合約供氣條件下，天然氣應急和調峰問題日益突出。如何安全穩定地保障天然氣供應，滿足城市發展對天然氣的需求，同時將儲氣調峰及安全應急統一考慮，有機結合，確保城市居民日常生活和社會穩定，是每個城市需要研究解決的重要問題。
2 廈門市天然氣供應概況
   ① 天然氣利用工程現狀
   廈門市液化天然氣利用工程于2008年1月全面開工建設，是福建省LNG工程總體項目的9個子項目之一。2010年建設規模為年供氣1.5568×108m3/a，最大供氣量為53.4×104m3/d，供應居民用戶約30.9×104戶。該工程主要分為兩部分：a.天然氣高中壓輸配系統。建設門站2座(集美門站、翔安門站)、高-中壓調壓站4座(東孚調壓站、杏林調壓站、集美調壓站、同安調壓站)和中-中壓調壓站1座(本島調壓站)；敷設高壓輸氣管道27.78km，中壓輸氣管道12.22km，中壓輸配管道488.45km。工程總造價達6.28×108元。b.置換和發展天然氣用戶62×104戶。廈門市天然氣供氣系統流程見圖1。
   ② 現有天然氣儲氣能力
   廈門市現主要有3種天然氣儲氣設施：a.集美門站內3臺容積為100m3的LNG低溫儲罐，折合氣態天然氣15.8×104m3。b.本島兩個混氣站(蔡塘氣源廠、石湖山氣源廠)液化石油氣儲量為300m3(約150t)，折合氣態天然氣18.7×104m3。e.天然氣高壓管道儲氣，目前建成高壓管道約29km，管徑分別為DN 300mm、DN 400mm、DN 600mm，運行壓力為3.5MPa，儲氣能力約為14.9×104m3。
    ③ 天然氣利用工程供氣規模
    隨著廈門市跨越式發展和建設海峽西岸中心城市目標的相繼提出，廈門島東部高尚居住區、高科技研發園區、高品質商務營運中心等重點項目逐步成型，本島土地開發趨于飽和，城市建設中心由島內逐步轉向島外，使得島外各區建設速度明顯加快。相應的區域規劃陸續進行調整，全市土地利用規劃發生了很大改變，致使全市預測的天然氣需求量也相應翻了幾倍。筆者將2020年稱為遠期，2020年以后稱為遠景，則廈門市天然氣遠期、遠景用氣量見表1、2。
表1 廈門市天然氣遠期用氣量
用戶類別
年用氣量/(m3·a-1)
年平均日用氣量/(m3·d-1)
計算月高峰日用氣量/(m3·d-1)
居民
14906.77×104
40.83×104
59.30×104
商業
7674.92×104
21.02×104
30.53×104
工業生產
53826.72×104
147.47×104
183.79×104
燃氣汽車
17095.56×104
47.03×104
47.03×104
不可預見量
4921.27×104
13.48×104
16.88×104
總計
98425.26×104
269.86×104
337.53×104
表2 廈門市天然氣遠景用氣量
用戶類別
年用氣量/(m3·a-1)
年平均日用
氣量/(m3·d-1)
計算月高峰日用氣量/(m3·d-1)
居民
34786.27×104
95.31×104
138.39×104
商業
15289.11×104
41.89×104
60.82×104
工業生產
66796.66×104
183.01×104
222.59×104
燃氣汽車
26985.43×104
74.22×104
74.22×104
不可預見量
7571.44×104
20.74×104
26.10×104
總計
151428.91×104
415.19×104
522.14×104
3 調峰應急儲備及其方式
    天然氣調峰儲氣與應急儲備規模及其相應方式往往是根據城市能源發展規劃和遠景目標，結合城市供氣規模及用戶的重要性，考慮城市經濟承受能力，并參考城市天然氣氣源和管網建設的實際來制定的。
   ① 調峰儲氣量及調峰儲氣方式
   廈門市天然氣供應上游氣源負責月、日調峰，城市輸配系統負責小時調峰。廈門市遠期、遠景調峰氣量見表3。
表3 廈門市調峰氣量
區域
遠期
遠景
調峰儲氣量/m3
儲氣系數/%
調峰儲氣量/m3
儲氣系數/%
島外(集美區和杏林區、海滄區、同安區、翔安區)
25.3×104
9
55.8×104
13
島內(本島)
14.2×104
25
20.3×104
26
    目前國內天然氣調峰儲氣設施主要有高壓管道、高壓球罐、LNG調峰站、高壓管束、地下儲氣庫等。
    目前在城市天然氣利用工程中，高壓管道儲氣是應用最廣泛的調峰方式。它合理地利用了城市輸氣高壓管道，保證不間斷地、穩定地向用戶供氣，同時又能儲氣，節約投資，運行維護管理方便。結合廈門市目前的燃氣設施狀況，首選采用高壓管道進行調峰儲氣。
   ② 應急氣量及應急方式
   作為事故應急儲備，應按照居民用氣及重要用戶的用氣要求來確定。一旦上游氣源或管道出現故障而不能供氣，為確保天然氣用戶的用氣需求，應急儲備開啟，按照用氣負荷等級優先滿足居民用氣及重要用戶的用氣需求。廈門市遠期、遠景應急氣量見表4、5。
表4 廈門市遠期各區域應急氣量   m3
區域
島外
島內
翔安區
同安區
集美區和杏林區
海滄區
本島
應急氣量
8.63×104
10.31×104
17.95×104
22.27×104
24.72×104
合計
59.16×104
24.72×104
全市總量
83.88×104
表5 廈門市遠景各區域應急氣量    m3
區域
島外
島內
翔安區
同安區
集美區和杏林區
海滄區
本島
應急氣量
31.28×104
23.39×104
32.62×104
28.46×104
35.06×104
合計
115.75×104
35.06×104
全市總量
150.81×104
    LNG氣化站是目前大多數城市首選的應急氣源裝置，由于LNG儲存效率高，儲運方式比氣態天然氣靈活，具有較高的機動性。因此，在不具備地下儲氣庫的天然氣消費地區，LNG氣化站尤為經濟。廈門市選用LNG氣化站作為應急氣源。
4 調峰與應急的有機結合
4.1 廈門市島外區域
    廈門市島外高壓天然氣管道供氣系統見圖2。集美門站作為門站、加氣母站，并提供應急氣源；翔安門站作為門站，并提供應急氣源。
   ① 調峰方案
   通過核算，規劃管道設定為DN 700mm，高壓燃氣管道儲氣量約為36.4×104m3，可滿足島外遠期儲氣調峰量為25.3×104m3的要求。目前集美門站內設有LNG應急氣源站1座，配有3臺并預留1臺容積為100m3的LNG低溫儲罐，折合氣態天然氣22.7×104m3。
   LNG應急氣源站作為一種安全措施，不可避免地存在運行時間短、設備利用率不高、經濟效益差等問題，難以較好地發揮裝置的效能。更重要的是，由于運行機會不多，裝置、設備隱患平時難以暴露，一旦出現緊急情況，直接影響事故應急氣源裝置發揮其應有作用[1]。利用現有的LNG低溫儲罐設施，將調峰與事故應急氣源站融為一體，有機整合，優化配置，不僅減少一次性投入，占地少，運行效率高，而且能較好地解決單一事故應急氣源站設備閑置率過高、經濟負擔重的矛盾。島外區域可通過高壓管道及LNG氣源應急站中的LNG低溫儲罐進行調峰儲氣，儲氣總量為59.1×104m3，可滿足遠景的儲氣調峰量，無需另外設置調峰儲氣設施。
    ② 應急方案
    隨著城市建設的發展，天然氣需求量進一步增加，在天然氣供應量增長的同時，所需配套的應急設施應同步建設，確保天然氣供氣的安全穩定。廈門市島外的集美區和杏林區、海滄區、同安區、翔安區的應急系統連成一個整體。由于同安區、集美區和杏林區、海滄區受規劃用地限制，無充足用地進行擴建或新建應急氣源站，因此，除保留集美門站應急氣源站外，以翔安門站的LNG應急氣源站為主，其將發揮島外區域的應急儲備功能。
    翔安門站的應急儲備氣源一旦啟用，通過高壓輸氣管道將備用氣源輸送至各個調壓站，在上游氣源事故工況下進行氣源補充。高壓管道作為應急氣源的載體，同時高壓管道儲氣亦可作為應急氣源，在應急措施中發揮著舉足輕重的作用。LNG應急氣源站與高壓輸氣管道在上游氣源事故發生期是不可分割、緊密聯系的。
4.2 廈門市本島區域
    廈門市本島供氣系統見圖3。鑒于本島地理位置(四面環海，外圍既無高壓管道，也無地下儲氣庫)的特點，LNG氣化站是城市管網供氣高峰調峰和事故應急的首選方式。
 

    本島遠景計算月高峰日調峰氣量為20.3×104m3，高峰小時供氣量與高峰日平均供氣量之差為6×104m3/h。LNG調峰氣化站需設置容積為150m3的立式儲罐8臺，其中遠期設置5臺，遠期儲氣量為39.6×104m3。
    目前本島石湖山液化石油氣空混站、蔡塘液化石油氣空混站的總供氣能力約折合天然氣18.7×104m3，利用現有的廠站設施及本島LNG調峰氣化站，遠期3座站的總供氣能力約為58.3×104m3，能完全滿足本島遠期的應急氣量。遠景LNG調峰氣化站設置8臺容積150m3的儲罐，儲氣量為63.3×104m3，3座站的總供氣能力可滿足本島遠景應急氣量。
    LNG氣化站集常規調峰與事故應急于一體，當用氣高峰時，氣化站內儲存的LNG氣化后向管網供氣，彌補上游供氣量的不足；當上游供應系統處于事故狀態時，LNG氣化站代替上游進行供氣。
參考文獻：
[1] 羅東曉.多功能LNG站的技術研究[J].煤氣與熱力，2008，28(6)：B16-B18.
 
(本文作者：劉藝 廈門華潤燃氣工程設計有限公司 福建廈門 361004)