摘　要：天然氣省級管網是一個多氣源混輸系統，存在氣源多元化、壓力超高壓化、管網結構復雜的特點，系統運行過程中可能出現輸氣能力、接收能力、調峰與氣質互換性方面的安全性問題。對這些安全性問題進行分析，對提高系統安全性提出了建議。

關鍵詞：天然氣；  多氣源；  混輸；  中間管網；  省管網

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　多氣源混輸的概念

隨著天然氣應用范圍的不斷擴大，國家層面的輸氣系統由中石油、中石化、中海油承擔的格局會出現變化，許多區域性的天然氣輸氣管網將由另外的投資主體建設和運營。

基于中國天然氣氣源的具體現狀，天然氣氣源的多元化也是中國發展城鎮天然氣的必然選擇。中國很多省份都在建設覆蓋全省的天然氣輸氣干網，擬承擔向省級區域內各地區天然氣用戶供氣的任務。這些省級天然氣管網的氣源必定會來自中石油、中石化或者中海油等氣源提供商，而這些氣源提供商所提供的天然氣種類并不完全一致，這就構成了所謂的多氣源系統。區域性天然氣輸氣管網接收的天然氣不可能均從同一氣源點接入，因此會導致供給下游的天然氣組成發生變化，這就是所謂混輸的概念。

多氣源混輸系統從管理體制、管網結構到燃氣組成都與常規的天然氣輸氣系統存在很大的差異，因此，其運行過程中的安全性將需要特別重視。

2　多氣源混輸系統的特點

多氣源混輸系統與通常的長距離輸氣系統和城市燃氣輸配系統相比，有很多特點：

①管網系統將從城市燃氣輸配系統的壓力級制向長距離輸氣系統的壓力級制轉變。對于城市天然氣管道，4.0MPa是壓力的最高級別，而多氣源混輸系統的管網壓力甚至達到9.0MPa以上。

②管網形成的時間較長。多氣源管網的建設過程實際上是一個統一規劃、分期實施、局部調整的過程，從開始建設到系統完整建成并形成規劃的輸氣能力，周期較長。

③氣源種類的多元化。進入多氣源管網的氣源將會是分期引入，例如未來有些省級天然氣管網將出現海上天然氣、陸地天然氣、進口LNG三大種類聯供的局面，其管網的氣源點可能會超過10個^[1-2]。

3　多氣源混輸系統的安全性分析

多氣源混輸系統的安全性，除了常規意義上更為重視的結構完整性之外，還會延伸到水力安全性、氣質安全性等方面。

①管網輸氣能力的安全性

在傳統意義上，城市下游從上游獲取氣源，下游用戶(分輸站后的供氣區域)的用氣需求與管網的供氣能力基本一致需要得到保障，這可以通過在管網實際運行過程中對下游用戶的天然氣接收規律一致性進行約束來實現，也就是說，對于下游用戶而言，其天然氣用氣需求的變化不均勻性盡量不要傳遞給上游天然氣管網，它必須按照上游天然氣管網所能提供的小時流量進行接收。但對于多氣源混輸系統而言，該系統實際上是中間管網，不是真正的上游，中間管網在輸氣能力不足的情況下所出現的供氣能力減少以及對局部分輸站輸氣能力的調整，是管網運行過程中可能遇到的輸氣能力安全性問題。

②管網接收能力的安全性

作為中間管網，無疑將會接收多個氣源，這些氣源的歸屬不一定完全相同，每個氣源會按照相關約定向管網提供一定量的天然氣，這種情況在傳統的以枝狀管網模式輸氣并且為同一歸屬氣源的條件下，可以通過內部調度進行解決。但在多氣源混輸情況下，這種調度會變得比較復雜，有可能出現的情況是，氣源會面臨有氣輸不出的情形，也就是說，即使氣源有氣，管網也接收不了^[3]。主要原因是管網設計工況所考慮的氣源條件具有壓力和流量的雙重約束，一旦多氣源系統中任何一個氣源的雙重約束中有一個被打破，便會導致管網系統的水力工況惡化，而通常情況下，氣源條件并不是中問管網所能夠控制的。因此，管網接收能力的安全性問題會顯現出來。

③調峰安全性

根據《城鎮燃氣管理條例》，下游城鎮只負責小時調峰，日調峰和月調峰的任務由上游供應商承擔。中間管網盡管不是嚴格意義上的上游，但相對于下游城鎮而言，仍然是上游，這在法定規則上會存在爭議，如何保障調峰的安全性問題會顯現出來。嚴格地說，中間管網必須具有滿足日高峰系數和月高峰系數的小時供氣能力，但實際上會存在一定的困難。

④氣質安全性

一般情況下，天然氣的氣質安全是通過氣質的標準予以保障，一個標準是GB 17820—2012《天然氣》，其規定了天然氣的技術指標；另一個標準是GB／T 13611—2006《城鎮燃氣分類和基本特性》，其規定了作為燃氣的天然氣分類。

在多氣源混輸系統中，管網上游來氣相對復雜，這些氣源可能是按照天然氣的技術指標(GB 17820—2012《天然氣》規定的)供給的，但并不一定都在城鎮燃氣的類別及特性指標(GB 13611—2006《城鎮燃氣分類和基本特性》規定的)中的某一個特性范圍內。GB 17820—2012《天然氣》規定“考慮到天然氣是礦產資源的特殊屬性，在滿足國家有關安全衛生等標準的前提下，對于三個類別之外的天然氣，供需雙方可用合同或協議來確定其具體要求”。但在有中間管網的情況下，很難做到這一點。這將會導致各氣源的組成與燃燒特性參數存在一定差異。下游用戶多樣(居民、商業、汽車、電廠等)，現狀情況多樣(有些地方已經有一定的應用)，混輸氣源是否可以互換，是否會導致下游用戶燃燒與能效狀況惡化，直接關系到用戶用氣是否安全。

4　多氣源的互換性問題

燃氣互換性通常是用燃燒勢和華白數來衡量的。華白數是代表燃氣特性的一個參數，是衡量熱流量大小的特性指數。燃燒勢是燃氣燃燒速度指數，即反映燃氣燃燒火焰產生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性參數。

在多氣源混輸過程中，管網的氣質參數不僅發生變化，而且各個時段也不盡相同，即使同一時段在整個管網范圍內也是不一致的。因此，考察管網的氣質變化規律實際上是考察每個分輸站的氣質組成變化規律^[4]。

在多氣源的情況下，盡管通過華白數和燃燒勢進行約束的氣質組成可能并沒有出現想像中的偏差，但如果這個區域的燃具設計的工作點不合適，就會存在安全隱患。

另外，現代電廠中使用的燃燒設備(包括DLE燃燒器)，燃燒系統非常復雜，其運行取決于燃氣組成和空氣比例，以保持低排放特性。短時間內天然氣組成的較大變化，若超出設備初始調校所接受的范圍，或許對燃燒設備產生破壞性作用，導致排放量增大，壽命縮短，可靠性下降。

實際上，貧燃預混燃燒器與其他一些電站設備均可使用很寬范圍內的各種不同燃料，如低熱值燃氣、天然氣、LNG等。但在設備安裝過程中，必須針對某一特定組成的燃氣進行調校，即對應的燃氣組成范圍較窄；若組成發生顯著變化，必須重新調節才能保持低排放和穩定可靠地工作，調校過程費時費力費資金。

5　對多氣源混輸系統安全的建議

①對多氣源輸氣管網的水力模擬很重要，當管網結構基本確定時，必須確定上游氣源節點的壓力參數，以保證上游氣源進入管網的可靠性。

②管網運行過程中，為了保證管網的正常運行，管網輸氣能力的變化是需要通過氣源壓力調整完成的，因此，對分輸站的壓力與流量監控需要實時進行，并需要一定的預測手段。

③GB 17820—2012《天然氣》關于天然氣技術指標的規定是一個非常寬泛的范圍，顯然，根據這一標準，中間管網公司不能對上游進行約束，因此，應制定標準對GB 17820—2012《天然氣》中的指標性參數進行約束，重要的指標性參數應該是華白數和燃燒勢，應確定華白數和燃燒勢的范圍。比如，如果一種天然氣的高熱值處于熱值標準的低限但其中的CO2、N2等惰性氣體的含量很高，則其華白數的值便很低，應該隨時關注。

④對于區域性天然氣用戶使用的家用燃具，可以要求生產廠商根據氣質組成分析與預測結果，采用與之相適應的基準氣參數。即使對于多氣源天然氣管網供氣范圍內的燃具做出了有別于國標某一類別的天然氣的基準氣要求，也并不一定能對所轄區域的所有燃具完全適用，因為每個區域的天然氣實際氣質偏離基準氣的程度不同，有的很大，有的很小。

⑤對于電廠用戶，應根據水力模擬結果，告知電廠其主要氣源組成以及可能面臨的組成波動情況，甚至不同時期內的組成。同時告知如不采取措施可能出現的后果。告知電廠規劃與建設部門，需采取足夠的應對措施，由其向設備商、承建商提出技術要求，保證設備足夠應對組成的變化。

參考文獻：

[1]吳華麗，孫石磊．多氣源混輸管網下的供氣方案[J]．管道技術與設備，2011(5)：64-56．

[2]徐博．2020年前中國多氣源供應格局展望[J]．天然氣工業，2012，32(8)：1-5．

[3]李文東，張磊，赫飚，等．長輸天然氣管網多氣源聯合調峰[J]．油氣儲運，2010，29(4)：260-262．

[4]秦朝葵，吳之覲．多氣源天然氣的互換性問題[J]．天然氣工業，2009，29(12)：90-93．

本文作者：彭世尼  蔣星池

作者單位：重慶大學城市建設與環境工程學院