天津市高(次高)壓天然氣管網系統配置探討

摘 要

摘要：探討了天津市天然氣門站與氣源配置、天然氣高(次高)壓輸配管網配置、調峰配置以及調度搶修維護配置。關鍵詞：高壓管道；輸配系統；調峰；搶修Discussion on Configuration of H
摘要：探討了天津市天然氣門站與氣源配置、天然氣高(次高)壓輸配管網配置、調峰配置以及調度搶修維護配置。
關鍵詞：高壓管道；輸配系統；調峰；搶修
Discussion on Configuration of High(Sub-high)Pressure Natural Gas Network System in Tianjin
LI Xijie
Abstract：The layout of Tianjin natural gas gate stations and gas sources，the configuration of natural gas high(sub-high)pressure transmission and distribution pipelines and the arrangements for peak shaving，dispatching，repair and maintenance are discussed.
Key words：high pressure pipeline；transmission and distribution systems；peak shaving；repair
   進入十二五以來，隨著潔凈能源利用政策的調整，在今后5年內，天津市天然氣利用規模將由目前的年消費19×108m3增長到(100～160)×108m3。要滿足天津市經濟高速增長的燃氣需求，實現上游多氣源的靈活調配，保障供氣安全，必須合理配置由門站、高壓管道、儲氣調峰應急設施和高壓搶修廠站組成的高壓管網供應系統。
1 門站與氣源配置
1.1 現狀門站
    截至2010年底，天津市共有8座天然氣門站，基本情況見表1。天津市目前擁有東、西、南3個方向共4個氣源。這種供氣格局有利于城市燃氣供應設施的建設和燃氣的安全穩定供應，在全國各大城市都是不多見的。但由于北部缺乏直供氣源，導致門站至天津市最北端的薊縣的高壓管道輸送距離超過150km，并且是單條管道運行，抗風險能力明顯不足。
表1 天津市現狀城市天然氣門站基本情況
氣源
門站坐落地點
數量/座
上游管道設計壓力/MPa
門站設計供氣壓力/MPa
門站設計接收氣量/(m3·a-1)
氣源來向
大港油田(中石油)
獨流減河南岸(大港站、泰達站)
2
0.8
0.8
3×108
南部
華北油田(中石油)
河北省永清縣
1
4.0
4.0
4×108
西部
渤海油田(中海油)
塘沽西大沽
1
0.8
0.8
3×108
東部
港清線、港清復線
(中石油陜京線)
大港大張坨
1
6.3
2.5
10×108
南部
西青汪莊子
1
10.0
2.5
10×108
南部
西青小卞莊
2
10.0
0.8，4.0
5×108
南部
合計
—
8
—
—
35×108
—
1.2 現狀氣源
   天然氣供應共有大港油田、華北油田、渤海油田、陜京線4個氣源，其中陜京線為主導氣源，其余3個氣源為輔助氣源。這些氣源通過已建成的永清、汪莊子、大張坨、西青、濱海、大港等8個門站從東、西、南3個方向向天津市供氣。
   ① 大港油田天然氣
   大港油田天然氣來自天津市東南部的大港油田，天然氣壓氣站距天津市區45km，自1975年開始向天津市大港及津南區供氣，2010年供給天津市的天然氣量為1.4×108m3。
   ② 華北油田天然氣
   華北油田天然氣自2002年開始通過永清門站，利用永清-陜津儲配站(第一煤氣廠)的永津高壓管道向天津市供氣。2010年供給天津市的天然氣量為0.9×108m3。
   ③ 渤海油田天然氣
   渤海油田天然氣來自渤西油田，其陸上終端處理廠位于塘沽的西大沽附近，自1997年開始通過濱海儲配站向塘沽和濱海燃氣電廠供應天然氣，2010年供應天津市的天然氣量為2.8×108m3。
   ④陜京線天然氣
   陜京線天然氣主要來自我國陜甘寧、新疆等西北地區各氣田。陜京線天然氣主要利用DN 700mm的港清線及港清復線高壓管道供應天津市，分成3路：a.將小卞莊分輸站的陜京線天然氣通過DN 650mm的高壓天然氣管道輸送至汪莊子門站，經計量調壓后向外環線以內高壓環網的北半環供氣；b.將小卞莊分輸站的陜京線天然氣通過DN 200mm的高壓天然氣管道向靜海縣供氣；c.通過DN 600mm的港南高壓管道，將大張坨地下儲氣庫的高壓天然氣輸送到濱海高壓管道，向濱海新區及市內管網供氣。2010年供給天津市的天然氣量為13.9×108m3。
1.3 規劃氣源及門站
   ① 上游氣源
   十二五期間，天津市上游氣源將快速增加。規劃新增的氣源為：中石油公司的永唐秦線高壓管道和港清三線高壓管道供應的陸地天然氣，同時配套建設大港板南地下儲氣庫，唐山液化天然氣管輸氣；中海油公司的天津港液化天然氣和煤制天然氣(內蒙古等地建氣源廠，已報國家立項)；大唐國際公司的內蒙古克什克騰旗煤制天然氣。天津市規劃的境內氣源管道見表2。
表2 天津市規劃的境內氣源管道
氣源管道
起止點
長度/km
設計壓力/MPa
外徑/mm
輸氣規模/(m3·a-1)
氣源來源
項目進展情況
永唐秦線高壓管道(中石油公司)
河北永清-唐山-秦皇島
497
10.0
1000
120×108
陜京線
正在建設
港清三線高壓管道(中石油公司)
河北霸州-天津大港
150
10.O
1000
120×108
陜京線
正在設計
唐山液化天然氣輸氣管道
河北唐山-天津寧河
300
4.0
600
15×108
進口LNG
正在設計
天津港液化天然氣輸氣管道
(中海油公司)
天津港內
23
6.3
1000
70×108
進口LNG
項目前期
煤制天然氣管道(中海油公司)
內蒙古杭錦旗-山東東營
1100
10.0
1000
50×108
煤化工
正在設計
煤制天然氣管道(大唐國際公司)
內蒙古克什克騰旗-北京
1000
7.O
900
40×108
煤化工
項目前期
   上述氣源管道中，永唐秦線、港清三線氣源均來自陜京線系統。陜京三線、四線建成后，將會同陜京一線、二線，對京津地區的年供氣能力共達400×108m3以上。
   ② 天然氣用氣市場分布
   天津市的地理特點是南北向長，接近200km；東西向窄，約為100km。天津市的用氣市場主要分布在中心城區和濱海新區核心區聯結成的津濱產業軸上，以及濱海新區的沿海經濟帶上。用氣領域主要是燃氣熱電和燃氣供熱，燃氣熱電廠主要集中在中心城區和濱海新區核心區周邊，燃氣供熱主要集中在中心城區和濱海新區核心區。
   ③ 門站配置
   門站是上游長輸管道與城市高壓管網的連接樞紐，門站的配置滿足以下3個原則：
    a. 要保證1個氣源多座門站原則，即每個氣源至少要設置兩座門站，通過多點向城市供氣，以實現安全互補。
    b. 要保證N-1的原則，即有一個方向的氣源出現問題，可以協調上游公司，通過其他氣源門站滿足安全供應。
    c. 上游氣源為單座門站的，門站須有兩條管道與城市管網連接。
    按以上原則，天津市規劃新增天然氣門站情況見表3。
 

    從門站接收能力配置方面看，北部及東北部5座門站的設計接收能力為115×108m3/a，南部及西南部5座門站的設計接收能力為130×108m3/a，基本上與天津市用氣市場的分布一致。同時，東部臨港工業區門站作為天津LNG及港清三線氣源的重要沿海分輸調度站，將協調大港儲氣庫、大港板南儲氣庫，使用氣最不利點與各個門站間的距離控制在80km左右，有效地縮短了城市高壓管道的輸送距離。
    從氣源構成配置方面看，南部和北部氣源都是由陸地和海外、常規和非常規的多個氣源構成，有利于安全穩定供氣。
現狀和規劃新增門站分布見圖1。
 

2 天津市高(次高)壓天然氣管網配置方案
2.1 天津市高(次高)壓天然氣管網發展現狀
    天津市現狀高(次高)壓天然氣管網包括4.0MPa、2.5MPa、1.6MPa和0.8MPa這4級壓力級制，到2010年底，高(次高)壓管道總長度近700km，管網輸配能力達40×108m3/a，主要分布在天津市中心城區和濱海新區。
2.2 天津市高(次高)壓天然氣管網配置方案
2.2.1發達城市的高(次高)壓管網壓力級制
    以國內的上海市和北京市為例。上海市采用環狀加放射線的布局，即由城市以外來自不同方向的放射狀長輸燃氣管道和城市外圍環狀管網構成的管網布局。中心城區管網主要起輸配氣作用，壓力級制確定為不大于1.6MPa。城市外圍天然氣高壓管網主要向電廠、化工廠等特大型用戶供氣，為輸氣和儲氣干管，壓力級制確定為不小于4.0MPa，遠郊高壓管道參考洋山港液化天然氣高壓管道的壓力，確定為6.3MPa。北京市基本上是采用外圍管網壓力為10.0MPa、六環高壓A級(4.0MPa)、五環高壓B級(2.5MPa)和五環內次高壓A級(1.0MPa)的4級管網布局。
    隨著城市化進程的發展，在保證安全的前提下，提高輸氣壓力可以減小管徑，增加管道儲氣能力，節省工程費用；可以適應部分特殊用戶如燃氣電廠3～4MPa的發電機組的用氣壓力要求，避免了用戶自行升壓造成能源費用和噪聲污染。因此在可能的情況下，對部分主干輸氣管道采用較高的輸送壓力是合理的。
2.2.2天津市高(次高)壓燃氣管網配置原則
    ① 符合天津市城市規劃、經濟與能源發展規劃。
    ② 保障全市供氣的安全可靠性，確保中心城區、濱海新區等重要區域主干管道成環狀布置，各氣源之間可以實現聯供聯調。
    ③ 滿足近期需求，適應長遠需要，并保留一定的發展余量。
    ④ 高(次高)壓管網的管道敷設避開城鎮發展區域及重要市政設施。
    ⑤ 高(次高)壓管網盡量沿城市規劃認可的現狀道路及規劃道路敷設。
2.2.3天津市高(次高)壓天然氣管網配置方案
   ① 壓力級制選擇
依據GB 50028—2006和GB 50251—2003，以保證管道本身安全、保障建構筑物和社會公眾安全為前提，基于上游氣源供氣能力和城市發展的需要，以及高壓管道施工技術的不斷提高，結合城市總體發展規劃和現狀高(次高)壓管道配置情況，天津市高(次高)壓天然氣管網的壓力級制仍然按4級進行配置，即高壓A級、高壓B級、次高壓A級、次高壓B級。
② 高(次高)壓管網配置方案
    綜合氣源、門站、區域燃氣需求、管網現狀等因素，確定“5橫、4縱”的高(次高)壓管網配置方案，管網年輸配能力為200×108m3/a，高峰小時流量為700×104m3/h。管網主干管道以4.0MPa、管徑為DN 1000mm/和DN 800mm為主，形成勾連南北、縱橫東西的大型輸配系統，管網總長度達1500km。各氣源可以通過高(次高)壓管網合理調度，可滿足對各用氣區域和電廠等大型用戶雙向或多向供氣的安全運營要求，滿足燃氣電廠等大型用戶對燃氣壓力的要求，還具有200×104m3的小時調峰能力。天津市高壓管網配置方案見圖1。
2.3 調峰配置
2.3.1現狀調峰情況
    天津市現狀調峰設施包括19臺高壓球罐和一部分地下儲氣井群，總儲存能力近100×104m3，僅能夠滿足小時調峰。季節調峰和日調峰全部依靠上游解決。由于季節凋峰能力不足，長期存在冬季限制工業用戶而保障民用的現象。
2.3.2十二五燃氣調峰需求
    按照天津市燃氣發展十二五規劃，天津市的調峰需求將隨著燃氣熱電廠、燃氣供熱的大規模發展增加幾十倍。如按2015年年用氣量為120×108m3計算，天津市季節調峰需求約為30×108m3，日調峰需求為8000×104m3，小時調峰需求約為500×104m3。
2.3.3十二五燃氣調峰設施配置
    ① 季節調峰設施配置
    對于季節調峰的配置，按照上游氣源供應企業、地方政府、城市燃氣企業和下游用戶共同承擔的原則，通過上下游調度的有機結合，最大限度地實現供需平衡。
    a. 上游各供氣企業，按照國家規定，以年供氣總量的15%配置調峰氣源并承擔季節調峰。具體方案為：中石油公司年供氣(60～80)×108m3，需承擔(9～12)×108m3的季節調峰量，通過擴建大港地下儲氣庫，增加華北和長慶等油氣田調峰氣源等方式解決；中海油公司年供氣(40～60)×108m3，需承擔(6～9)×108m3的季節調峰量，通過建設7～10座LNG儲配站和增加冬季LNG供應來實現。
    b. 地方政府和城市燃氣企業承擔上游季節調峰不足的部分。結合城市應急氣源的建設，鑒于大港地下儲氣庫資源落實的不確定性，規劃建設天津市LNG調峰氣源站。規劃LNG儲罐總規模不小于160×104m3，十二五期間首先建設2～4座16×104m3的LNG儲罐，可解決(2～4)×108m3的季節調峰，并提供一定的應急保障。
    c. 季節調峰總量不足的部分，通過加強需求側管理，大力發展燃氣調峰電廠等可中斷工業用戶，彌補季節調峰能力的不足。
   ② 日調峰設施配置
   按照冬季高峰月連續一周，每天日用氣量超過平均日用氣量的15%計算日調峰規模，即日調峰量為冬季高峰月平均日用氣量的1.05倍。如按年消費120×108m3計算，則日調峰需求約為8000×104m3。
    鑒于日調峰規模偏大，采用與天津市LNG調峰氣源站合并建設解決。
   ③ 小時調峰設施配置
   十二五末小時調峰量約為500×104m3，采用高(次高)壓管道輸儲兼備，同時建設小型儲氣設施的配置方案。首先由高(次高)壓管網解決200×104m3，其余300×104m3通過一批小型LNG調峰儲配站解決。即在全市各區域規劃建設10～15座、每座儲存規模為(100～200)×104m3的小型LNG調峰儲配站，補充小時調峰用氣量。這些小型LNG調峰儲配站具有建設靈活、啟動方便、較容易控制調峰量的特點，還可以兼做事故氣源站。LNG調峰儲配站按近遠期的需求規模總體規劃，分期實施。
3 管網調度及搶修維護配置
3.1 管網調度及搶修維護配置方案
    設置天津市高(次高)壓管網應急指揮調度及管網搶修中心，塘沽、大港、靜海、武清、薊縣和寧河等區縣應急指揮調度及管網搶修分中心。中心包含3個功能：①通過數據采集與監控(SCADA)系統，對高(次高)壓天然氣管道系統的運行進行監視和控制，實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等功能，提高管網運行的可靠性、安全性和經濟性，實現天然氣管道調度自動化與現代化。②實現與上游供氣方、下游營銷方和大型用戶之間的溝通，以及城市安全事故應急處置、地震防汛應急處置和防范恐怖襲擊應急處置等系統的溝通。③實現管網的正常巡視，以及發生運行事故時，及時進行搶修維護，保證安全供氣。管網搶修半徑約為30～40km。
3.2 管網搶修維護配置的內容
    按照天津市建設交通委《天津市燃氣應急搶修技術及設備配置的研究》文件的要求，對管網搶修維護進行配置。主要配置內容包括維護搶修隊伍、車輛、不停輸帶壓封堵及帶壓堵漏設備以及其他機具、材料等。
    ① 在中心和分中心內均配置由巡視、維修和封堵為業務內容的專業隊伍，搶修巡視車輛和與高(次高)壓管道相適應的管道材料等。
    ② 專業隊伍擁有應急指揮車、燃氣泄漏檢測車、應急搶修集裝設備車及卡車、吊車、挖掘機等一系列車輛。應急指揮車內擁有由數據通信和話傳通信兩部分組成的先進通信系統，可以及時查詢SCADA系統、地理信息系統(GIS)、用戶系統和氣源系統等運行狀況，及時組織作出搶修方案并指揮搶修工作；燃氣泄漏檢測車擁有最先進、最穩定和最靈敏的地下燃氣管網泄漏檢測設備，提高了檢測效率；應急搶修集裝設備車內攜帶發電機、焊機、液壓機具、切割機具、不停輸帶壓封堵及帶壓堵漏設備等。
 
(本文作者：李錫杰 天津市燃氣熱力規劃設計院 天津 300191)