天然气储气调峰与安全应急的有机结合
发布时间：2015/8/13 11:29:47
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.
1 概述
天然气储气调峰及安全应急是每个城市供气系统不可缺少的组成部分。随着厦门市城市建设进程的加快，天然气的引入使城市能源利用格局产生重大变化，天然气需求量飞跃增长，在当今市场经济的合约供气条件下，天然气应急和调峰问题日益突出。如何安全稳定地保障天然气供应，满足城市发展对天然气的需求，同时将储气调峰及安全应急统一考虑，有机结合，确保城市居民日常生活和社会稳定，是每个城市需要研究解决的重要问题。
2 厦门市天然气供应概况
① 天然气利用工程现状
厦门市液化天然气利用工程于2008年1月全面开工建设，是福建省LNG工程总体项目的9个子项目之一。2010年建设规模为年供气1.5568×108m3/a，最大供气量为53.4×104m3/d，供应居民用户约30.9×104户。该工程主要分为两部分：a.天然气高中压输配系统。建设门站2座(集美门站、翔安门站)、高-中压调压站4座(东孚调压站、杏林调压站、集美调压站、同安调压站)和中-中压调压站1座(本岛调压站)；敷设高压输气管道27.78km，中压输气管道12.22km，中压输配管道488.45km。工程总造价达6.28×108元。b.置换和发展天然气用户62×104户。厦门市天然气供气系统流程见图1。
② 现有天然气储气能力
厦门市现主要有3种天然气储气设施：a.集美门站内3台容积为100m3的LNG低温储罐，折合气态天然气15.8×104m3。b.本岛两个混气站(蔡塘气源厂、石湖山气源厂)液化石油气储量为300m3(约150t)，折合气态天然气18.7×104m3。e.天然气高压管道储气，目前建成高压管道约29km，管径分别为DN 300mm、DN 400mm、DN 600mm，运行压力为3.5MPa，储气能力约为14.9×104m3。
③ 天然气利用工程供气规模
随着厦门市跨越式发展和建设海峡西岸中心城市目标的相继提出，厦门岛东部高尚居住区、高科技研发园区、高品质商务营运中心等重点项目逐步成型，本岛土地开发趋于饱和，城市建设中心由岛内逐步转向岛外，使得岛外各区建设速度明显加快。相应的区域规划陆续进行调整，全市土地利用规划发生了很大改变，致使全市预测的天然气需求量也相应翻了几倍。笔者将2020年称为远期，2020年以后称为远景，则厦门市天然气远期、远景用气量见表1、2。
表1 厦门市天然气远期用气量
用户类别 | 年用气量/(m3·a-1) | 年平均日用气量/(m3·d-1) | 计算月高峰日用气量/(m3·d-1) |
居民 | 14906.77×104 | 40.83×104 | 59.30×104 |
商业 | 7674.92×104 | 21.02×104 | 30.53×104 |
工业生产 | 53826.72×104 | 147.47×104 | 183.79×104 |
燃气汽车 | 17095.56×104 | 47.03×104 | 47.03×104 |
不可预见量 | 4921.27×104 | 13.48×104 | 16.88×104 |
总计 | 98425.26×104 | 269.86×104 | 337.53×104 |
表2 厦门市天然气远景用气量
用户类别 | 年用气量/(m3·a-1) | 年平均日用 气量/(m3·d-1) | 计算月高峰日用气量/(m3·d-1) |
居民 | 34786.27×104 | 95.31×104 | 138.39×104 |
商业 | 15289.11×104 | 41.89×104 | 60.82×104 |
工业生产 | 66796.66×104 | 183.01×104 | 222.59×104 |
燃气汽车 | 26985.43×104 | 74.22×104 | 74.22×104 |
不可预见量 | 7571.44×104 | 20.74×104 | 26.10×104 |
总计 | 151428.91×104 | 415.19×104 | 522.14×104 |
3 调峰应急储备及其方式
天然气调峰储气与应急储备规模及其相应方式往往是根据城市能源发展规划和远景目标，结合城市供气规模及用户的重要性，考虑城市经济承受能力，并参考城市天然气气源和管网建设的实际来制定的。
① 调峰储气量及调峰储气方式
厦门市天然气供应上游气源负责月、日调峰，城市输配系统负责小时调峰。厦门市远期、远景调峰气量见表3。
表3 厦门市调峰气量
区域 | 远期 | 远景 | ||
调峰储气量/m3 | 储气系数/% | 调峰储气量/m3 | 储气系数/% | |
岛外(集美区和杏林区、海沧区、同安区、翔安区) | 25.3×104 | 9 | 55.8×104 | 13 |
岛内(本岛) | 14.2×104 | 25 | 20.3×104 | 26 |
目前国内天然气调峰储气设施主要有高压管道、高压球罐、LNG调峰站、高压管束、地下储气库等。
目前在城市天然气利用工程中，高压管道储气是应用最广泛的调峰方式。它合理地利用了城市输气高压管道，保证不间断地、稳定地向用户供气，同时又能储气，节约投资，运行维护管理方便。结合厦门市目前的燃气设施状况，首选采用高压管道进行调峰储气。
② 应急气量及应急方式
作为事故应急储备，应按照居民用气及重要用户的用气要求来确定。一旦上游气源或管道出现故障而不能供气，为确保天然气用户的用气需求，应急储备开启，按照用气负荷等级优先满足居民用气及重要用户的用气需求。厦门市远期、远景应急气量见表4、5。
表4 厦门市远期各区域应急气量 m3
区域 | 岛外 | 岛内 | |||
翔安区 | 同安区 | 集美区和杏林区 | 海沧区 | 本岛 | |
应急气量 | 8.63×104 | 10.31×104 | 17.95×104 | 22.27×104 | 24.72×104 |
合计 | 59.16×104 | 24.72×104 | |||
全市总量 | 83.88×104 | ||||
表5 厦门市远景各区域应急气量 m3
区域 | 岛外 | 岛内 | |||
翔安区 | 同安区 | 集美区和杏林区 | 海沧区 | 本岛 | |
应急气量 | 31.28×104 | 23.39×104 | 32.62×104 | 28.46×104 | 35.06×104 |
合计 | 115.75×104 | 35.06×104 | |||
全市总量 | 150.81×104 | ||||
LNG气化站是目前大多数城市首选的应急气源装置，由于LNG储存效率高，储运方式比气态天然气灵活，具有较高的机动性。因此，在不具备地下储气库的天然气消费地区，LNG气化站尤为经济。厦门市选用LNG气化站作为应急气源。
4 调峰与应急的有机结合
4.1 厦门市岛外区域
厦门市岛外高压天然气管道供气系统见图2。集美门站作为门站、加气母站，并提供应急气源；翔安门站作为门站，并提供应急气源。
① 调峰方案
通过核算，规划管道设定为DN 700mm，高压燃气管道储气量约为36.4×104m3，可满足岛外远期储气调峰量为25.3×104m3的要求。目前集美门站内设有LNG应急气源站1座，配有3台并预留1台容积为100m3的LNG低温储罐，折合气态天然气22.7×104m3。
LNG应急气源站作为一种安全措施，不可避免地存在运行时间短、设备利用率不高、经济效益差等问题，难以较好地发挥装置的效能。更重要的是，由于运行机会不多，装置、设备隐患平时难以暴露，一旦出现紧急情况，直接影响事故应急气源装置发挥其应有作用[1]。利用现有的LNG低温储罐设施，将调峰与事故应急气源站融为一体，有机整合，优化配置，不仅减少一次性投入，占地少，运行效率高，而且能较好地解决单一事故应急气源站设备闲置率过高、经济负担重的矛盾。岛外区域可通过高压管道及LNG气源应急站中的LNG低温储罐进行调峰储气，储气总量为59.1×104m3，可满足远景的储气调峰量，无需另外设置调峰储气设施。
② 应急方案
随着城市建设的发展，天然气需求量进一步增加，在天然气供应量增长的同时，所需配套的应急设施应同步建设，确保天然气供气的安全稳定。厦门市岛外的集美区和杏林区、海沧区、同安区、翔安区的应急系统连成一个整体。由于同安区、集美区和杏林区、海沧区受规划用地限制，无充足用地进行扩建或新建应急气源站，因此，除保留集美门站应急气源站外，以翔安门站的LNG应急气源站为主，其将发挥岛外区域的应急储备功能。
翔安门站的应急储备气源一旦启用，通过高压输气管道将备用气源输送至各个调压站，在上游气源事故工况下进行气源补充。高压管道作为应急气源的载体，同时高压管道储气亦可作为应急气源，在应急措施中发挥着举足轻重的作用。LNG应急气源站与高压输气管道在上游气源事故发生期是不可分割、紧密联系的。
4.2 厦门市本岛区域
厦门市本岛供气系统见图3。鉴于本岛地理位置(四面环海，外围既无高压管道，也无地下储气库)的特点，LNG气化站是城市管网供气高峰调峰和事故应急的首选方式。
本岛远景计算月高峰日调峰气量为20.3×104m3，高峰小时供气量与高峰日平均供气量之差为6×104m3/h。LNG调峰气化站需设置容积为150m3的立式储罐8台，其中远期设置5台，远期储气量为39.6×104m3。
目前本岛石湖山液化石油气空混站、蔡塘液化石油气空混站的总供气能力约折合天然气18.7×104m3，利用现有的厂站设施及本岛LNG调峰气化站，远期3座站的总供气能力约为58.3×104m3，能完全满足本岛远期的应急气量。远景LNG调峰气化站设置8台容积150m3的储罐，储气量为63.3×104m3，3座站的总供气能力可满足本岛远景应急气量。
LNG气化站集常规调峰与事故应急于一体，当用气高峰时，气化站内储存的LNG气化后向管网供气，弥补上游供气量的不足；当上游供应系统处于事故状态时，LNG气化站代替上游进行供气。
参考文献：
[1] 罗东晓.多功能LNG站的技术研究[J].煤气与热力，2008，28(6)：B16-B18.
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