城市配氣系統(tǒng)的天然氣用量是在不斷變化的，有月不均勻性、日不均勻性和時(shí)不均勻性。但一般天然氣氣源的供應(yīng)量是均勻的或可適當(dāng)調(diào)節(jié)的，不可能完全隨著需用工況而變化。為了解決均勻供氣與不均勻耗氣之間的矛盾，保證不間斷地向用戶供應(yīng)足夠流量和正常壓力的天然氣，必須采取合適的方法使天然氣配氣系統(tǒng)供需平衡。一般要綜合考慮氣源條件、用戶及配氣系統(tǒng)的具體情況，提出合理的有效措施。通常，城市配氣系統(tǒng)會(huì)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上采取幾種調(diào)節(jié)方式的組合。
一、供需平衡的方法
1. 改變氣源生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源
采用改變氣源的生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源，必須考慮氣源運(yùn)轉(zhuǎn)、停止的難易程度、氣源生產(chǎn)負(fù)荷變化的可能性和變化的幅度。同時(shí)應(yīng)考慮供氣的安全可靠和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。
天然氣配氣系統(tǒng)中，一般只在用氣城鎮(zhèn)距離天然氣產(chǎn)地不太遠(yuǎn)時(shí)，可采用調(diào)節(jié)氣井供應(yīng)量的辦法平衡部分月不均勻用氣。
設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源也是平衡季節(jié)或其他高峰用氣的有效方法之一。對(duì)于城市配氣系統(tǒng)在設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，考慮可能取得的機(jī)動(dòng)氣源的種類和數(shù)量，用以技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
2. 利用緩沖用戶和發(fā)揮調(diào)度的作用
調(diào)節(jié)季節(jié)性用氣不均勻性，可采取設(shè)立緩沖用戶的方法。一些大型的工業(yè)企業(yè)、鍋爐房等都可作為城市配氣系統(tǒng)的緩沖用戶。夏季用氣低峰時(shí)，把城市配氣系統(tǒng)的余氣供給它們使用；冬季用氣高峰時(shí)，這些緩沖用戶就改用固體燃料或液體燃料。用此方法平衡季節(jié)不均勻用氣及一部分日不均勻用氣。緩沖用戶由于需要設(shè)置兩套燃料燃燒系統(tǒng)，用戶投資費(fèi)用會(huì)增加，而天然氣配氣系統(tǒng)可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)用戶的投資費(fèi)用的增加，一般可用城市配氣的季節(jié)性差價(jià)予以補(bǔ)償。
此外，還可采用計(jì)劃上調(diào)配用氣的方法解決供氣和用氣的矛盾。隨時(shí)掌握各工業(yè)企業(yè)的實(shí)際用氣和計(jì)劃用氣量。對(duì)居民生活和公共建筑用氣設(shè)置測(cè)點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)裝置天然氣總計(jì)量表，掌握用戶用氣情況。根據(jù)掌握的工業(yè)企業(yè)、居民生活及公共建筑用氣情況，制定合理的調(diào)度計(jì)劃調(diào)配供氣。
在氣源比較緊張的情況下，還可以通過(guò)調(diào)整大型工業(yè)企業(yè)用戶廠休日和作息時(shí)間，有計(jì)劃平衡部分日不均勻用氣。
3. 利用儲(chǔ)氣設(shè)施
利用儲(chǔ)氣設(shè)施平衡供需矛盾也是天然氣配氣系統(tǒng)中常用的方法。因此，天然氣儲(chǔ)存在城市配氣系統(tǒng)中占有重要的地位。
(1) 地下儲(chǔ)氣
地下儲(chǔ)氣庫(kù)一般是挑選合適的地質(zhì)結(jié)構(gòu)建成的。儲(chǔ)氣庫(kù)主要有利用枯竭油氣田地層穴儲(chǔ)氣、利用多孔含水地層儲(chǔ)氣及利用巖鹽地穴儲(chǔ)氣三種方式。
地下儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣量大，造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用省。天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建造是平衡城鎮(zhèn)配氣季節(jié)不均勻性，平抑用氣峰值波動(dòng)的最合理、有效的途徑，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都很顯著，但地下儲(chǔ)氣庫(kù)不應(yīng)用來(lái)平衡日不均勻用氣和小時(shí)不均勻用氣，因?yàn)榧眲≡黾硬蓺鈴?qiáng)度，會(huì)使儲(chǔ)庫(kù)的投資和運(yùn)行費(fèi)用增加，很不經(jīng)濟(jì)。
天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，將其冷卻至沸點(diǎn)溫度以下(-162℃)即被液化，可在其飽和蒸氣壓接近常壓的情況下進(jìn)行儲(chǔ)存。天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)體積縮小約600倍，因此采用天然氣液化儲(chǔ)存可大大提高天然氣的儲(chǔ)存量。
天然氣液化儲(chǔ)存方式有凍土地穴儲(chǔ)存、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲(chǔ)罐、地上金屬儲(chǔ)罐等，都要求儲(chǔ)罐保證絕熱良好。液化天然氣氣化方便，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，適于調(diào)節(jié)各種不均勻用氣，且儲(chǔ)罐壓力較低，比較安全。但建設(shè)天然氣液化儲(chǔ)氣設(shè)施的費(fèi)用較高，一般是建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的4～10倍，而且日常運(yùn)行管理和維護(hù)費(fèi)用也比較高。因此，采用低溫液態(tài)存儲(chǔ)，通常儲(chǔ)存量都比較大，否則經(jīng)濟(jì)上很不合算。
液化天然氣還可以作為城市調(diào)峰氣源、設(shè)備大修或事故處理過(guò)程中的供氣來(lái)源，在有天然氣規(guī)劃的城鎮(zhèn)，還可以作為管道天然氣暫時(shí)未到達(dá)地區(qū)的燃?xì)鈿庠础?/div>
(3) 管道儲(chǔ)氣
高壓天然氣管束儲(chǔ)氣及長(zhǎng)輸干管末端儲(chǔ)氣，是平衡小時(shí)不均勻用氣的有效辦法。
輸氣干管末端是指長(zhǎng)距離輸氣管線最后一級(jí)壓氣站出口至管線末端門站為止的管段。從壓氣站到門站的輸氣量是穩(wěn)定的，而自門站供給城市的氣量是不均勻的。當(dāng)門站所供應(yīng)的氣量小于壓氣站輸入的氣量，如在夜間用氣低峰時(shí)，就可將天然氣儲(chǔ)存在管道中，這時(shí)管道中平均壓力增高；當(dāng)門站所供應(yīng)的氣量大于壓氣站輸入的氣量，如白天用氣高峰時(shí)，再將管內(nèi)儲(chǔ)存的天然氣送出，管道中平均壓力相應(yīng)降低。利用長(zhǎng)輸于管末端的管段容積及其壓力變化儲(chǔ)存天然氣，是調(diào)節(jié)配氣系統(tǒng)供需平衡的一種手段。
近年，大城市高壓外環(huán)儲(chǔ)氣方式也引起了重視。城市高壓外環(huán)儲(chǔ)氣就是利用敷設(shè)在城市邊緣的高壓天然氣管道進(jìn)行儲(chǔ)氣。它充分利用了長(zhǎng)輸管線末端較高的天然氣壓力和城市中壓管網(wǎng)的壓力差進(jìn)行儲(chǔ)氣調(diào)峰。
(4) 儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣
我國(guó)目前采用最多的儲(chǔ)氣方式，只能用來(lái)平衡部分日不均勻用氣及小時(shí)不均勻用氣。儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣與其他儲(chǔ)氣方式相比，金屬耗量和投資都較大。
二、儲(chǔ)氣容積的計(jì)算
儲(chǔ)氣罐的主要功能有以下幾點(diǎn)。
① 隨天然氣小時(shí)用氣量的變化，補(bǔ)充來(lái)氣管道或城市門站所不能及時(shí)供應(yīng)的部分氣量。
② 當(dāng)停電、維修管道、門站或配氣設(shè)備發(fā)生暫時(shí)事故搶修時(shí)，保證一定程度的供氣，即可以保證重點(diǎn)用戶和不能停氣的用戶能維持用氣。
③ 可用于調(diào)節(jié)平衡天然氣氣質(zhì)要求，使城市天然氣的成分和發(fā)熱值穩(wěn)定均勻。
④ 合理確定儲(chǔ)氣設(shè)施在城市配氣系統(tǒng)的位置，使配氣管網(wǎng)的供氣點(diǎn)分布均勻合理，改善管網(wǎng)運(yùn)行工況，優(yōu)化配氣管網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
確定儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣容積時(shí)，主要根據(jù)日用氣總量、工業(yè)與民用的用氣比例、供氣與用氣的不均勻情況和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)等因素綜合確定。如果氣源產(chǎn)量能夠根據(jù)需用量改變一周內(nèi)各天的生產(chǎn)工況時(shí)，儲(chǔ)氣容積以計(jì)算月最大日天然氣供需平衡要求確定，否則應(yīng)按計(jì)算月平均周的天然氣供需平衡要求確定。
為了平衡一天中的不均勻用氣，設(shè)置儲(chǔ)氣設(shè)備，則氣源可按計(jì)算月最大日平均小時(shí)供氣量均勻地供氣。夜間用氣量低時(shí)，多余天然氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣設(shè)備內(nèi)，以補(bǔ)充日間用氣高于供氣的不足部分。所需儲(chǔ)氣容積的計(jì)算辦法舉例如下。
例：某城市計(jì)算月最大用氣量為325000m3/d，假設(shè)氣源在一日內(nèi)連續(xù)均勻供氣。每小時(shí)用氣量占日用氣量的百分比見表4-7。試確定城市配氣系統(tǒng)所需的儲(chǔ)氣容積。
表4-7 某城市小時(shí)用氣量占日用氣量的百分比
|
小時(shí)
|
0～1
|
1～2
|
2～3
|
3～4
|
4～5
|
5～6
|
6～7
|
7～8
|
|
%
|
2.31
|
1.81
|
2.88
|
2.96
|
3.22
|
4.56
|
5.88
|
4.65
|
|
小時(shí)
|
8～9
|
9～10
|
10～11
|
11～12
|
12～13
|
13～14
|
14～15
|
15～16
|
|
%
|
4.72
|
4.70
|
5.89
|
5.98
|
4.42
|
3.33
|
3.48
|
3.95
|
|
小時(shí)
|
16～17
|
17～18
|
18～19
|
19～20
|
20～21
|
21～22
|
22～23
|
23～24
|
|
%
|
4.83
|
7.48
|
6.55
|
4.84
|
3.92
|
2.48
|
2.58
|
2.58
|
解：氣源在一日內(nèi)連續(xù)均勻供氣，設(shè)每日氣源供氣量為100，每小時(shí)平均供氣量為：
列表4-8計(jì)算儲(chǔ)氣容積：第2項(xiàng)為計(jì)算開始時(shí)算起的天然氣供應(yīng)量累計(jì)值；第4項(xiàng)為從計(jì)算開始算起的用氣量的累計(jì)值；第2項(xiàng)與第4項(xiàng)之差(天然氣供應(yīng)量的累計(jì)值與用氣量的累計(jì)值之差)，即為小時(shí)末天然氣的儲(chǔ)存量。
表4-8 儲(chǔ)氣容積計(jì)算表
|
小時(shí)
|
燃?xì)夤?yīng)的累計(jì)值
|
用氣量
|
燃?xì)獾膬?chǔ)存量
|
小時(shí)
|
燃?xì)夤?yīng)的累計(jì)值
|
用氣量
|
燃?xì)獾膬?chǔ)存量
|
||
|
小時(shí)內(nèi)
|
累計(jì)值
|
小時(shí)內(nèi)
|
累計(jì)值
|
||||||
|
0～1
|
4.17
|
2.31
|
2.31
|
1.86
|
12～13
|
54.17
|
4.42
|
53.98
|
O.19
|
|
1～2
|
8.34
|
1.81
|
4.12
|
4.22
|
13～14
|
58.34
|
3.33
|
57.31
|
1.03
|
|
2～3
|
12.50
|
2.88
|
7.00
|
5.50
|
14～15
|
62.50
|
3.48
|
60.79
|
1.71
|
|
3～4
|
16.67
|
2.96
|
9.96
|
6.17
|
15～16
|
66.67
|
3.95
|
64.74
|
1.93
|
|
4～5
|
20.84
|
3.22
|
13.18
|
7.66
|
16～17
|
70.84
|
4.83
|
69.57
|
1.27
|
|
5～6
|
25.OO
|
4.56
|
17.74
|
7.26
|
17～18
|
75.OO
|
7.48
|
77.05
|
2.05
|
|
6～7
|
29.17
|
5.88
|
23.62
|
5.55
|
18～19
|
79.17
|
6.55
|
83.60
|
-4.43
|
|
7～8
|
33.34
|
4.65
|
28.27
|
5.07
|
19～20
|
83.34
|
4.84
|
88.44
|
-5.10
|
|
8～9
|
37.50
|
4.72
|
32.99
|
4.51
|
20～21
|
87.50
|
3.92
|
92.36
|
-4.86
|
|
9～10
|
41.67
|
4.70
|
37.69
|
3.98
|
21～22
|
91.67
|
2.48
|
94.84
|
-3.17
|
|
10～11
|
45.84
|
5.89
|
43.58
|
2.26
|
22～23
|
95.84
|
2.58
|
97.42
|
-1.58
|
|
11～12
|
50.OO
|
5.98
|
49.56
|
0.44
|
23～24
|
100
|
2.58
|
100
|
O.00
|
在第5項(xiàng)中找出最大值和最小值，兩個(gè)數(shù)值的絕對(duì)值之和即為所需的儲(chǔ)氣容積，即(7.66+5.10)%×325000m3=41470m3
該城市所需的儲(chǔ)氣容積為41470m3，占日用氣量的12.76%。
在圖4-1上繪制城市天然氣配氣系統(tǒng)一天中各小時(shí)的供、用氣曲線和儲(chǔ)氣設(shè)備中的儲(chǔ)氣曲線。
依據(jù)儲(chǔ)氣容積確定儲(chǔ)氣方式和儲(chǔ)氣設(shè)施時(shí)，應(yīng)考慮到氣源的調(diào)節(jié)能力：當(dāng)氣源生產(chǎn)或供應(yīng)能力可以隨著用氣的不均勻性進(jìn)行調(diào)節(jié)，在用氣高峰時(shí)，可以多供應(yīng)；用氣低峰時(shí)，可以少供應(yīng)，則實(shí)際儲(chǔ)氣容積可減小。在氣源供氣情況明確后，調(diào)查用戶的用氣規(guī)律，充分考慮供氣量的波動(dòng)、用氣負(fù)荷的誤差、氣溫等因素，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，對(duì)確定實(shí)際儲(chǔ)氣容積、選取儲(chǔ)氣方式至關(guān)重要。
在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，當(dāng)缺乏用氣工況統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可參照類似的城鎮(zhèn)天然氣配氣系統(tǒng)，按計(jì)算月的最大日用氣量的20%～40%來(lái)估算儲(chǔ)氣容積。
客服1