杭州市天然氣應急氣源研究

摘 要

摘要：論述了杭州市天然氣供應的現(xiàn)狀和存在的氣源問題，設置應急氣源的必要性，應急用戶結構及應急氣量的確定，應急氣源的選擇，應急系統(tǒng)的供應方式及應急氣源的設置。關鍵詞：天然氣供
摘要：論述了杭州市天然氣供應的現(xiàn)狀和存在的氣源問題，設置應急氣源的必要性，應急用戶結構及應急氣量的確定，應急氣源的選擇，應急系統(tǒng)的供應方式及應急氣源的設置。
關鍵詞：天然氣供應；應急氣源；城市天然氣儲備；液化天然氣
Research on Emergency Gas Sources for Natural Gas in Hangzhou City
SUN Peiqi，HU Weifeng
Abstract：The present status of natural gas supply and gas source problems in Hangzhou City，the necessity for setting emergency gas source，the determination of emergency user strueture and emergency gas volume，the selection of emergency gas source，the supply mode of emergency system and the emergeney gas source settings are described.
Key words：natura]gas supply；emergency gas source；city natural gas reserves；LNG
1 研究背景
    杭州市于l984年開始建設管道燃氣，1991年煤制氣廠建成投產(chǎn)，向杭州主城區(qū)供應人工煤氣，2004年接納西氣東輸天然氣，并于2006年年底順利完成了城市天然氣的轉換工作。截至2008年年底，已擁有天然氣居民用戶約40.7×104戶、商業(yè)用戶871戶、工業(yè)用戶41戶。
    按照浙江省天然氣利用規(guī)劃與部署，原計劃在2008年通過錢塘江過江管道將東海天然氣與西氣東輸天然氣聯(lián)網(wǎng)，形成東海天然氣、西氣東輸天然氣兩路氣源向杭州市供應天然氣的格局。然而，由于客觀原因，這一目標何時實現(xiàn)尚難以確定，目前僅通過西氣東輸氣源供應天然氣。
    天然氣氣源單一、資源數(shù)量不足一直是杭州市在氣源供應上長期存在的問題。受長輸管道、城市管網(wǎng)建設滯后等因素影響，杭州天然氣氣源調(diào)峰應急保障能力始終面臨著嚴峻的考驗。2008年4月，上游限供事件曾造成杭州市在1個月內(nèi)出現(xiàn)3次高壓管網(wǎng)壓力降至0.4MPa的險情，給全市天然氣穩(wěn)定和安全供應帶來了巨大的威脅。隨著杭州市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，為滿足人民生活和生產(chǎn)的需求，啟動杭州市應急氣源建設極為迫切和必要。
    2007年國家發(fā)展和改革委員會頒布的《天然氣利用政策》(發(fā)改能源[2007]2155號)第六條保障措施(五)規(guī)定，“保障穩(wěn)定供氣，天然氣供需雙方應明確彼此在調(diào)峰和安全供氣方面所承擔的責任。國家鼓勵建設調(diào)峰設施和建立特大型城市天然氣儲備機制。”國家已日益重視天然氣供應的安全問題，在城市建立適當規(guī)模的應急儲備設施符合天然氣利用政策。
2 設置應急氣源的必要性
2.1 資源安全性需求
    資源安全性問題爆發(fā)時，往往城市天然氣發(fā)展受到很大限制，天然氣新用戶無法得到發(fā)展，這極大地限制了城市經(jīng)濟的發(fā)展和城市品質的提高。尤其是當資源不足引起天然氣在用氣高峰季節(jié)供應不足時，甚至會造成城市已供用戶的日高峰氣量無法得到滿足，從而引發(fā)大量用戶停氣，造成氣源安全事故，對社會存在極大的危害性。資源安全性問題往往是由氣源產(chǎn)量、長輸管道輸氣能力以及沿線配給等多種因素造成的，其供應短缺存在時間較長，且不易消除。
   根據(jù)杭州市目前的天然氣資源配置情況，資源的安全性問題已十分突出。通過應急氣源的設置，可以使氣源供應渠道增加、數(shù)量增加、氣源結構變化，具備一定的調(diào)配和應變能力，從而提高杭州市城市天然氣資源供應的安全級別，達到對正常氣源供應的補充作用。
2.2 事故工況應急需求
    事故工況可以分為4種情況：上游事故工況、門站事故工況、城市高壓管道事故工況、其他事故工況。
   事故工況往往帶有突發(fā)性，其短時間的停氣引起的氣量缺口相當大，甚至可能中斷全部用戶的供應，造成重大次生災害。事故工況天然氣應急往往存在不可預期性，需求量大。一般事故性停氣在搶修和維護結束后即可迅速恢復供氣。在事故突發(fā)或預先安排的檢修中，應急氣源臨時代替正常氣源，以起到安全供應的保障作用。
   從我國天然氣長輸管道運行情況來看，西氣東輸、城市高壓天然氣管道均有發(fā)生搶修或緊急維護的先例，因此，事故工況的發(fā)生存在一定的偶然性，從安全穩(wěn)定供氣角度出發(fā)，考慮設置具有短時間替代能力的應急氣源設施十分必要[1～3]。
2.3 戰(zhàn)略考慮
   杭州市是浙江省省會城市，是浙江省政治、經(jīng)濟、文化的中心。杭州市是長江三角洲主要城市之一，從整個長江三角洲戰(zhàn)略角度出發(fā)，考慮一定的城市天然氣儲備對于促進區(qū)域的發(fā)展、穩(wěn)定和能源安全具有重要作用。
3 應急用戶結構及應急氣量
3.1 應急用戶結構的確定
    根據(jù)杭州市城市天然氣利用工程可行性研究報告和初步設計，杭州市天然氣用戶分為居民用戶、商業(yè)用戶、工業(yè)用戶、空調(diào)及鍋爐用戶、汽車用戶共5個大類。作為事故應急儲備，應急氣源不可能解決全部用戶用氣，應按照用氣負荷優(yōu)先等級滿足重要用戶的應急供氣要求。
    居民用戶的用氣關系到國計民生問題，一般情況下都不能停止供氣。因此居民用戶的應急比例應取為正常供氣情況下總用氣量的l00%。商業(yè)用戶由于其自身特點(用戶數(shù)量多、分布范圍廣且與居民用戶用氣基本在同一管網(wǎng)內(nèi))，發(fā)生事故時很難做到逐戶停氣，因此商業(yè)用戶的應急比例也應取為正常供氣情況下總用氣量的100%。從杭州市現(xiàn)已供天然氣的用戶情況來看，工業(yè)用戶用氣量較大，全部考慮應急時供應代價很高，當事故發(fā)生時，原則上優(yōu)先保證居民、商業(yè)用戶用氣，因此，工業(yè)用戶不應作為應急的主要對象。但從某些工業(yè)用戶用氣特點來看，全部中斷對其供應會造成生產(chǎn)設備的報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失，根據(jù)對一些工業(yè)窯爐設備的調(diào)查，保爐用氣量約為正常用氣量的10%，因此，工業(yè)用戶應急比例取正常供氣情況下總用氣量的10%為宜，以保障停氣時工業(yè)用戶用氣設備不被損壞。對于其他用戶(如鍋爐、空調(diào)、汽車用戶)停止供氣，不至于出現(xiàn)重大事故或損失，因此，可以不考慮在應急情況下對其進行供應。
3.2 應急時間的確定
    應急氣源的應急時間與運輸條件、離氣源點的距離、事故發(fā)生情況等因素有關。遠期隨著技術的成熟和資源安全保障性的提高，應急時間可適當減少。2008年3月，上海五號溝液化天然氣(LNG)事故備用站擴建工程正式投運，標志著保證上海市天然氣應急氣源應急時間將由目前的2d提高至10d左右。南京、鄭州、貴陽等城市先后建設了城市天然氣應急氣源，考慮應急時間均為3～5d。
    西氣東輸管道的可靠性分析在《西氣東輸工程可行性研究總報告》中有詳細論述，其結論為：西氣東輸管道總長度為4000km，預計事故率為1.68次/a，每2年管道上可能發(fā)生3次停輸事故，每次停輸事故時間為68h。
    根據(jù)以上分析，結合杭州市的實際情況，杭州市天然氣應急氣源的應急時間取3～5d為宜。
3.3 杭州市總應急氣量
    根據(jù)《杭州市區(qū)燃氣專項規(guī)劃(2006—2020)》，預測杭州市2010年平均日用氣量為201×104m3/d，2020年平均日用氣量為523×104m3/d。根據(jù)上述應急用戶確定原則，計算得出杭州市2010年所需的日應急氣量為89.6×104m3/d (折合液態(tài)LNG約1493m3/d)，應急時間按5d考慮，則所需的液態(tài)LNG總體積為7465m3；2020年所需的日應急氣量為244.2×104m3/d (折合液態(tài)LNG約4070m3/d)，應急時間按5d考慮，則所需的液態(tài)LNG總體積為20350m3。
4 應急氣源的選擇
    城市天然氣應急氣源應滿足以下4項原則：數(shù)量能保障供應，獲取渠道實際可行，互換性問題能得到解決，具有較好的合理性和經(jīng)濟性。城市天然氣應急氣源根據(jù)儲存方式不同主要分為運行儲存、車輛運輸儲存和生產(chǎn)儲存3類。
4.1 運行儲存
    運行儲存是指通過建設高壓管道、高壓管束、儲氣罐，在正常供氣狀況下將一部分天然氣儲存起來作為應急氣源。
   ① 高壓管道儲氣
   主要優(yōu)點為工藝成熟，可以結合城市輸配系統(tǒng)建設，充分利用系統(tǒng)設施，氣源來源可與正常供應氣源一致，價格相當，管理和投入運行方便。主要缺點為由于管道要承擔城市調(diào)峰及輸氣，往往儲存氣體數(shù)量有限，應急時間有限，不能應付資源安全問題的應急。
   ② 高壓管束儲氣
   主要優(yōu)點為工藝成熟，可以采用加壓儲氣，儲氣效率較高，可集中設置在地下，減少土地占用面積，氣源來源可與正常供氣一致。主要缺點為需要建設加壓設施，工程造價與運行費用較高，運行管理較復雜，儲氣能力與建設工程規(guī)模有關。
   ③ 儲氣罐儲氣
   主要優(yōu)點為工藝成熟，可以結合城市調(diào)峰系統(tǒng)，氣源來源可與正常供氣一致。主要缺點為造價高，占地面積較大，需要設置相應的管理人員，儲氣能力與建設規(guī)模有關，儲氣效率不高，不適宜大規(guī)模戰(zhàn)略性應急儲氣，不能應付資源安全問題的應急。
4.2 車輛運輸儲存
    車輛運輸儲存是指采用車輛運輸?shù)姆绞綄睔庠磸纳a(chǎn)基地運輸?shù)匠鞘械膽睔庠凑局?，主要有建設液化天然氣(LNG)應急氣源站和壓縮天然氣(CNG)應急氣源站2種方式。
   ① 建設LNG應急氣源站
   主要優(yōu)點為工藝成熟，儲存效率較高，儲存能力較大，可以緩解現(xiàn)有資源安全問題，也能解決事故緊急需要，可以通過增強運輸能力和鄰近城市調(diào)配提高周轉率，從而縮小建站規(guī)模。主要缺點為廠站占地面積較大，需要設置相應的管理人員，氣源價格可能與正常供應的管道氣價格存在差異。
   ② 建設CNG應急氣源站
   主要優(yōu)點為工藝成熟，儲存效率較高，供應機動靈活，造價較低，建設速度快，占地面積小。主要缺點為供應能力較弱，一般只能作為較小規(guī)模的應急使用。
4.3 生產(chǎn)儲存
    生產(chǎn)儲存是指在城市中建設應急氣源生產(chǎn)裝置和儲存裝置，主要包括建設LPG-空氣混氣站、小型液化系統(tǒng)、液化站系統(tǒng)。
   ① LPG-空氣混氣站
   主要優(yōu)點為工藝成熟，采用液化石油氣作為應急氣源，資源較為充足，供應能力較大。主要缺點為工藝復雜，站區(qū)占地面積較大，運行管理費用高，設備維護復雜，與天然氣的互換性需要進行大量試驗確定，配比定型后不能更換液化石油氣氣源。
   ② 小型液化系統(tǒng)
   主要優(yōu)點為能利用現(xiàn)有供氣系統(tǒng)減壓降溫進行液化，儲存能力可根據(jù)需要而定。主要缺點為該工藝在我國應用剛剛起步，需要一定的設置條件，液化能力較弱。
   ③ 液化站系統(tǒng)
   主要優(yōu)點為可以在氣源充足時大量液化儲氣，儲存能力大，儲存效率高，可以滿足較大應急儲存的需求，主要缺點為需要上游提供足夠的天然氣液化量，建設費用較高，占地面積較大，運行管理復雜且費用高。
4.4 應急氣源的確定
    雖然城市應急氣源的方式比較多，但是通過分析和比較，大多數(shù)城市選擇了建設LNG應急氣源站的方式，例如上海、南京、鄭州、?？?、貴陽等城市。
    根據(jù)杭州市的自身特點及外部條件，經(jīng)技術經(jīng)濟比較，最后確定建設LNG應急氣源站作為杭州市應急氣源。
5 應急系統(tǒng)的供應方式及應急氣源的設置
5.1 應急系統(tǒng)的供應方式
    結合目前以及規(guī)劃的杭州市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的結構，應急氣源進入管網(wǎng)的方式主要考慮以下3種：直接進入中壓系統(tǒng)；直接進入高壓系統(tǒng)，通過高壓管網(wǎng)分配；既進入中壓系統(tǒng)，也進入高壓系統(tǒng)，綜合考慮。直接進入中壓系統(tǒng)的方式，氣源站工藝設置相對簡單，但由于中壓管網(wǎng)管徑主要是按照正常供應情況進行配置，因此，直接進入中壓管網(wǎng)時，水力工況需要詳細分析。另外，杭州市中壓管網(wǎng)較為龐大，尤其是余杭區(qū)內(nèi)的各組團的管網(wǎng)較為分散，供應時需要做好余杭區(qū)、蕭山區(qū)與杭州主城和濱江區(qū)的管道銜接工作。
    直接進入高壓系統(tǒng)，再通過各高-中壓調(diào)壓站進入中壓管網(wǎng)，該供應方式與正常供氣相當，可以很好地滿足各片區(qū)的分配要求。但由于應急氣源站出站壓力較低，使得應急時高壓管網(wǎng)運行壓力較低，現(xiàn)狀DN 600mm高壓管道供應能力不能滿足遠期全市應急氣量的需求。因此，杭州市可以將應急氣源進入中壓管網(wǎng)和進入高壓管網(wǎng)結合起來考慮，即第3種方案。
5.2 應急氣源的設置
    目前，杭州市8個區(qū)范圍內(nèi)天然氣管網(wǎng)主要分成6片相對獨立的運行和管理片區(qū)，分別是主城和下沙片區(qū)、濱江片區(qū)、蕭山片區(qū)、臨平塘棲片區(qū)、余杭片區(qū)、良渚片區(qū)。從長遠來看，未來片區(qū)之間的建設可以實現(xiàn)逐步連接，而形成以錢塘江為界的江南和江北2個大片區(qū)，因此，應急氣源的設置主要分為江南和江北2個獨立片區(qū)考慮。
    根據(jù)杭州市城市布局特點及所需的應急規(guī)模，經(jīng)技術經(jīng)濟比較，考慮建設4座LNG應急氣源站來滿足杭州市天然氣應急供應，總體布局為東、南、西、北各1座，總儲存規(guī)模為25000m3液態(tài)LNG，折合氣態(tài)天然氣約1500×104m3?？蓾M足現(xiàn)狀15d的應急氣量，按照《杭州市區(qū)燃氣專項規(guī)劃》中的用氣量預測，滿足中期(2015年)8～10d的應急氣量，滿足遠期(2020年)6d的應急氣量。
6 結論與建議
    ① 鑒于杭州市目前天然氣氣源來源的單一性，盡快建設杭州市天然氣安全應急儲備設施并完善天然氣安全應急機制十分必要，也非常緊迫。
    ② 從杭州市能源發(fā)展思路來看，能源的供應應提供適當裕量。從戰(zhàn)略的高度審視杭州市燃氣供應問題，必須掌握一定的容量在城市可控范圍內(nèi)，起到應急保障的作用。這符合當前國家產(chǎn)業(yè)政策以及杭州市實際情況，也非常必要。
    ③ 堅持“多種氣源、多種途徑、因地制宜、合理利用”的方針。雖然遠期浙江省來氣渠道逐漸增多(西氣、西氣東輸二線、川氣東送、東海天然氣、寧波LNG)，杭州市的供氣安全性保障會大大提高，但是設置一定容量的應急氣源十分必要。
    ④ 堅持開源與節(jié)流并重的原則，積極做好天然氣利用的節(jié)能工作，降低消耗，提高用氣效率。
   ⑤ 根據(jù)政府儲備和商業(yè)儲備相結合的原則，制定杭州市天然氣安全應急儲備的相關政策。設立政府天然氣安全儲備基金，用于天然氣異常供應狀況下的價格補償及儲備庫更新投入[1]。
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(本文作者：孫佩奇1 胡偉峰2 1.杭州市城鄉(xiāng)建設設計院有限公司 浙江杭州 310004；2.杭州市燃氣(集團)有限公司 浙江杭州 310007)