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城市天然氣系統(tǒng)與天然氣氣源、長輸管線的關(guān)系就好比一條大河上游、中游和下游的關(guān)系。它應(yīng)該是一個系統(tǒng)工程，全盤考慮、統(tǒng)籌兼顧可以充分利用能源，極大地節(jié)約工程投資，發(fā)揮工程的整體效益。從城市天然氣系統(tǒng)的角度來看，與天然氣氣源、長輸管線的關(guān)系主要是城市門站的供氣條件(包括質(zhì)量、壓力等)和調(diào)峰等問題。本文將對長輸管線供氣壓力對城市輸配系統(tǒng)技術(shù)方案的影響，長輸管線參與城市日、時調(diào)峰的技術(shù)可行性，長輸管線供氣條件對城市輸配系統(tǒng)的經(jīng)濟合理性影響等幾方面對城市天然氣輸配系統(tǒng)與天然氣長輸管線的技術(shù)關(guān)系作初步的探討。

1．長輸管線應(yīng)解決季節(jié)調(diào)峰和參與日、時調(diào)峰

城市天然氣輸配供應(yīng)系統(tǒng)中的各類用戶的用氣量，會隨氣候條件、生產(chǎn)裝置和規(guī)模、人們的日常生活習(xí)慣等因素發(fā)生變化。這種用氣波動以城市民用、供熱鍋爐和燃氣電廠用氣最為明顯。

因此，在燃氣輸配系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)充分考慮各類用戶用氣波動這一因素，合理配置儲氣調(diào)峰設(shè)施，以保證連續(xù)、穩(wěn)定向各類用戶供氣，滿足變化的天然氣用戶用氣的需求，更好地服務(wù)于用戶。

目前已用氣城市的時調(diào)峰均要求下游自行解決，上游(長輸管線)不參與解決城市供氣時調(diào)峰問題。即使是我國目前陸上距離最長、管徑最大、自動化程度最高的天然氣輸送管線——陜京線，也僅是參與了季節(jié)調(diào)峰，沒有擔(dān)負所供城市的日、時調(diào)峰氣量。京津地區(qū)為了解決城市供氣的季節(jié)性平衡問題，在天津大港油田利用油田的油氣層結(jié)構(gòu)，建設(shè)地下儲氣庫。進行天然氣加壓反注采油儲氣，用于解決城市供氣的季節(jié)調(diào)峰。

因此，目前實現(xiàn)天然氣供應(yīng)的城市只能通過建設(shè)大量的高壓球罐來解決城市用氣的日、時調(diào)峰。季節(jié)調(diào)節(jié)只能依靠長輸管線和利用緩沖用戶來調(diào)節(jié)。以城市最大供氣月平均日用氣100萬米3為例，一般而言所需的日、時調(diào)峰氣量為計算月平均日供氣量的25～40％，即所需的調(diào)峰氣量為25～40萬米3，如來氣壓力小于等于1.6MPa時，城市可選擇的較經(jīng)濟的調(diào)峰方式只能是高壓球罐儲氣，投資(不含征地費)費用為1.2～2.0億元，綜合投資費用估計在1.8～3.2億元左右。從目前已建的天然氣城市輸配系統(tǒng)的投資來看，在投資費用當(dāng)中，用于解決城市日、時調(diào)峰設(shè)施的投資額一般占總投資的25～40％。而季節(jié)調(diào)峰問題，大多數(shù)城市受條件(資金、環(huán)境等)所限無法自行解決，因此在市場經(jīng)濟的形勢下，如何依靠長輸管線，合理處理好上下游的技術(shù)銜接，充分利用長輸高壓管線的能力，合理集中建設(shè)大型地下儲氣庫，實現(xiàn)上、中、下游資源的合理配置，共同解決城市的供氣壓力和調(diào)峰是非常必要的，也是當(dāng)前急需解決的問題。

2．長輸管線參與城市日、時調(diào)峰的技術(shù)經(jīng)濟可行性

天然氣供應(yīng)需要形成管網(wǎng)，以便合理調(diào)度并形成連續(xù)、穩(wěn)定、安全的供氣保障。天然氣供需預(yù)測表明，2010年前后，我國除開發(fā)利用國內(nèi)天然氣資源外，需進口管輸天然氣400億立方米，到2020年進口量將大幅增加。為此需建設(shè)輸氣干線，構(gòu)建大量支線供氣管網(wǎng)，根據(jù)全國天然氣輸氣管網(wǎng)的規(guī)劃及建設(shè)計劃，全國的天然氣供應(yīng)最終將形成區(qū)域化和網(wǎng)絡(luò)化，需進行地下儲氣庫的規(guī)劃建設(shè)，長輸干線不僅可以解決下游城市的季節(jié)性用氣不均衡問題，而且為長輸管線參與城市日、時調(diào)峰提供了可能。

隨著天然氣用量的增加鋪設(shè)大直徑高壓天然氣管道已成為必然，目前通過對傳統(tǒng)的管道設(shè)計壓力為7.5MPa和新設(shè)計壓力10.0～14.0MPa的高壓m3技術(shù)的評估表明：對于每年輸氣量為15～30G/a，距離長度為5000～6000公里的管道用于兩種設(shè)計方案，當(dāng)輸氣量大于15Gm3/a時，采用高壓管道技術(shù)是合理的，當(dāng)輸氣量大于30Gm3/a時，用高壓技術(shù)可比傳統(tǒng)壓力下輸氣費用節(jié)省30～35％。

目前，“西氣東輸”工程的天然氣管線正是采用了這一高壓輸氣技術(shù)，由此而提供給下游各城市的用氣壓力較傳統(tǒng)壓力管線大大提高。因此，下游各城市的天然氣配氣已經(jīng)向多級壓力級制的配氣系統(tǒng)發(fā)展，城市的天然氣調(diào)峰技術(shù)已不僅僅是在傳統(tǒng)壓力下(小于等于1.6MPa)廣泛應(yīng)用的高壓定容球罐儲氣方式，而是逐步向城市外圍一級天然氣輸氣管道(包括城市外圍地下氣庫)參與調(diào)峰(壓力大于4.0MPa)、液化天然氣(LNG)調(diào)峰、城市二級天然氣管道和高壓球罐聯(lián)合調(diào)峰的方式發(fā)展。

如果在長輸干線管徑不變的情況下，通過合理增加中間壓氣站，并在輸氣干線沿線選擇建設(shè)區(qū)域性大型地下儲氣庫，在輸氣技術(shù)上完全可以滿足下游城市的各種調(diào)峰需求。從全國天然氣輸氣干線的規(guī)劃和建設(shè)計劃可以看出，未來的國內(nèi)天然氣供應(yīng)將實現(xiàn)多氣源保障，網(wǎng)絡(luò)化輸供氣，在東西和南北輸氣干線管網(wǎng)中規(guī)劃建設(shè)數(shù)座大型區(qū)域性地下儲氣庫。因此，在輸氣技術(shù)上只需合理考慮區(qū)域性用氣城市的燃氣需求波動，通過增加建設(shè)干線中間加壓站，使管道的輸供氣能力增加，并輔以現(xiàn)代化的自動調(diào)度管理系統(tǒng)，在投資增加不多的情況下(按現(xiàn)在價格水平計算，建一座中間壓氣站的費用一般為5000～8000萬元，供氣能力可以增大數(shù)億米3)，可滿足區(qū)域性城市的日、時調(diào)峰需求。

目前，歐洲各國、美國以及俄羅斯等國家，天然氣輸送管道均已網(wǎng)絡(luò)化，均采用地下儲氣庫進行用氣調(diào)峰，很少在城市建設(shè)球罐進行用氣調(diào)峰。只有日本在利用LNG站進行供氣和調(diào)峰外，在城市建設(shè)高壓球罐進行局部區(qū)域調(diào)峰。因此，根據(jù)目前天然氣輸配技術(shù)的發(fā)展趨式，考慮上中下游投資的最優(yōu)化，以及技術(shù)經(jīng)濟的合理性，長輸管線的建設(shè)應(yīng)充分考慮城市的日、時調(diào)峰需要。

以國內(nèi)某大城市為例，在城市日、時調(diào)峰，城市時調(diào)峰，城市不調(diào)峰三種情況下的投資等項指標(biāo)如下表：序號

 項目

 方案一

城市日、時調(diào)峰

 方案二

城市時調(diào)峰

 方案三

上游調(diào)峰

 

1

 門站位置、數(shù)量

 南北門站共2座

 南北門站共2座

 南北門站共2座

 

2

 出門站壓力

 北門站3.5MPa

南門站3.0MPa

 3

 主要工程量

 (1)門站2座

(2)高壓管道

DN700  15Km

DN600  80Km

DN500  40Km

DN400  10Km

DN300  3Km

合計   148Km

 

(3)高中壓調(diào)壓站12座

 (1)門站2座

(2)高壓管道

DN600  20Km

DN500  70Km

DN400  2Km

DN300  50Km

合計   142Km

 

(3)高中壓調(diào)壓站12座

 (1)門站2座

(2)高壓管道

DN400  60Km

DN300  90Km

合計   150Km

 

(3)高中壓調(diào)壓站12座

4

 工程總投資

 42800萬元

 34100萬元

 25300萬元

5

 儲氣量（萬米3）

 77

 62

 ——

 6

 規(guī)劃儲氣量

（萬米3）

 73

 59

 ——

 

 

 

由上表可見，相對于城市不擔(dān)負任何調(diào)峰(方案三)，由城市擔(dān)負時調(diào)峰時需增加儲氣設(shè)施投資8800萬元，由城市擔(dān)負日、時調(diào)峰時需增加儲氣設(shè)施投資17500萬元，由此可見，在針對城市調(diào)峰這個問題上，應(yīng)綜合考慮上中下游的資源配置，以期整體優(yōu)化天然氣輸供氣工程。

3．城市天然氣輸配系統(tǒng)對長輸管線供氣壓力的要求

長輸管線作為城市天然氣輸配系統(tǒng)的氣源(上游)，其供氣參數(shù)，特別是來氣壓力對城市輸配系統(tǒng)的方案確定(壓力級制、管道輸送能力、儲氣方式、工程投資等)諸方面影響很大。目前城市輸配系統(tǒng)在制訂設(shè)計方案時，往往只能根據(jù)由長輸管線方面提供的供氣壓力進行，而不能根據(jù)城市自身的特點(如城市規(guī)模、用戶類型等)，在進行合理的技術(shù)經(jīng)濟比較后，對上游來氣壓力提出相應(yīng)的要求。目前全國相關(guān)城市在制訂供氣方案中遇到的突出問題之一是來氣壓力偏低，使得城市輸配方案的制訂有較大的局限性，難以滿足城市用氣的需求。

隨著城市燃氣供應(yīng)規(guī)模的擴大，各類用戶的增多，輸配系統(tǒng)往往需要采用三級系統(tǒng)(高壓、中壓、低壓)及多級系統(tǒng)(超高壓、高壓、中壓、低壓)才能滿足要求。采用三級以上壓力級制有利于滿足不同用戶的壓力需求，降低城市內(nèi)部輸配管網(wǎng)的運行壓力，增加管網(wǎng)氣量調(diào)度能力，提高儲氣的經(jīng)濟性等。來氣壓力一般不低于1.OMPa，對于多級系統(tǒng)，來氣壓力一般不低于2.5MPa，甚至可以高達5.0MPa以上。目前國外一些大城市輸配系統(tǒng)普遍采用多級系統(tǒng)，超高壓城市外環(huán)管網(wǎng)作為滿足流量輸送和部分儲氣的需要的手段而建設(shè)。而且超高壓外環(huán)的壓力級制和高壓管網(wǎng)的壓力級差一般較大。采用較高壓力的多級系統(tǒng)在國內(nèi)大城市及特大城市供氣系統(tǒng)的經(jīng)濟性上具有明顯的優(yōu)勢。

另外，在城市燃氣供應(yīng)系統(tǒng)中，必須解決供需平衡問題，做為城市上游長輸管線一般解決城市季節(jié)不均衡和部分日用氣不均衡，而城市小時用氣不均衡目前主要通過城市自身解決。建設(shè)一定規(guī)模的儲氣設(shè)施是解決日、時不均衡的主要手段。目前常用的儲氣手段是高壓球罐儲氣和城市高壓外環(huán)儲氣等，采用何種儲氣方案，主要依據(jù)上游長輸管線來氣壓力確定。

 A. 高壓球罐對來氣壓力的要求

 　　壓力(P)：1.OMPa<P<1.6MPa

 　　如壓力低于1.OMPa，將降低球罐的有效利用率，增大儲罐站的投資。

 B. 城市高壓外環(huán)儲氣對來氣壓力的要求

壓力一般不低于1.6MPa，最好高于3.0MPa。如果來氣壓力高于3.0MPa，采用高壓外環(huán)儲氣比高壓球罐具有明顯的經(jīng)濟性。

仍以國內(nèi)某大城市為例，當(dāng)城市上游供氣壓力分別為3.5Mpa、2.5Mpa、1.6Mpa三種壓力時，對比城市輸配系統(tǒng)中對來氣壓力較為敏感的儲氣設(shè)施的投資影響。

序號   項目    方案一

門站供氣壓力

3.5-3.0MPa 方案二

門站供氣壓力

3.0-2.5MPa 方案三

門站供氣壓力

3.0-1.6MPa

1  門站位置、數(shù)量  南北門站共2座  南北門站共2座  南北門站共2座

2  出門站壓力  北門站3.5MPa

南門站3.0MPa  北門站2.5MPa

南門站3.0MPa  北門站1.6MPa

南門站3.0MPa

3  主要工程量  (1)門站2座

(2)北區(qū)高壓管道

DN700  2Km

DN600  60Km

DN500  40Km

DN400  8Km

DN300  3Km

(3)南區(qū)高壓管道

DN700  14Km

DN600  15Km

DN500  1Km

DN400  1Km

合計   144Km

(4)高中壓調(diào)壓站12痤   (1)門站2座

(2)北區(qū)高壓管道

DN700  60Km

DN600  60Km

DN400  1Km

DN300  3Km

(3)南區(qū)高壓管道

DN700  14Km

DN600  15Km

DN500  1Km

DN400  1Km

合計   155Km

(4)高中壓調(diào)壓站12痤   (1)門站2座

(2)北區(qū)高壓管道

DN850  85 Km

DN800  20 Km

DN600  8 Km

DN400  1Km

DN300  3Km

(3)南區(qū)高壓管道

DN700  14Km

DN600  15Km

DN500  1Km

DN400  1Km

合計   148Km

(4)高中壓調(diào)壓站12痤

4  工程總投資

（萬元）   42800   49600   62500

5  儲氣量（萬米3） 77  74  73

6  規(guī)劃儲氣量

（萬米3） 73  73  73

由上表可見，針對有條件采用高壓管道儲氣方式的城市，上游供氣壓力對于下游城市儲氣設(shè)施的建設(shè)投資影響較大。相對于供氣壓力高于3.0Mpa(方案一)的情況，當(dāng)供氣壓力為3.0-2.5Mpa(方案二)時城市儲氣設(shè)施投資需增加6800萬元，當(dāng)供氣壓力為3.0-1.6Mpa(方案三)時城市儲氣設(shè)施投資需增加19700萬元。對于城市輸配系統(tǒng)中的高壓管網(wǎng)部分，由于管道造價與管徑之間存在著線性關(guān)系，而隨著來氣壓力的提高，燃氣管道的管徑可以相應(yīng)縮小，管道造價會隨之降低。

綜止所述，上游來氣壓力對城市輸配系統(tǒng)的影響很大，城市方面希望上游長輸管線能提高來氣壓力。當(dāng)然，來氣壓力也不是越高越好，應(yīng)根據(jù)不同城市的規(guī)模、特點、用氣需求等綜合考慮，制訂切實可行、經(jīng)濟合理的供氣方案。

4. 幾點建議

(1) 西氣東輸工程是近期國民經(jīng)濟發(fā)展的重點工程，在項目的前期工作中應(yīng)作好上下游銜接，滿足下游各城市的調(diào)峰需要。

(2) 在項目啟動的前期技術(shù)準(zhǔn)備階段，應(yīng)模擬燃氣供給以滿足需求量，地下儲氣庫的建設(shè)必須同步于長輸干線的建設(shè)，以彌補可預(yù)計的在天然氣供應(yīng)和需求量之間產(chǎn)生的調(diào)峰波動。

(3) 在工程投產(chǎn)運行的早期，由于各類用戶用氣量增長有一定的滯后，管線不可能滿負荷運行，應(yīng)盡量減少下游各城市調(diào)峰設(shè)施的投資，輸氣干線應(yīng)滿足城市的調(diào)峰需求。中遠期應(yīng)根據(jù)輸氣干線的供氣負荷及下游各城市的調(diào)峰氣量，明確輸氣干線參與城市日、時調(diào)峰，使調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)經(jīng)濟合理。

(4) 在解決城市日、時調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)時，可采取下游參與上游建設(shè)的模式，依據(jù)需解決的調(diào)峰氣量，協(xié)議投資比例，讓上游積極參與城市的調(diào)峰，以便于投資及輸配技術(shù)的最優(yōu)化。

(5) 根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，我們建議上游來氣壓力宜為：

對于一般中等城市，不宜低于1.6MPa。

對于采用多級系統(tǒng)的大城市或特大城市，不宜低于3.0MPa。

對于供應(yīng)電廠用戶的城市，不宜低于3.0MPa。