城市天然气储气调峰方式及其安全评价

雷蕾　贾军　高国旺

摘要：运用城市天然气供应的储存与调峰的相关理论，对我国城市天然气储存调峰的主要方式进行分析与研究，并对比评价各种储气调峰方式的优势和劣势、安全性及经济性等，提出了城市天然气调峰方式的选取原则。最后，分析了西安市天然气用气现状和调峰方式，并针对西安城市天然气用气量增加和不均衡性，提出了储气和调峰实施措施的建议。

关键词：城市天然气 储气 调峰方式 评价

天然气正在成为越来越多城市能源消费的主体，在城市天然气供应过程中一个无法回避的问题是日用气的不均衡性和由于季节气温的变化引起的季节性用气不均衡性，使得城市用气在每月、每日均会出现用气高峰和低谷，如西安冬夏用气量的峰谷差可达5-8倍。为了解决城市用气的不均衡性，天然气供应量调峰是满足城市合理供气不可避免的。所以，天然气调峰方式和技术是城市天然气发展的热点问题，研究人员提出了各种天然气储存和调峰方式（）。本文将对各种调峰方式的工作原理、安全性和经济性等进行综合分析和评价，从而为城市天然气供应的储存和调峰的合理选择提供参考。

1. 城市天然气调峰方式及其工作原理

为了有效的促进城市天然气的均衡使用，使燃气用户以够得到足够流量和正常压力的燃气供给，必须要采取有效的调峰手段促进燃气输配系统的供需平衡。城市天然气调峰储气的方式主要有：（1）高压储气罐调峰；（2）高压储气管束调峰；（3） 液化天然气调峰；（4） 地下储气库调峰。研究这些调峰方法的特点及运行规律对选择合理调峰有着指导意义。

1.1 高压储气罐调峰

天然气输配系统常用的调峰方式是建造一些大型高压储气罐，在用气低谷时，把多余的天然气充入储气球罐储存起来，到用气高峰时，又将其中储存的天然气释放出来以弥补供气量的不足。高压储气罐一般采用圆筒形和球形两种结构，其中球形储气罐正向大型化的方向发展，国外出现了直径为47.3 m、容积为5.55 万m3 的大型球罐。常规高压储气球罐工作流程已应用多年（见图1），如位于西安南郊储备厂的四个储气球罐于2000年11月投入使用。此结构存在一个问题是：由于储气球罐的压力最多只能降低至出站管网压力，从而导致储存在储罐内的残余天然气不能够被全部释放出来。为了克服上述问题，姜小敏等【3】提出一种应用超音速射流器配套高壓储气球罐协同进行天然气调峰的新技术，可大大提高储气球罐的调峰能力，其工作流程如图2所示，其工作原理是：在调峰过程中，首先走常规流程（红色），待储气球罐压力下降至接近出站管网压力时，使用超音速射流器流程（绿色）。利用长输管线末端的高压天然气作为动力源，通过超音速射流器产生的引射作用抽吸储气球罐内的低压残余天然气提升其压力后再输入下游管网。从而使储气球罐的压力降低至低于出站管网压力的水平，储气球罐利用率得以大大提高。

1.2 管道储气调峰

管道储气有两种方式：管道末端储气和高压管道储气。管道末段是指从最后一个压气站的出口到城市配气站之间的管段，由于管道末段储气量受到限制，所以该方法一般只能用于短期调峰。高压管道储气能承受更高的压力，对管内所储存的天然气施以高压，利用气体的可压缩性使储气量大大增加。高压管道储气形式上分为两种：一是为绕城高压环网进行储气，通过形成对城市的包围，既可以进行储气，又可以向城市供应天然气，有效地优化供气工程；另一种是门站内的管束储气，通常由若干组管道组成一定的管束。实际应用过程中，管径、壁厚、长度可灵活设计。

高压储气管束调峰优势明显，但其占地面积巨大，对于用地紧张的城市而言，是不容忽视的问题。

2. 几种城市天然气调峰方式对比和选取原则

通过研究上述几种储气调峰的方法，对比各种方法的优缺点、安全性能和适用场合等。

（1）城市储气方式与城市所处的地域、供气能力、城市规模、用户的数量及结构等因素息息相关，需要综合规划，统筹考虑，因地制宜。如西安供气源主要是陕北气田，同时还与西气东输管线并网，保证了供气量；而上海，城市规模大，用气量大，但上海区域内无气源，仅依靠西气东输管道供气，这样就必须在储气方面做充分的考虑。

（2）为解决城市燃气调峰问题，可从供气和用气两方面来考虑。供气方面可采取调整产气井数、增加气源、调整长输管道运行方案、建立储气库等；用气方面可采取建设储气罐、建设调峰厂、利用可切换多种燃料的大型工业企业用户作为缓冲用户等。

（3）由于城市用户用气量受多种因素影响变化较大，如城市用气都存在着季节、月、日的用气的高峰或低谷，为此，必须建立一套行之有效的调度或调度联系体系，以加强气量的及时调配工作。否则，将有可能影响正常的供气生产。

总之，随着经济的迅猛发展和环保意识的提高，城市天然气用户不断增加，以及城市用气的不均衡性，使得城市天然气储存与调峰对城市发展至关重要。而城市天然气的储气和调峰必须结合城市自身情况，合理规划，制定安全可靠的方式，满足城市用气需求。

3、西安市储存和调峰实施方式建议

西安市作为我国西北重要的城市，正在朝着国际化大都市的目标快速发展，城市规模不断扩大，天然气用户呈阶梯形增长。笔者将对当前西安市天然气储气和调峰方式现状分析的基础上，提出西安市天然气储气调峰的实施方式建议。

西安南郊储备厂4个10000立方米的球罐于2000年11月交付使用。球罐由法国CMP公司按照CODAP-95标准设计并压制球壳板，球罐可抗8度地震标准设计，设计压力1.05MPa。当时在建时处于城市规划边缘，城市发展没有现在期望的这么大，所以西安市天然气用气、储气都基本满足要求。但随着城市的发展，西安市用气量户和用气量迅猛增长，据最新的统计，西安市天然气居民用户已达200万，日最大用气量预计1100万立方米，预计全年的天然气使用量将突破16亿立方米；西安市的用气季节性用气极不均衡，冬季供暖期用气量占到全年的60%以上，日均用气是平常的4倍以上。为了满足日益增加的用气量，保证高峰用气安全，西安秦华天然气公司（西安市居民用气的经销商）在用气高峰前都会对设备进行全面大修、维护保养。特别是2015年先后完成张家堡、储配厂等6座高中压调压站的扩容建设，使每小时过气量增加了10万立方米，一天的过气量提高200多万立方米，能满足今年日均增100万立方米用气量的预测。同时，对8处主要中压管网瓶颈区域进行优化改造，连接了15处断点，均衡区域供气压力，增强供气可靠性。

总的来说，西安市的天然气气源充足，季节性用气极不均衡。从城市发展角度看，城市用气的安全和不均衡性是城市天然气当前急需解决的问题，必须尽早规划。为此，笔者在充分调研和分析的基础上，对西安市天然气用气安全，合理调整用气的不协调性方面，建议从以下几点采取措施：

第一， 陕北气田在安全的前提下尽可能的提高产量，尽可能的保障西安供气，

同时作为西气东输主干线上的城市，也可通过天然气储备设施，如地下储气库、储气罐等，将天然气储存起来，用作调峰储备。

第二， 预测城市发展和用户规模，在现有的南郊储备厂的四个高压圆形储罐的

基础上，设计更大的储气罐或高压管道储气设备，提高调峰能力，保证西安市天然气用气安全。

第三， 积极利用经济杠杆，制定合理价格调整方案，如冬季燃气价格提高，可

借鉴美国的冬季气价为夏季气价的3倍实施；另外，在不影响正常的生产、生活情况下，通过对季度、月以及日等时间段的峰值进行有效的调节，协调用气的不协调性，使城市天然气资源得以合理有效的利用，促进城市建设的和谐顺利发展。