杭州市天然气应急气源研究_工程实践

摘要

摘要：论述了杭州市天然气供应的现状和存在的气源问题，设置应急气源的必要性，应急用户结构及应急气量的确定，应急气源的选择，应急系统的供应方式及应急气源的设置。关键词：天然气供

摘要：论述了杭州市天然气供应的现状和存在的气源问题，设置应急气源的必要性，应急用户结构及应急气量的确定，应急气源的选择，应急系统的供应方式及应急气源的设置。

关键词：天然气供应；应急气源；城市天然气储备；液化天然气

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年开始建设管道燃气，1991年煤制气厂建成投产，向杭州主城区供应人工煤气，2004年接纳西气东输天然气，并于2006年年底顺利完成了城市天然气的转换工作。截至2008年年底，已拥有天然气居民用户约40.7×10⁴户、商业用户871户、工业用户41户。

按照浙江省天然气利用规划与部署，原计划在2008年通过钱塘江过江管道将东海天然气与西气东输天然气联网，形成东海天然气、西气东输天然气两路气源向杭州市供应天然气的格局。然而，由于客观原因，这一目标何时实现尚难以确定，目前仅通过西气东输气源供应天然气。

天然气气源单一、资源数量不足一直是杭州市在气源供应上长期存在的问题。受长输管道、城市管网建设滞后等因素影响，杭州天然气气源调峰应急保障能力始终面临着严峻的考验。2008年4月，上游限供事件曾造成杭州市在1个月内出现3次高压管网压力降至0.4MPa的险情，给全市天然气稳定和安全供应带来了巨大的威胁。随着杭州市社会经济的快速发展，为满足人民生活和生产的需求，启动杭州市应急气源建设极为迫切和必要。

2007年国家发展和改革委员会颁布的《天然气利用政策》(发改能源[2007]2155号)第六条保障措施(五)规定，“保障稳定供气，天然气供需双方应明确彼此在调峰和安全供气方面所承担的责任。国家鼓励建设调峰设施和建立特大型城市天然气储备机制。”国家已日益重视天然气供应的安全问题，在城市建立适当规模的应急储备设施符合天然气利用政策。

2 设置应急气源的必要性

2.1 资源安全性需求

资源安全性问题爆发时，往往城市天然气发展受到很大限制，天然气新用户无法得到发展，这极大地限制了城市经济的发展和城市品质的提高。尤其是当资源不足引起天然气在用气高峰季节供应不足时，甚至会造成城市已供用户的日高峰气量无法得到满足，从而引发大量用户停气，造成气源安全事故，对社会存在极大的危害性。资源安全性问题往往是由气源产量、长输管道输气能力以及沿线配给等多种因素造成的，其供应短缺存在时间较长，且不易消除。

根据杭州市目前的天然气资源配置情况，资源的安全性问题已十分突出。通过应急气源的设置，可以使气源供应渠道增加、数量增加、气源结构变化，具备一定的调配和应变能力，从而提高杭州市城市天然气资源供应的安全级别，达到对正常气源供应的补充作用。

2.2 事故工况应急需求

事故工况可以分为4种情况：上游事故工况、门站事故工况、城市高压管道事故工况、其他事故工况。

事故工况往往带有突发性，其短时间的停气引起的气量缺口相当大，甚至可能中断全部用户的供应，造成重大次生灾害。事故工况天然气应急往往存在不可预期性，需求量大。一般事故性停气在抢修和维护结束后即可迅速恢复供气。在事故突发或预先安排的检修中，应急气源临时代替正常气源，以起到安全供应的保障作用。

从我国天然气长输管道运行情况来看，西气东输、城市高压天然气管道均有发生抢修或紧急维护的先例，因此，事故工况的发生存在一定的偶然性，从安全稳定供气角度出发，考虑设置具有短时间替代能力的应急气源设施十分必要^[1～3]。

2.3 战略考虑

杭州市是浙江省省会城市，是浙江省政治、经济、文化的中心。杭州市是长江三角洲主要城市之一，从整个长江三角洲战略角度出发，考虑一定的城市天然气储备对于促进区域的发展、稳定和能源安全具有重要作用。

3 应急用户结构及应急气量

3.1 应急用户结构的确定

根据杭州市城市天然气利用工程可行性研究报告和初步设计，杭州市天然气用户分为居民用户、商业用户、工业用户、空调及锅炉用户、汽车用户共5个大类。作为事故应急储备，应急气源不可能解决全部用户用气，应按照用气负荷优先等级满足重要用户的应急供气要求。

居民用户的用气关系到国计民生问题，一般情况下都不能停止供气。因此居民用户的应急比例应取为正常供气情况下总用气量的l00%。商业用户由于其自身特点(用户数量多、分布范围广且与居民用户用气基本在同一管网内)，发生事故时很难做到逐户停气，因此商业用户的应急比例也应取为正常供气情况下总用气量的100%。从杭州市现已供天然气的用户情况来看，工业用户用气量较大，全部考虑应急时供应代价很高，当事故发生时，原则上优先保证居民、商业用户用气，因此，工业用户不应作为应急的主要对象。但从某些工业用户用气特点来看，全部中断对其供应会造成生产设备的报废，造成巨大的经济损失，根据对一些工业窑炉设备的调查，保炉用气量约为正常用气量的10%，因此，工业用户应急比例取正常供气情况下总用气量的10%为宜，以保障停气时工业用户用气设备不被损坏。对于其他用户(如锅炉、空调、汽车用户)停止供气，不至于出现重大事故或损失，因此，可以不考虑在应急情况下对其进行供应。

3.2 应急时间的确定

应急气源的应急时间与运输条件、离气源点的距离、事故发生情况等因素有关。远期随着技术的成熟和资源安全保障性的提高，应急时间可适当减少。2008年3月，上海五号沟液化天然气(LNG)事故备用站扩建工程正式投运，标志着保证上海市天然气应急气源应急时间将由目前的2d提高至10d左右。南京、郑州、贵阳等城市先后建设了城市天然气应急气源，考虑应急时间均为3～5d。

西气东输管道的可靠性分析在《西气东输工程可行性研究总报告》中有详细论述，其结论为：西气东输管道总长度为4000km，预计事故率为1.68次/a，每2年管道上可能发生3次停输事故，每次停输事故时间为68h。

根据以上分析，结合杭州市的实际情况，杭州市天然气应急气源的应急时间取3～5d为宜。

3.3 杭州市总应急气量

根据《杭州市区燃气专项规划(2006—2020)》，预测杭州市2010年平均日用气量为201×10⁴m³/d，2020年平均日用气量为523×10⁴m³/d。根据上述应急用户确定原则，计算得出杭州市2010年所需的日应急气量为89.6×10⁴m³/d (折合液态LNG约1493m³/d)，应急时间按5d考虑，则所需的液态LNG总体积为7465m³；2020年所需的日应急气量为244.2×10⁴m³/d (折合液态LNG约4070m³/d)，应急时间按5d考虑，则所需的液态LNG总体积为20350m³。

4 应急气源的选择

城市天然气应急气源应满足以下4项原则：数量能保障供应，获取渠道实际可行，互换性问题能得到解决，具有较好的合理性和经济性。城市天然气应急气源根据储存方式不同主要分为运行储存、车辆运输储存和生产储存3类。

4.1 运行储存

运行储存是指通过建设高压管道、高压管束、储气罐，在正常供气状况下将一部分天然气储存起来作为应急气源。

① 高压管道储气

主要优点为工艺成熟，可以结合城市输配系统建设，充分利用系统设施，气源来源可与正常供应气源一致，价格相当，管理和投入运行方便。主要缺点为由于管道要承担城市调峰及输气，往往储存气体数量有限，应急时间有限，不能应付资源安全问题的应急。

② 高压管束储气

主要优点为工艺成熟，可以采用加压储气，储气效率较高，可集中设置在地下，减少土地占用面积，气源来源可与正常供气一致。主要缺点为需要建设加压设施，工程造价与运行费用较高，运行管理较复杂，储气能力与建设工程规模有关。

③ 储气罐储气

主要优点为工艺成熟，可以结合城市调峰系统，气源来源可与正常供气一致。主要缺点为造价高，占地面积较大，需要设置相应的管理人员，储气能力与建设规模有关，储气效率不高，不适宜大规模战略性应急储气，不能应付资源安全问题的应急。

4.2 车辆运输储存

车辆运输储存是指采用车辆运输的方式将应急气源从生产基地运输到城市的应急气源站中，主要有建设液化天然气(LNG)应急气源站和压缩天然气(CNG)应急气源站2种方式。

① 建设LNG应急气源站

主要优点为工艺成熟，储存效率较高，储存能力较大，可以缓解现有资源安全问题，也能解决事故紧急需要，可以通过增强运输能力和邻近城市调配提高周转率，从而缩小建站规模。主要缺点为厂站占地面积较大，需要设置相应的管理人员，气源价格可能与正常供应的管道气价格存在差异。

② 建设CNG应急气源站

主要优点为工艺成熟，储存效率较高，供应机动灵活，造价较低，建设速度快，占地面积小。主要缺点为供应能力较弱，一般只能作为较小规模的应急使用。

4.3 生产储存

生产储存是指在城市中建设应急气源生产装置和储存装置，主要包括建设LPG-空气混气站、小型液化系统、液化站系统。

① LPG-空气混气站

主要优点为工艺成熟，采用液化石油气作为应急气源，资源较为充足，供应能力较大。主要缺点为工艺复杂，站区占地面积较大，运行管理费用高，设备维护复杂，与天然气的互换性需要进行大量试验确定，配比定型后不能更换液化石油气气源。

② 小型液化系统

主要优点为能利用现有供气系统减压降温进行液化，储存能力可根据需要而定。主要缺点为该工艺在我国应用刚刚起步，需要一定的设置条件，液化能力较弱。

③ 液化站系统

主要优点为可以在气源充足时大量液化储气，储存能力大，储存效率高，可以满足较大应急储存的需求，主要缺点为需要上游提供足够的天然气液化量，建设费用较高，占地面积较大，运行管理复杂且费用高。

4.4 应急气源的确定

虽然城市应急气源的方式比较多，但是通过分析和比较，大多数城市选择了建设LNG应急气源站的方式，例如上海、南京、郑州、海口、贵阳等城市。

根据杭州市的自身特点及外部条件，经技术经济比较，最后确定建设LNG应急气源站作为杭州市应急气源。

5 应急系统的供应方式及应急气源的设置

5.1 应急系统的供应方式

结合目前以及规划的杭州市燃气管网系统的结构，应急气源进入管网的方式主要考虑以下3种：直接进入中压系统；直接进入高压系统，通过高压管网分配；既进入中压系统，也进入高压系统，综合考虑。直接进入中压系统的方式，气源站工艺设置相对简单，但由于中压管网管径主要是按照正常供应情况进行配置，因此，直接进入中压管网时，水力工况需要详细分析。另外，杭州市中压管网较为庞大，尤其是余杭区内的各组团的管网较为分散，供应时需要做好余杭区、萧山区与杭州主城和滨江区的管道衔接工作。

直接进入高压系统，再通过各高-中压调压站进入中压管网，该供应方式与正常供气相当，可以很好地满足各片区的分配要求。但由于应急气源站出站压力较低，使得应急时高压管网运行压力较低，现状DN 600mm高压管道供应能力不能满足远期全市应急气量的需求。因此，杭州市可以将应急气源进入中压管网和进入高压管网结合起来考虑，即第3种方案。

5.2 应急气源的设置

目前，杭州市8个区范围内天然气管网主要分成6片相对独立的运行和管理片区，分别是主城和下沙片区、滨江片区、萧山片区、临平塘栖片区、余杭片区、良渚片区。从长远来看，未来片区之间的建设可以实现逐步连接，而形成以钱塘江为界的江南和江北2个大片区，因此，应急气源的设置主要分为江南和江北2个独立片区考虑。

根据杭州市城市布局特点及所需的应急规模，经技术经济比较，考虑建设4座LNG应急气源站来满足杭州市天然气应急供应，总体布局为东、南、西、北各1座，总储存规模为25000m³液态LNG，折合气态天然气约1500×10⁴m³。可满足现状15d的应急气量，按照《杭州市区燃气专项规划》中的用气量预测，满足中期(2015年)8～10d的应急气量，满足远期(2020年)6d的应急气量。

6 结论与建议

① 鉴于杭州市目前天然气气源来源的单一性，尽快建设杭州市天然气安全应急储备设施并完善天然气安全应急机制十分必要，也非常紧迫。

② 从杭州市能源发展思路来看，能源的供应应提供适当裕量。从战略的高度审视杭州市燃气供应问题，必须掌握一定的容量在城市可控范围内，起到应急保障的作用。这符合当前国家产业政策以及杭州市实际情况，也非常必要。

③ 坚持“多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用”的方针。虽然远期浙江省来气渠道逐渐增多(西气、西气东输二线、川气东送、东海天然气、宁波LNG)，杭州市的供气安全性保障会大大提高，但是设置一定容量的应急气源十分必要。

④ 坚持开源与节流并重的原则，积极做好天然气利用的节能工作，降低消耗，提高用气效率。

⑤ 根据政府储备和商业储备相结合的原则，制定杭州市天然气安全应急储备的相关政策。设立政府天然气安全储备基金，用于天然气异常供应状况下的价格补偿及储备库更新投入^[1]。

参考文献：

[1] 李青平，杨光，万云.深圳市天然气安全应急储备及事故气源的研究[J].煤气与热力，2007，27(8)：42-45.

[2] 陈敏，白丽萍，福鹏.天然气应急气源的探讨[J].煤气与热力，2005，25(12)：21-23.

[3] 刘建辉，周卫.天然气中压系统应急气源方案[J].煤气与热力，2007，27(2)：1-3.

(本文作者：孙佩奇¹ 胡伟峰² 1.杭州市城乡建设设计院有限公司浙江杭州 310004；2.杭州市燃气(集团)有限公司浙江杭州 310007)