天津市高(次高)压天然气管网系统配置探讨

摘 要

摘要：探讨了天津市天然气门站与气源配置、天然气高(次高)压输配管网配置、调峰配置以及调度抢修维护配置。关键词：高压管道；输配系统；调峰；抢修Discussion on Configuration of H
摘要：探讨了天津市天然气门站与气源配置、天然气高(次高)压输配管网配置、调峰配置以及调度抢修维护配置。
关键词：高压管道；输配系统；调峰；抢修
Discussion on Configuration of High(Sub-high)Pressure Natural Gas Network System in Tianjin
LI Xijie
Abstract：The layout of Tianjin natural gas gate stations and gas sources，the configuration of natural gas high(sub-high)pressure transmission and distribution pipelines and the arrangements for peak shaving，dispatching，repair and maintenance are discussed.
Key words：high pressure pipeline；transmission and distribution systems；peak shaving；repair
   进入十二五以来，随着洁净能源利用政策的调整，在今后5年内，天津市天然气利用规模将由目前的年消费19×108m3增长到(100～160)×108m3。要满足天津市经济高速增长的燃气需求，实现上游多气源的灵活调配，保障供气安全，必须合理配置由门站、高压管道、储气调峰应急设施和高压抢修厂站组成的高压管网供应系统。
1 门站与气源配置
1.1 现状门站
    截至2010年底，天津市共有8座天然气门站，基本情况见表1。天津市目前拥有东、西、南3个方向共4个气源。这种供气格局有利于城市燃气供应设施的建设和燃气的安全稳定供应，在全国各大城市都是不多见的。但由于北部缺乏直供气源，导致门站至天津市最北端的蓟县的高压管道输送距离超过150km，并且是单条管道运行，抗风险能力明显不足。
表1 天津市现状城市天然气门站基本情况
气源
门站坐落地点
数量/座
上游管道设计压力/MPa
门站设计供气压力/MPa
门站设计接收气量/(m3·a-1)
气源来向
大港油田(中石油)
独流减河南岸(大港站、泰达站)
2
0.8
0.8
3×108
南部
华北油田(中石油)
河北省永清县
1
4.0
4.0
4×108
西部
渤海油田(中海油)
塘沽西大沽
1
0.8
0.8
3×108
东部
港清线、港清复线
(中石油陕京线)
大港大张坨
1
6.3
2.5
10×108
南部
西青汪庄子
1
10.0
2.5
10×108
南部
西青小卞庄
2
10.0
0.8，4.0
5×108
南部
合计
—
8
—
—
35×108
—
1.2 现状气源
   天然气供应共有大港油田、华北油田、渤海油田、陕京线4个气源，其中陕京线为主导气源，其余3个气源为辅助气源。这些气源通过已建成的永清、汪庄子、大张坨、西青、滨海、大港等8个门站从东、西、南3个方向向天津市供气。
   ① 大港油田天然气
   大港油田天然气来自天津市东南部的大港油田，天然气压气站距天津市区45km，自1975年开始向天津市大港及津南区供气，2010年供给天津市的天然气量为1.4×108m3。
   ② 华北油田天然气
   华北油田天然气自2002年开始通过永清门站，利用永清-陕津储配站(第一煤气厂)的永津高压管道向天津市供气。2010年供给天津市的天然气量为0.9×108m3。
   ③ 渤海油田天然气
   渤海油田天然气来自渤西油田，其陆上终端处理厂位于塘沽的西大沽附近，自1997年开始通过滨海储配站向塘沽和滨海燃气电厂供应天然气，2010年供应天津市的天然气量为2.8×108m3。
   ④陕京线天然气
   陕京线天然气主要来自我国陕甘宁、新疆等西北地区各气田。陕京线天然气主要利用DN 700mm的港清线及港清复线高压管道供应天津市，分成3路：a.将小卞庄分输站的陕京线天然气通过DN 650mm的高压天然气管道输送至汪庄子门站，经计量调压后向外环线以内高压环网的北半环供气；b.将小卞庄分输站的陕京线天然气通过DN 200mm的高压天然气管道向静海县供气；c.通过DN 600mm的港南高压管道，将大张坨地下储气库的高压天然气输送到滨海高压管道，向滨海新区及市内管网供气。2010年供给天津市的天然气量为13.9×108m3。
1.3 规划气源及门站
   ① 上游气源
   十二五期间，天津市上游气源将快速增加。规划新增的气源为：中石油公司的永唐秦线高压管道和港清三线高压管道供应的陆地天然气，同时配套建设大港板南地下储气库，唐山液化天然气管输气；中海油公司的天津港液化天然气和煤制天然气(内蒙古等地建气源厂，已报国家立项)；大唐国际公司的内蒙古克什克腾旗煤制天然气。天津市规划的境内气源管道见表2。
表2 天津市规划的境内气源管道
气源管道
起止点
长度/km
设计压力/MPa
外径/mm
输气规模/(m3·a-1)
气源来源
项目进展情况
永唐秦线高压管道(中石油公司)
河北永清-唐山-秦皇岛
497
10.0
1000
120×108
陕京线
正在建设
港清三线高压管道(中石油公司)
河北霸州-天津大港
150
10.O
1000
120×108
陕京线
正在设计
唐山液化天然气输气管道
河北唐山-天津宁河
300
4.0
600
15×108
进口LNG
正在设计
天津港液化天然气输气管道
(中海油公司)
天津港内
23
6.3
1000
70×108
进口LNG
项目前期
煤制天然气管道(中海油公司)
内蒙古杭锦旗-山东东营
1100
10.0
1000
50×108
煤化工
正在设计
煤制天然气管道(大唐国际公司)
内蒙古克什克腾旗-北京
1000
7.O
900
40×108
煤化工
项目前期
   上述气源管道中，永唐秦线、港清三线气源均来自陕京线系统。陕京三线、四线建成后，将会同陕京一线、二线，对京津地区的年供气能力共达400×108m3以上。
   ② 天然气用气市场分布
   天津市的地理特点是南北向长，接近200km；东西向窄，约为100km。天津市的用气市场主要分布在中心城区和滨海新区核心区联结成的津滨产业轴上，以及滨海新区的沿海经济带上。用气领域主要是燃气热电和燃气供热，燃气热电厂主要集中在中心城区和滨海新区核心区周边，燃气供热主要集中在中心城区和滨海新区核心区。
   ③ 门站配置
   门站是上游长输管道与城市高压管网的连接枢纽，门站的配置满足以下3个原则：
    a. 要保证1个气源多座门站原则，即每个气源至少要设置两座门站，通过多点向城市供气，以实现安全互补。
    b. 要保证N-1的原则，即有一个方向的气源出现问题，可以协调上游公司，通过其他气源门站满足安全供应。
    c. 上游气源为单座门站的，门站须有两条管道与城市管网连接。
    按以上原则，天津市规划新增天然气门站情况见表3。
 

    从门站接收能力配置方面看，北部及东北部5座门站的设计接收能力为115×108m3/a，南部及西南部5座门站的设计接收能力为130×108m3/a，基本上与天津市用气市场的分布一致。同时，东部临港工业区门站作为天津LNG及港清三线气源的重要沿海分输调度站，将协调大港储气库、大港板南储气库，使用气最不利点与各个门站间的距离控制在80km左右，有效地缩短了城市高压管道的输送距离。
    从气源构成配置方面看，南部和北部气源都是由陆地和海外、常规和非常规的多个气源构成，有利于安全稳定供气。
现状和规划新增门站分布见图1。
 

2 天津市高(次高)压天然气管网配置方案
2.1 天津市高(次高)压天然气管网发展现状
    天津市现状高(次高)压天然气管网包括4.0MPa、2.5MPa、1.6MPa和0.8MPa这4级压力级制，到2010年底，高(次高)压管道总长度近700km，管网输配能力达40×108m3/a，主要分布在天津市中心城区和滨海新区。
2.2 天津市高(次高)压天然气管网配置方案
2.2.1发达城市的高(次高)压管网压力级制
    以国内的上海市和北京市为例。上海市采用环状加放射线的布局，即由城市以外来自不同方向的放射状长输燃气管道和城市外围环状管网构成的管网布局。中心城区管网主要起输配气作用，压力级制确定为不大于1.6MPa。城市外围天然气高压管网主要向电厂、化工厂等特大型用户供气，为输气和储气干管，压力级制确定为不小于4.0MPa，远郊高压管道参考洋山港液化天然气高压管道的压力，确定为6.3MPa。北京市基本上是采用外围管网压力为10.0MPa、六环高压A级(4.0MPa)、五环高压B级(2.5MPa)和五环内次高压A级(1.0MPa)的4级管网布局。
    随着城市化进程的发展，在保证安全的前提下，提高输气压力可以减小管径，增加管道储气能力，节省工程费用；可以适应部分特殊用户如燃气电厂3～4MPa的发电机组的用气压力要求，避免了用户自行升压造成能源费用和噪声污染。因此在可能的情况下，对部分主干输气管道采用较高的输送压力是合理的。
2.2.2天津市高(次高)压燃气管网配置原则
    ① 符合天津市城市规划、经济与能源发展规划。
    ② 保障全市供气的安全可靠性，确保中心城区、滨海新区等重要区域主干管道成环状布置，各气源之间可以实现联供联调。
    ③ 满足近期需求，适应长远需要，并保留一定的发展余量。
    ④ 高(次高)压管网的管道敷设避开城镇发展区域及重要市政设施。
    ⑤ 高(次高)压管网尽量沿城市规划认可的现状道路及规划道路敷设。
2.2.3天津市高(次高)压天然气管网配置方案
   ① 压力级制选择
依据GB 50028—2006和GB 50251—2003，以保证管道本身安全、保障建构筑物和社会公众安全为前提，基于上游气源供气能力和城市发展的需要，以及高压管道施工技术的不断提高，结合城市总体发展规划和现状高(次高)压管道配置情况，天津市高(次高)压天然气管网的压力级制仍然按4级进行配置，即高压A级、高压B级、次高压A级、次高压B级。
② 高(次高)压管网配置方案
    综合气源、门站、区域燃气需求、管网现状等因素，确定“5横、4纵”的高(次高)压管网配置方案，管网年输配能力为200×108m3/a，高峰小时流量为700×104m3/h。管网主干管道以4.0MPa、管径为DN 1000mm/和DN 800mm为主，形成勾连南北、纵横东西的大型输配系统，管网总长度达1500km。各气源可以通过高(次高)压管网合理调度，可满足对各用气区域和电厂等大型用户双向或多向供气的安全运营要求，满足燃气电厂等大型用户对燃气压力的要求，还具有200×104m3的小时调峰能力。天津市高压管网配置方案见图1。
2.3 调峰配置
2.3.1现状调峰情况
    天津市现状调峰设施包括19台高压球罐和一部分地下储气井群，总储存能力近100×104m3，仅能够满足小时调峰。季节调峰和日调峰全部依靠上游解决。由于季节凋峰能力不足，长期存在冬季限制工业用户而保障民用的现象。
2.3.2十二五燃气调峰需求
    按照天津市燃气发展十二五规划，天津市的调峰需求将随着燃气热电厂、燃气供热的大规模发展增加几十倍。如按2015年年用气量为120×108m3计算，天津市季节调峰需求约为30×108m3，日调峰需求为8000×104m3，小时调峰需求约为500×104m3。
2.3.3十二五燃气调峰设施配置
    ① 季节调峰设施配置
    对于季节调峰的配置，按照上游气源供应企业、地方政府、城市燃气企业和下游用户共同承担的原则，通过上下游调度的有机结合，最大限度地实现供需平衡。
    a. 上游各供气企业，按照国家规定，以年供气总量的15%配置调峰气源并承担季节调峰。具体方案为：中石油公司年供气(60～80)×108m3，需承担(9～12)×108m3的季节调峰量，通过扩建大港地下储气库，增加华北和长庆等油气田调峰气源等方式解决；中海油公司年供气(40～60)×108m3，需承担(6～9)×108m3的季节调峰量，通过建设7～10座LNG储配站和增加冬季LNG供应来实现。
    b. 地方政府和城市燃气企业承担上游季节调峰不足的部分。结合城市应急气源的建设，鉴于大港地下储气库资源落实的不确定性，规划建设天津市LNG调峰气源站。规划LNG储罐总规模不小于160×104m3，十二五期间首先建设2～4座16×104m3的LNG储罐，可解决(2～4)×108m3的季节调峰，并提供一定的应急保障。
    c. 季节调峰总量不足的部分，通过加强需求侧管理，大力发展燃气调峰电厂等可中断工业用户，弥补季节调峰能力的不足。
   ② 日调峰设施配置
   按照冬季高峰月连续一周，每天日用气量超过平均日用气量的15%计算日调峰规模，即日调峰量为冬季高峰月平均日用气量的1.05倍。如按年消费120×108m3计算，则日调峰需求约为8000×104m3。
    鉴于日调峰规模偏大，采用与天津市LNG调峰气源站合并建设解决。
   ③ 小时调峰设施配置
   十二五末小时调峰量约为500×104m3，采用高(次高)压管道输储兼备，同时建设小型储气设施的配置方案。首先由高(次高)压管网解决200×104m3，其余300×104m3通过一批小型LNG调峰储配站解决。即在全市各区域规划建设10～15座、每座储存规模为(100～200)×104m3的小型LNG调峰储配站，补充小时调峰用气量。这些小型LNG调峰储配站具有建设灵活、启动方便、较容易控制调峰量的特点，还可以兼做事故气源站。LNG调峰储配站按近远期的需求规模总体规划，分期实施。
3 管网调度及抢修维护配置
3.1 管网调度及抢修维护配置方案
    设置天津市高(次高)压管网应急指挥调度及管网抢修中心，塘沽、大港、静海、武清、蓟县和宁河等区县应急指挥调度及管网抢修分中心。中心包含3个功能：①通过数据采集与监控(SCADA)系统，对高(次高)压天然气管道系统的运行进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能，提高管网运行的可靠性、安全性和经济性，实现天然气管道调度自动化与现代化。②实现与上游供气方、下游营销方和大型用户之间的沟通，以及城市安全事故应急处置、地震防汛应急处置和防范恐怖袭击应急处置等系统的沟通。③实现管网的正常巡视，以及发生运行事故时，及时进行抢修维护，保证安全供气。管网抢修半径约为30～40km。
3.2 管网抢修维护配置的内容
    按照天津市建设交通委《天津市燃气应急抢修技术及设备配置的研究》文件的要求，对管网抢修维护进行配置。主要配置内容包括维护抢修队伍、车辆、不停输带压封堵及带压堵漏设备以及其他机具、材料等。
    ① 在中心和分中心内均配置由巡视、维修和封堵为业务内容的专业队伍，抢修巡视车辆和与高(次高)压管道相适应的管道材料等。
    ② 专业队伍拥有应急指挥车、燃气泄漏检测车、应急抢修集装设备车及卡车、吊车、挖掘机等一系列车辆。应急指挥车内拥有由数据通信和话传通信两部分组成的先进通信系统，可以及时查询SCADA系统、地理信息系统(GIS)、用户系统和气源系统等运行状况，及时组织作出抢修方案并指挥抢修工作；燃气泄漏检测车拥有最先进、最稳定和最灵敏的地下燃气管网泄漏检测设备，提高了检测效率；应急抢修集装设备车内携带发电机、焊机、液压机具、切割机具、不停输带压封堵及带压堵漏设备等。
 
(本文作者：李锡杰 天津市燃气热力规划设计院 天津 300191)