壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統(tǒng)有效補充手段的可行性研究

梁向程

摘要:本文就壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統(tǒng)補充手段的可行性進行如下幾個方面的闡述:加壓工藝;儲運工藝;減壓輸送;減壓工藝流程;燃氣長輸管線建設的制約條件;壓縮天然氣的主要服務對象;壓縮天然氣的有效輸送范圍;壓縮天然氣供氣需要解決的問題等。

關鍵詞:供氣站;長輸管線;瓶組儲氣設備

自1999午12月,北京大地燃氣公司作為國內第一家采剛壓縮天然氣輸配系統(tǒng)正式運營以來,壓縮天然氣輸配技術得到迅速發(fā)展,現(xiàn)已經形成能滿足不同用戶需要的多種工藝形式。隨著我國燃氣事業(yè)的不斷發(fā)展,天然氣將成為二十一世紀的主導能源。與之并生的壓縮天然氣技術必將同時得到大力發(fā)展,本文就壓縮天然氣輸配技術作為燃氣長輸系統(tǒng)補充手段的可行性進行如下幾個方面的闡述。

1 壓縮天然氣輸配技術簡介

壓縮天燃氣(CNG)輸配技術,是利用壓縮天然氣汽車加氣、儲運技術,同城市燃氣調壓、儲配技術相結合的產物。它充分利用了壓縮天然氣汽車成熟的加壓工藝,經減壓輸送到城市燃氣管網,供給不同燃氣用戶使用。壓縮天然氣輸配技術由四個下藝部分組成;

1.1 加壓工藝

利用多級壓縮機將天然氣由0.3～1兆帕加壓到20-25兆帕,壓入儲氣瓶組儲存。天然氣在加壓以前必需經過脫油、深度脫水處理(露點達到-60℃)。

1.2 儲運工藝

將壓縮天然氣瓶組通過汽車、船舶運輸?shù)绞勾ǖ?。目前剛于此輸送過程的壓縮天然氣瓶組主要有兩種形式,管束式、集裝箱型。單體運送能力為2800～5000標準立方米。

1.3 減壓輸送

將瓶組內的壓縮天然氣由20-25兆帕減樂到0.2～1.0兆帕,輸送到城市管網系統(tǒng)。在此過程中,由于壓縮天然氣減壓過程是一個絕熱膨脹過程,因此需要伴熱系統(tǒng)提供熱源。

1.4 減壓工藝流程

減壓輸送工藝是壓縮天然氣輸配技術的核心部分,根據(jù)用戶使用壓力、儲氣裝置的不同需要,減壓工藝略有不同。

2 燃氣長輸管線建設的制約條件

天然氣長輸管線是輸送天然氣的主要手段,但是長輸管線的建設受以下幾個方面的限止。

2.1 用氣量限止

[文獻1]指出,天然氣管道與用氣量的關系如下:

Y=2810.21X+74641

式中:Y=燃氣管道長度(km)

X=年燃氣用量(109m3)

由于長輸管線的長度與用氣量存在正比關系,當用氣量沒有達到設計規(guī)模時,經濟效益較差。目前我國天然氣產業(yè)的利潤率較低,在達不到設計用氣量時,很難保證投資的有效回收。

2.2 地形復雜,施工技術裝備要求高

長輸管線經常穿越復雜地形,如過河、沿橋鋪設、穿越高等級公路等等。這些工程項目需要的技術裝備先進,工程人員素質高。因此造成工程成本高,施工難度大,工期難以保證。

2.3 管線維護費用大

為保證輸氣正常運行,保證輸氣管線、設備的完好率,長輸管線需要專業(yè)人員日常維護和定期維修。按照我國的現(xiàn)行下程成本,天然氣長輸管線的年維護費約占管線投資的5～8%。維護費隨管線使用時間的不斷延長,逐漸加大。

2.4 長輸管線建設受用戶分布的限制

如第一點所述,天然氣長輸管線的鋪設,適合剛氣量大、用戶集中的地區(qū)。但是由于我國幅員遼闊,城市分散,人口密度相差很大,村鎮(zhèn)分布更加散亂。因此天然氣管線的建設初期必然以大中型城市為主,對于廣大的農村用戶,只能做為遠期發(fā)展用戶。目前我國農村正在開展‘撤村并鎮(zhèn)工程,長輸管線對于實現(xiàn)農村電氣化建設,現(xiàn)實意義并不明顯。

3 壓縮天然氣技術可以作為天然氣長輸管線的有效補充手段

3.1 壓縮天然氣的主要服務對象

壓縮天然氣的主要服務對象是用氣量小、距離長輸管線遠、分布比較分散的用戶。如前所述,用氣量是制約長輸管線鋪設的主要因素,由于壓縮天然氣具有供氣靈活,組合隨意的特點,可以滿足剛氣量小的用戶需要。根據(jù)目前我國天然氣價格情況,考慮用戶可承受能力,壓縮天然氣的供氣規(guī)?？梢栽?00～20000立方米/日范圍內任意調整。

3.2 壓縮天然氣的有效輸送范圍

由于壓縮天然氣輸送方式是采用汽車(或船)為運輸工具,運輸距離直接影響壓縮天然氣供氣的經濟效益和安全性。壓縮天然氣的有效輸送范圍(R),主要受用氣量(Q)、加氣站位置(S)、*作時間(T)的制約。約束關系如下式所示

R=1/SmQnTk

式中:m、n、k為修正指數(shù)(技術因素指數(shù)),考慮壓縮天然氣儲存量、設備特性、道路狀況、人員技術水平等因素的影響。

同時經濟性條件對有效輸送范圍同樣有制約性,考慮工程投資的可比性(與長輸管線的投資比較)、運營成本的可比性(與長輸管線的管輸費比較)、銷售價格的可比性(液化石油氣價格、用戶承受能力)。壓縮天然氣的有效輸送范圍在150公里左右。與長輸管線比較,壓縮天然氣建設成本小

從工程建設成本分析,壓縮天然氣的建設成本約為900元/m3(包括加氣站、儲運瓶組、減壓供氣設備)。日用氣量小于10000立方米,管線超過30公里,采用長輸管線在經濟上是不合適的。以日用氣量10000立方米計算,壓縮天然氣建設投資為900萬元。同等規(guī)模長輸管線的建設費用按40萬元/公里計算,可以鋪設長輸管線22.5公里。仍以長輸管線的建設費用按40萬元/公里計算,150公里長輸管線的建設費用為6000萬元,以此投資可以提供壓縮天然氣6.7萬立方米/日。即長輸管線的日輸氣能力必需超過70000立方米,建設投資上才能與壓縮天然氣持平。

4 壓縮天然氣供氣需要解決的問題

4.1 規(guī)范標準

壓縮天然氣供氣工藝,作為城市氣源沒有相關的設計、施工標準。目前國內已有的燃氣規(guī)范(城市燃氣設計規(guī)范GB 50028-93、汽車用燃氣加氣站技術規(guī)范CJJ 84-2000)均沒有涉及相關內容。因此,在建設壓縮天然氣供氣站時,只能參照液化石油氣氣化站、混氣站、瓶組站標準執(zhí)行。以此標準建設防火間距較大,小區(qū)開發(fā)商難于提供合適的站場用地。

筆者認為,完善壓縮天然氣供氣站設計、施工規(guī)范是當務之急。根據(jù)壓縮天然氣的物化特性、熱力燃燒特性,壓縮天然氣的危險性不高于液化石油氣。將壓縮天然氣供氣站與汽車用壓縮天然氣加氣站相比,供氣站*作的危險性不高于加氣站(除減壓設施外,供氣站設備與加氣站設備相同)。參照美國壓縮天然氣加氣站標準,加氣站可以建在住宅區(qū)內。

對于供氣站儲氣使用的瓶組應有明確的界定(屬于瓶組、儲罐、其他)。

規(guī)范需明確瓶組儲氣設備的制造標準、聯(lián)接標準、裝卸標準、驗收標準。

4.2 用戶選擇

壓縮天然氣可以滿足大多數(shù)燃氣用戶的需要。最為理想用戶是民用戶(不含燃氣采暖);用氣量不大的工業(yè)用戶(日用氣量小于20000立方米)。燃氣采暖用戶應慎重考慮。

壓縮天然氣的單站供氣規(guī)模受供氣范圍、運營成本、銷售價格的影響。對于民用戶由于用氣量小,冬夏兩季用氣量相差不大,適合壓縮天然氣供氣特點。對于工業(yè)用戶用氣量大,但十分穩(wěn)定,小時流量均衡,也利于壓縮天然氣供氣。

4.3 氣價政策

壓縮天然氣多數(shù)是在管網氣基礎上,凈化處理后加壓供應。因此,其成本高于管網氣。因此,制定銷售價格時,壓縮天然氣的供氣價格應同液化石油氣價格相比較,這樣有利于用戶接受。

綜上所述,壓縮天然氣供氣技術可以滿足用氣量小、距離主管網遠、地形復雜的用戶。因此,壓縮天然氣供氣技術作為長輸管線的補充手段是可行的。

參考文獻

[1]李猷嘉.燃氣管道長度與用氣量關系的分析研究《城市煤氣》2001/2(VOL.312).