趙征遠 杜建平

(陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司 楊凌 712100)

一、項目背景

陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司投資建設(shè)的楊凌液化天然氣(LNG)應(yīng)急儲備調(diào)峰項目是我省“氣化陜西”工程重要組成部分。項目采用國際先進的技術(shù)工藝，主低溫換熱器、MR壓縮機、BOG壓縮機等核心設(shè)備由美國、日本等業(yè)內(nèi)國際著名公司提供，是目前國內(nèi)采用引進技術(shù)單線生產(chǎn)能力最大的LNG項目，也是我國第一個以應(yīng)急調(diào)峰儲備為目的的大型LNG調(diào)峰工廠。目前項目總的液化處理能力為200萬Nm3/d，調(diào)峰處理能力900萬Nm3/d，年應(yīng)急儲備調(diào)峰能力6億方，可大力緩解陜西省冬季用氣緊張問題，形成與全省天然氣市場和管網(wǎng)相適應(yīng)的LNG應(yīng)急調(diào)峰系統(tǒng)，促進天然氣上游資源、中游管道、下游用戶的緊密銜接，對陜西能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、改善大氣環(huán)境、大幅降低有害物質(zhì)排放和減少霧霾天氣，提高全省天然氣供應(yīng)保障能力發(fā)揮十分重要的作用，對保證天然氣的安全平穩(wěn)供應(yīng)及提高天然氣在一次能源中的利用率，推動區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義。

2017年冬季，受多重因素影響,整個采暖期北方資源供應(yīng)缺口近50億立方米。受上游資源供應(yīng)不足、下游城市燃氣企業(yè)儲氣調(diào)峰設(shè)施建設(shè)滯后和持續(xù)嚴(yán)寒天氣等因素影響，全省天然氣供應(yīng)經(jīng)歷了史上最嚴(yán)峻的考驗。經(jīng)測算，2017年冬季采暖期下游天然氣需求總量較去年同期實際用氣量增長23.44%，達到34.31億立方米，而上游氣源供給總量僅為25.76億立方米，缺口總量達到8.55億立方米，做好全省天然氣供給保障工作面臨著前所未有的巨大壓力和挑戰(zhàn)。

為充分做好全省冬季高峰期天然氣供給保障工作，為三秦父老過一個“暖冬”保駕護航，在省委、省政府的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在省發(fā)展改革委、省國資委的組織協(xié)調(diào)以及中國石油、延長石油集團等上游氣源單位的支持下，陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司不忘初心、主動擔(dān)當(dāng)，充分發(fā)揮燃氣企業(yè)冬季用氣保障排頭兵和生力軍作用，未雨綢繆，提早行動，在進入冬季采暖期的四個月前，就對2017年冬季全省天然氣供給保障工作進行了系統(tǒng)部署，在資源爭取落實、生產(chǎn)作業(yè)項目實施、提升保障能力建設(shè)、完善運行管理機制等方面進行了全面詳細的安排，拿出了過硬的應(yīng)對措施。

在冬季天然氣保供戰(zhàn)中，陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司按照“保民生、保公用、保重點”的原則，內(nèi)外統(tǒng)籌、綜合施策，一是采取全力以赴爭取資源、提前儲備LNG調(diào)峰供氣、走村入戶“訪民問暖”等措施，加強缺口資源爭取和落實，高價補充應(yīng)急調(diào)峰資源，宣傳倡導(dǎo)節(jié)約用氣，聯(lián)系上下游協(xié)同作戰(zhàn)；二是嚴(yán)格執(zhí)行“36524”安全生產(chǎn)帶班值班制度，建立天然氣供給保障日報和周例會制度，強化科學(xué)調(diào)度和協(xié)作管理；三是認(rèn)真開展2017年秋季設(shè)施設(shè)備安全隱患排查整治，科學(xué)調(diào)整運行工藝，有效提升了設(shè)備設(shè)施性能；四是黨政工團齊心協(xié)力，廣大職工堅守崗位、奮戰(zhàn)一線、連續(xù)作戰(zhàn)，寒冬大干121天，基本確保了我省天然氣平穩(wěn)供應(yīng)，圓滿完成了2017年冬季用氣保障任務(wù)，彰顯了陜西液化天然氣投資發(fā)展有限公司的社會責(zé)任和使命擔(dān)當(dāng)。

城市一年中不同的月份，每月中不同的日期、每日中不同的小時的供氣量都有較大變化。為滿足供氣平衡，適應(yīng)不同時間段用氣量的變化，就必須進行調(diào)峰。過去各城市都有一定數(shù)量的調(diào)度氣源和容量足夠的儲罐解決調(diào)峰問題，自成體系。而天然氣的供氣則是由上游(氣井)、中游(長輸管道)及下游(用戶)組成的，由于它們分屬不同公司，由不同部門管轄，所以天然氣的凋峰需要整個供氣系統(tǒng)統(tǒng)一研究并協(xié)調(diào)解決。

根據(jù)國外天然氣供氣的經(jīng)驗，季節(jié)和月份的不均勻性通常是通過建設(shè)地下儲氣庫來解決[1,2]，平衡日、時的用氣不均勻性則通過高壓輸氣管網(wǎng)的末端儲氣來解決。地下儲氣庫除在滿足季節(jié)和月份調(diào)峰的同時，當(dāng)距離城市較近時，也可以用作調(diào)峰來平衡日和小時不均勻性。建立容量足夠的地下儲氣庫并發(fā)揮高壓長輸管道的儲氣能力，是保證不間斷安全供氣的有效措施。

《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(2002年版)中5.1.3A及5.1.4條規(guī)定如下：“采用天然氣做氣源時，平衡城鎮(zhèn)燃氣逐月、逐日的用氣不均勻性，應(yīng)由氣源方(即供氣方)統(tǒng)籌調(diào)度解決。采用天然氣做氣源時，平衡小時的用氣不均勻所需調(diào)度氣量宜由供氣方解決，不足時由城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)解決?！庇商烊粴馍现杏螢橹鱽斫鉀Q下游所需的供氣調(diào)嶧，從整個供氣系統(tǒng)來講，是經(jīng)濟、合理的，這樣可以避免城市各自相應(yīng)建設(shè)各種調(diào)峰設(shè)施，既費時又不經(jīng)濟。

二、研究目的

2017年-2018年冬季天然氣用氣高峰期間，楊凌調(diào)峰項目配合全省輸氣管網(wǎng)，針對城市燃氣用戶進行調(diào)峰輸配，極大的緩解了全省主要城市居民用氣的緊張局面，為全國調(diào)峰供給工作提供了可參考實例。本文詳細闡述了楊凌項目冬季調(diào)峰供給管理模式，對冬季天然氣調(diào)峰特點做了深入分析，最終針對冬季天然氣調(diào)峰供給管理模式提出了基礎(chǔ)模型。

三、基本概念

1.城市天然氣季節(jié)調(diào)峰量

城市用氣量是隨季節(jié)、生活時段變化而變化的，同時它還與城市的人均生活水平等有著密切聯(lián)系。為了滿足供氣平衡，適應(yīng)不同時期的消耗量，首先必須對用氣量進行大致的預(yù)測。

季節(jié)調(diào)峰是指將季節(jié)性供大于求時的余氣量儲存起來，并將該儲存量作為補充量，在季節(jié)性供不應(yīng)求時使用，以達到總的供需平衡。季節(jié)調(diào)峰儲氣容積系數(shù)A的計算公式為:

A=0.5∑(Ki-Kj)100%

式中Ki、Kj分別為大于1、小于1的月不均勻系數(shù)。

2.城市天然氣調(diào)峰要求

《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(2002年版)中5.1.3A及5.1.4條規(guī)定如下：“采用天然氣做氣源時，平衡城鎮(zhèn)燃氣逐月、逐日的用氣不均勻性，應(yīng)由氣源方(即供氣方)統(tǒng)籌調(diào)度解決。采用天然氣做氣源時，平衡小時的用氣不均勻所需調(diào)度氣量宜由供氣方解決，不足時由城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)解決。”由天然氣上中游為主來解決下游所需的供氣調(diào)嶧，從整個供氣系統(tǒng)來講，是經(jīng)濟、合理的，這樣可以避免城市各自相應(yīng)建設(shè)各種調(diào)峰設(shè)施，既費時又不經(jīng)濟。

3.天然氣調(diào)峰方式

(1)儲氣球罐調(diào)峰

天然氣輸配系統(tǒng)常用的調(diào)峰方式是建造一些大型高壓儲氣球罐，在用氣低谷時，把多余的天然氣充入儲氣球罐儲存起來，到用氣高峰時，又將其中儲存的天然氣釋放出來以彌補供氣量的不足。天然氣地面儲存一般采用金屬儲氣球罐，其工作流程如圖1所示。其儲氣量可按下式進行計算:

式中Q為儲氣球罐儲氣量，m3；V0為儲氣球罐容積，m3；T0為標(biāo)態(tài)下的溫度，K；P1儲氣球罐壓力，MPa；Z1為P1下的壓縮因子；P2為輸氣管道壓力，MPa；Z2為P2下的壓縮因子。

圖1 常規(guī)高壓儲氣球罐工作流程圖

(2)高壓儲氣管束調(diào)峰

高壓管道儲氣能承受更高的壓力，對管內(nèi)所儲存的天然氣施以高壓，利用氣體的可壓縮性使儲氣量大大增加。高壓管道儲氣方式一般有兩種：一種是在城市周圍人口密度較小的地段設(shè)置繞城高壓環(huán)網(wǎng)進行儲氣，其既可以用作儲氣，又能向城市多點供氣，優(yōu)化供氣工況。另一種為門站內(nèi)的管束儲氣，它是由若干組管道組成管束，管道直徑從DN400～DN1500不等，管道長度從幾十米到數(shù)百米不等。雖然高壓儲氣管束調(diào)峰優(yōu)勢明顯，但其占地面積巨大，這對于用地緊張的城市而言，是不容忽視的問題。

高壓儲氣管束的儲氣能力可按下式進行計算:

式中V為高壓儲氣管束儲氣量，m3；Vc為高壓儲氣管束容積，m3；T為工況下的溫度，K；p3為高壓儲氣管束操作壓力，MPa；Z3為p3下的壓縮因子；p4為輸氣管道壓力，MPa；Z4為p4下的壓縮因子;p0為標(biāo)態(tài)下的壓力，MPa。

圖2 改進后的高壓儲氣球罐工作流程圖

(3)液化天然氣調(diào)峰

液化天然氣(LNG)是將天然氣經(jīng)過凈化處理(脫水、脫重?zé)N、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流、膨脹或外加冷源制冷工藝，在常壓和-160℃條件下使其變成液態(tài)，液化后的天然氣體積縮小了上百倍。經(jīng)計算，采用LNG調(diào)峰與井口采氣壓力為5 MPa的地下儲氣庫相比，單位容積儲氣比為10倍；與建1 MPa的地面儲氣球罐相比，單位容積的儲氣比為63倍。

LNG不受天然氣氣源和管網(wǎng)的限制，可彌補管道天然氣的局限。

圖3 LNG工業(yè)化流程圖

LNG調(diào)峰的工廠有兩種形式可供選擇，一種是將工廠建在距城市供氣點不遠的地方，直接和城市供氣管網(wǎng)相連，到冬春季需要調(diào)峰時，將LNG氣化以后及時輸送到需要調(diào)峰的用戶；另一種是“衛(wèi)星型”的儲備廠，這種儲備廠可根據(jù)城市管網(wǎng)的覆蓋面積和用戶的分布狀況，在適當(dāng)?shù)牡胤椒稚⒔ㄔO(shè)。

四、實例分析

2017年11月15日-2018年3月15日冬季天然氣用氣高峰，陜西省全省下游需求總量33.75億方，日均需求2798萬方，同比增長15%，日最高用氣需求超過3365萬方，較上季采暖期日最高2770萬方增長21%。 供需缺口總量4.5億方，日均缺口506萬方，日最大缺口已達748萬方。

楊凌液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)峰項目依托其調(diào)峰LNG工廠生產(chǎn)以及外購LNG，通過氣化裝置輸送天然氣進入省供氣管網(wǎng)，實現(xiàn)調(diào)峰氣的及時供應(yīng)。在冬供期間，該項目累計調(diào)峰供氣5571萬方，同比增加1447萬方，增幅35%,日最大調(diào)峰供氣300萬方。

1.調(diào)峰LNG采購

楊凌液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)峰項目LNG生產(chǎn)能力為1300噸/天，LNG儲備能力2.4萬噸，天然氣調(diào)峰儲備能力3600萬方，理論上滿負荷生產(chǎn)19天即可實現(xiàn)滿庫存LNG儲備。2017年冬季由于上游氣源限制、天氣提早降溫等因素影響，天然氣調(diào)峰儲備量嚴(yán)重不足，唯有依靠外購LNG補充所需資源。同時，在調(diào)峰過程中，為保證調(diào)峰供氣不間斷，也需要繼續(xù)外購LNG進行補充。外購LNG大致有三種來源：①管道天然氣制LNG；②煤層氣制LNG；③海外LNG。從外購到貨及時性、銷售價格等方面綜合考慮考慮：煤層氣LNG工廠產(chǎn)量普遍較小，無法滿足城市天然氣調(diào)峰需求；海外LNG港口接收站距離陜西較遠，貨運距離較長，不能保證及時送達；因此LNG采購以管道天然氣制LNG為主。

圖4 各液源LNG采購比例

2.LNG氣化

楊凌液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)峰項目LNG氣化裝置采用浸沒燃燒式氣化器，可滿足最大900萬方/日的氣化調(diào)峰量。浸沒燃燒式氣化器屬燃料加熱型氣化器，它以燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣為熱源，由于煙氣與水直接接觸，加熱水的同時激烈地攪動水，熱水再與管內(nèi)LNG進行熱交換，大大提高了傳熱效率。浸沒燃燒式氣化器的熱效率在98%左右，可快速啟動，能對負荷的突然變化作出反應(yīng)，適用于緊急情況或者調(diào)峰用氣。它的特點是整體投資和安裝費用很低，占地面積小，操作靈活。

浸沒燃燒式氣化器的結(jié)構(gòu)是換熱管束浸泡在池水中，下部與LNG總管焊接，上部與NG總管焊接，LNG下進上出。工作時燃料氣體和空氣按比例混合均勻后進入燃燒器內(nèi)充分燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)分配管上的小孔噴射到池水中，煙氣進入池水形成大量氣泡，迅速上升加熱并劇烈攪動池水，有效地加熱管束中的LNG使之氣化。其工作原理如圖5所示。

圖5 浸沒燃燒式氣化器工作原理圖

3.調(diào)峰氣輸送

楊凌液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)峰項目調(diào)峰氣氣化出口直接接入全省天然氣輸配管網(wǎng)，利用全省主管網(wǎng)進行調(diào)峰氣的疏導(dǎo)，且由于全省管網(wǎng)管容較大，也可在一定程度上利用管容進行調(diào)峰氣的調(diào)配，做到均勻平穩(wěn)供應(yīng)，最大限度的滿足各城市的調(diào)峰需求。如表1所示，城市調(diào)峰需求量每日都有所變化，但調(diào)峰項目每日只需進行穩(wěn)定供應(yīng)，通過管存進行多時段調(diào)峰需求的有效調(diào)配，最終完成調(diào)峰任務(wù)。

表1 城市需求量及調(diào)峰供應(yīng)量

4.調(diào)峰氣銷售

調(diào)峰氣通過供氣管網(wǎng)輸配至下游城市，由于上游LNG資源為市場定價模式，為保證調(diào)峰氣穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)，調(diào)峰氣銷售單價采用時段變價模式，沒星期公布下期調(diào)峰氣銷售單價，即能使調(diào)峰企業(yè)回籠部分資金，緩解調(diào)峰采購壓力，也能是下游城市燃氣企業(yè)按需用氣，合理安排天然氣供應(yīng)，避免不必要的浪費。

五、結(jié)論

1.液化天然氣調(diào)峰由于其優(yōu)秀的空間壓縮比，可以有效的緩解城市天然氣季節(jié)性用氣緊張局面，通過建立天然氣調(diào)峰站并建立合理的管網(wǎng)布局，可實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)城市的網(wǎng)狀調(diào)峰覆蓋。

2.內(nèi)陸城市周邊的液化天然氣調(diào)峰站外購LNG資源，在綜合評比上仍以管道氣制LNG為最優(yōu)選資源，煤層氣制LNG及海外LNG可在管道氣制LNG資源不足是作為備選資源予以補充。

3.對于用氣量較大的城市或城市群，單靠一種調(diào)峰方法很難應(yīng)付，須采用多種調(diào)峰方式相結(jié)合的方法來確保城市用氣。

隨著2017-2018年冬季調(diào)峰工作的收尾，楊凌液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)峰項目圓滿完成了本年度冬季調(diào)峰保障工作，作為首個以調(diào)峰儲備為目的的LNG調(diào)峰項目，此次調(diào)峰工作為以后進行天然氣應(yīng)急調(diào)峰做出來示范帶頭作用。在看到成果的同時，我們還應(yīng)關(guān)注其中有待提升的層面，為以后的工作提供參考：

一是作為省級天然氣調(diào)峰項目，目前的調(diào)峰儲備能力仍無法滿足區(qū)域調(diào)峰用氣需求，應(yīng)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)擴大調(diào)峰能力建設(shè)和改進工作；

二是調(diào)峰氣銷售模式仍顯遲鈍，面對LNG資源的靈活多變，目前的調(diào)峰氣銷售模式仍然無法配合LNG市場價格變化，造成調(diào)峰企業(yè)壓力增大，風(fēng)險管控能力仍需提升。