摘要：對城市天然氣調峰儲氣需求進行分析，比較了高壓儲氣罐、高壓管道和地下儲氣井三種天然氣儲存方式，提出了推薦方案。
　　關鍵詞：儲氣調峰；高壓儲氣罐儲氣；高壓管道儲氣；地下儲氣井儲氣
　　
　　1引言
　　城市天然氣輸配系統(tǒng)中，各類用戶的燃氣需用量是不斷變化的，用氣工況是不均勻的，隨月、日、時而變化。而一般情況下，由于受天然氣長輸管道輸送能力的限制，天然氣供應是相對均勻的，不可能完全按照用氣量的變化而隨時變化。這就造成了夏季供氣過剩，冬季供氣不足；白天用氣高峰不能滿足用戶用氣需求，夜間又用不出去。當城市采用天然氣做氣源時，平衡城市燃氣逐月、逐日的用氣不均勻性，主要由上游供氣方統(tǒng)籌調度解決。但城市輸配系統(tǒng)規(guī)劃應能依靠天然氣儲存設施來解決平衡日、時的用氣不均勻性。本文以鄭州地區(qū)天然氣輸配系統(tǒng)規(guī)劃為例，對儲氣調峰方式的選擇進行探討。
　　2調峰儲氣需求與能力分析
　　2.1調峰儲氣量預測
　　根據(jù)鄭州市燃氣輸配系統(tǒng)規(guī)劃對中心城區(qū)用氣量的預測，在近期（2010年）、中期（2015年）、遠期（2020年）市區(qū)用氣量如下表所示：

                              
　　　城市燃氣調峰與各類用戶不同的用氣規(guī)律有關系，根據(jù)鄭州市計算月燃氣消耗的周（2008年1月18日～2月24日）不均衡工況計算，現(xiàn)階段的調峰量為23.9×104m3，占計算月平均日用氣量的14.5%。在考慮現(xiàn)狀計算儲氣系數(shù)的基礎上，結合遠期用戶發(fā)展的規(guī)劃，確定鄭州市今后的儲氣系數(shù)為25％，即按計算月平均日用氣量的25％預測所需調峰儲氣量，詳見下表：

                            
　　　　2.2儲氣設施能力分析
　　（1）現(xiàn)有儲氣設施能力
　　鄭州市現(xiàn)有1座10萬4Nm3低壓干式儲氣柜；2座5萬4Nm3低壓干式儲氣柜；4座2000Nm3天然氣高壓球罐；2座1750m3液化天然氣子母罐。由于液化天然氣主要作為應急儲備氣源，不用做日常的調峰，因此可以用作日常調峰的三個儲配站總儲氣量共計23×104Nm3。
　　已建成西、南四環(huán)高壓管道50公里，管徑D508×9.5，設計壓力3.3MPa。該管道同時肩負著輸氣和儲氣的功能，在保證現(xiàn)階段輸氣能力的前提下，其起點壓力不能低于1.0MPa，按管道正常運行壓力為3.0MPa計算，實際最大儲氣能力約為16.5萬Nm3，但在管網(wǎng)運行過程中，由于趙家莊門站的溫降問題無法得到有效地解決，為避免冰堵、凍脹等對門站設備造成的危害，門站的出站壓力通常保持在2.0MPa以上，在此情況下西、南四環(huán)高壓管道的儲氣能力只能發(fā)揮出為9萬Nm3。
　　綜上所述，目前鄭州市燃氣輸配系統(tǒng)現(xiàn)有儲氣設施的可利用調峰儲氣量約為32萬Nm3。
　　（2）四環(huán)高壓管道預計儲氣能力分析
　　鄭州市的四環(huán)高壓管道規(guī)劃建設113.2公里，計劃于2012年以前建成。該高壓環(huán)線既肩負著通過各調壓站向中心城區(qū)供氣的功能，又承擔著儲氣的功能，因此在計算其儲氣能力的時候要以保證其輸氣能力為基礎，確定高壓管道的最低起點壓力。
　　按照四環(huán)高壓管道正常工作壓力3.0MPa，最低起點壓力滿足輸氣要求，計算四環(huán)高壓管道的儲氣能力如下表所示：

                         
　　　由上表對比可知，如果新建的北四環(huán)、東四環(huán)四環(huán)高壓管道仍采用與已建成管段一樣的管徑，在全線建設完成后鄭州市全部儲氣設施（含現(xiàn)有儲配站和四環(huán)高壓管道）的儲氣量將不能滿足2020年鄭州市的調峰需求。必須采用新建儲配站或擴大四環(huán)高壓管道管徑的方式來解決。
　　3調峰儲氣方式的選擇
　　3.1天然氣儲存方式
　　目前國內調節(jié)燃氣輸配系統(tǒng)日、時峰的方法主要有高壓儲氣罐儲存、高壓管道儲存、地下儲氣井儲存等幾種方式。
　　（1）高壓儲氣罐儲氣
　　高壓儲氣罐又稱為定容儲罐，其幾何容積固定不變，而是靠改變其中燃氣的壓力儲存燃氣，是國內外較為普遍和常用的儲氣方式。
　　優(yōu)點：技術比較成熟，已被國內外眾多天然氣輸配工程所證實。
　　缺點：裸露地面，占地面積大；檢測維護費用高(除銹、刷漆及年檢)；受自然環(huán)境(氣溫及日曬雨淋)和社會環(huán)境(突發(fā)事件及人為破壞)的影響；爆炸事故發(fā)生時，地面沖擊波的輻射范圍大、強度破壞力大；在規(guī)劃選址時，還要受消防間距和風向影響的限制。
　　（2）地下儲氣井儲氣
　　將儲氣井、井口控制裝置及配套管道連接即可組成小型地下儲氣庫，它是根據(jù)配套管道所能承受的壓力，利用壓縮機將需儲存的氣體儲存在儲氣井內。
　　優(yōu)點：占有土地量少；不受環(huán)境污染、不受人為影響；即使發(fā)生爆炸，其地層吸收其轟烈沖擊和能量，在地面只有輕微感覺，不會造成大的損失和危害；運行穩(wěn)定，維護量極少等優(yōu)點。同時儲氣井儲氣還可以與加氣母站合建，發(fā)揮給CNG汽車、槽車加氣的功能。
　　缺點：要利用壓縮機將需儲存的氣體壓入儲氣井，運行成本及能耗比較高。
　　（3）高壓管道儲氣
　　利用氣體的可壓縮性建設高壓管道進行存儲，同時滿足輸氣和儲氣的需要。
　　該方式具有占有土地量少；不受環(huán)境污染、不受人為影響；即使發(fā)生爆炸，其地層吸收其轟烈沖擊和能量，在地面只有輕微感覺，不會造成大的損失和危害；運行穩(wěn)定，維護量極少等優(yōu)點。同時幾乎沒有日常運行費用。
　　3.2經(jīng)濟性分析
　　（1）高壓球罐
　　目前國內高壓球罐儲氣方式的建設成本約為220～230元/Nm3，根據(jù)前文的對比分析，在不對高壓管道進行擴徑的情況下，2020年儲氣量缺口約有38.86×104Nm3，儲配站建設規(guī)模按40×104Nm3考慮，總投資約為8800～9200萬元。
　　（2）地下儲氣井
　　根據(jù)《高壓氣地下儲氣井》SY/T6535-2002，高壓儲氣井最大幾何容積是10m3，其單井最大儲氣量約為2500m3，目前單井的主材及施工安裝費用約為55萬元。按照儲氣量缺口約有38.86×104Nm3考慮，需建設儲氣井156口，直接投資約為8580萬元。
　　（3）高壓管道
　　四環(huán)新建63.2公里高壓管道全線按照4.0MPa設計，其材料及施工費用投資估算如下表：
　                               　　
　　3.3儲氣方式的比較
　　從技術上看，高壓球罐占地面積大，地下儲氣井運行壓力高，兩種儲氣方式的自動化控制以及消防等輔助設施造價高，而且須定期檢查，運行管理比較復雜。而高壓管道儲氣不占地，無配套設施，運行管理簡單方便，從技術上優(yōu)于高壓球罐和地下儲氣井儲氣方式。
　　從投資來看，三種天然氣儲存方式的投資基本一致。但是高壓管道只需人員常規(guī)巡檢即可，而高壓球罐和地下儲氣井的日常檢查和運行維護費用較高
　　經(jīng)綜合比較，推薦采用管道儲氣的方式解決調峰能力不足的問題，即擴大擬建高壓管道的管徑，管徑選用D813×12.7可滿足中、遠期調峰儲氣量的需求。
　　4結束語
　　（1）調峰儲氣應進行多方案選擇，在供氣壓力較高、管道較長的情況下，應優(yōu)先考慮采用管道管道儲氣方案。
　　（2）在天然氣輸配系統(tǒng)規(guī)劃中，應根據(jù)各項條件進行綜合比較，做到高壓管道的參數(shù)確定不僅利于系統(tǒng)的優(yōu)化，而且使儲氣的經(jīng)濟性進一步提高。