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天然氣與管道液化氣轉(zhuǎn)換技術(shù)的探討

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-10-08  作者:顧保鐘  瀏覽次數(shù):1285
    自八十年代開(kāi)始,我國(guó)能源中液化石油氣有了迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),1980—1990年液化石油氣消費(fèi)量年均增長(zhǎng)24%,1998年,全國(guó)液化石油氣消費(fèi)量高達(dá)1056.1萬(wàn)噸,供應(yīng)總量中國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量為580.5萬(wàn)噸,國(guó)外進(jìn)口量為476.6萬(wàn)噸,液化氣供應(yīng)已形成來(lái)源多渠道的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。相當(dāng)數(shù)量的城市,特別是沿海中、小城市,廣泛采用液化氣氣化或液化氣摻混空氣作為城市氣源,通過(guò)管道輸送供應(yīng)各類(lèi)用戶。
     二十一世紀(jì),我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將有較大調(diào)整, 目標(biāo)是加快國(guó)內(nèi)石油天然氣資源的勘探和開(kāi)發(fā),積極引進(jìn)鄰國(guó)(俄羅斯等獨(dú)聯(lián)體國(guó)家)的天然氣,適量進(jìn)口LNG(在東南沿海建設(shè)進(jìn)口LNG接收基地)。
    預(yù)計(jì),2010年我國(guó)天然氣產(chǎn)量將達(dá)到500億立方米,LNG進(jìn)口量達(dá)到500萬(wàn)噸。穩(wěn)定、安全、可靠、清潔的天然氣將逐步成為城市燃?xì)獾闹鳉庠?,天然氣化將成為城市燃?xì)獾陌l(fā)展趨勢(shì), 目前采用液化氣氣化或液化氣摻混空氣的集中管道供應(yīng)方式的城市,將逐步轉(zhuǎn)換為使用天然氣。本文對(duì)天然氣與管道液化氣兩種氣源的轉(zhuǎn)換技術(shù)作一介紹,提供決策參考。

1.液化氣集中管道供應(yīng)方式
    液化氣集中管道供應(yīng)方式,主要有液化氣氣化與液化氣摻混空氣的集中管道供應(yīng)兩種方式。
1.1用途與規(guī)模
    液化氣氣化集中管道供應(yīng)方式,主要用于區(qū)域性與城鎮(zhèn)的小區(qū)供氣。氣化站供氣服務(wù)半徑一般為2公里,約l萬(wàn)居民用戶。在人口密度較高地區(qū),供氣戶數(shù)有較大增加,如香港中央氣化站、深圳羅湖氣化站供氣戶數(shù)均超過(guò)2萬(wàn)戶,佛山環(huán)湖氣化站供氣戶數(shù)超過(guò)4萬(wàn)戶。
    液化氣摻混空氣集中管道供應(yīng)方式,主要用于城市中、小規(guī)模燃?xì)鈿庠?,人工煤氣的代用、調(diào)峰機(jī)動(dòng)氣源,天然氣的代用、過(guò)渡、調(diào)峰或事故應(yīng)急氣源,以及寒冷與液化氣氣質(zhì)不宜直接氣化的地區(qū)的燃?xì)鈿庠??;鞖庹竟庖?guī)模大小不一,國(guó)內(nèi)大型混氣廠, 日產(chǎn)氣可達(dá)50萬(wàn)立方米。
1.2混合氣中液化氣與空氣的比例
    根據(jù)混合氣用途,液化氣與空氣的混合比例各不相同,但應(yīng)達(dá)到GB50028—93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中6.4.12條文“液化石油氣與空氣的混合氣體中,液化氣體積百分含量必須高于其爆炸上限的1.5倍”的規(guī)定。目前,混合氣中液化氣與空氣兩者比例如下:(見(jiàn)表一)。
表1 混合氣中L.P.G與Air 比例 用途 混合氣中 混合氣低熱值(MJ/M3) L.P.G% Air%  代用人工煤氣
(相當(dāng)5R基準(zhǔn)氣) 15 85 168 25 75 29.5 代用大然氣
(相當(dāng)10T、12T基準(zhǔn)氣) 40 60 452 46 54 517 55 45 5621.3輸配方式與壓力級(jí)制
    根據(jù)供氣方式、氣質(zhì)、規(guī)模大小與區(qū)域不同,液化氣集中氣化管道供應(yīng)的輸配方式和壓力級(jí)制,一般采用二級(jí)或三級(jí)系統(tǒng);液化氣摻混空氣集中管道供應(yīng)方式,一般采用二級(jí)系統(tǒng)。
    燃?xì)廨斔蛪毫Ψ謩e為:高壓(B)O.4<P≤0.8Mpa,中壓(A)0.2<P≤O.4Mpa, 中壓(B)0.005<P≤0.2MPa,低壓P≤0.005Mpa。
1.3.1二級(jí)系統(tǒng)有以下幾種。
2.1.1地下儲(chǔ)存
    常見(jiàn)的是儲(chǔ)存在多孔結(jié)構(gòu)地下構(gòu)造層中,也可儲(chǔ)存在含鹽巖層的巖縫、廢棄的礦井(礦山坑道)或其它人工開(kāi)鑿的坑道中,天然氣儲(chǔ)存方法為加壓或降溫。
2.1.2低溫儲(chǔ)存
    天然氣冷凍為液態(tài)儲(chǔ)存,并建LNG氣化裝置作儲(chǔ)氣調(diào)峰。
2.1.3儲(chǔ)氣柜、球罐儲(chǔ)存
    常用高壓天然氣球罐,或利用人工煤氣的儲(chǔ)氣柜低壓儲(chǔ)存。
2.1.4高壓管道儲(chǔ)存
    利用大規(guī)模埋地高壓管束、長(zhǎng)輸與高壓輸氣干管。
2.1.5生產(chǎn)代用天然氣用于調(diào)峰與事故的應(yīng)急
    主要有液化氣摻混空氣、石腦油制氣、LNG氣化等生產(chǎn)方式。
2.2天然氣輸配系統(tǒng)
    天然氣長(zhǎng)輸管道采用超高壓。城市天然氣輸配系統(tǒng)一般選揮高壓(A)0.8<P≤1.6Mpa,高壓(B)0.4<P≤0.8Mpa,中壓(A)0.2<P≤O.4Mpa,中壓(B)0.O05<P≤0.2Mpa,低壓P<0.005Mpa三級(jí)壓力級(jí)制。
    對(duì)用戶供氣可選擇中壓進(jìn)戶或地區(qū)調(diào)壓后低壓進(jìn)戶。燃具額定壓力為2000Pa。3.天然氣與管道液化氣的轉(zhuǎn)換
    綜上所述,天然氣與管道液化氣的轉(zhuǎn)換是一個(gè)系統(tǒng)工程,需綜合考慮輸配、儲(chǔ)存、用氣等各個(gè)方面,選擇具有超前性、可操作性、先進(jìn)性的優(yōu)化方案。轉(zhuǎn)換中應(yīng)研究下列幾點(diǎn)。

3.1燃?xì)饪煞窕Q
    在選擇方案中,應(yīng)首先研究與分析,己使用的燃?xì)馀c天然氣可否互換。通常,判斷燃?xì)獾幕Q性,采用燃燒特性中華白數(shù)(熱負(fù)荷指數(shù))W表示。兩種燃?xì)饣Q時(shí),W的變化應(yīng)不大于±5—10%。當(dāng)兩者燃燒特性相差較大時(shí),并應(yīng)考慮火焰特性,如離焰、回火、黃焰和不完全燃燒等,計(jì)算燃?xì)獾娜紵齽?shì)Cp。以確定不同W和Cp的燃?xì)?,在燃具上的互換范圍和可否互換,各類(lèi)燃?xì)獾娜紵匦灾笖?shù)(W和Cp)均有一定控制的波動(dòng)范圍。同時(shí),可決策原有供氣系統(tǒng)能否保留或改造。
    對(duì)于使用液化氣氣化管道集中供應(yīng)方式的,因液化氣與天然氣的W、CF值相差很大(見(jiàn)表2),兩者不能互換,原有的氣源必須廢除,燃具需更換。而使用液化氣摻混空氣管道集中供應(yīng)方式的,如供氣技術(shù)參數(shù)與天然氣特性相近或作適當(dāng)調(diào)整配比,W、Cp在規(guī)定購(gòu)控制波動(dòng)范圍內(nèi)的(見(jiàn)表2),兩種燃?xì)饪梢越榆?,燃具可以適應(yīng)。

表2 舉例的燃?xì)馓匦?   液化氣氣化 液化氣摻混主氣混合氣 天然氣 LPG:Air
55%:45% LPG:Air
50%:50% LPG:Air
45%:55% CH4         87.35 C2H6         7.56 C3H6         0.11 C3H8 25.00 13.75 12.50  11.25   n-C4H10 32.06 17.63  16.03 14.43   i—C4H10 35.00 19.25 17.50 16.75   C4H10 7.94 4.37 3.97 3.57   CO2         4.22 O2   9.45 10.50 11.55   N2   35.10 39.50 43.51 0.76 比重(空氣=1) 1.88  1.48 1.44 1.39 0.63 熱值(MJ/m3) 高 120.61 66.33 60.30 54.27 40,28 低 111.83 61.50 55.90 50.32 36.29 華白數(shù)(MJ/m3) 87.96 54.50 50.25 45.93 50.86 燃燒勢(shì)(Cp) 42—49(標(biāo)) 33—41(際) 31—34(標(biāo)) 爆炸極限(L上/L下%) 8.87/1.76 16.29/3.46 17.23/4.81對(duì)于不適應(yīng)的燃具,在天然氣轉(zhuǎn)換前,需逐戶核對(duì)燃具品牌、型號(hào),制訂更換方案的具體方法。

3.2輸配系統(tǒng)的改造
    在編制、實(shí)施天然氣供氣規(guī)劃時(shí),必須分析原有的輸配系統(tǒng),是否適用或需改造。對(duì)液化氣氣化站、中、小型混氣站,不宜保留,原有輸配管網(wǎng)可作為天然氣庭院、街坊管道,對(duì)口徑偏小的需作改造。對(duì)大型混氣站,包括聯(lián)網(wǎng)的輸配管網(wǎng),應(yīng)充分利用,舊管道(特別是鑄鐵機(jī)械、承插式接口管道)可采用內(nèi)穿PE管、U型PE管與鋼管清通等改造工藝,以提高輸氣管網(wǎng)的運(yùn)行壓力,減少投資。
    原有調(diào)壓、閥門(mén)與輸配附屆設(shè)施,應(yīng)根據(jù)天然氣的設(shè)計(jì)與運(yùn)行要求,進(jìn)行更換與改造。
    原有用氣管道或者絲扣鍍鋅鋼管,應(yīng)檢查絲扣的密封材料。對(duì)于不適用天然氣干氣的,需采取防止泄露的技術(shù)措施。
    天然氣的用戶置換與原有輸配系統(tǒng)的改造,需要切、調(diào)、同步、有機(jī)的結(jié)合,對(duì)于有多個(gè)氣化或混氣站的城市,并非簡(jiǎn)單的小區(qū)聯(lián)網(wǎng),即可實(shí)施天然氣化。因此,實(shí)施天然氣轉(zhuǎn)換前,應(yīng)將供氣范圍劃成若干個(gè)改造區(qū)域,分塊、分步的轉(zhuǎn)換,確保供氣的安全與不間斷,并制訂相應(yīng)的應(yīng)急措施。
    民用天大然氣計(jì)量一般采用G2.5膜式燃?xì)獗?,?duì)原使用中表容量偏大或羊皮膜的燃?xì)獗恚瑧?yīng)列入計(jì)劃更換。對(duì)營(yíng)事團(tuán)、工業(yè)用戶也應(yīng)如此。

3.3儲(chǔ)存與調(diào)峰
    采用液化氣管道集令供氣方式,其燃?xì)鈨?chǔ)存與調(diào)峰,主要是調(diào)節(jié)LPG氣化器開(kāi)啟臺(tái)數(shù)與輸氣壓力,不設(shè)儲(chǔ)存設(shè)施。當(dāng)轉(zhuǎn)換為天然氣時(shí),除需上游配套的天然氣季節(jié)調(diào)峰設(shè)施外,月、周、日、時(shí)的調(diào)峰,需由燃?xì)怃N(xiāo)售系統(tǒng)考慮。根據(jù)供氣規(guī)模,一般可采用高壓管道、管束、球罐儲(chǔ)氣或保留混氣站生產(chǎn)代用天然氣,選擇各個(gè)方案需要進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析與比較,并符合設(shè)計(jì)與運(yùn)行要求。

3.4制訂合理的天然氣銷(xiāo)售價(jià)格
    各地液化氣氣化或混氣的成本和銷(xiāo)售價(jià)格相差較大,在實(shí)施天然氣轉(zhuǎn)換中,應(yīng)根據(jù)能源互補(bǔ)性、可替代性與品位的差異,制訂各類(lèi)能源之間的價(jià)格導(dǎo)向與合理比價(jià)。并利用經(jīng)濟(jì)杠桿,考慮企業(yè)效益、用戶的承受能力和投資利潤(rùn)、利稅率等,確定天然氣的銷(xiāo)售價(jià)格。如原有燃?xì)怃N(xiāo)售價(jià)格較低、調(diào)整幅度較大,難以一次到位對(duì),至少應(yīng)達(dá)到微利保本。

4.結(jié)語(yǔ)
    天然氣與管道液化氣(氣化或混氣)轉(zhuǎn)換是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要編制天然氣長(zhǎng)遠(yuǎn)、近期發(fā)展規(guī)劃,分期、分階段實(shí)施。對(duì)天然氣市場(chǎng)開(kāi)拓與需求、原有燃?xì)馍a(chǎn)和輸配設(shè)施的利用與改造等各個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化,制訂相應(yīng)的對(duì)策,妥善解決轉(zhuǎn)換中各類(lèi)技術(shù)難點(diǎn)。以達(dá)到充分利用、投資節(jié)省、運(yùn)行安全、使用合理的要求,取得祉會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
 
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