天然氣冬季大氣量供氣分析及對策

蘭州中石油昆侖燃氣有限公司 馮世忠

0 前言

蘭州燃氣經過 20年的建設發(fā)展已形成最大小時供氣量超過20萬m3、日供氣能力達500萬m3的輸供氣規(guī)模，輸配管網形成了南北對峙、東西分輸的供氣格局，為蘭州市天然氣的發(fā)展奠定了堅實的基礎，但由于采暖鍋爐、壁掛爐用戶在冬季高峰期間，所占比例達到 65%以上，造成供氣的峰谷差偏離很大，加之冬季很容易受到極端天氣變化的影響，致使用氣負荷出現較大幅度的增長。而蘭州城市輸配系統(tǒng)氣源單一、且無調峰能力，在用氣量接近設計供氣能力且的情況下很容易出現供氣壓力、日供氣量、小時供氣量不足，給冬季城市燃氣輸配管網的安全穩(wěn)定運行和對用戶的正常供氣帶來嚴峻挑戰(zhàn)和新的更高要求。因此當上游供氣量不能滿足蘭州城市冬季用氣需求時，以及蘭州城市供氣系統(tǒng)出現故障無法保障正常供氣時，必須有切實可行的措施來降低對社會的負面影響，盡最大可能保證城市居民用氣和重點用戶用氣，以維護社會的和諧穩(wěn)定。

1 供氣現狀和分析

1.1 供氣現狀

蘭州城市燃氣輸配管網已覆蓋城關、七里河、安寧、西固四大城區(qū)，截至 2010年底，蘭州天然氣輸配系統(tǒng)共建成門站1座、配氣站6座、高壓閥室2座、區(qū)域調壓站/柜65座、專用調壓柜/箱3447臺，管線2 224 km，形成了具有門站、配氣站、高壓輸氣管道、市區(qū)次高—中—低三級配氣管道及調壓站(箱柜)等設施的較為完善的供氣格局，2011年初實際最高日供氣量已達到440.76萬m3，小時供氣量已達22.16萬m3。

目前有居民用戶55.2萬戶、鍋爐用戶1 451家(共計3 815 t)、餐飲業(yè)用戶2 311家、茶爐用戶374家、工業(yè)用戶54家、加氣站22座。各類用戶最高日用氣比率見表1。

表1 各類用戶最高日用氣比率

1.2 管網供氣能力及冬季用氣量預測分析

經過對歷年蘭州天然氣輸氣狀況的認真分析和用氣情況測算：

(1)冬季平均溫度在-9 ℃的情況下，最高日用氣量為420~460萬m3，最大小時用氣量達到20~22萬m3/h，其中：西區(qū)最大日用氣量為80萬m3/d，最大小時用氣量為 4萬 m3/h；東區(qū)最大日用氣量為340~380萬m3/d，最大小時用氣量為16~18萬m3/h。

(2)西市區(qū)管網由河口、西固中壓管網以及藍天浮法玻璃有限公司次高壓、LNG工廠、小坪山加氣站、大灘加氣站等專線組成，根據分析測算結果，西市區(qū)管網供氣能力可達64 000 m3/h，測算最大用氣量為36 340 m3/h，占供氣能力的56.78%，西市區(qū)管網供氣能力能滿足西市區(qū)今冬最大預測用氣量。

(3)東市區(qū)管網由安寧、鹽場九洲、雁灘、七里河城關四個供氣片區(qū)組成，根據分析測算結果，東市區(qū)管網供氣能力為236 000m3/h、大于最大測算用氣量184 270 m3/h，最大預測氣量占上游調壓設施及管網供氣能力的78.08%，因此東市區(qū)供氣能力能滿足今冬最大預測用氣量。

(4)上游至柳泉門站管線管徑為DN500，長度為1 200 m，供氣能力在現有1.6 MPa時瞬時量約為22.5萬m3；柳泉門站進站管道一路為DN300帶流量孔板的管路，另一路為 DN400的旁通管路，在瞬時量達到一定值時必須適時啟、閉旁通供氣；當柳泉門站出站壓力為1.6 MPa時，經長輸管線到東崗門站進站最低壓力為1.17 MPa，壓降較大。

1.3 對歷史供氣狀況的分析

在近幾年天然氣冬季大氣量輸供過程中，上游的穩(wěn)定足量供氣起著決定性作用。如2005年12月至 2006年元月在上游輸氣設備出現故障和蘭州氣溫持續(xù)降至-14℃時，由于受上游對我公司日指定量的限制和突出的供需矛盾，最大瞬時流量曾無法滿足用戶的實際需求，長輸管線壓力一度降低到1.0 MPa以下，多次采取限停氣措施。特別是缺乏調峰能力的蘭州天然氣輸配管網的安全穩(wěn)定受到了嚴重威脅，在停用大部分工業(yè)用戶和400 t采暖鍋爐用戶情況下，長輸管線壓力最低降至0.73 MPa，輸配管網幾乎瀕臨全線停氣的境地，對管網和輸氣設備的影響極大。相反地，在2007年至2008年冬季，受蘭州歷史罕見的持續(xù)-20 ℃嚴寒天氣影響，日用氣量超出預測，輸配管網和供氣措施經歷了前所未有的嚴峻考驗，由于蘭州長輸管線東延伸段的貫通投運，更重要的是得到了上游供氣的極大保障，使得蘭州天然氣冬季大氣量供應安全平穩(wěn)渡過。

綜上所述，蘭州市城市輸配管網雖然完全能夠滿足最大22萬m3/h的供氣要求，但上游供氣能力、城市長輸管線供氣壓力、流量在大氣量供氣高峰成為核心和焦點問題，因此冬季供氣高峰期間必須協(xié)調上游對城市長輸管線供氣壓力進行提壓，并切實采取相應措施保障城市日供氣量和小時供氣量。

2 存在的問題

冬季用氣增幅和用戶用氣季節(jié)的不均勻性發(fā)生顯著變化后，嚴峻的供氣形勢要求對冬季高峰供氣做出客觀分析、預測并制定相應供氣保障措施，特別是正確應對和處置強降溫、局地暴雪以及大范圍強冷空氣活動帶來的寒潮給冬季供氣帶來的不利因素。

為此積極與上游澀寧蘭蘭州輸氣分公司協(xié)調，力爭上游供氣充足、實現科學合理調配、保障安全穩(wěn)定供氣。

從歷年用氣量分析，冬季用氣量受氣溫影響較大，隨著溫度急劇下降和低溫時間加長，高峰用氣量增大，且溫度越低，用氣量越大，持續(xù)時間越久。正常情況下每年12月份至次年元月份用氣量最大，是安全輸供氣最關鍵的非常時期。今年冬季主要存在以下突出的供需矛盾：

(1)上游日供氣量不足。日供氣量供應不足，長輸管線壓力持續(xù)處在臨界狀態(tài)，一旦低于臨界壓力，危及整個輸配管網的穩(wěn)定運行，甚至造成管網系統(tǒng)癱瘓、全市停氣的嚴重后果。因此上游日供氣量得到保障時，長輸管線壓力相對穩(wěn)定，對下游影響較?。灰坏┥嫌喂獠蛔?，長輸管線壓力急劇下降，極可能造成管網系統(tǒng)癱瘓。

(2)上游小時供氣量不足。小時供氣量不足，造成長輸管線壓力波動大，上游供氣量小于實際用氣量，輸氣管道壓力下降，末端局部用戶及大用戶供氣被迫中斷，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性產生不良影響，并可能引發(fā)燃氣安全事故。因此上游小時供氣量得到保障，高峰用戶用氣量可得到保證，管線壓力不下降或下降不明顯；小時供氣量不能保障，則無法保證冬季用戶大氣量的需求。

(3)供氣壓力得不到保障。根據同上游簽定的生產運行協(xié)議，交接壓力為1.20~1.60 MPa，鑒于今年冬季日用氣量和小時用氣量預測增幅較大，長輸管線供氣壓力有可能低于1.2 MPa，對整個供氣系統(tǒng)造成嚴重威脅，且市區(qū)管網末端存在供氣壓力嚴重不足的問題。

為了保證管網的穩(wěn)定運行和各類用戶的冬季生產生活用氣，冬季上游日供氣量、小時高峰供氣量、最低供氣壓力必須加強同上游的銜接協(xié)調，最大限度滿足冬季用氣需求，盡可能減少供氣不利因素，減少工業(yè)、鍋爐、加氣站等用戶限停氣的被動局面。同時也要積極慎重地做好蘭州市各類用戶用氣的動態(tài)調控，確保輸配管網的安全運行，確保用戶的用氣安全，確保社會和諧穩(wěn)定。

3 供氣保障對策

經對冬季高峰期各類用戶日用氣量預測分析，當上述三個問題出現時將會造成供氣不足，因此冬季調峰供氣必須做到統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一領導，確保技術保障得力、前期準備充分、監(jiān)控分析到位、組織實施快捷、調度指令暢通、銜接協(xié)調高效，按照“保民用、壓工業(yè)、保重點、壓一般”的原則進行調峰調控。

(1)采取限停供氣措施，降低用氣的小時或者瞬時高峰負荷。限停氣的次序依次為工業(yè)、鍋爐、加氣站?？刂茪饬勘仨氃诖_保民用戶正常的前提下，首先停用普通工業(yè)用戶，氣量控制不足時對采暖鍋爐用戶按噸位大小和區(qū)域劃分實施限氣，仍無法解決供需矛盾時擴大停氣時間和停氣范圍，并對加氣站等其它用戶采取限氣措施。

(2)設置長輸管線警戒壓力，為限停氣措施的啟動做好預警，經過多年實踐和用氣負荷分析，結合人員響應集結出動的時間，確定長輸管線警戒輸供壓力為1.2 MPa。

(3)統(tǒng)一調度指揮，確保責任落實。公司成立冬季調峰供氣指揮部，各基層分(子)公司分別成立冬季調峰供氣分指揮部，層層認真落實安全生產責任制，加強組織領導，建立健全公司、分(子)公司、基層科級建制單位等三級值班制度，做好停供氣操作、應急出動的各項準備。

(4)適時科學調整運行參數，提高管網的運行質量，保證管網系統(tǒng)和設備運行的穩(wěn)定性、可靠性。一是主要供氣的門站、配氣站、區(qū)域調壓站.柜全部提高出站壓力并實施雙路供氣；二是重點站場在負荷過大時采取手動旁通供氣；

(5)加強日常尤其是高峰時段的供氣壓力監(jiān)控和分析。高峰供氣時段主要集中在晚高峰的兩小時內，建立每10 min記錄一次主要站場的出站壓力和流量，及時分析上游輸氣狀況和輸配站場、管線運行參數，并每小時對比分析一次當日與前日、小時供氣量與用氣量參數變化。通過SCADA系統(tǒng)嚴密監(jiān)控輸配系統(tǒng)主要供氣站場的供氣工況，隨時監(jiān)測各門站、配氣站、市內高中(低)壓調壓站進出站壓力、流量變化情況，隨時反饋和傳達供氣信息。

(6)加強站場巡回檢查，高低峰期加大對主要設備、調壓器運行工況(包括進出口壓力、流量變化、閥口開度)及鍋爐、壁掛爐等的巡回檢查，對壓力的波動要及時掌握和分析。一是加大調壓器、過濾器的清理及三壓檢測頻次，對易臟的過濾器視情況加大清理頻次，保證調壓器運行正常。二是有針對性地做好設備易損件、閥門、管件等各類物資和備品備件的管理和儲備，做好防凍保溫工作，確保搶修物資和備品備件質優(yōu)量足，各類設備完好、運行正常。

(7)建立完善的應急保障體系，沉著應對突發(fā)事件。當小時瞬時量、上游管道壓力已無法滿足冬季用氣需求的情況下，必須采取控制日用氣量和控制最大小時用氣量兩種氣量控制方式來緩解供需矛盾。一是降低日用氣量負荷。當上游無法滿足日用氣量需求時，首先停用LNG工廠，然后按照停限供氣原則停供部分用戶，以降低日用氣量負荷，以控制10萬m3為一個階梯按供需差實施。當上游持續(xù)控制氣量或氣溫持續(xù)降溫時，鍋爐用戶將反復停用，循環(huán)進行，具體停氣噸位根據供需差額確定，依此類推。按照每400 t鍋爐用戶每天停供10~12 h。每次停供鍋爐用戶按供氣片區(qū)均勻分配，便于及時實施并盡量減少由此對用戶產生的影響。二是降低小時用氣量。當出現日用氣量滿足而小時高峰用氣量不能滿足的情況，此時采取降低小時用氣量的措施。這需要結合實際輸配狀況，在具體停供過程中根據實際分析測算互相穿插進行。具體停供措施見表2。

表2 天然氣冬季高峰供氣小時氣量控制計劃

日最高用氣量滿足而高峰小時用氣量有可能不滿足的情況，主要產生在早 6:00~9:00、中11:00~14:00、晚 17:30~20:30三個時段。此時對加氣站停止加氣可降低小時流量5 000 m3，停供200 t鍋爐可降低小時流量5 000 m3，且應按控制量大小和實際情況確定停供鍋爐的噸位并實施，以達到“削峰”的目的。

(8)有效借助新聞媒體，做好對用戶的宣傳和解釋工作。

4 結語

天然氣的正常安全供應，各類供氣設備的正常運轉關乎千家萬戶生產生活的重大事情，關乎社會與企業(yè)的和諧穩(wěn)定，因此必須按照天然氣供應高峰“保民用、壓工業(yè)、保重點、壓一般”的原則，結合城市輸配系統(tǒng)的供氣特點、用戶結構形式，建立切實可行的對策保障措施，才能確保冬季高峰燃氣管網的安全穩(wěn)定可靠運行。