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天然氣與管道液化氣轉(zhuǎn)換技術(shù)的探討
天然氣與管道液化氣轉(zhuǎn)換技術(shù)的探討 自八十年代開始，我國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24％，1998年，全國液化石油氣消費(fèi)量高達(dá)1056．1萬噸，供應(yīng)總量中國內(nèi)生產(chǎn)量為580．5萬噸，國外進(jìn)口量為476．6萬噸，液化氣供應(yīng)已形成來源多渠道的市場經(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，通過管道輸送供應(yīng)各類用戶。 二十一世紀(jì)，我國能源結(jié)構(gòu)將有較大調(diào)整， 目標(biāo)是加快國內(nèi)石油天然氣資源的勘探和開發(fā)，積極引進(jìn)鄰國(俄羅斯等獨(dú)聯(lián)體國家)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2萬戶，佛山環(huán)湖氣化站供氣戶數(shù)超過4萬戶。 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�。混氣站供氣�?guī)模大小不一，國內(nèi)大型混氣廠， 日產(chǎn)氣可達(dá)50萬立方米。 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)1585168257529．5代用大然氣(相當(dāng)10T、12T基準(zhǔn)氣)4060452465451755455621．3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)定購控制波動(dòng)范圍內(nèi)的(見表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?/p> 液化氣氣化液化氣摻混主氣混合氣天然氣LPG：Air55％：45％LPG：Air50％：50％LPG：Air45％：55％CH4 87．35C2H6 7．56C3H6 0.11C3H825．0013．7512．5011．25 n-C4H1032．0617．6316.0314．43 i—C4H1035．0019．2517.5016．75 C4H107.944．373．973．57 CO2 4．22O2 9.4510．5011．55 N2 35．1039．5043．510.76比重(空氣＝1)1．881.481．441．390．63熱值(MJ／m3)高120．6166．3360．3054.2740，28低111．8361．5055．9050．3236.29華白數(shù)(MJ／m3)87．9654．5050．2545．9350．86燃燒勢(shì)(Cp)42—49(標(biāo))33—41(際)31—34(標(biāo))爆炸極限(L上/L下%)8．87／1．7616．29／3．4617．23／4.81 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�，�?yīng)列入計(jì)劃更換。對(duì)營事團(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售價(jià)格 各地液化氣氣化或混氣的成本和銷售價(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、利稅率等，確定天然氣的銷售價(jià)格。如原有燃?xì)怃N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 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)天然氣市場開拓與需求、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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