城市天然氣輸配方案的選擇

引言

　　燃氣輸配方案決定工程建成后的運行狀況和經濟指標，是城市天然氣利用項目工程設計的核心。方案選擇的主要目的是從項目年用氣量、調峰儲氣方式、工藝流程與輸配壓力級制、管道走向等方面進行不同方案的技術經濟比較，擇優選用性能價格比相對優的輸配方案，使整個項目能獲得高的性能價格比。本文以湖、淮南、宜昌3座城市的天然氣利用工程建設為例，對城市天然氣利用項目輸配方案的選擇和建設投資的控制進行探討。
　　 工程是合理控制建設投資的關鍵階段。實踐和研究表明，在初步設計階段對工程造價的影響為75%－95%；施工圖設計階段工程進行造價蝗影響約為25%－35%；施工階段，對工程造價的影響為10%。搞好工程設計首先要選用先進適用、經濟合理的輸配方案。配方案選擇主要是規劃并制定出技術先進、安全可靠、經濟合理的燃氣輸配方案，然后從多方案中選擇出性能價格比相對優的方案。
　　 用戶量的確定用氣量是城市燃氣輸配方案設計的基礎參數，決定著項目投資決策最根本的依據。特別是年用氣量的遂年增長

城市燃氣轉換的實踐與探討
　　 阜新市是我國主要生產煤炭地之一，同時有豐富的煤層氣資源，經多年研究開發，目前已取得一定煤層氣利用成果。2001年，阜新礦業集團建成了設計能力為日產13＊10（4）m（3）礦（甲烷體積分數30%以上）的抽放輸配系統，開始了一定規模的工業利用。2002年，阜新市國土資源部門在新劉家煤田地面鉆井口8口中，經過排采試驗，形成了日生產1.2＊10（4）m（3）煤田氣（甲烷體積分數90%以上）的生產能力，至此，新市利用煤層氣作為市管道氣在氣源方面具有較可靠的前提條件。
　　 為充分利用新煤層氣資源并使新市煤氣公司擺脫經營困境，2003年，阜新市以煤層氣取代兩段爐煤氣做城市管道氣的氣源。經半年的試運行，實現了安全運行，平穩轉換。
　　 在氣源轉換過程中，我們對主要供氣方的供氣能力進行了預測，對供氣計量結算做了充分準備，而建設了劉家煤田氣輸配混氣工程。在氣源轉換后，我們又及時建設了氣混裝置，從而確保了供給用戶的上不受供氣方氣體質量變化的影響，完全控制在允許的波動范圍內。

• 氣源轉換的過程
  （1）為檢驗轉換氣源的可靠性和穩定性，我們對供氣單位的供氣能力進行了實際測試。2002年未，對阜新礦業集團供應礦井氣（甲烷體積分數34%以上）10（4）m（3）的能力。2002年未至2003年初，對新劉家煤層氣供氣能力進行了日產煤田氣（甲烷體積分數95%以上）10（4）m（3））1.2＊10（4）。測試結果表明，供氣單位的供氣能力能滿足新市城區管道氣用戶的用氣需要。
  （2）對新煤層氣和兩段爐煤氣做燃燒特性對比試驗，為更換和造灶具做技術準備。
  （3）在氣源置換階段，先用3d煤層氣和70%兩段爐氣（體積比）的混合氣。此時，用戶原有的灶具仍可正常使用。然后集中用8h將全系統中氣體快速置換為含有70%以上煤層氣（（體積比）的混合氣。此后，居民用戶轉為使用替換灶具，中餐灶和燃氣鍋爐需要換或改造燃燒器。最后，用3d時間將全系統氣體快速置換成100%的煤層氣。全過程中，僅要求用戶停止用戶8h，時間為晚9時至早5時，因此，本上未影響絕大部分用戶的正常用戶。

　　由于準備充分，組織得力，氣源轉換的全過程平穩、順利，未發生優秀任何事故和險情，未造成任何不良影響，社會反映良好。

• 幾個問題的思考
• 煤層氣作為城鎮燃氣的恰當定位

　　按國家現行標準＜城市燃氣的分類＞gb/f13611－92的規定，與礦井氣相近的4t然氣，其按高熱值計算的華白數為18.4mf/m3。
　　 在有關天然氣的產品標準中，部標<天然氣>sy7514規定，天然氣的高熱值應在于14.56. mf/m3。
　　 ＜城鎮燃氣設計規范＞gb50028明確規定，做為城鎮燃氣，天然氣質量應符合現行國家標準<天然氣>sy7514規定，即天然氣一類氣或二類氣的高熱值必須大于31.4. mf/m3。
　　 我國生產的礦井氣，高熱值低于14.65 mf/m3的占很大部分，其中甲烷體積分數為50%左右。已利用礦井氣又占總抽放量的30%左右，其中應用礦井氣歷史最長的撫順市，礦井氣中甲烷體積分數為28.5%。由于目前國內利用的礦井氣不符合國家關于城鎮燃氣的有關標準。因此，在一定程度上限制了礦井氣的利用，也不利于礦井氣的開發和發展。
　　 阜新市氣源轉換后使用的燃氣二部分組成，其中是阜新礦業集團的礦井氣，其高熱值為13..54 mf/m3，氣體甲烷體積分數為34%。其二是劉家煤田氣混合氣，即劉家煤田氣與空氣混合氣形成的甲烷體積分數為34%的混合氣。由于這種燃氣不同于傳統意交上的礦井氣，也不完全符合現行燃氣相關標準，經與質量技術監督部門協商，暫定名為阜新煤層氣。

(2) 燃氣計量結算向國際例靠攏的問題
　　 目前我國燃氣需企業間大部分仍使用體積計量法作為結算依據，而國際上普遍推行的是以能量計算法做結算依據，即交接的總能量為燃氣的熱值與總體積的行程積，按總能量計價，其先進性，科學性和合理性是顯而易見的。因此，有條件的燃氣企業采用能量法做為結算依據或向這種做法靠攏，應是企業的****選擇。

• 采用帶有智能流量積算器的羅茨流量計，計量供貨方提供氣體的體積流量，與供貨方相就的計量裝置共同計量，羅茨流量計雖然不是******的計量器具，但其具有適用范圍廣、運行可靠知、靈敏　度高的實用特性，我們使用天津親科實儀表有限公司生產的帶有智　能積算器的羅茨流量計，用于門站計量和混氣計量，實踐證明其完全可以適應自動控制的需要，并提供準確的計量依據。
• 熱值測量采用在線氣體分析儀檢測與氣體色譜分析儀標定相結合，熱值計算法和直接燃燒測定法相結合的檢測方法。采用kcs-1智能型　甲烷濃度傳感器對進入門站和混氣裝置的燃氣進行檢測，并參與混氣自動控制，同時用光干涉式甲烷測定器進行定時校驗。用氣體色譜分析儀對以上兩種儀器進行定期進行標定，為使用計算法計算燃氣熱值提供準確的數據。
• 混氣裝置的運行

　　氣源轉換中設計和安裝了兩套混氣裝置。其中一套用于向劉家煤田氣摻混空氣，稱為劉家煤田氣混氣裝置。另一套用于在需要時向礦井氣中摻混空氣，稱為礦井氣混氣裝置。兩套裝置協調工作，最終出廠氣中甲烷的體積分數達到34%，其波動不超過1%。礦井氣混氣裝置工藝流程見圖1。
　　 進入裝置的礦井氣（壓力在20kpa左右）經流量，氣體成分檢測后，經閥門減壓進入管道靜態混合器（簡稱混氣器）。常壓空氣由變頻運行的羅茨鼓風機加壓至6 kpa左右進入混氣器。兩種氣體在混氣器中初步混合�；旌现械臍怏w成分檢測后直接進入工作壓力為2.8 kpa的儲氣向，然后由排送機關入管網�；旌蠚獗壤�的控制由可編程控器（PLC）執行，由工控機實施監控。Plc將檢測到的進裝置氣體流量，進裝置氣體流量，進裝置氣體中甲烷體積分數、混合氣中甲烷體積分數參數分析后，與設定值對比，然后向羅茨鼓氣機變頻呂發出指令，能過控制和調整羅茨鼓氣機的轉換，控制和調整進入混氣器的空氣　量，從而實現對混合氣中甲烷體積分數的控制和調整。

• 安全性

　　在設計和運行管理中，先考慮自控裝置的安全性、可靠性和實用性，然后再考慮其技術先進性和經濟性。我們選擇的計算機變頻自動控制裝置雖然不是******，但運行實踐表明，該系統不但運較簡便，安全性能較好。
　　 在設計選型和實際運行管理中，高度重視核心儀表的可靠性和準確性。對早烷濃度傳感器，我們采取了定時、定期用氣體色譜分析儀進行標定和用在線熱值儀進行監測的方法以，保證其運行正常。
　　 在設計和運行管理中嚴格控制混合氣在管道中的流速，保證在極個別情況下，即使在混氣器后出現了接近或燃氣爆炸極限的混合氣，也不會產生導致爆炸的火源。
　　 在布置上，使燃氣和空氣在混合氣器中初步混合氣，分別進入儲氣進行二次充分混合，同時使儲氣中氣體始終處于流動狀態，以防止燃氣和空氣的重新分層。

• 結語

　　 實踐表明，煤層氣或礦井氣做為城鎮燃氣，可以取得良好的經濟效益、社會效益和環保效益交。煤層氣或礦井氣摻混空氣可以做到安全運行�？茖W的發展和技術的進步，使開發利用低熱值的煤層氣和礦井氣具有廣闊的前景。