北京首安信息技术:小城镇天然气供气模式与关键技术分析

来源:百度文库 编辑:都市新闻网 时间:2019/10/17 10:53:58
小城镇天然气供气模式与关键技术分析  摘 要:本文对中国小城镇的天然气供应提出了集群化发展模式和采用压缩天然气输送气源的天然气供应技术系统,建立了小城镇集群式供气系统储气的储气罐容积和储气量之间的关系,并提出了供气系统经济性运行模型,系统的提出了经济可靠的解决中国小城镇的天然气气化问题的有效途径。

关键词:小城镇;压缩天然气供气模式

1 概述
  中国21世纪的发展战略中,加速城镇化的进程受到广泛的重视,完善小城镇的基础设施,净化环境是城镇化最基本的要求。而小城镇居民生活能源的清洁化问题是城镇化加速发展过程中必须解决的问题之一。其中,在天然气丰富的地区应用天然气是非常有效的手段。但是,尽管天然气在许多城市已经得到了相当成熟的而且是非常普遍的应用,但在小城镇应用领域还是非常少的。抽样调查的结果表明,在中国,已经使用了管道天然气的小城镇非常少[1],导致这一结果的原因是:
  (1)由于天然气资源有限,国家对气体能源的利用政策明显向城市倾斜[2];
  (2)天然气化需要高投入,小城镇经济的发达程度不够,居民的承受能力有限;
  (3)居民的消费观念较为落后,消费行为在健康、环境与节省金钱之间往往重于后者;
  (4)城市燃气化的传统模式和技术对小城镇的适应性差。

2 善于小城镇集群的压缩天然气气化模式与关键技术
2.1 中国小城镇现状与小城镇集群式天然气气化模式
  中国的小城镇人口规模通常比较小。以重庆市为例,全市建制镇581个,人口只有1000多万。约400个小城镇的人口为200多万,平均每镇的人口只有0.5万人左右。如果按照每户3.5人计算,大约为1400户。实际上其中大约70%的小城镇人口还不足3000人。东部发达地区的规模相对大一些。
  作为市政基础设施的燃气供应系统,规模无疑是经济性的重要影响因素。由此看来,单一小城镇由于人口规模的过小使得发展天然气的难度极大。这就有必要将多个小城镇联合起来加以考虑,也就是小城镇集群的概念。
  为了解决单一小城镇规模过小的问题,假定在一定的范围内,有多个小城镇,而且能将这些小城镇同时纳入天然气供应范围的话,供气的规模便不会受到单一小城镇规模的约束,这就是小城镇的集群式天然气气化模式。
2.2 基于压缩天然气输送方式的小城镇天然气供应技术
2.2.1 压缩天然气供气方式简介[3-6]
  即使是采用集群式天然气气化模式,对于小城镇的天然气供应仍然存在技术上问题。而技术上的问题并不是出在技术本身,而是出在经济性上。在一个小城镇集群中,尽管城镇之间的距离通常在1001km以内,但大多数情况下,在城镇之间建设管道依然是不现实的。这便是在城市燃气供应系统中通常采用的管道供应方式在小城镇供气中的不适应性特征。汽车用压缩天然气技术的出现,为解决这一问题提供了重要的技术手段。
  压缩天然气供应城镇燃气方式源自天然气汽车加气的母子站系统。母站为固定式加气站,子站离输气管道有一定距离,专门铺设管道不经济,用CNG储罐汽车将CNG从母站运输到子站,供用户加气。由于母子站系统技术成热、灵活方便,而且投资相对于建设独立加气站为少,借鉴母子站系统的供应方式采用CNG供应城镇燃气是可行的。
2.2.2 压缩天然气供气系统构成
  压缩天然气供气系统[6、7]的主要工艺可分为5部分:天然气加压、运输、储存、调压和输配。
  加压是在CNG加气站进行的,主要生产工艺系统由过滤、计量、压缩、脱水、脱硫、储存等工艺组成。
  天然气通过过滤、计量、调压后进入净化装置,脱除超标的水、硫化氢、二氧化碳,净化后的天然气经压缩机加压至20~25MPa,再通过灌装设备充装进压缩天然气钢瓶中储存。
  运输过程是将压缩天然气钢瓶组通过汽车运输到小城镇的小型供气站。目前,用于此输送过程的压缩天然气容器主要有瓶组式,瓶组的构成有几种形式:一种是单车瓶组由8只圆筒形钢瓶组成,每只钢瓶水容积为2.25m3,单车运输气量为4550m3,另一种是由水容积为801的钢瓶做成的瓶组,采用集装箱的方式,单车运送能力为1338~2835m3,还有一种是根据汽车的载重能力大小和车厢的尺寸定制的钢瓶组,单位运输能力也在集装箱式的运输能力之间。
  小型供气站的储气可以采用高压管束、高压瓶组以及地下储气井,将运输车内的压缩天然气卸入到要求的储气压力。
  天然气减压、输配工艺。根据小城镇燃气管网的压力级制需要,将储气设施或钢瓶内的压缩天然气经过换热器加热(防止天然气减压时温降过大)后,通过调压器减压至小城镇管网运行压力,经加臭后进入城镇输配管网.为避免低温对调压器等装置造成损伤,增加减压稳定性,并充分利用CNG的压力进行储气,通常采用三级减压。对于较小流量的减压装置,若不考虑储气,也可采用二级减压方式。减压工艺流程中需要采用超压放散、紧急切断、低压切换等控制措施。
2.3 系统技术特点与关键技术
2.3.1 技术特点
  由压缩天然气充装站、压缩天然气运输汽车以及小型供气站构成的小城镇压缩天然气供气系统,主要的技术特点是将压缩天然气站与小城镇以及小城镇与小城镇之间的固定管线变成了由汽车运输车组成的流动管线,具有很强的机动性,并可以大大的减少固定资产的投资。同时,汽车运输只需要利用现有的公路系统,不会由于建设管线造成对环境的破坏。另外,系统的维护管理成本也大大降低。
2.3.2 储气压力与储气容积
  如果像现在的城市燃气系统中采用大型的储气设施(储配站)来解决储气问题显然不现实,因此,有必要采用更加适合于小城镇的储气方式。高压储气的占地面积小,可以充分利用压缩天然气运输车上的容器的天然气压力,减少储气的容积。
  储气容积不仅与储气压力的大小有关,还与运输车的压缩天然气压力和储罐容积有关。从压缩天然气运输车向储罐的充气过程最终是车载储罐与地上的储罐压力处于平衡状态,因此,储气容积与储气压力之间存在如下关系:
n=p/p1-1
其中:n—储罐容积与车载储罐容积之比;
   p—车载储罐的压缩天然气压力,MPa;
   p1—储罐的储气压力,MPa。
  该式表明增大储气压力可以减少储罐容积,但由于车载储罐的储存量是一个定值,减少储罐容积的结果会使得实际的储气容积大大减少。
2.3.3 运行模型
  小型供气站的供气是通过车载和储气共同进行的。储气方式与储气能力的确定与小城镇的用气规模直接相关。小城镇供气系统的储气,尽管仍然是具有调峰的作用,但并不是传统意义上的用气负荷调峰,而是非常明显的会作为部分时段的小型供气系统的独立气源。由于小城镇的用气量相对较小,一部分时段采用压缩天然气运输车提供气源.而运输车在运输期间是可以用储气的方式解决气源问题的。通常储气设施的工作时间应该是处于用气的低峰时段。这样可以减少运输车的车供时间,增加运输车的运输频率,充分发挥运输工具的使用效率。同时,还可以减少储气设施的容积,进一步降低固定投资。实际上,压缩天然气的供气模式之所以区别于管道供应模式,重要的改变就是将固定的管线变成了流动的管线,如果要提高这种系统的运行效率,必须最大限度的发挥运输工具的作用,也就是提高压缩天然气运输车的运输频率。
  压缩天然气运输车的运输频率与日用气量、单车运输量、单车运输周期以及储气量有关。由于汽车运输可以在24小时内进行,因此,运输车的运输频率可以用下式描述:
f=24/(t1+t2+t3+t4)
其中:f—运输车的运输频率,即每天运输的次数;次/日;
   t1—运输车途中所需时间,小时;
   t2—车载容器充气所需的时间,小时;
   t3—车载容器的供气时间,小时;
   t4—灌装储气容器所需的时间,小时。
  为了增加运输车的运输频率,只有适当减少t3和t4,一般来说,这两个时间有一部分是重叠的,可以尽量在高峰时段运行。
  作为运输车最小的运输频率,理论上应该是:
fmin=Q/Qd

其中:fmin—运输车的最小运输频率,次/日;
   Q—用气量,m3
   Qd—单车运输量,m3
  但由于单车运输量决定与运输车的成本、运输成本以及储气设施的成本之间存在一定的经济优化问题,只有根据供应规模和供应点的多少才能决定合理的运输频率。

3 几点结论
  (1)小城镇的天然气化采用压缩天然气的供应方式的主要技术特点是可以节省输气管道的建设,但对中国大多数小城镇规模而言,作为替代管线的主要输气工具,压缩天然气运输车是重要的设备,尽管已经出现并有使用实例,但仍然不适用于小规模的天然气供应,因此需要对小城镇的天然气化采用集群式供气模式,尤为重要的是需要对压缩天然气运输工具的规格、成本、安全性等建立相应的标准和规范。
  (2)小型供气站的主要固定设施是储气设施,储气方式、储气压力以及储气容积的确定,直接影响到建设投资和供气的可靠性,现有的储气设备采用高压钢瓶实际上从容器本身的选择上存在重大的浪费,因为从实际运行过程上看,并不能表明储存与运输车上的容器相同的压力是可能或者是经济的,因此,专用的供气站储气容器也应该是重点关注的对象。
  (3)增大压缩天然气运输车的运输频率应该是系统达到经济性运行目的的重要手段,而与之相关的车供和站供比例的合理安排也是非常重要的。