電廠次高壓管網(wǎng)供氣及調(diào)度運(yùn)行的研究

摘 要

摘要：為實(shí)現(xiàn)鈺湖電廠的臨時(shí)供氣，對(duì)LNG氣化站供氣和天然氣次高壓管網(wǎng)供氣的方案進(jìn)行分析，選取了天然氣次高壓管網(wǎng)供應(yīng)的方案，并針對(duì)次高壓管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行的研究和探討。關(guān)
摘要：為實(shí)現(xiàn)鈺湖電廠的臨時(shí)供氣，對(duì)LNG氣化站供氣和天然氣次高壓管網(wǎng)供氣的方案進(jìn)行分析，選取了天然氣次高壓管網(wǎng)供應(yīng)的方案，并針對(duì)次高壓管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行的研究和探討。
關(guān)鍵詞：LNG氣化站；次高壓管網(wǎng)；電廠供氣；調(diào)度運(yùn)行
1 項(xiàng)目背景
    深圳鈺湖電力有限公司(以下簡(jiǎn)稱鈺湖電廠)為深圳的主要調(diào)峰電廠之一，有兩臺(tái)GE公司的PG9171E(下稱9E)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，目前，燃料為180#重油。隨著深圳市環(huán)保要求的提高，如在2011年上半年仍未進(jìn)行燃?xì)飧脑?，將面臨巨大環(huán)保壓力。2010年11月深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱深圳燃?xì)饧瘓F(tuán))與鈺湖電廠簽署了天然氣購(gòu)銷協(xié)議，并積極努力在西氣東輸二線氣源到來(lái)前，通過(guò)次高壓管線臨時(shí)供氣。為此，我們對(duì)供氣方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，重點(diǎn)對(duì)次高壓管網(wǎng)供應(yīng)天然氣的調(diào)度運(yùn)行進(jìn)行了研究和探討。
2 LNG氣化站供氣方案分析
    電廠9E燃?xì)廨啓C(jī)額定功率為123.44MW，熱耗率為10.656MJ/kWh，要求的天然氣參數(shù)見表1。
    燃機(jī)的天然氣耗氣量為3.38～4.0×104m3/h，高峰日燃機(jī)運(yùn)行時(shí)間為15～18h，日耗氣量約55×104m3。
表1 要求的天然氣參數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
單位
數(shù)值
1
最大壓力
MPa
2.59
2
最小壓力
MPa
1.95
3
設(shè)定點(diǎn)壓力
MPa
2.4
4
設(shè)定壓力變化范圍
MPa
5%
5
在規(guī)定范圍的壓力波動(dòng)速度
MPa/min
1%/s
6
壓力波動(dòng)頻率大于10Hz的壓力波動(dòng)振幅
kPa
≤1(持續(xù)時(shí)間2s
7
絕對(duì)溫度
℃
≥0
8
過(guò)熱度
℃
28
9
最高溫度
℃
≤180
1 10
溫度變化速度
℃
1℃/s
2.1 LNG氣化站供氣方案
    根據(jù)電廠的用氣情況，需6臺(tái)150m3儲(chǔ)罐，2臺(tái)20000m3/h的氣化器，6～8個(gè)槽車停車位，分儲(chǔ)罐區(qū)、氣化區(qū)、調(diào)壓計(jì)量區(qū)、增壓區(qū)、卸車區(qū)等占地面積為12975m2，投資為4620×104元，工藝流程圖如下圖1所示。
 
如果將明火水浴式氣化器改用水浴式氣化器，氣化器用熱水由電廠或者自建鍋爐系統(tǒng)提供，可以節(jié)省投資1089×104元。工藝流程詳見如下圖2。
 
2.2 LNG氣化站供氣存在的問(wèn)題
    上述方案存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
    (1) 槽車運(yùn)輸調(diào)度補(bǔ)氣的難度較大。儲(chǔ)罐扣除保底罐容外，可用的氣量約39×104m3，不足以供應(yīng)一天的使用，如電廠工作日均運(yùn)行，必須由槽車保證供應(yīng)，需槽車約25車次/d，按槽車罐裝及路程所需時(shí)間2～2.5h計(jì)，需8臺(tái)槽車不停運(yùn)行合理調(diào)度方可保證。
    (2) 完全依靠槽車供氣安全性不佳。路況、天氣、LNG氣源場(chǎng)的灌裝情況等因素會(huì)直接影響到槽車供應(yīng)。
    (3) LNG站所需采購(gòu)設(shè)備多，大部分為進(jìn)口設(shè)備，訂貨期約6個(gè)月，無(wú)法滿足工期需要。
   (4) 投資大，經(jīng)濟(jì)效益不理想。
3 次高壓管網(wǎng)供氣方案分析
3.1 次高壓管網(wǎng)供氣的路由及流程
    該方案將西氣東輸二線到來(lái)后將使用的天然氣高壓管線與目前的次高壓天然氣管線結(jié)合，利用該段已建好的高壓管線與次高壓管線連接，通過(guò)次高壓管網(wǎng)供應(yīng)電廠。管線情況見圖3。
 

該方案只需煙廠專用調(diào)壓站后的次高壓管線與機(jī)荷高速、坂雪大道、環(huán)觀南路、平大路的高壓管線聯(lián)通，目前只需建設(shè)6.42km，即可聯(lián)通，從工期上來(lái)說(shuō)，應(yīng)可以滿足需求。電廠內(nèi)需建設(shè)計(jì)量撬、加壓撬，工藝流程見圖4。
 

    主要采購(gòu)的設(shè)備是計(jì)量撬和加壓撬部分，由于計(jì)量撬可利用目前已采購(gòu)的次高壓/中壓調(diào)壓計(jì)量撬的計(jì)量部分，無(wú)需重新采購(gòu)，而加壓撬為臨時(shí)加壓設(shè)備，由電廠采購(gòu)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，供貨時(shí)間短，不影響工期。計(jì)量撬及次高壓管道、高壓管道的改造等臨時(shí)設(shè)施的投資為820×104元。
3.2 次高壓管網(wǎng)供氣調(diào)度難點(diǎn)及對(duì)策
    通過(guò)次高壓管網(wǎng)供應(yīng)電廠存在以下問(wèn)題：
    (1) 管網(wǎng)供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模是否滿足需求。在設(shè)計(jì)中次高壓管網(wǎng)新增供應(yīng)電廠，現(xiàn)有管線、門站是否滿足供氣需求，必須進(jìn)行驗(yàn)證。
    (2) 電廠大流量的快速啟停是否影響到整個(gè)管網(wǎng)的安全穩(wěn)定供氣。
    (3) 次高壓管網(wǎng)供氣的安全性。
    (4) 供氣的最大小時(shí)提氣速率是否符合現(xiàn)有上游合同要求。
   解決的辦法：
   (1) 預(yù)測(cè)臨時(shí)供氣期間的最大用氣日最大小時(shí)用氣量，利用美國(guó)gregg engineering公司的管網(wǎng)仿真軟件進(jìn)行計(jì)算。在安托山門站供氣壓力為1.2MPa，坪山門站供氣壓力為1.5MPa的情況下，兩門站高峰時(shí)的供氣流量在設(shè)計(jì)規(guī)模范圍內(nèi)。管網(wǎng)的最低壓力點(diǎn)為1.16MPa，可滿足供氣要求，管網(wǎng)輸氣能力可以保證。
    (2) 利用管網(wǎng)仿真軟件，按電廠提供的正常啟動(dòng)時(shí)間和1min內(nèi)緊急停機(jī)兩種工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，仿真的結(jié)果表明正常啟動(dòng)時(shí)管道、門站出口的壓力變化平緩，不會(huì)產(chǎn)生不良影響。緊急停機(jī)時(shí)，安托山門站的流量變化為2600m3/min；壓力穩(wěn)定，附近煙廠調(diào)壓站進(jìn)口壓力變化為4784Pa/min，約為當(dāng)時(shí)壓力的0.4%，影響很小，在設(shè)計(jì)中計(jì)量撬與壓縮撬間的管道增大管徑至DN800，滿足機(jī)組10s的用氣要求，緩沖緊急停車對(duì)計(jì)量撬的影響。
    (3) 次高壓管網(wǎng)受第三方施工的不確定性破壞的影響和道路改造次高壓管網(wǎng)有計(jì)劃的斷開，影響到電廠的供氣，但安全性仍較LNG氣化站供應(yīng)好，同時(shí)可通過(guò)加強(qiáng)安全管理，并在電廠供氣合同中已明確為可中斷供氣用戶，可短期停氣，由用油的機(jī)組發(fā)電保證電力的臨時(shí)供應(yīng)。
    (4) 需求的最大小時(shí)流量超過(guò)目前上游合同中規(guī)定的最大小時(shí)提氣速率，可采用增購(gòu)短期合同氣來(lái)增加小時(shí)提氣速率；同時(shí)利用梅林LNG氣化站和大工業(yè)區(qū)氣化LNG站的高峰小時(shí)調(diào)峰功能，降低高峰時(shí)段的門站的提氣速率。
    本方案無(wú)論從投資、工藝技術(shù)、安全性、運(yùn)行管理等方面均優(yōu)于用LNG氣化站供氣的方案。
4 次高壓管線供應(yīng)電廠的調(diào)度方案
    次高壓管線供應(yīng)電廠對(duì)兩門站出站壓力的設(shè)定、流量合理分配，兩調(diào)峰LNG站的供氣安排、儲(chǔ)量補(bǔ)充調(diào)度等方面提出了更高的要求。需按最大用氣日24h的用氣情況進(jìn)行供氣的動(dòng)態(tài)仿真，制定合理的調(diào)度方案。
    目前兩門站只有CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)，計(jì)劃將安裝流量遙調(diào)系統(tǒng)。故需按不同情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。上游美視分輸站的供氣能力為單路調(diào)壓路供氣能力為80000m3/h，一開一備兩路；坪山分輸站的供氣能力為單路調(diào)壓路供氣能力為40000m3/h，一開一備兩路。
4.1 調(diào)度方案的比選
    據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)供氣期間最大用氣日24h各出氣點(diǎn)的用氣情況，比選的方案均按相同的用氣情況。方案1、2中安托山門站的壓力按圖5調(diào)整。
 

    坪山門站的出站壓力設(shè)為定值1.5MPa。
    調(diào)度方案1：坪山門站出站壓力設(shè)定為1.5MPa，按上圖計(jì)劃調(diào)整安托山門站出站壓力，不開啟梅林LNG站、大工業(yè)區(qū)LNG站進(jìn)行調(diào)峰供氣。通過(guò)管網(wǎng)仿真軟件的計(jì)算，安托山門站在高峰時(shí)段19：00最大流量為89068m3/h，超過(guò)上游分輸站單路調(diào)壓器的供氣能力。坪山門站在高峰時(shí)段19：00的最大流量為882518m3/h，超過(guò)上游分輸站兩路調(diào)壓器的供氣能力。
    調(diào)度方案2：門站的壓力設(shè)置同方案1，同時(shí)在10：O0～23：O0開啟大工業(yè)區(qū)LNG以10000m3/h的穩(wěn)定流量供應(yīng)，出站壓力設(shè)定為1.5MPa，梅林LNG站在高峰時(shí)段(18：00～22：00)以1.2MPa的壓力供氣。梅林LNG站的流量見下圖6。
 

    安托山門站在12：30最大流量為71867m3/h，小于上游分輸站單路調(diào)壓器的供氣能力。坪山門站在22：40的最大流量為77403m3/h，小于上游分輸站兩路調(diào)壓器的供氣能力。除3：00～8：00沒超過(guò)40000m3/h，其余時(shí)間均超過(guò)40000m3/h。梅林LNG站、大工業(yè)區(qū)LNG站的日供氣量分別為89700m3(69t)、130000m3(100t)。
    調(diào)度方案3：在有流調(diào)設(shè)備情況下，在用高峰時(shí)段安托山門站供氣流量不超過(guò)75000m3/h，低峰時(shí)段限流，使高壓管網(wǎng)壓力不超過(guò)1.55MPa。坪山門站出站壓力設(shè)定為1.5MPa，不進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。安托山門站流量調(diào)整見下圖7。
 

    坪山門站在22：00最大流量為80643m3/h，接近大鵬坪山分輸站兩路調(diào)壓器的供氣能力，除2：30～7：30沒超過(guò)40000m3/h，其余時(shí)間均超過(guò)40000m3/h。
    調(diào)度方案4：在有流調(diào)設(shè)備情況下，對(duì)安托山門站、坪山門站限流，在用高峰時(shí)段不超過(guò)75000m3/h，低峰時(shí)段限流，使高壓管網(wǎng)壓力不超過(guò)1.55MPa。兩門站的流量見下圖8和圖9。

    通過(guò)兩門站的流量控制，0：00～11：00供氣流量小于等于40000m3/h，大鵬坪山分輸站只需開啟1路調(diào)壓路。11：00～23：00需開啟兩路調(diào)壓路供氣，縮短了兩路同時(shí)供氣的時(shí)間，鈺湖電廠13：20最低供氣壓力為1.065MPa，仍可滿足大于1.OMPa的供氣要求。
    綜上所述，比較四個(gè)調(diào)度方案的優(yōu)缺點(diǎn)，見下表2：
表2 四個(gè)調(diào)度方案的優(yōu)缺點(diǎn)
方案
名稱
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
方案1
1、不需增加限流設(shè)備。
2、不需增加LNG的供應(yīng)。
1、兩門站最大流量均超過(guò)了小時(shí)最大提氣速率，出現(xiàn)小時(shí)超提。
2、大鵬美視分輸站及坪山分輸站均需兩路全部開啟，尤其坪山分輸站備用調(diào)壓路開啟時(shí)間長(zhǎng)，部分時(shí)段流量超過(guò)設(shè)備能力。
方案2
1、不需增加限流設(shè)備。
2、不出現(xiàn)小時(shí)超提。
3、大鵬美視分輸站不需開啟備用路。
1、需增加LNG站的供氣，大工業(yè)區(qū)LNG站的供氣時(shí)間較長(zhǎng)，梅林LNG站在高峰時(shí)段需開啟。兩站日供氣量約169t。
2、除3：00～8：00時(shí)段外，其余時(shí)間坪山分輸站均需開啟備用調(diào)壓路。
方案3
1、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單。
2、不出現(xiàn)小時(shí)超提。
3、大鵬美視分輸站不需開啟備用路。：～：
4、不需增加LNG的供應(yīng)。
1、需增加流量調(diào)節(jié)設(shè)備。
2、除2：300：30時(shí)段外，其余時(shí)聞坪山分輸站均需開啟備用調(diào)壓路。
方案4
1、不需增加LNG的供應(yīng)。
2、不出現(xiàn)小時(shí)超提。
3、大鵬美視分輸站不需開啟備用路。
4、從0：00-11：00坪山分輸站不需開啟備用調(diào)壓路供氣，延長(zhǎng)單路調(diào)壓路供氣時(shí)間。
1、需增加流量調(diào)節(jié)設(shè)備。
2、流量調(diào)節(jié)閥動(dòng)作較頻繁，并要注意監(jiān)控壓力、流量，對(duì)門站人員、調(diào)度人員的要求高。
    表2中的小時(shí)超提是指超過(guò)增加采購(gòu)一定量的管輸氣后重新規(guī)定的小時(shí)最大提取速率?！桨?對(duì)場(chǎng)站設(shè)備的合理使用，可減少價(jià)格較高LNG的采購(gòu)，減輕場(chǎng)站部門的工作量，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)行均有好處，為優(yōu)選的調(diào)度方案。
5 結(jié)論
    (1) 通過(guò)合理的運(yùn)行調(diào)度，現(xiàn)有場(chǎng)站規(guī)模和次高壓管線均可滿足新增電廠供氣的要求。
    (2) 通過(guò)調(diào)流設(shè)備合理分配門站流量，利用管道儲(chǔ)氣小時(shí)調(diào)峰的調(diào)度方案優(yōu)于通過(guò)壓力調(diào)整分配流量，由LNG站小時(shí)調(diào)峰的方案。氣源調(diào)度更靈活。
    (3) 利用管道儲(chǔ)氣小時(shí)調(diào)峰應(yīng)注意監(jiān)控管道的壓力變化，保證管道最不利點(diǎn)不低于1.05MPa，壓力最高點(diǎn)不高壓1.55MPa，結(jié)合壓力變化及時(shí)調(diào)節(jié)門站流量。運(yùn)行調(diào)度要求高。
    (4) 電廠的啟動(dòng)及緊急停車對(duì)管道的影響不大，但運(yùn)行調(diào)度注意與電廠運(yùn)行的溝通，在啟停機(jī)前半小時(shí)及時(shí)通知調(diào)度中心。
    (5) 坪山門站長(zhǎng)時(shí)間處于無(wú)備用路的情況下運(yùn)行，對(duì)調(diào)壓器的備品備件要求將提高，同時(shí)對(duì)上游的坪山分輸站的調(diào)壓設(shè)備的安全穩(wěn)定性及備品備件也提出了更高的要求。
    (6) 上游合同中日最大提取量的設(shè)定限制了電廠供氣量，冬季民用氣量增長(zhǎng)，須對(duì)電廠供氣負(fù)荷限制。
    (7) 日及小時(shí)用氣量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性直接影響到氣量的合理調(diào)度及管輸氣量和LNG氣量的合理分配。
 
(本文作者：黎珍 楊光 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)輸配分公司 廣東深圳 518055)