天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)配置探討

摘 要

摘要：探討了天津市天然氣門站與氣源配置、天然氣高(次高)壓輸配管網(wǎng)配置、調(diào)峰配置以及調(diào)度搶修維護(hù)配置。關(guān)鍵詞：高壓管道；輸配系統(tǒng)；調(diào)峰；搶修D(zhuǎn)iscussion on Configuration of H
摘要：探討了天津市天然氣門站與氣源配置、天然氣高(次高)壓輸配管網(wǎng)配置、調(diào)峰配置以及調(diào)度搶修維護(hù)配置。
關(guān)鍵詞：高壓管道；輸配系統(tǒng)；調(diào)峰；搶修
Discussion on Configuration of High(Sub-high)Pressure Natural Gas Network System in Tianjin
LI Xijie
Abstract：The layout of Tianjin natural gas gate stations and gas sources，the configuration of natural gas high(sub-high)pressure transmission and distribution pipelines and the arrangements for peak shaving，dispatching，repair and maintenance are discussed.
Key words：high pressure pipeline；transmission and distribution systems；peak shaving；repair
   進(jìn)入十二五以來，隨著潔凈能源利用政策的調(diào)整，在今后5年內(nèi)，天津市天然氣利用規(guī)模將由目前的年消費(fèi)19×108m3增長到(100～160)×108m3。要滿足天津市經(jīng)濟(jì)高速增長的燃?xì)庑枨?，?shí)現(xiàn)上游多氣源的靈活調(diào)配，保障供氣安全，必須合理配置由門站、高壓管道、儲(chǔ)氣調(diào)峰應(yīng)急設(shè)施和高壓搶修廠站組成的高壓管網(wǎng)供應(yīng)系統(tǒng)。
1 門站與氣源配置
1.1 現(xiàn)狀門站
    截至2010年底，天津市共有8座天然氣門站，基本情況見表1。天津市目前擁有東、西、南3個(gè)方向共4個(gè)氣源。這種供氣格局有利于城市燃?xì)夤?yīng)設(shè)施的建設(shè)和燃?xì)獾陌踩€(wěn)定供應(yīng)，在全國各大城市都是不多見的。但由于北部缺乏直供氣源，導(dǎo)致門站至天津市最北端的薊縣的高壓管道輸送距離超過150km，并且是單條管道運(yùn)行，抗風(fēng)險(xiǎn)能力明顯不足。
表1 天津市現(xiàn)狀城市天然氣門站基本情況
氣源
門站坐落地點(diǎn)
數(shù)量/座
上游管道設(shè)計(jì)壓力/MPa
門站設(shè)計(jì)供氣壓力/MPa
門站設(shè)計(jì)接收氣量/(m3·a-1)
氣源來向
大港油田(中石油)
獨(dú)流減河南岸(大港站、泰達(dá)站)
2
0.8
0.8
3×108
南部
華北油田(中石油)
河北省永清縣
1
4.0
4.0
4×108
西部
渤海油田(中海油)
塘沽西大沽
1
0.8
0.8
3×108
東部
港清線、港清復(fù)線
(中石油陜京線)
大港大張坨
1
6.3
2.5
10×108
南部
西青汪莊子
1
10.0
2.5
10×108
南部
西青小卞莊
2
10.0
0.8，4.0
5×108
南部
合計(jì)
—
8
—
—
35×108
—
1.2 現(xiàn)狀氣源
   天然氣供應(yīng)共有大港油田、華北油田、渤海油田、陜京線4個(gè)氣源，其中陜京線為主導(dǎo)氣源，其余3個(gè)氣源為輔助氣源。這些氣源通過已建成的永清、汪莊子、大張坨、西青、濱海、大港等8個(gè)門站從東、西、南3個(gè)方向向天津市供氣。
   ① 大港油田天然氣
   大港油田天然氣來自天津市東南部的大港油田，天然氣壓氣站距天津市區(qū)45km，自1975年開始向天津市大港及津南區(qū)供氣，2010年供給天津市的天然氣量為1.4×108m3。
   ② 華北油田天然氣
   華北油田天然氣自2002年開始通過永清門站，利用永清-陜津儲(chǔ)配站(第一煤氣廠)的永津高壓管道向天津市供氣。2010年供給天津市的天然氣量為0.9×108m3。
   ③ 渤海油田天然氣
   渤海油田天然氣來自渤西油田，其陸上終端處理廠位于塘沽的西大沽附近，自1997年開始通過濱海儲(chǔ)配站向塘沽和濱海燃?xì)怆姀S供應(yīng)天然氣，2010年供應(yīng)天津市的天然氣量為2.8×108m3。
   ④陜京線天然氣
   陜京線天然氣主要來自我國陜甘寧、新疆等西北地區(qū)各氣田。陜京線天然氣主要利用DN 700mm的港清線及港清復(fù)線高壓管道供應(yīng)天津市，分成3路：a.將小卞莊分輸站的陜京線天然氣通過DN 650mm的高壓天然氣管道輸送至汪莊子門站，經(jīng)計(jì)量調(diào)壓后向外環(huán)線以內(nèi)高壓環(huán)網(wǎng)的北半環(huán)供氣；b.將小卞莊分輸站的陜京線天然氣通過DN 200mm的高壓天然氣管道向靜?？h供氣；c.通過DN 600mm的港南高壓管道，將大張坨地下儲(chǔ)氣庫的高壓天然氣輸送到濱海高壓管道，向?yàn)I海新區(qū)及市內(nèi)管網(wǎng)供氣。2010年供給天津市的天然氣量為13.9×108m3。
1.3 規(guī)劃氣源及門站
   ① 上游氣源
   十二五期間，天津市上游氣源將快速增加。規(guī)劃新增的氣源為：中石油公司的永唐秦線高壓管道和港清三線高壓管道供應(yīng)的陸地天然氣，同時(shí)配套建設(shè)大港板南地下儲(chǔ)氣庫，唐山液化天然氣管輸氣；中海油公司的天津港液化天然氣和煤制天然氣(內(nèi)蒙古等地建氣源廠，已報(bào)國家立項(xiàng))；大唐國際公司的內(nèi)蒙古克什克騰旗煤制天然氣。天津市規(guī)劃的境內(nèi)氣源管道見表2。
表2 天津市規(guī)劃的境內(nèi)氣源管道
氣源管道
起止點(diǎn)
長度/km
設(shè)計(jì)壓力/MPa
外徑/mm
輸氣規(guī)模/(m3·a-1)
氣源來源
項(xiàng)目進(jìn)展情況
永唐秦線高壓管道(中石油公司)
河北永清-唐山-秦皇島
497
10.0
1000
120×108
陜京線
正在建設(shè)
港清三線高壓管道(中石油公司)
河北霸州-天津大港
150
10.O
1000
120×108
陜京線
正在設(shè)計(jì)
唐山液化天然氣輸氣管道
河北唐山-天津?qū)幒?/span>
300
4.0
600
15×108
進(jìn)口LNG
正在設(shè)計(jì)
天津港液化天然氣輸氣管道
(中海油公司)
天津港內(nèi)
23
6.3
1000
70×108
進(jìn)口LNG
項(xiàng)目前期
煤制天然氣管道(中海油公司)
內(nèi)蒙古杭錦旗-山東東營
1100
10.0
1000
50×108
煤化工
正在設(shè)計(jì)
煤制天然氣管道(大唐國際公司)
內(nèi)蒙古克什克騰旗-北京
1000
7.O
900
40×108
煤化工
項(xiàng)目前期
   上述氣源管道中，永唐秦線、港清三線氣源均來自陜京線系統(tǒng)。陜京三線、四線建成后，將會(huì)同陜京一線、二線，對(duì)京津地區(qū)的年供氣能力共達(dá)400×108m3以上。
   ② 天然氣用氣市場分布
   天津市的地理特點(diǎn)是南北向長，接近200km；東西向窄，約為100km。天津市的用氣市場主要分布在中心城區(qū)和濱海新區(qū)核心區(qū)聯(lián)結(jié)成的津?yàn)I產(chǎn)業(yè)軸上，以及濱海新區(qū)的沿海經(jīng)濟(jì)帶上。用氣領(lǐng)域主要是燃?xì)鉄犭姾腿細(xì)夤?，燃?xì)鉄犭姀S主要集中在中心城區(qū)和濱海新區(qū)核心區(qū)周邊，燃?xì)夤嶂饕性谥行某菂^(qū)和濱海新區(qū)核心區(qū)。
   ③ 門站配置
   門站是上游長輸管道與城市高壓管網(wǎng)的連接樞紐，門站的配置滿足以下3個(gè)原則：
    a. 要保證1個(gè)氣源多座門站原則，即每個(gè)氣源至少要設(shè)置兩座門站，通過多點(diǎn)向城市供氣，以實(shí)現(xiàn)安全互補(bǔ)。
    b. 要保證N-1的原則，即有一個(gè)方向的氣源出現(xiàn)問題，可以協(xié)調(diào)上游公司，通過其他氣源門站滿足安全供應(yīng)。
    c. 上游氣源為單座門站的，門站須有兩條管道與城市管網(wǎng)連接。
    按以上原則，天津市規(guī)劃新增天然氣門站情況見表3。
 

    從門站接收能力配置方面看，北部及東北部5座門站的設(shè)計(jì)接收能力為115×108m3/a，南部及西南部5座門站的設(shè)計(jì)接收能力為130×108m3/a，基本上與天津市用氣市場的分布一致。同時(shí)，東部臨港工業(yè)區(qū)門站作為天津LNG及港清三線氣源的重要沿海分輸調(diào)度站，將協(xié)調(diào)大港儲(chǔ)氣庫、大港板南儲(chǔ)氣庫，使用氣最不利點(diǎn)與各個(gè)門站間的距離控制在80km左右，有效地縮短了城市高壓管道的輸送距離。
    從氣源構(gòu)成配置方面看，南部和北部氣源都是由陸地和海外、常規(guī)和非常規(guī)的多個(gè)氣源構(gòu)成，有利于安全穩(wěn)定供氣。
現(xiàn)狀和規(guī)劃新增門站分布見圖1。
 

2 天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)配置方案
2.1 天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
    天津市現(xiàn)狀高(次高)壓天然氣管網(wǎng)包括4.0MPa、2.5MPa、1.6MPa和0.8MPa這4級(jí)壓力級(jí)制，到2010年底，高(次高)壓管道總長度近700km，管網(wǎng)輸配能力達(dá)40×108m3/a，主要分布在天津市中心城區(qū)和濱海新區(qū)。
2.2 天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)配置方案
2.2.1發(fā)達(dá)城市的高(次高)壓管網(wǎng)壓力級(jí)制
    以國內(nèi)的上海市和北京市為例。上海市采用環(huán)狀加放射線的布局，即由城市以外來自不同方向的放射狀長輸燃?xì)夤艿篮统鞘型鈬h(huán)狀管網(wǎng)構(gòu)成的管網(wǎng)布局。中心城區(qū)管網(wǎng)主要起輸配氣作用，壓力級(jí)制確定為不大于1.6MPa。城市外圍天然氣高壓管網(wǎng)主要向電廠、化工廠等特大型用戶供氣，為輸氣和儲(chǔ)氣干管，壓力級(jí)制確定為不小于4.0MPa，遠(yuǎn)郊高壓管道參考洋山港液化天然氣高壓管道的壓力，確定為6.3MPa。北京市基本上是采用外圍管網(wǎng)壓力為10.0MPa、六環(huán)高壓A級(jí)(4.0MPa)、五環(huán)高壓B級(jí)(2.5MPa)和五環(huán)內(nèi)次高壓A級(jí)(1.0MPa)的4級(jí)管網(wǎng)布局。
    隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，在保證安全的前提下，提高輸氣壓力可以減小管徑，增加管道儲(chǔ)氣能力，節(jié)省工程費(fèi)用；可以適應(yīng)部分特殊用戶如燃?xì)怆姀S3～4MPa的發(fā)電機(jī)組的用氣壓力要求，避免了用戶自行升壓造成能源費(fèi)用和噪聲污染。因此在可能的情況下，對(duì)部分主干輸氣管道采用較高的輸送壓力是合理的。
2.2.2天津市高(次高)壓燃?xì)夤芫W(wǎng)配置原則
    ① 符合天津市城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)與能源發(fā)展規(guī)劃。
    ② 保障全市供氣的安全可靠性，確保中心城區(qū)、濱海新區(qū)等重要區(qū)域主干管道成環(huán)狀布置，各氣源之間可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)供聯(lián)調(diào)。
    ③ 滿足近期需求，適應(yīng)長遠(yuǎn)需要，并保留一定的發(fā)展余量。
    ④ 高(次高)壓管網(wǎng)的管道敷設(shè)避開城鎮(zhèn)發(fā)展區(qū)域及重要市政設(shè)施。
    ⑤ 高(次高)壓管網(wǎng)盡量沿城市規(guī)劃認(rèn)可的現(xiàn)狀道路及規(guī)劃道路敷設(shè)。
2.2.3天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)配置方案
   ① 壓力級(jí)制選擇
依據(jù)GB 50028—2006和GB 50251—2003，以保證管道本身安全、保障建構(gòu)筑物和社會(huì)公眾安全為前提，基于上游氣源供氣能力和城市發(fā)展的需要，以及高壓管道施工技術(shù)的不斷提高，結(jié)合城市總體發(fā)展規(guī)劃和現(xiàn)狀高(次高)壓管道配置情況，天津市高(次高)壓天然氣管網(wǎng)的壓力級(jí)制仍然按4級(jí)進(jìn)行配置，即高壓A級(jí)、高壓B級(jí)、次高壓A級(jí)、次高壓B級(jí)。
② 高(次高)壓管網(wǎng)配置方案
    綜合氣源、門站、區(qū)域燃?xì)庑枨?、管網(wǎng)現(xiàn)狀等因素，確定“5橫、4縱”的高(次高)壓管網(wǎng)配置方案，管網(wǎng)年輸配能力為200×108m3/a，高峰小時(shí)流量為700×104m3/h。管網(wǎng)主干管道以4.0MPa、管徑為DN 1000mm/和DN 800mm為主，形成勾連南北、縱橫東西的大型輸配系統(tǒng)，管網(wǎng)總長度達(dá)1500km。各氣源可以通過高(次高)壓管網(wǎng)合理調(diào)度，可滿足對(duì)各用氣區(qū)域和電廠等大型用戶雙向或多向供氣的安全運(yùn)營要求，滿足燃?xì)怆姀S等大型用戶對(duì)燃?xì)鈮毫Φ囊?，還具有200×104m3的小時(shí)調(diào)峰能力。天津市高壓管網(wǎng)配置方案見圖1。
2.3 調(diào)峰配置
2.3.1現(xiàn)狀調(diào)峰情況
    天津市現(xiàn)狀調(diào)峰設(shè)施包括19臺(tái)高壓球罐和一部分地下儲(chǔ)氣井群，總儲(chǔ)存能力近100×104m3，僅能夠滿足小時(shí)調(diào)峰。季節(jié)調(diào)峰和日調(diào)峰全部依靠上游解決。由于季節(jié)凋峰能力不足，長期存在冬季限制工業(yè)用戶而保障民用的現(xiàn)象。
2.3.2十二五燃?xì)庹{(diào)峰需求
    按照天津市燃?xì)獍l(fā)展十二五規(guī)劃，天津市的調(diào)峰需求將隨著燃?xì)鉄犭姀S、燃?xì)夤岬拇笠?guī)模發(fā)展增加幾十倍。如按2015年年用氣量為120×108m3計(jì)算，天津市季節(jié)調(diào)峰需求約為30×108m3，日調(diào)峰需求為8000×104m3，小時(shí)調(diào)峰需求約為500×104m3。
2.3.3十二五燃?xì)庹{(diào)峰設(shè)施配置
    ① 季節(jié)調(diào)峰設(shè)施配置
    對(duì)于季節(jié)調(diào)峰的配置，按照上游氣源供應(yīng)企業(yè)、地方政府、城市燃?xì)馄髽I(yè)和下游用戶共同承擔(dān)的原則，通過上下游調(diào)度的有機(jī)結(jié)合，最大限度地實(shí)現(xiàn)供需平衡。
    a. 上游各供氣企業(yè)，按照國家規(guī)定，以年供氣總量的15%配置調(diào)峰氣源并承擔(dān)季節(jié)調(diào)峰。具體方案為：中石油公司年供氣(60～80)×108m3，需承擔(dān)(9～12)×108m3的季節(jié)調(diào)峰量，通過擴(kuò)建大港地下儲(chǔ)氣庫，增加華北和長慶等油氣田調(diào)峰氣源等方式解決；中海油公司年供氣(40～60)×108m3，需承擔(dān)(6～9)×108m3的季節(jié)調(diào)峰量，通過建設(shè)7～10座LNG儲(chǔ)配站和增加冬季LNG供應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
    b. 地方政府和城市燃?xì)馄髽I(yè)承擔(dān)上游季節(jié)調(diào)峰不足的部分。結(jié)合城市應(yīng)急氣源的建設(shè)，鑒于大港地下儲(chǔ)氣庫資源落實(shí)的不確定性，規(guī)劃建設(shè)天津市LNG調(diào)峰氣源站。規(guī)劃LNG儲(chǔ)罐總規(guī)模不小于160×104m3，十二五期間首先建設(shè)2～4座16×104m3的LNG儲(chǔ)罐，可解決(2～4)×108m3的季節(jié)調(diào)峰，并提供一定的應(yīng)急保障。
    c. 季節(jié)調(diào)峰總量不足的部分，通過加強(qiáng)需求側(cè)管理，大力發(fā)展燃?xì)庹{(diào)峰電廠等可中斷工業(yè)用戶，彌補(bǔ)季節(jié)調(diào)峰能力的不足。
   ② 日調(diào)峰設(shè)施配置
   按照冬季高峰月連續(xù)一周，每天日用氣量超過平均日用氣量的15%計(jì)算日調(diào)峰規(guī)模，即日調(diào)峰量為冬季高峰月平均日用氣量的1.05倍。如按年消費(fèi)120×108m3計(jì)算，則日調(diào)峰需求約為8000×104m3。
    鑒于日調(diào)峰規(guī)模偏大，采用與天津市LNG調(diào)峰氣源站合并建設(shè)解決。
   ③ 小時(shí)調(diào)峰設(shè)施配置
   十二五末小時(shí)調(diào)峰量約為500×104m3，采用高(次高)壓管道輸儲(chǔ)兼?zhèn)?，同時(shí)建設(shè)小型儲(chǔ)氣設(shè)施的配置方案。首先由高(次高)壓管網(wǎng)解決200×104m3，其余300×104m3通過一批小型LNG調(diào)峰儲(chǔ)配站解決。即在全市各區(qū)域規(guī)劃建設(shè)10～15座、每座儲(chǔ)存規(guī)模為(100～200)×104m3的小型LNG調(diào)峰儲(chǔ)配站，補(bǔ)充小時(shí)調(diào)峰用氣量。這些小型LNG調(diào)峰儲(chǔ)配站具有建設(shè)靈活、啟動(dòng)方便、較容易控制調(diào)峰量的特點(diǎn)，還可以兼做事故氣源站。LNG調(diào)峰儲(chǔ)配站按近遠(yuǎn)期的需求規(guī)?？傮w規(guī)劃，分期實(shí)施。
3 管網(wǎng)調(diào)度及搶修維護(hù)配置
3.1 管網(wǎng)調(diào)度及搶修維護(hù)配置方案
    設(shè)置天津市高(次高)壓管網(wǎng)應(yīng)急指揮調(diào)度及管網(wǎng)搶修中心，塘沽、大港、靜海、武清、薊縣和寧河等區(qū)縣應(yīng)急指揮調(diào)度及管網(wǎng)搶修分中心。中心包含3個(gè)功能：①通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)，對(duì)高(次高)壓天然氣管道系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等功能，提高管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)天然氣管道調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化。②實(shí)現(xiàn)與上游供氣方、下游營銷方和大型用戶之間的溝通，以及城市安全事故應(yīng)急處置、地震防汛應(yīng)急處置和防范恐怖襲擊應(yīng)急處置等系統(tǒng)的溝通。③實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的正常巡視，以及發(fā)生運(yùn)行事故時(shí)，及時(shí)進(jìn)行搶修維護(hù)，保證安全供氣。管網(wǎng)搶修半徑約為30～40km。
3.2 管網(wǎng)搶修維護(hù)配置的內(nèi)容
    按照天津市建設(shè)交通委《天津市燃?xì)鈶?yīng)急搶修技術(shù)及設(shè)備配置的研究》文件的要求，對(duì)管網(wǎng)搶修維護(hù)進(jìn)行配置。主要配置內(nèi)容包括維護(hù)搶修隊(duì)伍、車輛、不停輸帶壓封堵及帶壓堵漏設(shè)備以及其他機(jī)具、材料等。
    ① 在中心和分中心內(nèi)均配置由巡視、維修和封堵為業(yè)務(wù)內(nèi)容的專業(yè)隊(duì)伍，搶修巡視車輛和與高(次高)壓管道相適應(yīng)的管道材料等。
    ② 專業(yè)隊(duì)伍擁有應(yīng)急指揮車、燃?xì)庑孤z測車、應(yīng)急搶修集裝設(shè)備車及卡車、吊車、挖掘機(jī)等一系列車輛。應(yīng)急指揮車內(nèi)擁有由數(shù)據(jù)通信和話傳通信兩部分組成的先進(jìn)通信系統(tǒng)，可以及時(shí)查詢SCADA系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、用戶系統(tǒng)和氣源系統(tǒng)等運(yùn)行狀況，及時(shí)組織作出搶修方案并指揮搶修工作；燃?xì)庑孤z測車擁有最先進(jìn)、最穩(wěn)定和最靈敏的地下燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測設(shè)備，提高了檢測效率；應(yīng)急搶修集裝設(shè)備車內(nèi)攜帶發(fā)電機(jī)、焊機(jī)、液壓機(jī)具、切割機(jī)具、不停輸帶壓封堵及帶壓堵漏設(shè)備等。
 
(本文作者：李錫杰 天津市燃?xì)鉄崃σ?guī)劃設(shè)計(jì)院 天津 300191)