城市天然气输配方案的选择

引言

　　燃气输配方案决定工程建成后的运行状况和经济指标，是城市天然气利用项目工程设计的核心。方案选择的主要目的是从项目年用气量、调峰储气方式、工艺流程与输配压力级制、管道走向等方面进行不同方案的技术经济比较，择优选用性能价格比相对优的输配方案，使整个项目能获得高的性能价格比。本文以湖、淮南、宜昌3座城市的天然气利用工程建设为例，对城市天然气利用项目输配方案的选择和建设投资的控制进行探讨。
　　 工程是合理控制建设投资的关键阶段。实践和研究表明，在初步设计阶段对工程造价的影响为75%－95%；施工图设计阶段工程进行造价蝗影响约为25%－35%；施工阶段，对工程造价的影响为10%。搞好工程设计首先要选用先进适用、经济合理的输配方案。配方案选择主要是规划并制定出技术先进、安全可靠、经济合理的燃气输配方案，然后从多方案中选择出性能价格比相对优的方案。
　　 用户量的确定用气量是城市燃气输配方案设计的基础参数，决定着项目投资决策最根本的依据。特别是年用气量的遂年增长

城市燃气转换的实践与探讨
　　 阜新市是我国主要生产煤炭地之一，同时有丰富的煤层气资源，经多年研究开发，目前已取得一定煤层气利用成果。2001年，阜新矿业集团建成了设计能力为日产13＊10（4）m（3）矿（甲烷体积分数30%以上）的抽放输配系统，开始了一定规模的工业利用。2002年，阜新市国土资源部门在新刘家煤田地面钻井口8口中，经过排采试验，形成了日生产1.2＊10（4）m（3）煤田气（甲烷体积分数90%以上）的生产能力，至此，新市利用煤层气作为市管道气在气源方面具有较可靠的前提条件。
　　 为充分利用新煤层气资源并使新市煤气公司摆脱经营困境，2003年，阜新市以煤层气取代两段炉煤气做城市管道气的气源。经半年的试运行，实现了安全运行，平稳转换。
　　 在气源转换过程中，我们对主要供气方的供气能力进行了预测，对供气计量结算做了充分准备，而建设了刘家煤田气输配混气工程。在气源转换后，我们又及时建设了气混装置，从而确保了供给用户的上不受供气方气体质量变化的影响，完全控制在允许的波动范围内。

• 气源转换的过程
  （1）为检验转换气源的可靠性和稳定性，我们对供气单位的供气能力进行了实际测试。2002年未，对阜新矿业集团供应矿井气（甲烷体积分数34%以上）10（4）m（3）的能力。2002年未至2003年初，对新刘家煤层气供气能力进行了日产煤田气（甲烷体积分数95%以上）10（4）m（3））1.2＊10（4）。测试结果表明，供气单位的供气能力能满足新市城区管道气用户的用气需要。
  （2）对新煤层气和两段炉煤气做燃烧特性对比试验，为更换和造灶具做技术准备。
  （3）在气源置换阶段，先用3d煤层气和70%两段炉气（体积比）的混合气。此时，用户原有的灶具仍可正常使用。然后集中用8h将全系统中气体快速置换为含有70%以上煤层气（（体积比）的混合气。此后，居民用户转为使用替换灶具，中餐灶和燃气锅炉需要换或改造燃烧器。最后，用3d时间将全系统气体快速置换成100%的煤层气。全过程中，仅要求用户停止用户8h，时间为晚9时至早5时，因此，本上未影响绝大部分用户的正常用户。

　　由于准备充分，组织得力，气源转换的全过程平稳、顺利，未发生优秀任何事故和险情，未造成任何不良影响，社会反映良好。

• 几个问题的思考
• 煤层气作为城镇燃气的恰当定位

　　按国家现行标准＜城市燃气的分类＞gb/f13611－92的规定，与矿井气相近的4t然气，其按高热值计算的华白数为18.4mf/m3。
　　 在有关天然气的产品标准中，部标<天然气>sy7514规定，天然气的高热值应在于14.56. mf/m3。
　　 ＜城镇燃气设计规范＞gb50028明确规定，做为城镇燃气，天然气质量应符合现行国家标准<天然气>sy7514规定，即天然气一类气或二类气的高热值必须大于31.4. mf/m3。
　　 我国生产的矿井气，高热值低于14.65 mf/m3的占很大部分，其中甲烷体积分数为50%左右。已利用矿井气又占总抽放量的30%左右，其中应用矿井气历史最长的抚顺市，矿井气中甲烷体积分数为28.5%。由于目前国内利用的矿井气不符合国家关于城镇燃气的有关标准。因此，在一定程度上限制了矿井气的利用，也不利于矿井气的开发和发展。
　　 阜新市气源转换后使用的燃气二部分组成，其中是阜新矿业集团的矿井气，其高热值为13..54 mf/m3，气体甲烷体积分数为34%。其二是刘家煤田气混合气，即刘家煤田气与空气混合气形成的甲烷体积分数为34%的混合气。由于这种燃气不同于传统意交上的矿井气，也不完全符合现行燃气相关标准，经与质量技术监督部门协商，暂定名为阜新煤层气。

(2) 燃气计量结算向国际例靠拢的问题
　　 目前我国燃气需企业间大部分仍使用体积计量法作为结算依据，而国际上普遍推行的是以能量计算法做结算依据，即交接的总能量为燃气的热值与总体积的行程积，按总能量计价，其先进性，科学性和合理性是显而易见的。因此，有条件的燃气企业采用能量法做为结算依据或向这种做法靠拢，应是企业的****选择。

• 采用带有智能流量积算器的罗茨流量计，计量供货方提供气体的体积流量，与供货方相就的计量装置共同计量，罗茨流量计虽然不是******的计量器具，但其具有适用范围广、运行可靠知、灵敏　度高的实用特性，我们使用天津亲科实仪表有限公司生产的带有智　能积算器的罗茨流量计，用于门站计量和混气计量，实践证明其完全可以适应自动控制的需要，并提供准确的计量依据。
• 热值测量采用在线气体分析仪检测与气体色谱分析仪标定相结合，热值计算法和直接燃烧测定法相结合的检测方法。采用kcs-1智能型　甲烷浓度传感器对进入门站和混气装置的燃气进行检测，并参与混气自动控制，同时用光干涉式甲烷测定器进行定时校验。用气体色谱分析仪对以上两种仪器进行定期进行标定，为使用计算法计算燃气热值提供准确的数据。
• 混气装置的运行

　　气源转换中设计和安装了两套混气装置。其中一套用于向刘家煤田气掺混空气，称为刘家煤田气混气装置。另一套用于在需要时向矿井气中掺混空气，称为矿井气混气装置。两套装置协调工作，最终出厂气中甲烷的体积分数达到34%，其波动不超过1%。矿井气混气装置工艺流程见图1。
　　 进入装置的矿井气（压力在20kpa左右）经流量，气体成分检测后，经阀门减压进入管道静态混合器（简称混气器）。常压空气由变频运行的罗茨鼓风机加压至6 kpa左右进入混气器。两种气体在混气器中初步混合。混合中的气体成分检测后直接进入工作压力为2.8 kpa的储气向，然后由排送机关入管网。混合气比例的控制由可编程控器（PLC）执行，由工控机实施监控。Plc将检测到的进装置气体流量，进装置气体流量，进装置气体中甲烷体积分数、混合气中甲烷体积分数参数分析后，与设定值对比，然后向罗茨鼓气机变频吕发出指令，能过控制和调整罗茨鼓气机的转换，控制和调整进入混气器的空气　量，从而实现对混合气中甲烷体积分数的控制和调整。

• 安全性

　　在设计和运行管理中，先考虑自控装置的安全性、可靠性和实用性，然后再考虑其技术先进性和经济性。我们选择的计算机变频自动控制装置虽然不是******，但运行实践表明，该系统不但运较简便，安全性能较好。
　　 在设计选型和实际运行管理中，高度重视核心仪表的可靠性和准确性。对早烷浓度传感器，我们采取了定时、定期用气体色谱分析仪进行标定和用在线热值仪进行监测的方法以，保证其运行正常。
　　 在设计和运行管理中严格控制混合气在管道中的流速，保证在极个别情况下，即使在混气器后出现了接近或燃气爆炸极限的混合气，也不会产生导致爆炸的火源。
　　 在布置上，使燃气和空气在混合气器中初步混合气，分别进入储气进行二次充分混合，同时使储气中气体始终处于流动状态，以防止燃气和空气的重新分层。

• 结语

　　 实践表明，煤层气或矿井气做为城镇燃气，可以取得良好的经济效益、社会效益和环保效益交。煤层气或矿井气掺混空气可以做到安全运行。科学的发展和技术的进步，使开发利用低热值的煤层气和矿井气具有广阔的前景。