城市天然气输配系统与天然气长输管线的技术关系
綦 岩
摘要：本文对长输管线供气压力对城市输配系统技术方案的影响，长输管线参与城市日、时调峰的技术可行性，长输管线供气条件对城市输配系统的经济合理性影响等几方面对城市天然气输配系统与天然气长输管线的技术关系作初步的探讨。
关键词：长输管线；天然气
1 长输管线应解决季节调峰和参与日、时调峰
城市天然气输配供应系统中的各类用户的用气量，会随气候条件、生产装置和规模、人们的日常生活习惯等因素发生变化。这种用气波动以城市民用、供热锅炉和燃气电厂用气最为明显。
因此，在燃气输配系统的设计中应充分考虑各类用户用气波动这一因素，合理配置储气调峰设施，以保证连续、稳定向各类用户供气，满足变化的天然气用户用气的需求，更好地服务于用户。
目前已用气城市的时调峰均要求下游自行解决，上游（长输管线）不参与解决城市供气时调峰问题。即使是我国目前陆上距离最长、管径最大、自动化程度最高的天然气输送管线--陕京线，也仅是参与了季节调峰，没有担负所供城市的日、时调峰气量。京津地区为了解决城市供气的季节性平衡问题，在天津大港油田利用油田的油气层结构，建设地下储气库。进行天然气加压反注采油储气，用于解决城市供气的季节调峰。
因此，目前实现天然气供应的城市只能通过建设大量的高压球罐来解决城市用气的日、时调峰。季节调节只能依靠长输管线和利用缓冲用户来调节。以城市最大的供气月平均日用气100万立方米为例，一般而言所需的日、时调峰气量为计算月平均日供气量的25～40%，即所需的调峰气量为25-40万立方米，如来气压力小于等于1.6MPa时，城市可选择的较经济的调峰方式只能是高压球罐储气，投资（不含征地费）费用为1.2-2.0亿元，综合投资费用估计在1.8-3.2亿元左右。从目前已建的天然气城市输配系统的投资来看，在投资费用当中，用于解决城市日、时调峰设施的投资额一般占总投资的25-40%。而季节调峰问题，大多数城市受条件（资金、环境等）所限无法自行解决，因此在市场经济的形势下，如何依靠长输管线，合理处理好上下游的技术衔接，充分利用长输高压管线的能力，合理集中建设大型地下储气库，实现上、中、下游资源的合理配置，共同解决城市的供气压力和调峰是非常必要的，也是当前急需解决的问题。
2 长输管线参与城市日、时调峰的技术经济可行性
天然气供应需要形成管网，以便合理调度并形成连续，稳定、安全的供气保障。天然气供需预测表明，2010年前后，我国除开发利用国内天然气资源外，需进口管输天然气400亿立方米，到2020年进口量将大幅增加。为此需建设输气干线，构建大量支线供气管网，根据全国天然气输气管网的规划及建设计划，全国的天然气供应最终将形成区域化和网络化，需进行地下储气库的规划建设，长输干线不仅可以解决下游城市的季节性用气不均衡问题，而且为长输管线参与城市日时调峰提供了可能。
随着天然气用量的增加铺设大直径高压天然管道已成为必然，目前通过对传统的管道设计压力为7.5MPa和新设计压力10.0-14.0MPa的高压技术的评估表明:对于每年输气量为15-30Gm3/a,距离长度为5000-6000公里的管道用于两种设计方案，当输气量大于15 Gm3/a时，采用高压管道技术是合理的，当输所量大于30 Gm3/a时，用高压技术可比传统压力下输气费用节省30-35%。
目前，“西气东输”工程的天然气管线正是采用了这一高压输气技术，由此而提供给下游各城市的用气压力较传统压力管线大大提高。因此，下游各城市的天然气配气已经向多级压力级制的配气系统发展，城市的天然气调峰技术已不仅仅是在传统压力下（小于等于1.6MPa）广泛应用的高压定容球罐储气方式，而是逐步向城市外围一级天然气输气管道（包括城市外围地下气库）参与调峰（压力大于4.0MPa）、液化天然气（LNG）调峰、城市二级天然气管道和高压球罐联合调峰的方式发展。
如果在长输干线管径不变的情况下，通过合理增加中间的压气站，并在输气干线沿线选择建设区域性大型地下储气库，在输气技术上完全可以满足下游城市的各种调峰需求。从全国天然气输气干线的规划和建设计划可以看出，未来的国内天然气供应将实现多气源保障，网络化输供气，在东西和南北输气干线管网中规划建设数座大型区域性地下储气库。因此，在输气技术上只需合理考虑区域性用气城市的燃气需求波动，通过增加建设干线中间加压站，使管道的输供气能力增加，并辅以现代化的自动调度管理系统，在投资增加不多的情况下（按现在价格水平计算，建一座中间压气站的费用一般为5000-8000万元，供气能力可以增大数亿米３），可满足区域性城市的日、时调峰需求。
目前，欧洲各国、美国以及俄罗斯等国家，天然气输道管道均已网络化，均采用地下储气库进行用气调峰，很少在城市建设球罐进行用气调峰，只有日本在利用LNG站进行供气和调峰外，在城市建设高压球罐进行局部区域调峰。因此，根据目前天然气输配技术的的发展趋式、考虑上中下游投资的最优化，以及技术经济的合理性，长输管线的建设应充分考虑城市的日、时调峰需要。
３ 城市天然气输配系统对长输管线供气压力的要求
长输管线作为城市天然气输配系统的气源（上游），其供气参数，特别是来气压力对城市输配系统的方案确定（压力级制、管道输送能力、储气方式、工程投资等）诸方面影响很大。目前城市输配系统在制订设计方案时，往往只能根据由长输线方面提供的供气压力进行，而不能根据城市自身的特点（如城市规模、用户类型等），在进行合理的技术经济比较后，对上游来气压力提出相应的要求。目前全国相关城市在制订供气方案中遇到的突出问题之一是来气压力偏低，使得城市输配方案的制订有较大的局限性，难以满足城市用气的需求。
随着城市燃气供应规模的扩大，各类用户的增多，输配系统往往需要采用三级系统（高压、中压、低压）及多系统（超高压、高压、中压、低压）才能满足要求。采用三级以上压力级制有利于满足不同用户的压力需求，降低城市内部输配管网的运行压力，增加管网气量调度能力，提高储气的经济性等。来气压力一般不低于1.0MPa,对于多级系统，来气压力一般不低于2.5MPa,甚至可以高达5.0MPa以上。目前国外一些大城市输配系统普通采用多级系统，超高压城市外环管网作为满足流量输送和部分储气的需要的手段而建设。
另外，在城市燃气供应系统中，必须解决供需平衡问题，做为城市上游长输管线一般解决城市季节不均衡和部分日用气不均衡，而城市小时用气不均衡目前主要通过城市自身解决。建设一定规模的储气设施是解决日、时不均衡的主要手段。目前常用的储气手段是高压球罐储气和城市高压外环储气等，采用何种储气方案，主要依据上游长输管线来气压力确定。
Ａ 高压球罐对来气压力要求
压力（Ｐ）：1.0Mpa 如压力低于1.0Mpa将降低球罐的有效利用率，增大储罐站的投资。 Ｂ 城市高压外环储气压力的要求 压力一般不低于1.6MPa,最好高于3.0MPa.。如果来气压力高于3.0MPa，采用高压外环储气比高压球罐具有明显的经济性。 综止所述，上游来气压力对城市输配系统的影响很大，城市方面希望上游长输管线能提高来气压力。当然，来气压力也不是越高越好，应根据不同城市的规模、特点、用气需求等综合考虑，制订切实可行、经济合理的供气方案。 4 几点建议 西气东输工程是近期国民经济发展的重点工程，在项目的前期工作中应作好上下游衔接，满足下游各城市的调峰需要。 在项目启动的前期技术准备阶段，应模拟燃气供给以满足需求量，地下储气库的建设必须同步于长输干线的建设，以弥补可预计的在天然气供应和需求量之间产生的调峰波动。 在工程投产运行的早期，由于各类用户用气量增长有一定的滞后，管线不可能满负荷运行，应尽量减少下游各城市调峰设施的投资，输气干线应满足城市的调峰需求。 在解决城市日、时调峰设施的建设时，可采取下游参与上游建设的模式，依据需解决的调峰气量，协议投资比例，让上游积极参与城市的调峰，以便于投资及输配技术的最优化。 根据以往的工程经验，我们建议上游来气压力宜为：对于一般中等城市，不宜低于1.6MPa。对于采用多级系统的大城市或特大城市，不宜低于3.0Mpa。对于供应电厂用户的城市，不宜低于3.0Mpa。
