天然气冬季大气量供气分析及对策

兰州中石油昆仑燃气有限公司 冯世忠

0 前言

兰州燃气经过 20年的建设发展已形成最大小时供气量超过20万m3、日供气能力达500万m3的输供气规模，输配管网形成了南北对峙、东西分输的供气格局，为兰州市天然气的发展奠定了坚实的基础，但由于采暖锅炉、壁挂炉用户在冬季高峰期间，所占比例达到 65%以上，造成供气的峰谷差偏离很大，加之冬季很容易受到极端天气变化的影响，致使用气负荷出现较大幅度的增长。而兰州城市输配系统气源单一、且无调峰能力，在用气量接近设计供气能力且的情况下很容易出现供气压力、日供气量、小时供气量不足，给冬季城市燃气输配管网的安全稳定运行和对用户的正常供气带来严峻挑战和新的更高要求。因此当上游供气量不能满足兰州城市冬季用气需求时，以及兰州城市供气系统出现故障无法保障正常供气时，必须有切实可行的措施来降低对社会的负面影响，尽最大可能保证城市居民用气和重点用户用气，以维护社会的和谐稳定。

1 供气现状和分析

1.1 供气现状

兰州城市燃气输配管网已覆盖城关、七里河、安宁、西固四大城区，截至 2010年底，兰州天然气输配系统共建成门站1座、配气站6座、高压阀室2座、区域调压站/柜65座、专用调压柜/箱3447台，管线2 224 km，形成了具有门站、配气站、高压输气管道、市区次高—中—低三级配气管道及调压站(箱柜)等设施的较为完善的供气格局，2011年初实际最高日供气量已达到440.76万m3，小时供气量已达22.16万m3。

目前有居民用户55.2万户、锅炉用户1 451家(共计3 815 t)、餐饮业用户2 311家、茶炉用户374家、工业用户54家、加气站22座。各类用户最高日用气比率见表1。

表1 各类用户最高日用气比率

1.2 管网供气能力及冬季用气量预测分析

经过对历年兰州天然气输气状况的认真分析和用气情况测算：

(1)冬季平均温度在-9 ℃的情况下，最高日用气量为420~460万m3，最大小时用气量达到20~22万m3/h，其中：西区最大日用气量为80万m3/d，最大小时用气量为 4万 m3/h；东区最大日用气量为340~380万m3/d，最大小时用气量为16~18万m3/h。

(2)西市区管网由河口、西固中压管网以及蓝天浮法玻璃有限公司次高压、LNG工厂、小坪山加气站、大滩加气站等专线组成，根据分析测算结果，西市区管网供气能力可达64 000 m3/h，测算最大用气量为36 340 m3/h，占供气能力的56.78%，西市区管网供气能力能满足西市区今冬最大预测用气量。

(3)东市区管网由安宁、盐场九洲、雁滩、七里河城关四个供气片区组成，根据分析测算结果，东市区管网供气能力为236 000m3/h、大于最大测算用气量184 270 m3/h，最大预测气量占上游调压设施及管网供气能力的78.08%，因此东市区供气能力能满足今冬最大预测用气量。

(4)上游至柳泉门站管线管径为DN500，长度为1 200 m，供气能力在现有1.6 MPa时瞬时量约为22.5万m3；柳泉门站进站管道一路为DN300带流量孔板的管路，另一路为 DN400的旁通管路，在瞬时量达到一定值时必须适时启、闭旁通供气；当柳泉门站出站压力为1.6 MPa时，经长输管线到东岗门站进站最低压力为1.17 MPa，压降较大。

1.3 对历史供气状况的分析

在近几年天然气冬季大气量输供过程中，上游的稳定足量供气起着决定性作用。如2005年12月至 2006年元月在上游输气设备出现故障和兰州气温持续降至-14℃时，由于受上游对我公司日指定量的限制和突出的供需矛盾，最大瞬时流量曾无法满足用户的实际需求，长输管线压力一度降低到1.0 MPa以下，多次采取限停气措施。特别是缺乏调峰能力的兰州天然气输配管网的安全稳定受到了严重威胁，在停用大部分工业用户和400 t采暖锅炉用户情况下，长输管线压力最低降至0.73 MPa，输配管网几乎濒临全线停气的境地，对管网和输气设备的影响极大。相反地，在2007年至2008年冬季，受兰州历史罕见的持续-20 ℃严寒天气影响，日用气量超出预测，输配管网和供气措施经历了前所未有的严峻考验，由于兰州长输管线东延伸段的贯通投运，更重要的是得到了上游供气的极大保障，使得兰州天然气冬季大气量供应安全平稳渡过。

综上所述，兰州市城市输配管网虽然完全能够满足最大22万m3/h的供气要求，但上游供气能力、城市长输管线供气压力、流量在大气量供气高峰成为核心和焦点问题，因此冬季供气高峰期间必须协调上游对城市长输管线供气压力进行提压，并切实采取相应措施保障城市日供气量和小时供气量。

2 存在的问题

冬季用气增幅和用户用气季节的不均匀性发生显著变化后，严峻的供气形势要求对冬季高峰供气做出客观分析、预测并制定相应供气保障措施，特别是正确应对和处置强降温、局地暴雪以及大范围强冷空气活动带来的寒潮给冬季供气带来的不利因素。

为此积极与上游涩宁兰兰州输气分公司协调，力争上游供气充足、实现科学合理调配、保障安全稳定供气。

从历年用气量分析，冬季用气量受气温影响较大，随着温度急剧下降和低温时间加长，高峰用气量增大，且温度越低，用气量越大，持续时间越久。正常情况下每年12月份至次年元月份用气量最大，是安全输供气最关键的非常时期。今年冬季主要存在以下突出的供需矛盾：

(1)上游日供气量不足。日供气量供应不足，长输管线压力持续处在临界状态，一旦低于临界压力，危及整个输配管网的稳定运行，甚至造成管网系统瘫痪、全市停气的严重后果。因此上游日供气量得到保障时，长输管线压力相对稳定，对下游影响较小；一旦上游供气不足，长输管线压力急剧下降，极可能造成管网系统瘫痪。

(2)上游小时供气量不足。小时供气量不足，造成长输管线压力波动大，上游供气量小于实际用气量，输气管道压力下降，末端局部用户及大用户供气被迫中断，对系统安全稳定性产生不良影响，并可能引发燃气安全事故。因此上游小时供气量得到保障，高峰用户用气量可得到保证，管线压力不下降或下降不明显；小时供气量不能保障，则无法保证冬季用户大气量的需求。

(3)供气压力得不到保障。根据同上游签定的生产运行协议，交接压力为1.20~1.60 MPa，鉴于今年冬季日用气量和小时用气量预测增幅较大，长输管线供气压力有可能低于1.2 MPa，对整个供气系统造成严重威胁，且市区管网末端存在供气压力严重不足的问题。

为了保证管网的稳定运行和各类用户的冬季生产生活用气，冬季上游日供气量、小时高峰供气量、最低供气压力必须加强同上游的衔接协调，最大限度满足冬季用气需求，尽可能减少供气不利因素，减少工业、锅炉、加气站等用户限停气的被动局面。同时也要积极慎重地做好兰州市各类用户用气的动态调控，确保输配管网的安全运行，确保用户的用气安全，确保社会和谐稳定。

3 供气保障对策

经对冬季高峰期各类用户日用气量预测分析，当上述三个问题出现时将会造成供气不足，因此冬季调峰供气必须做到统一指挥，统一领导，确保技术保障得力、前期准备充分、监控分析到位、组织实施快捷、调度指令畅通、衔接协调高效，按照“保民用、压工业、保重点、压一般”的原则进行调峰调控。

(1)采取限停供气措施，降低用气的小时或者瞬时高峰负荷。限停气的次序依次为工业、锅炉、加气站。控制气量必须在确保民用户正常的前提下，首先停用普通工业用户，气量控制不足时对采暖锅炉用户按吨位大小和区域划分实施限气，仍无法解决供需矛盾时扩大停气时间和停气范围，并对加气站等其它用户采取限气措施。

(2)设置长输管线警戒压力，为限停气措施的启动做好预警，经过多年实践和用气负荷分析，结合人员响应集结出动的时间，确定长输管线警戒输供压力为1.2 MPa。

(3)统一调度指挥，确保责任落实。公司成立冬季调峰供气指挥部，各基层分(子)公司分别成立冬季调峰供气分指挥部，层层认真落实安全生产责任制，加强组织领导，建立健全公司、分(子)公司、基层科级建制单位等三级值班制度，做好停供气操作、应急出动的各项准备。

(4)适时科学调整运行参数，提高管网的运行质量，保证管网系统和设备运行的稳定性、可靠性。一是主要供气的门站、配气站、区域调压站.柜全部提高出站压力并实施双路供气；二是重点站场在负荷过大时采取手动旁通供气；

(5)加强日常尤其是高峰时段的供气压力监控和分析。高峰供气时段主要集中在晚高峰的两小时内，建立每10 min记录一次主要站场的出站压力和流量，及时分析上游输气状况和输配站场、管线运行参数，并每小时对比分析一次当日与前日、小时供气量与用气量参数变化。通过SCADA系统严密监控输配系统主要供气站场的供气工况，随时监测各门站、配气站、市内高中(低)压调压站进出站压力、流量变化情况，随时反馈和传达供气信息。

(6)加强站场巡回检查，高低峰期加大对主要设备、调压器运行工况(包括进出口压力、流量变化、阀口开度)及锅炉、壁挂炉等的巡回检查，对压力的波动要及时掌握和分析。一是加大调压器、过滤器的清理及三压检测频次，对易脏的过滤器视情况加大清理频次，保证调压器运行正常。二是有针对性地做好设备易损件、阀门、管件等各类物资和备品备件的管理和储备，做好防冻保温工作，确保抢修物资和备品备件质优量足，各类设备完好、运行正常。

(7)建立完善的应急保障体系，沉着应对突发事件。当小时瞬时量、上游管道压力已无法满足冬季用气需求的情况下，必须采取控制日用气量和控制最大小时用气量两种气量控制方式来缓解供需矛盾。一是降低日用气量负荷。当上游无法满足日用气量需求时，首先停用LNG工厂，然后按照停限供气原则停供部分用户，以降低日用气量负荷，以控制10万m3为一个阶梯按供需差实施。当上游持续控制气量或气温持续降温时，锅炉用户将反复停用，循环进行，具体停气吨位根据供需差额确定，依此类推。按照每400 t锅炉用户每天停供10~12 h。每次停供锅炉用户按供气片区均匀分配，便于及时实施并尽量减少由此对用户产生的影响。二是降低小时用气量。当出现日用气量满足而小时高峰用气量不能满足的情况，此时采取降低小时用气量的措施。这需要结合实际输配状况，在具体停供过程中根据实际分析测算互相穿插进行。具体停供措施见表2。

表2 天然气冬季高峰供气小时气量控制计划

日最高用气量满足而高峰小时用气量有可能不满足的情况，主要产生在早 6:00~9:00、中11:00~14:00、晚 17:30~20:30三个时段。此时对加气站停止加气可降低小时流量5 000 m3，停供200 t锅炉可降低小时流量5 000 m3，且应按控制量大小和实际情况确定停供锅炉的吨位并实施，以达到“削峰”的目的。

(8)有效借助新闻媒体，做好对用户的宣传和解释工作。

4 结语

天然气的正常安全供应，各类供气设备的正常运转关乎千家万户生产生活的重大事情，关乎社会与企业的和谐稳定，因此必须按照天然气供应高峰“保民用、压工业、保重点、压一般”的原则，结合城市输配系统的供气特点、用户结构形式，建立切实可行的对策保障措施，才能确保冬季高峰燃气管网的安全稳定可靠运行。