加強燃氣輸配技術研究的探討

摘 要

摘要：分析我國燃氣以及輸配技術發展狀況，論述加強燃氣輸配技術研究的必要性和意義，提出燃氣輸配技術研究的目標和主要內容，提出了相關建議。關鍵詞：燃氣輸配技術；行業發展研究；儲氣
摘要：分析我國燃氣以及輸配技術發展狀況，論述加強燃氣輸配技術研究的必要性和意義，提出燃氣輸配技術研究的目標和主要內容，提出了相關建議。
關鍵詞：燃氣輸配技術；行業發展研究；儲氣調峰；用氣量指標
Discussion on Strengthening Research of Gas Transmission and Distribution Technologies
LI Li
Abstract：The current development status of gas industry and its transmission and distribulion technologies in China is analyzed.The necessity and meaning of strengthening the research on gas transmission and  distribution technologies are described。The objective and main contents of research on gas transmission and distribution technologies are put forward，and some relevant suggestions are made.
Key words：gas transmission and distribution technologies；industry development research；gas storage and peak-shaving：gas consumption indicatots
1 我國燃氣以及輸配技術發展狀況
    近30年來，隨著我國經濟的發展和改革開放的深入，城市燃氣呈現出快速發展的勢態。在這期間，通過實施以多種氣源、多種途徑、因地制宜發展城市燃氣的方針，建成了一批以余氣利用為主的節能項目，起到了合理利用能源、改善城市大氣環境和提高人民生活水平的作用。20世紀90年代初期.在廣東、福建等沿海經濟發達和缺能地區首先使用進口液化石油氣，液化石油氣銷售總量超過1000×104t。液化石油氣資源得到了較好利用，城市管道液化石油氣輸送也得以較快發展，為天然氣的到來打下一定的基礎。20世紀90年代末，隨著陜甘寧氣田的開發，新疆塔里木、吐哈、準噶爾盆地也相繼發現了一批前景良好的天然氣資源富集區。我國天然氣資源的開發、建設和利用，以陜氣進京項目為開端，西氣東輸、川氣東送、海洋天然氣開發和液化天然氣進口等項目的相繼實施，使我國城市燃氣進入了天然氣時代，與世界燃氣的發展進入了相同的軌道。
    在天然氣的資源和生產方面，2010年我國石油、天然氣等重要礦產勘查新增資源儲量均有較大增長。天然氣新增探明地質儲量為5945.5×105m3，新增探明技術可采儲量為2875×108m3。天然氣累計探明地質儲量為9.3×1012m3，剩余技術可采儲量為3.9×1012m3，同比增長3.7%[1]。
    我國的天然氣生產保持了快速增長的勢頭，天然氣產量已經連續兩年年均增長100×108m3以上。2010年天然氣產量為947.3×108m3，同比增長12.2%。國內三大油氣企業的天然氣產量在2010年均保持兩位數以上的增長。預計我國的天然氣年產量將在10年左右時間內達到(1500～2000)×108m3/a，在2010年產量基礎上增長逾一倍。在輸氣管道方面，先后建成西氣東輸、川氣東送、陜京等天然氣骨干管道，天然氣長輸管道總長度達4×104km。我國已初步形成遍及大部分地區的網絡化天然氣管網，逐步實現氣源保障多元化、資源可調配的天然氣供應局面。
   在城市燃氣方面，為配合國家的能源結構調整戰略，積極、合理地利用天然氣資源，各省市加大城市燃氣管網及其配套設施的建設，積極提高天然氣在城市燃氣中的占有率。根據國家統計數據，2009年的人工煤氣供應總量為361×108m3，天然氣供應總量為405×108m3，液化石油氣的供應總量為1333.5×104t，總用氣人口達3.45×108人[2]。我國城市燃氣管網也取得了很大的發展，2010年城鎮燃氣管道總長度超過25×104km。
   總的來看，目前我國天然氣產業從生產到利用發展很快，且預計這一增長趨勢仍將持續數年以上。在這一時期，技術的支撐是非常重要的。即天然氣規模的快速增長，必須要有相適應的技術作為支撐。
   這些年來，作為燃氣技術的一個重要方面，城市燃氣輸配技術發展的深度和廣度也有較快的提高。天然氣到來以后，燃氣輸配技術的發展主要是天然氣輸配技術的發展。近10年來，我國燃氣輸配技術的發展重點放在國際先進技術的消化吸收上。城市燃氣工程的主要技術進展主要表現為城市天然氣的轉換技術日趨成熟；天然氣輸配技術正在向高壓力、大口徑發展；城市天然氣利用領域不斷擴大；液化天然氣、壓縮天然氣供應技術不斷發展；相關法規標準體系進一步完善，信息化技術開始得以推廣；一些新材料和新設備得以應用。但是我們也要清醒地看到，隨著天然氣利用規模的增長，在城市燃氣輸配技術方面，仍然有很多方面需要加強研究和開發。我國的燃氣輸配技術與國外先進水平仍有差距，尤其在儲氣調峰、調度、安全管理、信息化、自動化等方面差距較大。
2 加強燃氣輸配技術研究的意義
    中國天然氣市場的高速發展時期正在到來。天然氣資源的開發、建設和利用，使城市燃氣進入一個新的發展時期。燃氣使用范圍日益擴大，供氣的重點擴展到發電、工業以及供暖、空調和汽車燃料等，今后15～20年是我國天然氣需求增長較快的時期。隨著各種股權背景下的資本進入城市燃氣行業，燃氣公司在全國的擴展開始加速，燃氣供應領域將逐漸形成激烈的市場競爭。這使得城市燃氣包括輸配系統在內的建設將有一個持續的高峰時期?？梢钥闯?，大量工程的實施必然帶來工程技術的發展和變化。所以，在中國城市燃氣面臨飛速發展的形勢下，應加強對城市燃氣工程技術的全面系統研究，其成果對于指導燃氣工程項目的科學建沒和健康發展非常迫切，有十分重要的現實意義。
    從世界城市燃氣的發展情況可以看出，燃氣的利用規模和行業的科技水平及經濟效益密切相關。燃氣在城市一次能源中所占的比重是燃氣發展水平的重要標志，輸配系統的單位供氣指標也成為技術水平和效益的重要指標。多年來，我國城市燃氣以居民生活炊事用氣為主。近10年來，家用燃氣已不再限于炊事，但人均耗熱量仍基本穩定。電熱類家用電器的迅速發展，已成為居民用燃氣的主要競爭對手。因此，在一個整體的輸配系統中，應積極發展除民用戶以外的其他用戶，如發電、工業、供暖、制冷和燃氣汽車等。通過用氣范圍的擴大，城市燃氣才能得到更快的發展，其技術也才會有應用的基礎。
    我國城市燃氣輸配技術的發展，不是簡單地引進國外先進設備，而是在市場經濟的前提下，結合本國情況，通過科技進步，使整個燃氣系統取得與先進國家水平看齊的經濟效益。因此，城市燃氣輸配技術的進步應包括整個輸配環節的項目決策、經濟評估、設計、施工和管理等諸方面。
    從國際天然氣行業發展的經驗看，天然氣從氣田到市場均需要造價很高的基礎設施來予以保證，沒有相適應的基礎設施建設就沒有市場。相對于市場的拓展，我國的燃氣輸配基礎設施建設仍然有些滯后，輸配能力不足已成為發展天然氣的瓶頸。對大量基礎設施工程建設中存在的技術問題，如果不進行認真有效地研究來加以解決，必然影響和制約燃氣輸配系統的建設和發展。因此，加強燃氣輸配技術研究工作，對于城市燃氣技術全面進步，盡快達到世界先進水平是非常必要的。
    發展天然氣是解決大氣污染、加強環境保護、改善生態環境的重要手段之一。天然氣在環保方面的優越性也只有通過廣泛而有效地應用才能體現出來。這種應用的廣泛性是通過完善的輸配系統來完成的。從某種意義上來說，城市燃氣輸配技術的研究就是環保技術、節能技術、能源技術的研究。加強燃氣輸配技術研究工作對于我國的環境保護、節約能源、走可持續發展道路有著很大的意義。
3 燃氣輸配技術研究的目標和主要內容
    燃氣輸配技術研究的目標是以安全供氣和供氣可靠為目的，通過綜合應用各學科的技術成果，建設一個完整高效的輸配系統，滿足各類用戶的用氣需求。應該按照市場經濟規律，圍繞燃氣輸配系統的建設，選擇生產實踐中的急需課題，集中力量，突出重點，加強國外先進技術的消化吸收，突出可靠性、安全性、經濟性，以取得良好的效果。
    燃氣輸配技術研究的主要內容為：
    ① 輸配系統壓力級制和儲氣調峰
    多年來，由于受氣源供氣壓力和城市規模的限制，國內大多數城市的燃氣輸配系統均采用壓力較低的中低壓兩級系統、中壓一級系統甚至低壓一級系統。隨著城市天然氣利用的發展和城市規模的不斷擴展，原有的輸配系統壓力級制已不能適應形勢的發展需要。許多城市開始或已經建設壓力在4MPa左右甚至更高的輸氣管網。針對天然氣供氣壓力較高的特點，研究適應新情況的壓力級制，提高城市天然氣輸配系統的供氣壓力，解決建設高壓管網相關的材料、焊接、敷設、腐蝕防護、試驗驗收等技術問題，科學合理地建設城市天然氣利用工程是必要和迫切的。
    在城市燃氣輸配系統中，用氣量隨著各類用戶的用氣規律不斷變化。為了滿足用戶不均勻的用氣需求，應解決燃氣供應與消耗的平衡問題。在以人工煤氣供應為主的時期，城市供氣的季節調峰一般依靠機動氣源或緩沖用戶等來解決，而日、小時調峰則主要依靠城市儲氣設施來解決，由于氣源壓力較低，一般采取低壓儲氣罐的方式，儲氣壓力一般在4kPa以下。國外普遍采用的天然氣儲存方式有城市高壓管道儲氣、高壓儲罐儲氣、高壓管束儲氣、低溫液態儲存、地下儲氣庫儲氣等。近幾年，我國在高壓儲罐和管道儲氣方面取得一些經驗，但與國外相比，城市儲氣調峰技術從理論到實踐都有較大的差距。因此，在氣源壓力較高、供氣范圍和規模都有較大增長的情況下，如何發展新的儲氣方式和調峰手段，充分利用原有儲氣設施以降低能源消耗，滿足用戶的用氣需求，經濟合理地解決城市儲氣調峰問題是十分重要的。
    可以通過對國內外天然氣供氣系統壓力級制和儲氣調峰現狀的調查分析，進行各種壓力級制和儲氣方式的技術經濟分析比較。通過對提高供氣壓力的安全性評價，分析其適用范圍和條件，開展對原有儲氣設施利用改造的技術經濟評估，開發高壓管道瞬態模擬計算技術和儲氣調峰的自動調度管理技術，組織編制高壓管網建設標準規范。
    ② 用氣量指標的確定和用氣規模的預測
    對燃氣各類用戶用氣量指標的確定和用氣規模的預測直接影響城市燃氣工程的建設規模和效益。在市場經濟體系建立之后，在各種能源之間的競爭日趨激烈、燃氣應用領域不斷拓展的條件下，國內以前一直沿用的各類燃氣用戶的用氣量指標和用氣規模的預測方法已不能適用。事實上，各類市場調查研究的成敗在很大程度上取決于調查表的設計是否科學、所選取的調查對象是否有代表性、調查的實施是否可以信賴、數據的處理是否準確、數據包含的信息是否得到充分的提煉和分析等等?？梢圆捎枚喾N預測方法進行對比研究，如因果分析法就是目前工程咨詢行業用于市場預測的一種主要方法[3]。應針對上述問題，運用現代市場分析統計預測方法，重新調研城市燃氣市場的需求，從而總結出確定各類燃氣用戶用氣量指標和用氣規模的方法。
    正確掌握各類燃氣用戶的用氣規律對于確定城
市燃氣工程的建設規模，尤其是城市儲氣設施的建設規模是非常重要的。根據用戶的用氣規律得出的用氣負荷曲線是上游調整供氣量和確定計算流量、設備選型及管網管徑的主要依據。我國城市燃氣事業經過幾十年的蓬勃發展，各用氣城市在供氣中積累了大量的經驗和數據，為我們利用這些基礎數據進行分析并總結出各種用戶的用氣規律提供了條件。對于一些新的燃氣利用領域如燃氣汽車、燃氣空調等，要針對行業特點弄清運行規律。因此，針對
上述要求，應進一步弄清各類用戶的用氣特點和規律，總結出各類用戶的基本用氣負荷曲線。
    可以通過學習掌握現代統計預測方法，設計出科學、可操作性強的調查表，按照有效的調查方式.對各行業的用氣特點充分了解。充分利用已有燃氣供應的城市多年的運行數據，對國內有代表性的城市進行較詳細的調研，對數據進行分析整理，得出不同規模、不同地域城市各類用戶用氣量指標的推薦數據和負荷曲線，用以指導城市燃氣的工程建設。
   ③ 供氣安全
   安全性和可靠性問題是燃氣建設領域中的普遍問題，對輸配系統建設尤其重要。隨著城市燃氣事業的發展，管網的不斷擴大和延伸，各種對城市燃氣管道構成威脅的因素也越來越多。20世紀60-70年代建設的城市燃氣管道，由于經濟實力有限，往往存在大量缺陷。城市建設的發展，如道路改造、河流箱涵改造、管線改造、用戶增加等，使得原來符合安全要求的管道出現安全隱患。另外，也存在施工等人為因素造成管道斷裂。這些因素使得輸送易燃易爆介質的埋地燃氣管道發生泄漏、爆炸等事故的可能性很大。
   應針對城市燃氣管道，在安全管理技術方面開展研究，防止和減少各類事故的發生，為我國燃氣管道安全技術的整體水平提升、安全管理模式由被動搶險轉變為基于完整性管理的主動預防、建立適合我國國情的管道安全動態監管長效機制和安全法規標準體系奠定技術基礎?？梢蚤_展管道設計、制造、檢驗檢測、安全評定、壽命預測、風險評估、失效分析、監測預警、應急搶險等方面的共性與關鍵性技術的研究和相應設備、軟件的開發，以完整性管理為主線，將其整合為一個有機的整體。在燃氣管道在線檢測方面，可以研究的課題很多。例如，由于管道大部分在交通道路下，情況復雜，非開挖管道檢測技術的開發研究大有用武之地[4]。
   從供氣安全來看，燃氣質量的波動和供應中斷會帶來一系列問題。所以列供氣安全技術包括燃氣互換性、備用氣源、設備可靠性等問題也要加以高度重視。我國地域寬廣，各地天然氣資源各不相同，沿海一些城市引進LNG后，將產生與原有管道天然氣在氣源上的匹配問題，一些城市已經出現成分不穩定的氣源和要求相對穩定的用戶之間的矛盾。應針對天然氣質量標準中涉及的互換性問題，解決當前的現實需要。應消化吸收國外相關研究成果，結合我國國情，制定符合我國實際情況的相對統一的天然氣質量標準。
    國外經濟發達國家的城鎮燃氣已經實現了信息化管理，并建立了比較完整的預警與應急救援系統。我國在20世紀80年代，根據國外經驗已經開展了自動控制與遙測遙訊的研究，并在部分城市建立了數據采集和監控系統(SCADA系統)，使我國城鎮燃氣系統的自動化管理水平邁上了一個新臺階。但與國外相比，差距還很大，發展也不平衡，對于監控預警系統與應急救援系統方面，尚需進一步研究和開發。特別是今后城鎮燃氣管網系統區域化后，系統范圍更廣泛，如何更好地吸收國外先進技術，做好城鎮燃氣的監控預警與應急救援，切實保證城鎮燃氣安全運行，是一個非常重要的環節。研究的內容主要是通過計算機安全信息化管理，隨時對城鎮燃氣系統進行監控，并及時通過監控信息對系統可能出現的事故發出預警，以便及時維修處理，避免事故發生。
   ④ 新材料和新設備
   城市燃氣是一個綜合集成各種新技術、新產品和新設備開發的大市場，可以帶來可觀的經濟效益。，很多廠家在新技術、新產品和新設備的開發中都獲得了不錯的經濟效益。但我國燃氣設備的研制和生產與國外先進水平有較大差距，自主創新水平較低，因此加強我國燃氣工程新材料和新設備的研制是非常必要的。
    關于輸配材料和設備，可以在以下幾方面加大研發力度：連續快速測定燃氣組成性質的分析儀表，大流量高精度計量裝置，天然氣液化、儲存、氣化等設備，高性能專用管材，管道施工、維修和更新改造的技術和設備，具有監控和安全系統的高性能調壓裝置和高可靠性的閥門裝置，設計、運行和管理軟件等。
4 建議
    ① 進一步完善燃氣相關法律法規和政策
    在市場經濟條件下，要發展燃氣事業必須加強法律法規的建立和完善。應建立完整配套的燃氣法律體系，以規范燃氣的統一規劃，合理利用。應進一步對燃氣商品的配置和定價機制進行嗌管，以促進我國燃氣行業的健康發展和資源的合理利用。
    國外經濟發達國家已建立了專門的法律及與之配套的行政法規、部門規章、安全技術規范、標準等，形成了協調一致、系統完整的法規標準體系。在規范中特別強調了安全技術方面的要求，使設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理改造等環節都能在現有科學技術基礎上基本滿足安全要求。
    我國近年在標準規范的編制七也較為重視，制定了一系列管理條例和技術法規、標準，但從系統上還不能滿足配套要求。例如，對于城鎮高壓管道的沒計、施工、驗收還沒有形成符合城市燃氣特點的完整體系，在體系上與經濟發達國家還存在較大差距。我國的社會主義市場經濟體制正在發展和逐步完善，標準體制也應與經濟體制相適應，必須與國際通行體系接軌。因此，進一步完善城鎮燃氣的法規標準體系非常必要。
    ② 新技術和新產品的開發要聯系我國實際
    要注意研究我國城市燃氣發展的趨勢和特點對技術和新產品的影響。我國除天然氣外，還有人工煤氣和液化石油氣在大量使用，與不少國家是單一天然氣氣源有所不同，每種氣源對技術和產品都有不同的要求。要研究氣源變化對技術發展和產品市場的影響，同時要研究每種新技術、新產品、新設備在市場中所處的地位和需求量以及相應的標準制定。
    ③ 燃氣技術研究應列入國家科技發展計劃
    燃氣行業是我國能源供應的重要組成部分，也是城市基礎設施，關系到國計民生，也是落實科學發展觀、構建和諧社會的重要環節，因此對燃氣工程技術研究加大投入非常必要。建議政府部門高度重視燃氣供應的重要性，將燃氣技術研究列入國家科技發展計劃，例如重大專項計劃和科技支撐計劃，從政策上、資金上加以支持，使我國的燃氣科技水平更好更快地發展。
參考文獻：
[1] 中國石化新聞網.去年我國新增石油探明地質儲量11.5億噸[EB/OL].[2011-03-03].hnp：∥www.sinopecnews.com.cn/shnews/content/2011-02/23/content 938622.shtml.
[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.中國城市建設統計年鑒2009年[M].北京：中國計劃出版社，2010.
[3] 王引平，吳華，楊軍.城鎮燃氣各類用戶用氣量預測方法研究[J].煤氣與熱力，2011，31(5)：B07-B11.
[4] 高海林.在線檢測技術在燃氣管道完整性檢測的應用[J].煤氣與熱力，2011，31(7)：B31-B34.
 
(本文作者：李麗 中國市政工程華北設計研究總院 天津 300074)