高压燃气管网规划设计

高压燃气管网规划设计

摘要:随着环保要求的持续走高、“双碳”目标及行动的日趋深入,相对于风能、太阳能、地热能等清洁能源受天气、光照、地域等影响而无法持续供应的特点,天然气以其清洁、高效、低碳、持续供应的优势,有着更加广阔的前景和持续发展机遇。随着济南市携河北跨发展战略推进,特别是新旧动能转换起步区的建设,天然气用量增长较快,目前现有的燃气管网已经无法满足城市发展,调峰任务日趋艰巨,有必要对济南市市域燃气管网进行整体规划,建设一个环绕济南市的高压燃气管网,实现多气源互补、调峰能力强的燃气“一张网”。

关键词:天然气;管网规划;能源转型;低碳发展;燃气“一张网”

目前,济南市域范围内有国家管网、省管网等多个气源管线,输送至或途经济南。国家管网主要有中俄东线、沧淄线、冀宁联络线、泰青威管线、榆济线、安济线、中石化天津LNG专线等,山东省高压管道北干线已经开工建设,烟台西港区LNG外输管线也已经筹备建设。上述气源管线通过济南市城镇燃气门站将气源引入城区,但是多个气源管线成线状引入,济南市市域范围内尚无一个将所有气源串联起来的高压环网,降低了输配安全及气源互补能力。为配合济南市“发挥省城优势、发展省会经济”的城市发展战略,为济南发展提供充足的天然气供应保障,实现区域管网供气互联互通,有必要布局建设济南市高压燃气输配系统。通过建设高压、次高压环线,将多个气源实现串联,提升管网供气保障能力和储气调峰能力,构建清洁能源保障网络。

1规划原则与思想

参照济南能源集团“统一规划、统一建设、统一运营、统一标准”的原则,打破经营区域的划分,统筹济南市域管网规划,优化城镇能源消费结构,促进节能减排。在济南市现有高压、次高压燃气管网的基础上进行统筹规划,既能结合现有管网,又能实现远近结合,根据发展时期,进行分阶段实施。济南市高压燃气管网规划,近期建设环绕济南市城区的高压燃气环网,远期在高压环网基础上向周边辐射高压燃气管线:向北辐射德州和河北黄骅、向西辐射聊城、向东辐射淄博和潍坊、向南辐射莱芜、泰安、临沂和济宁。以“燃气一张网”的规划理念,形成“一环六射、保障中心、辐射周边”的燃气规划。

2济南市燃气供应及需求分析

自2013年至今,不管从山东省还是济南市来看,天然气消费都保持快速增长。同时,随着“煤改气”、“气代煤”、“清洁取暖”等政策的不断深入开展,济南市的燃气增速加快,虽然受到政策影响,天然气消费量有所回落,但依然保持9.4%的同比增长。2017年,济南市域用气总量约为11.68亿m3,冬季日均用量近500万m3,非采暖季平均日用气量约200万m3,用气峰谷比较大。到2020年,济南市域天然气总消费量约16.65亿m3,全年平均日用气量超过450万m3。具体如表1所示。将2017年和2020年济南市域天然气消费情况进行对比,如图1所示。从图1可以看出,2017年和2020年各用气类型气量占比的曲线是一致的,均是居民、工业用量较多。但是2017年的用气量占比曲线更加扁平,而2020年的用气量占比曲线更加起伏。这说明了居民用气和工业用气占比更大,增长更快,随之而来的是冬夏峰谷差也越来越严重。这是由于“农村煤改气”、“清洁取暖项目”的开展,居民取暖用气、工业锅炉用气大幅增加,造成冬夏峰谷差加大,影响管网的冬夏有效利用率,从而影响燃气管网的安全平稳运行,也对管网的调峰能力提出了更高的要求。

3气源管线及济南市燃气输配系统现状

济南市目前采用的天然气气源主要分为管输天然气、液化天然气和液化及压缩(LNG/CNG)天然气。上游气源干线主要有中石化、中石油气源管线,如表2所示。济南市天然气输配系统目前采用次高压(0.4~1.6MPa)、中压(0.1~0.4MPa)、低压(<0.4MPa)三级管网系统,及少量的高压(1.6~4.0MPa)管道。城区用气主要通过调压箱、调压柜相结合的方式,城市外环缺乏高压燃气环网系统。

4济南市燃气“高压环网”规划设计

4.1管道设计

参数按照科学谋划、适度超前的原则,参照上海、广州、西安等城市高压外环网建设经验,本次规划设定济南市高压外环网设计压力为6.3MPa,管径为DN600。考虑到天然气的携带凝液的能力、对管道内壁的冲蚀作用、压力损失等因素,按照经济流速10m/s左右进行考量,本次规划设计管径DN600、设计压力6.3MPa的高压环网,其设计最大输气能力可达45万m3/h,年输气能力可达40亿m3/h。从济南市目前的用气情况而言,虽然已经远超济南市目前的用气需求,但是基于城市发展及“双碳”目标的要求,此次规划具有合理性、科学性。

4.2燃气“高压环网”规划设计

燃气“高压环网”位于济南市,其目的是连接上游气源,保障燃气供应并进行小时调峰及日调峰。通过建设“高压环网”,将原来起到连接上游气源的“次高压环网”地位降低,成为城市内环网。这样既提高了向上游管网下载气源的能力,又提高了向下游管网的输配能力。“高压环网”不仅完善济南市中心城区的高压外环网,而且连接济南市各区的高压供气支线,形成多气源接入、管网互通的优势。最终形成高压环网如图2所示。结合目前已有的部分现状高压管线,“高压环网”的规划主要将现状高压管线与规划高压管线结合起来,成网成环,增强管网的互联互通和多气源引入。

4.3高压燃气“放射”管线规划设计

高压燃气“放射”管线具体是指在济南市高压环网基础上,向“东、南、西、北”各个方向“放射”出去的高压管线。同时,为了保证高压燃气管网的互通性和统一性,便于管道维护管理及管道清管,本次规划设计的“放射”管线统一采用DN600管径,设计压力统一为6.3MPa。(1)高压北支线。高压北支线主要是连接济南市高压环网、山东省输气北干线、沧州市LNG分输站(黄骅港),将城域高压管网与省际高压管网连通,将河北LNG气源引入济南市高压环网。高压北支线全长约140Km,燃气管线自济南港华商河门站接出向北敷设和山东管网北干线商河分输站连通,然后继续向北敷设至黄骅市。在乐陵市建设分支管线至无棣县新建门站,并在沧淄线庆云分输站与沧淄线连通,与天津LNG庆云分输站与天津LNG连通,在沧州市与邯渤线南皮分输站对接。(2)高压东支线。高压东支线主要是连接济南市高压环网与东部城市,例如莱芜、淄博、潍坊等城市。将济青二线气源引入高压环网,并在城市高压气源互通的基础上,实现城际之间的气源互通。高压东支线全长约145km,燃气管线自济南港华唐王门站向东,连接周村分输站、青州分输站、最终接入潍坊港华的中石油门站,与济青一线实现连接。(3)高压东南支线。高压南支线主要是向南连接泗水省级储气库,并与中俄东线实现连接。本工程管道长约135km,燃气管线自南曹范储配站接出向东南敷设进入莱芜区雪野镇,继续向东南敷设进入口镇对接中石油泰青威莱芜分输站(口镇),继续向南敷设经过牛泉镇进入泰安市新泰市,对接金鸿管线谷里门站,继续向南敷设至济宁市泗水县,对接中俄东线泗水分输站、山东南干线的泗水分输站以及泗水县省级储气库。(4)高压西南支线。高压西南支线主要是将济南市高压环网与聊泰线、泰港线连接,并接入安城LNG调峰站。燃气管线从归德门站向西南出发,至孝里调压站,至平阴调压站和安城门站,管道全长约40km。再从平阴门站至2#孔村调压站,最后接入东阿镇调压站,管道全长约20km。如图3所示。(5)高压西支线。高压西支线主要从齐河分输站向西,经西腰阀室、东张阀室、赵牛新河阀室,最后进入茌平调压站,设计管径为DN600,设计压力为6.3MPa,管线全长约50km。通过该条支线建设,将济南市高压环网与聊城市高压环网实现连通,提升城际间气源互通,增强管网的调节能力。如图4所示。

5投资估算

按照本次规划原则,高压燃气管道设计管径为DN600,材质选用L415M螺旋缝焊接钢管(特殊位置采用直缝焊接钢管),设计压力为6.3MPa。次高压燃气管道设计管径为DN500,材质选用L290M螺旋缝焊接钢管(特殊位置采用直缝焊接钢管),设计压力位1.6MPa。“高压环”、“次高压环”管网建设为近期投资规划,高压“放射”管线建设为中远期投资规划。建设统计如表3所示。依据前期已建高压管线项目的投资进行总结归纳,高压管线每公里建设费用约为230万。考虑到材料物价上涨,按照260万/km的建设费用进行核算,则高压环网投资费用总计约为21.65亿元。

6结语

燃气“高压环网”的规划设计,是将济南市域作为研究对象,跳出不同燃气公司经营区域的划分和限制,考虑气源互通、管网调峰,提升管网的供气能力和保供能力。“高压环网”取代原来次高压管网作为城市输配气源干线的思路,将次高压环网调节至输配管网的下一层级,既能提升气源引入能力,又能提升管网输配能力,提升了济南市城市管网的承载力和供给力。高压燃气“放射”管线的规划设计,实现了城市之间的互通,将济南市中心城市的地位和作用提升了出来。不仅将济南市域的上游气源进行了互通,而且将周围市县的上游气源进行了连接,同时连接了河北黄骅港乃至曹妃甸的LNG气源,为燃气保供、管网调峰、多气源引入、价格控制提供了有力保障。

作者:翟庆振 单位:济南能源工程集团有限公司