天然气利用规划中重点问题的研究
摘要：阐述了城市天然气利用规划中应重点关注的问题，对气源规划、用气量预测、管网压力级制的选择进行了分析。
天然气作为一种高效、清洁的优质燃料已被世界广泛采用，特别是其对环境保护所起的作用已越来越受到人们的重视[1～2]。随着西气东输工程、广东LNG工程、中海油海上天然气工程的建成供气，全国城市燃气的气源结构将发生很大变化，天然气将取代人工煤气和液化石油气而成为城市的主导气源。因此，各沿线城市正积极地开展城市天然气利用规划及可行性研究工作。各地区以优化能源结构、促进经济和社会的可持续发展作为天然气利用规划的指导思想，积极地开展天然气利用规划工作。由于城市规模不断扩大，城市总体规划工作相对滞后，而城市天然气利用规划工作时间又相当紧迫，因此造成城市天然气利用规划中存在不少问题值得研究。提高气源的安全性、准确地预测用气量、合理地选择压力级制是确保天然气利用规划具有较强操作性的要求。本文对天然气利用规划中重点问题进行分析。
1气源
1.1气源的安全性
???随着我国经济发展和人民生活水平的提高，能源需求也逐年增长。从可持续发展的角度考虑，清洁能源成为能源需求之首。西气东输工程的建成投产，为天然气的利用提供了条件。随着经济发展，管道沿线地区天然气的需求将不断增长，同时，对天然气供应的安全性要求也不断提高。稳定、可靠供气，规避天然气供气波动的风险是经济发展的重要保证[3]。
???①安全供气需要多气源保障
???为确保城市(区域)供气的安全可靠，必须建立完善的天然气供应体系，而多气源供气是该体系的重要组成部分[4]。欧洲成熟的天然气市场至少有3种气源，其中任何一种气源供应量最多不超过50%，且所有的气源可通过公用运输设施相连接。
???城市(区域)天然气主干管网规划要建立多气源的供应体系和相互贯通的天然气网络。进口LNG作为第三气源，不仅可解决日益增长的天然气需求，必要时也可作为本地区事故情况下的应急气源。对城市供气而言，在管道供气的同时，可以考虑引进LNG。城市具备了另一种运输方式的天然气气源，可为安全可靠供气提供更多的保障。如广东中山地区城镇天然气气源就是以中海油海上天然气为主，珠海LNG和西气东输二期气源为辅，并将市域天然气高压管网与佛山市天然气高压管网相连，形成了安全、可靠的多气源供应格局。
???②足够的调峰能力是安全供气的必要保证
???随着大规模使用天然气，城市供气的调峰问题也必须解决[5]。为了解决调峰问题，除上游提供部分季、日调峰能力外，在不具备建设地下储气库条件的地区，可利用LNG气源调节灵活的特点建设LNG气化站，作为解决天然气调峰问题的有效手段。
???一般来说，管输天然气的上游气源解决下游用户的季节调峰和直供用户调峰比较现实。对于提高城市或地区供气的日、时调峰能力，LNG气源可以发挥其调节灵活的特点，起到相当大的作用。
???③LNG是沿海地区安全供气的重要选择
???LNG可以作为一种清洁能源和管输天然气相竞争，对我国沿海和内地一些城市(地区)而言，LNG作为气源之一参与供气，形成互为补充的多气源供气格局，将大大提高城市天然气供应的可靠性。LNG气源供气机动灵活的特点，将有效增强系统的调峰能力，增加天然气储备，提高城市供气的安全陛和稳定性，对促进和保证国民经济有效、平稳发展起到重要作用。如广东省中山地区就把建立LNG站作为城市调峰和事故气源之用。
1.2过渡气源
???发展管道燃气，过渡气源可采取建设液化石油气混空气站、液化石油气气化站、LNG气化站等几种方式。在天然气高压管道到达之前，小城镇可在近期采用CNG储配站或LNG气化站向中压管网供气，气源由周边加气母站承担。如广东省中山市部分镇区就是采用这种方式供应，满足了镇区的用气需求，同时也提高了燃气公司的经济效益。
???一些大型城市则可直接采用液化石油气混空气站的方式直接向城市管网供气，其优点是供气范围较大，气源互换性好，通过适当地调节混气比可使LPG混空气性质十分接近天然气，与天然气具有良好的互换性。
1.3应急气源[7～8]
???为保证城市燃气供应安全可靠，在城市管网或气源出现事故时，特别是为了保证重点用户的用气需求，需设置应急气源。一般可采用移动式LNG气化站或液化石油气混空气站。
1.4气源互换性
???城市气源引进过程中首先要考虑燃气的互换性问题[9～11]，即参照近期供应的气源制定基准气参数要求，远期供应的气源参数应满足互换性要求[1]。其次，随着用户市场的规范化管理，对于供应用户的燃气热值波动要求也将日趋严格，如英国煤气公司在城市门站控制燃气热值波动在±2%范围内。因此各地区在不同时期引进气源过程中应注意上述问题并制定相应的技术要求。
???如中山市未来存在多种天然气气源共存的问题，故在实现天然气供气的同时，应充分考虑它们之间的互换性。
???经计算，珠海-中山天然气、珠海LNG、大鹏LNG互换性判定指数如下：珠海-中山天然气的华白数为50.787MJ/m3，燃烧势为39；珠海LNG的华白数为53.228MJ/m3，燃烧势为40；大鹏LNG的华白数为51.752MJ/m3，燃烧势为42。根据GB/T13611—2006《城镇燃气分类和基本特性》，珠海-中山天然气、大鹏LNG、珠海LNG均属于12T基准气的可互换燃气。
???因此，城镇天然气建设经营者应统一管理引进本地区的不同气源。从目前各气源供应条件分析，对于海上天然气、进口LNG，应考虑这几种气源在互换性上可能出现的偏差，建议在城市接气点设置调整热值的配气装置，从而满足下游用户市场中各类燃具的适应性。
2压力级制的选择
???城市常用燃气管道压力分级为中压A(0.2MPa＜p≤0.4MPa)和中压B(0.01MPa＜p≤0.2MPa)，两种压力级制均可应用于城市燃气输配管道中。在广东省已完成天然气利用规划的城市中，关于中压管道压力级制也各有选择，但均未对选择该压力级制的原因进行充分分析。
2.1中压A级管网
???现状中压管网设计压力为中压A，则规划管网应选择中压A，但应对现有管网按新规划的用气负荷重新进行校核计算。如管径不能满足规划要求，则须对现状管网进行更新改造，使现状管网设计能力相应得到提高，一般来说能满足规划要求。
2.2中压B级管网
???原有管网设计压力为中压B，而新规划用气负荷未明显增加，且管道不能承受中压A的试验压力的情况下，选择中压B较合适，但将来随着负荷的增加，须逐步改造。目前选择中压B的优点是：今后用气负荷增加了可提高压力级制满足供气能力[12]，但前提条件是，管道必须以中压A的试验压力进行试压。
???从发展来看，采用中压A供气可以充分利用天然气长输管道的压力，提高城市管网的输送能力，缩小管网的平均管径，节省大量投资，比中压B更具经济性。如广东省中山市城区燃气管网就是按中压A设计，经多年运行检验，安全可靠，经济合理。但对于已经有一定管网基础的城市，则须根据已有管网的改造利用和重新建设的技术经济比较来决定。
3用气量预测
???在天然气利用规划中，用气量的预测是其中最主要的部分之一[13～14]，也是规划的难点，用气量的大小直接影响工程成本、售气价格，是规划及可行性研究的基础数据。
3.1居民用气量
根据用气量指标、居民人口数、气化率、燃气低热值，可以计算出居民年用气量，计算公式如下：
?
式中qa——居民用户年用气量，m3/a
???q——人均用气量指标，MJ/(人·a)
???w——规划人口数，人
???η——气化率
???Q1——燃气低热值，MJ/m3
???人口可分常驻人口及暂住人口，两者的用气量指标有所不同，一般暂住人口的用气量指标按常驻人口用气量指标的50%～70%进行测算，如广东中山市按60%进行测算。用气量指标应根据地区现状及收集到的各类资料进行统计分析和对比分析，合理确定。
3.2商业用气量
???①现有商业用户用燃料以液化石油气、柴油及重油为主，该类用户相对集中于城区及规划的管道供气范围以内。因天然气的定价较低，具有成本竞争力，天然气到达后，估计该类用户逐步转换为天然气。
???②公共建筑新增用气市场。公共建筑设施及其用气量逐年增长，设其增长与人口增长同步，在政府支持管道天然气及禁止非洁净燃料的前提下，管网覆盖范围内的新增用户将选择使用天然气。
???③随着经济发展，商业用燃料量逐年增长，设其近年增长与预期的国内生产总值增长相关，商业用户的天然气需求量之增长估计为一定的比例，该比例随各地的经济增长而异。
3.3工业用户用气量
???工业用气需求以锅炉、工艺等用气为主。
???①现有工业用户的燃料转换
???根据有关统计资料显示的工业结构现状和发展规划，将有关燃料的耗量折算为天然气的量。天然气的定价比LPG及柴油有竞争力，因此假设远期管网的覆盖率为80%，考虑到部分不可替换或无经济条件敷设管道的企业，可根据现有工业燃料用量，天然气到达后开始转换，逐年按一定比例进行转换。如广东中山市的工业企业工艺生产用气量约为锅炉用气量的30%。
???②新增工业用气量预测
???随着天然气的到来，为打造现代化的城市，不会鼓励煤及重油等非清洁能源为新增工业用能。因此，估计其中80%新增燃料用量会选择用天然气。工业新增燃气市场随着经济发展，其用气量逐年增长，设近年用气量增长与预期的国内生产总值增长相关，工业用户的天然气需求量之增长估计为一定的比例，该比例随各地的经济增长而异。
3.4车用压缩天然气用气量[15]
???根据地区总体规划或交通体系专项规划确定的公交车及出租车数量，按一定的比例确定汽车用气量。有关站址的规划应与本地区的加油站规划相协调。
3.5燃气空调用气量
???燃气空调的建筑对象主要考虑一些公共建筑设施，如体育场馆、图书馆、博物馆、车站、高级宾馆、高级写字楼等。
???燃气空调用气量与制冷面积和综合制冷指标有关。可按5%的公共建筑使用燃气空调进行估算。据本地区总体规划确定的公共建筑面积及燃气空调用户综合制冷指标计算燃气空调用气量。例如中山市的燃气空调用户综合制冷指标为0.712MJ/(m2·h)。
4厂站用地的落实
???天然气规划中厂站用地的规划非常重要，用地的落实是规划实施的必要条件，直接关系到管网结构及厂站布局的经济合理性，应与规划、国土等部门及业主协调，直接落实在用地控制性详细规划图上，方可保证用地。
5结论及建议
???①在天然气利用规划中应重点关注气源的安全性，建立完善的多气源供气的天然气供应体系。特别强调LNG将在城市调峰及应急气源中占有重要的地位。
???②准确预测天然气的供应规模可提高投资效益，保证天然气事业的可持续发展。
???③合理地选择压力级制，不仅可以确保安全供气，降低工程造价，而且为管网的运行维护管理创造了有利条件。
???④为确保天然气利用规划的顺利实施，当地政府部门应制定相关的使用清洁能源政策，积极推动天然气事业的发展。同时也应支持及协助特许经营单位营造市场运作环境，建立一个健康有序的生存和发展环境，保障特许经营单位的合法权益。
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(本文作者：王引平1张旭龙2李丽11.中山市规划设计院广东中山
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