中小型城镇燃气气源的选择.doc

中小城镇气源的选择
目 录
内容提要 1
一、我国气源气源的种类 2
二、燃气气源供应方式 2
（一）、管道天然气供应方式 2
（二）、LNG供应方式 3
（三）、CNG供应方式 4
（四）、LPG混合空气供应方式 5
（五）、秸秆气／沼气供应方式 6
三、中小城镇气源的选择 8
（一）、天然气管道运输的特点 8
（二）、LNG供应方式的特点 9
（三）、CNG供应方式的特点 9
（四）、LPG混合空气供应方式的特点 9
（五）、秸秆气／沼气供应方式的特点 10
四、结束语 10
五、致谢 10
参考文献 11

内容提要
天然气作为一种重要的能源矿产和战略资源，其开发利用状况直接关系到一个国家的经济安全和社会稳定。正确利用我国天然气资源，把握其未来发展趋势，制定合乎中国自身情况的天然气工业发展对策，在资源瓶颈制约越来越突出的今天显得尤为重要。
随着我国城市燃气事业的蓬勃发展，作为燃气应用的新领域已有长足发展，应用范围从车用气到居民用气，自已得到社会效益和经济效益的协调发展，分析其运行中的特点对天然气在城镇中的应用具有重要意义。文章主要从中小城镇对不同气源的选择进行对比，分析其特点，提出中小城镇对不同气源选择的依据：管道输送是天然气的基本方式，实践证明，大规模天然气输送，采用管道是最经济和有效的输送方式。此外，还可选择其它气源作为城镇燃气气源放入选择。如液化天然气（LNG），是将天然气液化后再进行储运；压缩天然气（CNG），液化石油气和沼气／秸秆气。由于输气干线的建设受城市气化条件，经济实力，用户气价承受能力等综合因素的限制，使得输气干线难以联网，供应范围受到限制，并且只能向长输管道沿线城镇供气。因此如何满足长输管线周边中小规模城镇的天然气需求，将成为一个新的研究课题。以下就中小城镇对燃气气源的选择进行探讨。
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中小城镇燃气气源的选择
一、我国气源气源的种类

城市燃气分类
煤气是气体燃料的总称，习惯上又可以分成天然气、人工煤气和液化石油气三大类。
1、天然气：是从油气藏中开采的可燃气体，它是埋藏在地下的生物有机体，经过漫长的地质年代和复杂的转化过程生成的。根据开采和形成的方式不同，天然气可分为5种：
纯天然气：从地下开采出来的气田气为纯天然气；
石油伴生气：伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气；
凝析气田气：含石油轻质馏分的气体。
为方便运输，天然气经过加工还可形成；
压缩天然气：将天然气压缩增压至200kg/cm2时，天然气体积缩小200倍，并储入容器中，便于汽车运输，经济运输半径以150-200公里为妥。压缩天然气可用于民用及作为汽车清洁燃料；
液化天然气：天然气经过深冷液化，在-160℃的情况下就变成液体成为液化天然气，用液化甲烷船及专用汽车运输。
2、人工煤气：是各种人工制造煤气的总称，煤和重油是它的原料，有以下几种：
干馏煤气：把煤放在工业炉（焦炉和武德炉等）里隔绝空气加热，使之煤发生物理化学变化的过程干馏。加热后提出可燃气经净化处理还可得到焦油、氨、粗苯等化工产品，炉内存有的是焦碳；
气化煤气：将其原料煤或焦碳放入工业炉（发生炉、水煤气炉等）里燃烧，并通入空气、水蒸气，使其生成以一氧化碳和氢为主的可燃气体；
重油制气：也可称油制气，将原料重油放入工业炉内经压力、温度及催化剂的作用，重油即裂解，生成可燃气体，副产品有粗苯和碱渣等。
3、液化石油气：主要从炼油厂在提炼石油的裂解过程中产生。在石油炼厂及石油化工厂的常减压蒸馏、热裂化、催化裂化、铂重整及延迟焦化等加工过程中都可以得到液化石油气，一般来讲，提炼1吨原油可产生3%-5%的液化石油气；也可从天然气中回收液化石油气。从油田出来的原油和湿气混合物经气液分离器分离，上部出来的天然气送到一个储气罐中，经过加压（16kg/cm2）再分馏，用柴油喷淋吸收；天然气（干气）从塔顶送出，吸收了液化气的富油经过分馏塔，在16kg/cm2压力下冷凝为液态，形成液化石油气。

二、燃气气源供应方式
（一）、管道天然气供应方式
1、管道天然气输送系统的组成
天然气输气管道系统主要由矿场集气网、干线输气管道（网）、城市配气管网以及相关的站、场等设备组成。这些设备从气田的井口装置开始，经矿场集气、净化及干线输送，再经配气网送到用户，形成一个统一的、密闭的输气系统。
2、管道天然气输气工艺
管道输气工艺指实现天然气管道输送的技术和方法。主要是根据气源条件及天然气组分，确定输气方式、流程和运行方案；确定管材、管径、设备、沿线设站的类型及站距等。现代天然气管道普遍采用压气机提供压力能，对所输送的天然气的质量有严格要求。
（1）输气流程
来自气井的天然气在集气站进行加热、降压、分离、计量后进入天然气处理厂，脱除水、硫化氢、二氧化碳，然后进入压气站，除尘、增压、冷却，再输入输气管道。在沿线输送过程中，压力逐渐下降，经中间压气站增压，输至终点调压计量站和储气库，再输往配气管网。气田井口压力降低时，则需建矿场压气站增压站。输气管道系统流程图如下图所示。

图 输气管道系统流程图
（2）输气管道计算
输气管道的计算是指输气管道的管径、壁厚、起点压力、压缩比和压气站间距等参数的计算。参数间的相互关系反映在输气量计算式上。对于大管径、高压输气管道的输气量计算和中小管道、矿产集气管道的输气量计算应分别采用不同的公式计算。
（3）压气站设置
为提高天然气压力或补充天然气沿管道输送所消耗的压力，需要设置压气站。是否需要建设起点压气站，取决于气田压力，当气田压力能满足输气需要时，可暂不建站。长距离输气管道必须在沿线建设若干个中间压气站。中间压气站的数目主要由输送距离和压缩比决定。站距主要由输气量确定，每个压气站都要消耗一部分天然气作燃料，因此输气量逐站减少，从而使各站距也有所不同。在确定站距时，应根据通过该站的实际输气量和进出口压力值，按输气量计算公式，还应综合考虑压气站址的地理、水源、电力、交通等条件。
（二）、LNG供应方式
1、基本参数
临界压力： 4.49Mpa
临界温度： -82.3
沸　　点： -161.5℃
熔　　点： -182℃
着 火 点： 650℃
液态密度： 0.467t/m3
气态密度： 0.863kg/m3
液态热值： 50.18MJ/kg
气态热值： 38.06MJ/m3
爆炸极限： 5%-15%
2、气化站工作流程
LNG槽车在卸车台通过槽车增压器增压后将LNG送入LNG储罐储存.气化时通过储罐增压器0.5—0.6Mpa后自流入到空浴式气化器.在浴式气化器中,LNG与空气换热成为气态天然气.在经过缓冲罐,调压,计量,加臭后,天然气以0.2Mpa压力进入城镇输配管网。LNG气化站工作流程如下图所示。

3、气化站主要设备选型
（1）LNG储罐
LNG储罐的隔热方式分3种类型.第1种为真空粉末隔热,夹层抽真空,填充粉末.由于其运行维护方便,目前国内大多数LNG气化站采用50 m3和100 m3立式圆筒型双金属真空粉末隔热LNG储罐.第2种为正压堆积隔热,采用夹层充氮气,因绝热层较厚,用于大型LNG储罐.第3种为真空多层隔热,采用高真空多层缠绕绝热,多用于LNG槽车.本方案站内需建100 m3立式圆筒型双金属真空粉末隔热LNG储罐2台。
（2）空浴式气化器
气化器的气化能力根据高峰小时用气量确定.本方案用1500 m3/H空浴式气化气4台,分2组每组2台,可互相切换使用。水浴式加热器.冬季环境温度较低,当空浴式气化器出口天然气温度低5℃时,在空浴式气化器后串联水浴式加热器,对气化后的天然气进行加热.本方案拟用3000 m3/H水浴式加热器1台,站内自建锅炉供加热用热水。
（3）增压气
为了使储罐内的LNG能够自流到气化器中,则储罐的压力要高于气化器的压力,为此需在储罐处设置增压器,当储罐压力低于设定值时,自力式升压调压阀会自动开启,LNG即进入增压器,气化后的天然气再回到储罐顶部，从而达到储罐增压的目的。
（4）BOG加热器
BOG是槽车和储罐的蒸发气体,日蒸发率一般为储量的0.3%.这部分蒸发的气体如不及时排出,会使槽车和储罐上均设有降压调节阀,当压力超出设定值时,降压调节阀会自动排出BOG.因此在站内还设有BOG加热器和缓冲罐，回收BOG。
（三）、CNG供应方式
在加压充气站,天然气净化压缩至20—25Mpa后,向CNG压钢瓶冲气.当拖车上的钢瓶压力达到设定值后,压缩机便自动停止充气.CNG瓶拖车通过公路送到CNG气站.
1)基本参数　
压　　力：20—25Mpa
温　　度：-5-50℃
密　　度：0.76kg/m3
低 热 值：36.19MJ/m3
爆炸极限：5.0%-5.1%
2)工艺流程
CNG气系统主要由加压气站,CNG瓶拖车,CNG加压充气站由钢瓶拖车,通过公路运至CNG气站.在供气站,CNG进入一级换热气加热,再进入一级调压气减压,二级换热器,二级调压气和三级调压器,最后将力调0.2Mpa,经计量加气后送入城镇输配管网。CNG工艺流程如下图所示

2)主要设备选型
1、CNG钢瓶拖车和牵引头.按供气量1.63×10000m3/d计算.1辆钢瓶车一次可储运天然气约除去CNG充装和供气的时间,每辆拖车一天运行两趟.因采用钢瓶拖车直接供气,加气站随时要有4000 m3。辆钢瓶拖车在站内,在CNG充装和供气时可将牵引头卸掉.本方案设置钢瓶拖车5辆,牵引头3辆即可满足供气要求。
2、调压装置.拟选橇装式调压装置,内置紧急切断阀,换热器,过滤及计算装置等.CNG压力由20Mpa后进入城镇中压输配管网。
（四）、LPG混合空气供应方式
LPG与空气或其他热值较低的可燃气体，按一定比例混合后,可直接供给燃气用户或作为调峰气源。混合方式可采用引射式，鼓风式或比例式。混气比例按我过标准《城市燃气分类》并参考西气东输天然气的基本参数，确定LPG与空气的体积混气比为48：52。
1) 基本参数
密　　度：1.82kg/ m3
低 热 值：53.04MJ/m3
露　　点：18℃
爆炸极限：1.7%-9.7%
2) 工艺流程
储罐中的LPG通过稳压泵送至气化起气化。气态LPG经调压后送入混合器：空气由鼓风机加压，经过干燥处理后也送入混合器：在混合器中气态LPG于加压空气以体积比48：52的比例混合，经计量和加臭后，以0.2Mpa压力进入城镇输配管网。LPG工艺流程如下图所示。
。
3) 主要设备选型
1、LPG储罐.按供气规模和LPG储存计算月平均日一周量,站内建2台100m3卧式储罐.储量约100t.储罐压力为1.77Mpa,设计温度为-19-50℃。
2、LPG气化器.高峰小时LPG用量为2325kg/h的热水式气化器3台,2开1备.供水温度为75℃,回水温度为65℃
3、空气鼓风机.高峰小时供气量为2061m3/h,选择流量为10.6m3/min的双级罗茨空气鼓风机3台,2开1备。
4、LPG混合器.根据高峰小时供气量为2061m3/h,选择3台混合能力为1200m3/h的混合器,2开1备。
（五）、秸秆气／沼气供应方式
我国是一个农业大国，农作物秸秆年产量7.2亿吨。以前，农村炊事以秸秆为主要燃料，但是随着生活水平的日益提高，液化气和石油天燃气逐渐替代秸秆成为主要的炊事燃料，致使大量过剩的秸秆在田间地头被直接焚烧,不但浪费资源，而且严重污染环境，同时也给交通带来了不安全因素。随着农村养殖规模的不断扩大，带来的污染问题也随之日渐严峻。生物质能（沼气+秸秆气）气项目可有效解决农村秸秆大量过剩和畜禽粪便排放问题，减少环境污染和资源浪费，改善农村环境卫生，避免了因秸秆大量焚烧带来的大气污染以及诸多不安全因素。
1、秸秆气化技术
秸秆气化是利用农作物秸秆、木屑、稻壳等各种可燃生物质在缺氧状态下，加热反应的能量转换过程。秸秆是由碳、氢等元素和灰分组成，当它们被加热，只供应少量的空气时，发生热解反应，使碳、氢等元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体，产生的秸秆燃气通过输配管网输送到各个家庭。这里采用固定床下吸式氧气气化工艺，该技术与国内常规生物质相比具有以下优点：
1、秸秆气化工艺流程
秸秆气化系统的基本工艺流程为：原料经输送机送入气化炉中经过热解气化反应转换成可燃气体，在净化器中除去燃气所含灰尘、水分等杂质，冷却到常温由风机加压后送至气柜，经燃气输配系统将燃气供给用户进行生活用气或发电。工艺流程图如下：

秸秆气化集中供气系统工艺流程图
1、气化机组
气化机组由成型机、制氧机、加料器、气化反应炉、燃气净化装置、罗茨风机和电控系统等部分组成。
其气化工艺流程为：秸秆原料经成型处理后经上料器进入气化机组，在气化炉中与通入的氧气进行热解、氧化和还原反应，转换成为中热值燃气。燃气经过净化装置，除去其中的灰尘和焦油，并冷却到常温，经罗茨风机压送入贮气柜。
2、贮气柜
在一天中燃气用量的波动是相当大的。连续产气的气化炉不能解决短期高峰用气，为此，贮气柜在用气量小时将燃气储存起来，以供高峰期使用。另外，贮气柜还起到定压稳压的作用。
3、燃气输配系统
贮气柜中的燃气通过燃气输配管网送至用户。燃气输配系统包括输气管网和附属设备。
燃气管网根据敷设位置可分为干管、支管、用户引入管等，其干支管采用浅层直埋的方式铺设在地下。
附属设备主要包括集水器、放散器、控制器等。
4、用户炊事系统
户内炊事系统由煤气表、滤清器、阀门、专用燃气灶具等组成。
2、沼气生产工艺流程
沼气制气系统的基本工艺流程是：禽畜粪便、污水等先进入前处理池中进行长草、杂物清理后进入酸化池，在酸化池中清除浮渣后进入调节池，再到厌氧塔发酵后进行干湿分离，固态部分（沼渣）加工成颗粒肥料，液态部分（沼液）作为肥料直接还田，沼气经脱硫除臭后进入储气柜，待用。工艺流程图如下：

禽畜粪便与废水—碎浆、除杂、沼气生产—有机肥料制造—优质液体肥料
1、前处理池
池中装有绞龙除草机，把牛粪中杂草、杂物清理掉，调成浆液送入酸化池。
2 、酸化池
一是清除浮渣，减少其在厌氧塔中结构造成危害，二是让水解微生物把纤维麦类物质水解成小分子物质，有利厌氧发酵。
3、调节池
主要调节进料浓度、PH及温度。增温热源视沼气能如何利用后确定。
4、厌氧塔
主要采用高效的VASB-3型装置，具有防堵、防爆、恒压、高产沼气的功能。
5、储气柜
沼气经脱硫除臭后进入储气柜，待用。沼气可供居民使用，可发电。
三、中小城镇气源的选择
（一）、天然气管道运输的特点
天然气管道运输特别是长距离管道运输方式，与其他运输方式相比，具有下述优点：
（1） 运营费用低、能耗小。管道运输不存在其他运输方式所需的牵引机车、车厢、船舶等的非物料额外能耗，只要克服流体在管道内的摩擦阻力，即可完成运输作业，没有其他运输方式所需要的运载工具的维护检修费用；
（2） 基建投资少、建设速度快、施工周期短。由于输送系统简单，故建设投资少；管道由厂家订货，工程量相对于其他运输方式较少，且输送管道多为埋设，主要是土方施工，采用分段施工方式，因此建设速度快、施工周期短；
（3） 受地形条件限制少。管道运输不同于铁路或公路运输方式，对地形没有严格限制，管线线路没有铁路或公路的迂回曲折问题，易于克服地形障碍，输送路径最短，从而可为节约投资、加快建设进度创造有利条件；
（4） 可以实现连续输送，安全可靠，劳动生产率高。管道运输方式几乎可不停顿的进行全年输送，不受气候影响，不存在其他运输时的物料损耗，可实现封闭式输送。其他运输方式存在空载回程，而管道运输方式不存在这个问题，劳动生产率高，运输量大。管道输送方式隐蔽性强，事故率小；
（5） 占地小，有利于环境保护和生态平衡。
不过，管道运输方式也有一些局限性：
（1） 只能输送特定的物料，运输功能比较单一，故从这个意义上来说，管道运输不能带动和促进地方经济的全面发展；
（2） 只能进行定向运输；
（3） 管道输送系统的敏感性强、应变能力低，因此要求严格控制物料的特性；
（4） 管道运输系统的输送能力不易改变。每个管道运输系统的输送能力一经确定，输送系统的设备和管道就是确定的，不能改变。
（二）、LNG供应方式的特点
1．LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车、火车、轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。
2．LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供1万户居民一天的生活用气。
　　3．LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。
　　4．由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即扩散，降低了引起爆炸的可能性。
LNG供应适用范围
LNG气源对那些远离天然气输气支线管道或暂时无法建输气管道的中小城镇提供了气源保证.随着城镇的发展,即使将来使用管道天然气,已建的LNG供气站均可用作备用和调峰。
（三）、CNG供应方式的特点
CNG系统供应城镇方式源自天然气汽车加气的子母站系统。在高中压取气点建立加气母站，将天然气加压至15—25MPa，然后装入高压钢瓶拖车，通过公路运输送至加气子站供汽车加气。由于子母站系统技术成熟、灵活方便，而且投资相对建独立加气站为少，因而提出借鉴于母站系统的运行方式采用CNG供应城镇燃气。而且CNG工艺简单,设备少,短期内即可完成。
CNG供气适用范围
1、用气地区距天然气管线不太远，且有CNG采气的地方（即“采气站”）；CNG的运输距离最好在300公里以内，最远不应超过500公里，应根据具体情况认真核算。一般讲，远距离输送超过500公里就不经济了。
2、运输方面要有良好的道路条件，在较恶劣的气候条件下仍能保证畅通的运输，即使在大雨、洪水、大雪、大雾等情况下也不会造成长时间的交通断绝。城市天然气储备量一般按2-3日考虑，不超过一周，否则需较大的设备投资。
3、CNG的供气规模不宜太大，一般在5万户以内；对工业用户的供气量也不宜太大，以天然气为原料或燃料的大型工业企业，用CNG的方式供气也是不适宜的。
4、CNG可以作为城市/小区先期供气的一种方式；例如在规模很大，长输天然气管道已有计划，但一时来不了，却又有迫切供气要求的城市，可先采用CNG的方式部分供气，待天然气管道建成以后再进行转换，这样既解决了燃眉之急，又省去了燃气置换的种种麻烦。因为对用户供气的各项参数，如燃气的压力、华白数以及管线的材质管径及表灶等来说，先期CNG供气和以后的管路天然气供气是完全一致的，将来只需将管道连接好，拆除CNG供气设备，即可进行转换，非常简单方便。
(四)、LPG混合空气供应方式的特点
1.污染少：主要是由C3（碳三）、C4（碳四）组成的碳氢化合物，可以全部燃烧，无粉尘。在现代化城市中应用，可大大减少过去以煤、柴为燃料造成的污染；
2.发热量高：同样重量LPG的发热量相当于煤的2倍，液态发热量为45185～45980kJ/kg由于液化石油气几乎不含有不可燃烧成分，发热量高，燃烧充分，无粉尘灰渣，所以，液化石油气是一种清洁能源，使用液化石油气能减少空气污染，保护环境；
3.压力稳定:LPG管道用户灶前压力不变，用户使用方便。
（五）、秸秆气／沼气供应方式的特点
环保节能：将随处可见的秸秆、杂草等转化为能源，并且改善了直接燃烧秸秆产生的黑烟，既经济又环保。
使用安全：秸秆燃气属于常压，无任何安全事故。
四、结束语
燃气事业发展证明，长距离输气管道的输送成本在很大程度上取决于其输送能力和输送距离。一般而言，在距离一定的条件下，管道输送能力越大，其满负荷运行的输送成本就越低。在满负荷运行的前提下，输气管道的最大经济输送距离与输送能力密切相关，输送能力越大，最大经济输送距离就越长。因此输气管道特别适用于大运量的天然气运输。随着运量减小，输气管道的最大经济输送距离可能小于实际运输距离，此时采用CNG或LNG散装运输方式有可能比管道运输更经济。CNG和LNG气源对那些远离天然气输气支线管道或暂时无法建输气管道的中小城镇提供了气源保证.随着城镇的发展,即使将来使用管道天然气,已建的LNG供气站均可用作备用和调峰。当CNG和LNG个经济指标接近时,宜选择CNG供气方案,因为CNG工艺简单,设备少,短期内即可完成。而对于近几年LPG因受国际市场原油价格影响波动大,选择LPG混空气作为城镇燃气气源时要慎重考虑。对于城镇居民居住分散的农村城镇来说秸秆气/沼气是最清洁最廉价的气源。
五、致谢
感谢我的老师李军老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这片论文的每个细节和每个数据，都离不开他的细心指导。。
感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。但愿每个人平平安安，快快乐乐，顺顺利利，开开心心。我们在一起的日子，我会记一辈子的。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完
成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的
谢意！