第2章 燃气用气量供需平衡与调峰

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1、第2 章 燃气用气量供需平衡与调峰12.1 燃气用气量计算12.1.1 用户类型12.1.2 供气原则32.1.3 用气量计算42.1.4 用户用气的不均匀82.1.5 燃气的小时计算流量102.2 燃气供需平衡与调峰122.2.1 调节供需平衡的方法122.2.2 储气容积的确定182.2.3 储罐21第 2 章 燃气用气量供需平衡与调峰2.1 燃气用气量计算在进行燃气输配系统设计时，需要首先确定燃气管网所承担的输气负荷，即是要确定各 类用户的用气量。根据用户的用气量和使用的不均匀情况，得到用于确定管网和设备通过能 力的计算流量。燃气需用量主要取决于用户类型、数量和用气量指标。各类用户的用气

2、量指标一般以耗 热量计算，再按燃气的发热量换算成燃气量。本章主要介绍燃气管网计算流量的确定方法、 燃气供应与使用的平衡手段。2.1.1 用户类型城市燃气早期主要是用于炊事及生活用水的加热，后来扩展到工业燃料（热加工）和化 工原料。随着燃气事业的发展，特别是天然气产量的大幅度增加与远距离的输送，燃气已成 为能源消耗的重要支柱，燃气的应用领域不断扩大，除了主要用于民用燃料、商业燃料、工 业燃料、化工原料外，还用于燃气发电、燃气汽车、燃气空调与采暖、燃料电池等。城镇燃 气用户包括以下几种类型：居民生活用户、商业用户、工业企业生产用户、采暖通风和空调 用户、燃气汽车用户和其他用气。目前我国燃气还主要用

3、于居民生活、商业与工业生产中的 热加工。1. 居民生活用户居民生活用户用气主要是用于日常的炊事和生活热水，不包括采暖和空调用气。我国居 民使用的燃具多为民用双眼灶、快速燃气热水器，居民用户的用气特点是：单户用气量不大， 用气随机性较强。在居民用燃气中增加天然气的供应量，将对改善大气环境有积极的作用。2. 商业用户商业用户是指与城镇居民生活密切的公共服务行业，包括宾馆、旅馆、饭店、商业、饮 食业、理发店、浴室、洗衣房、职工食堂、幼儿园、托儿所、医院、机关、学校和科研部门 等，其燃气使用主要是用于炊事和热水供应，不包括采暖通风和空调用气。商业用户的用气 特点是：用气量不很大，用气比较有规律。3.

4、工业企业生产用户工业企业生产用气主要是用于生产工艺的热加工。这些用户主要指用于工业锅炉、工业 窑炉、金属冶炼、瓷砖和建材的烧制等生产需用的燃料；工业用户的用气特点是：用气比较 有规律，用气量较大，而且用气比较均衡。在供气不能完全满足需要时，还可以根据供气情 况要求工业用户在规定的时间内停气或用气。用燃气取代煤燃料是工业锅炉、窑炉未来的发 展方向。4. 采暖通风和空调用户 采暖通风和空调用户用气主要是指以燃气为动力设置的集中采暖和空调设施；我国大部 分地区都有不同时间长短的采暖期，特别是采暖，在北方地区用气量比较大，采暖期内用气 相对稳定。燃气采暖主要有两种形式：集中采暖：利用原有的采暖系统，只

5、将其中的燃煤 或燃油锅炉改造或更换为燃气锅炉；单户独立采暖：随着采暖方式的变化，单户独立采暖 的方式越来越受到重视。根据我国目前的情况，单户独立采暖使用燃气或电作为能源的可能 性比较大。但用电采暖，需要电网等设备的配套和电价政策的支持；而燃气采暖则不需要， 只要燃气能送到的地方均可以实现单户独立采暖，用户只需要有一台燃气热水器，即可同时 解决生活热水和采暖问题。燃气空调和以燃气为能源的热、电、冷三联供的全能系统已经引起广泛关注，它对缓解 夏季用电高峰、减少环境污染、提高燃气管网利用率、保持用气的季节平衡、降低燃气输送 成本等都有很大帮助，特别是三联供的方式具有较高的技术经济价值，是今后燃气空调

6、的发 展方向。采暖与空调用气特点是季节性明显。5. 燃气汽车用户燃气汽车指使用天然气和液化石油气为动力的汽车。发展燃气汽车可以改善汽车尾气对 大气的污染，目前，燃气汽车主要有液化石油气和压缩天然气两大类，这两类汽车改装技术、 燃气灌装技术都比较成熟。大部分燃气汽车属于油气两用车（既可以使用汽油，也可以使用 燃气）。从投资方面看，由于这些汽车需要配置双燃料系统，购车时的一次性投资略大于普 通燃油汽车。但燃气汽车与燃油汽车相比，燃料价格具有较明显的优势。从国内燃气汽车的 使用情况看，压缩天然气汽车主要用于公交车，液化石油气汽车主要用于出租车及其他公务 用车。燃气汽车用气量与城镇燃气汽车的数量及运营

7、情况有关，用气量随季节等外界因素变 化比较小。发展燃气汽车不仅有利于减轻城镇大气污染，还可减少对石油产品的依赖。6. 其他用气 主要指发展过程中出现的新用气情况，有燃气发电、农业生产用气、化工用气、燃料电池等。燃气发电：随着燃气-蒸汽联合循环发电装置单机容量的不断扩大，燃气发电将有广阔 的发展前景。燃气发电与其他火电相比，具有明显的特点：对环境的污染小，燃气由于经过 了净化处理，含硫量极低，每亿度电排放的SO2仅是普通燃煤电厂的千分之一；热效率高， 普通燃煤电厂热效率高限为 40%，而天然气燃气 -蒸汽联合循环电厂的热效率目前已达 56%，这主要是联合循环将燃气透平与蒸汽透平进行了有机结合，从

8、而提高了燃料蕴蓄的化 学能与机械功之间的转换效率；燃气-蒸汽联合循环电厂开停车方便、调峰性能好。这也是 今后燃气，特别是天然气应用的发展方向。农业生产用气：燃气用于鲜花和蔬菜的暖棚种植、粮食烘干与储藏、农副产品的深加工 等。化工用气：我国天然气在化工行业主要用作原料，原料气以化肥及化工产品用气为主。 此外，天然气在生物、医药、农药等方面的新应用将有所发展，燃气燃料电池也在研究和开 发之中，总之，燃气用途及用户发展随着气源的增加会不断扩大。2.1.2 供气原则供气原则不仅涉及到国家及地方的能源与环保政策，而且和当地气源条件等具体情况有 关。因此，应该从提高热效率和节约能源、保护环境等方面综合考虑

9、。一般要根据燃气气源 供应情况、输配系统设备利用率、燃气供应企业经济效益、燃气用户利益等方面的情况，分 析并制定合理的供气原则。城镇居民及商业用户是城镇燃气供应的主要对象，在气源不够充 足的情况下，一般应考虑优先供应这两类用户用气。这类用户的特点是数量多，把燃气优先 供给这些用户不但可以提高居民生活水平、提高能源的利用效率、减少环境污染、改善大气 质量，同时也间接减轻了城市交通运输的流量，取得良好的社会效益。1. 居民用户及商业用户供气原则 应优先满足城镇居民的炊事及生活热水用气，尽量满足与城镇居民配套建设的公共建筑 用户（如学校、医院、职工食堂、托幼园所、旅馆、宾馆、饭店、科研院所、机关办公

10、楼等） 的用气。2. 工业用户供气原则 由于工业用户用气较稳定，且燃烧过程易于实现自动控制，是理想的燃气用户。在发展 民用及商业用户的同时，兼顾发展工业用气，当工业用户配用合适的多燃料燃烧器时，它们 可以作为燃气供应系统的调峰用户，错开时间用气，这样做有利于提高燃气供应系统整体的 设备利用率，降低燃气输配成本，有利于节假日高峰负荷的调度与平衡，缓解供、用气矛盾， 取得较好的经济效益。因此，在可能的情况下，城镇燃气用户中应尽量包含一定量的工业用 户。对于工业用户，应优先供给工艺上必须使用燃气，用气量又不大，自建人工燃气站又不 经济的高精尖工业和节能显著的中小型工业企业。当城镇燃气气源采用人工燃气

11、且气源不充足时，工业用户可以按两种情况处理： 用气量不很大，靠近城镇燃气管网，使用燃气后产品的产量及质量都会有很大提高的 工业企业，可考虑由城镇管网供应燃气； 用气量很大的工业用户如冶金、钢铁企业等，应考虑自建人工燃气站产气。当采用天然气为城镇燃气气源且气源充足时，应大力发展工业用户。但不宜供应远离 城镇燃气管网的工业企业用户。如果工业与民用燃气的用气量比例规划适当，将有利于平衡城镇燃气的供需矛盾，减少 供应系统储气设施。3. 燃气采暖与空调用气 我国有几十万台中小型燃煤锅炉和几十万台电制冷中央空调机，分布在各大城镇，担负采暖、供应蒸汽或空调的任务。这些锅炉热效率一般小于55%，是规模较大的城

12、镇污染源。 如果燃煤锅炉改造或更换为燃气锅炉，每年的燃气消耗量是一个潜力很大的市场。如果这些 电制冷机的一部分改用燃气驱动，不仅能够调整能源结构，而且能够对电和燃气分别起到削 峰、填谷的作用。特别是热、电、冷三联供的方式具有较高的技术经济价值。在制定城镇燃气供应规划时，如果气源为人工燃气，一般不考虑发展采暖与空调用气； 当气源为天然气且气源充足时，可发展燃气采暖与空调用户，但燃气供应系统应采取有效的 调节季节性不均匀用气的措施。4. 燃气汽车以及其他用气 当气源为天然气或液化石油气且气源充足时，应从燃气的合理利用、环境保护与经济发展等方面综合考虑发展燃气汽车、天然气发电等，他们也是用气大户。2

13、.1.3 用气量计算1. 各类用户用气指标 城市各类用户的用气指标是计算城市燃气用量、确定各类用户比例、进行用气平衡的基 本依据。各类用户用气指标数据的准确性与可靠性决定了城市燃气用量预测的准确与否。居民生活用气量指标 居民生活用气量指标是指城镇居民每人每年平均燃气用量。常用热量指标来表示，因为 各类燃气的热值不同。居民生活用气量指标通常根据居民生活用气530 年的实际运行数据 资料，运用数学方法进行统计分析，计算得到。当缺乏用气量的实际统计资料时，可以根据 对各种典型用户用气的调查和测定得出平均用气量，作为用气指标，同时参照我国部分地区 居民生活用气量指标，见表2-1。表2-1城镇居民生活年

14、用气定额MJ/（人年）城镇地区有集中采暖的用户无集中采暖的用户东北地区2303272118842303华东、中南地区20932303北京2721314025122931成都25122931上海23032512注：（1）、“采暖”系指非燃气采暖。、燃气热值按低热值计算。影响居民生活用气量指标的因素很多，主要有居民所在地区的生活水平和生活习惯，住 宅内使用燃气的设施，生活服务网（超市、快餐店、熟食店、餐饮业、浴室、洗衣房等）的 发展程度以及商业供应主副食品、半成品情况，热水供应情况，气价的高低等。有些因素会 造成用气量的自然增长即正影响；有些因素会造成用气量的减少即负影响。从目前我国居民 生活用气

15、情况分析，主要有以下五个方面： 户内燃气设备的类型 通常燃具额定功率越大，居民年用气量越多。当设置燃具额定总功率达到一定程度时，居民年用气量将不再随这一因素增长。居民有无集中热水供应也直接影响到居民年用气量的 大小。目前一般只考虑商业集中采暖，不考虑商业集中热水供应，所以居民用户用气应包括 炊事和热水（洗涤和沐浴），而用不同燃具（灶具或热水器）制取热水，其燃气耗量是有差 异的。 能源多样化 其他能源的使用对居民年用气量也有一定影响：如电饭煲、微波炉、电热水器、太阳能热水器和饮水机等设备使用比例增加时，燃气用量必然减少。 户内人口数 居民每户人口数可认为是使用同一燃具的人口数。户均人口较多时，人

16、均年用气量略偏低，反之亦然。 社区配套设施的完善程度 居民社区内公共福利设施完备时，居民通常会选择省时、省力和较经济的用餐与消费主、副食品、半成品方式。随着我国市场经济的发展，服务性设施的完善（如超市、快餐店、餐 饮业、熟食店、洗衣房、职工食堂、浴室等），家庭用热日趋社会化，户内节能效益不断提 高，这无疑将对居民年用气量指标产生负影响。 其他因素 居民所在地区的生活水平、生活习惯、作息及节假日制度、气候条件等也会对居民年用 气量产生影响；国民人均年收入的提高会激励消费；气价高低也是用气多少的调节杠杆，但 在目前情况下，燃气价格实行政府管理下的市场指导价，价格处于较低水平，对居民生活年 用气量的

17、影响似乎并不明显。商业用户用气量指标 影响商业用户（医院、学校、饭店、托儿所、幼儿园等）用气指标的因素很多，主要是 城镇燃气供应状况、燃气管网布置、商业用户的分布情况、商业用气设备的性能、热效率、 加工食品的方式、地区气候条件等，其他因素有居民使用公共服务设施的普遍程度与使用商 业设施档次等。商业设施标准有：居民每一千人中入托儿所、幼儿园的人数；居民每一千人 应设置的医院床位数、旅馆床位数等等。商业用户用气量指标应按商业用户的实际统计资料分析确定。当缺乏商业用气量的实际 统计资料时，也可根据当地的实际燃料消耗量、生活习惯、燃气价格、气候条件等具体情况， 参考我国商业用户用气量指标确定，见表2-

18、2。表2-2商业用户用气量指标类另9单位用气量指标职工食堂MJ /（人年）18842303饮食业MJ /（座年）79559211托儿所全托MJ /（人年）18842512幼儿园半托MJ /（人年）12561675医院MJ/（床位年）29314187旅馆有餐厅MJ/（床位年）33505024招待所无餐厅MJ/（床位年）6701047高级宾馆MJ/（床位年）837410467理发MJ /（人次）3.35 4.19注：1、职工食堂的用气量指标包括做副食和用热水在内。2、燃气热值按低热值计算。工业企业用气量指标 工业企业用气量指标可由单位产品的耗气量或其他燃料的实际消耗量进行折算，也可按 同行业的用气

19、量指标分析确定。建筑物采暖及空调用气量指标 根据目前建筑物类别和使用性质以及参考国家现行的采暖、空调设计规范中的推荐数据 或当地建筑物耗热量指标确定。燃气汽车用气量指标 燃气汽车用气量指标应根据当地燃气汽车的种类、车型和使用量的统计分析确定。当缺 乏用气量的实际统计资料时，可参照已有燃气汽车的城镇用气量指标确定。其他用气量 包括管网的漏损量和未预见量，一般按总用气量的35计算。2. 城镇燃气年用气量计算 城镇燃气年用气量是进行燃气供应系统设计和运行管理以及确定气源、管网和燃气调峰 设施的重要依据。年用气量应根据燃气的用户类别、各类用户的用气指标和用户数量确定 城镇燃气年用气量是按用户类型分别计

20、算后汇总的。居民生活年用气量计算 居民生活年用气量与户内燃气设备的类型、住宅内有无集中采暖及热水供应、城镇居民 气化率、居民生活习惯、作息及节假日制度、气候条件等有关。城镇居民气化率是指城镇使用燃气的人口数占城镇居民总人数的百分数。一般一个城镇 的气化率很难达到100，因为城镇中存在着新建住宅、采用其他能源形式的建筑以及不适 用于供气的旧房屋等情况。居民生活年用气量可根据居民生活用气量指标、居民总数、气化率和燃气的低热值按下 列公式计算：QaaN-k -q(2-1)式中Qal居民生活年用气量，m3/年；N 居民人数，人；K 城镇居民气化率，百分数；q 居民生活用气量指标，MJ/（人年）H l

21、燃气低热值， MJ/m3。商业用户年用气量计算 商业用户年用气量与城镇使用商业设施人口数、公共建筑商业设施类型、设施用气量指 标等因素有关。商业用户用气量的计算：一是按商业用户用气性质与用途、用气指标及服务 人数进行计算；二是按商业用户拥有的各类用气设备数量和用气设备的额定热负荷进行计(2-2)式中 QaaNl商业用户的年用气量，m3/年；居民人口数，人；0 各类用户用气人数占总人口的比例数，%q 各类商业用户的用气量指标，mj/（人年）Hl 燃气的低热值， Mj/m3。 当商业用户的用气量不能准确计算时，还可按城镇居民生活年用气量的某一比例进行估算。一般可按居民生活年用气量的1030估算。工

22、业用户年用气量计算 工业企业年用气量与其生产规模、工艺用气特点和设备使用时间等因素有关。在规划设 计阶段，一般可按以下三种方法计算工业用户的年用气量： 参照已使用燃气且生产规模相近的同类企业年耗气量估算 工业产品有耗气定额时，年用气量计算按照下式计算：Q =占工（m. xqi）（2-3）ai il式中Q 工业用户的年用气量，m3/年；aq,某一项工业产品耗气定额（MJ /件）； mi 某一项工业产品的年产量（件/年）。iHl 燃气的低热值， Mj/m3 在缺乏产品耗气定额的情况下，可根据企业实际消耗其他燃料的热量进行等量换算, 折算得出年用气量，其中要考虑设备的热效率。(2-4)1000 -

23、G - H 如yH 耳l式中 QaaGy工业用户的年用气量，m3/年; 其他燃料年用量，吨/年；H其他燃料的低发热值，MJ/kg；耳其他燃料燃烧设备的热效率，百分数；n燃气燃烧设备的热效率，百分数；Hl 燃气的低热值， MJ/m3。采暖通风空调用户年用气量计算 在制定城镇燃气供应规划时，如果气源为人工燃气，一般不考虑发展采暖与空调用气 当气源为天然气且气源充足时，可发展燃气采暖与空调用气。建筑物采暖年用气量与使用燃气采暖的建筑物面积、采暖期时间、建筑物采暖耗热指标 有关系，可由下式确定：(2-5)F - q - n1 j H -nl式中0。采暖的年用气量，m3/年；F 使用燃气采暖的建筑面积，

24、 m2；qjj n建筑物的耗热指标，MJ/（m2h）； 供暖最大负荷利用小时数，h /年;n 燃气采暖系统的热效率，百分数；Hl 燃气的低热值， MJ/m3。 由于各地冬季采暖计算温度不同，建筑物耗热指标 q 是不同的，可按国家现行的城 市热力网设计规范（CJJ34）中提供的有关推荐值来确定：供暖最大负荷利用小时数可按下式计算：(2-6)t t n = n 厶1 t t 13 式中 n 采暖最大负荷利用小时数， h；ni采暖期，h；ti采暖室内计算温度，C；12 采暖期室外平均气温，C；13 采暖室外计算温度，C；建筑物空调年用气量与使用燃气空调机组的类型、建筑物空调面积、使用空调期长短 建筑

25、物空调用气指标有关系。根据建筑物类别和使用性质以及参考采暖通风与空气调节设 计规范（GB50019）中的推荐数据，结合实际情况，确定建筑物空调用气定额。燃气汽车用户年用气量计算 在制定城镇燃气供应规划时，如果气源为人工燃气，一般不考虑发展燃气汽车；当气源 为天然气且气源充足时，可发展燃气汽车。燃气汽车年用气量与城镇燃气汽车种类、车型 数量及运营情况有关，用气量随季节等外界因素变化比较小。燃气汽车用气量指标，应根据 当地燃气汽车种类、车型和使用量的统计数据分析确定。当缺乏用气量的实际统计资料时 可按已投入使用的燃气汽车用气量情况分析确定。其他用户年用气量计算 其他用户年用气量可根据其用气设备种类

26、及耗气量等进行推算；当气源为天然气且气源 充足时，可发展燃气发电。未预见供气量计算 城镇燃气年用气量计算中应考虑未预见量。未预见量主要是指燃气管网漏损量和规划发 展过程中的未预见供气量，一般按年总用气量的5估算。规划设计中应将未来的燃气用户 尽可能地考虑进去，未建成、暂不供气的用户不能一律划归未预见供气范围。城镇燃气年用气量为各类用户年用气量总和的1.05 倍，即：(2-7)Q = 1.05YQaa式中Qa城镇燃气年用气总量，m3 /年；aQ 城镇各类用户的年用气量，m3/年。 a2.1.4 用户用气的不均匀城镇燃气供应的特点是供气基本均匀，用户的用气不均匀，是随月、日、时而变化的。 用户用气

27、不均匀性取决于很多因素，如各类用户的用气工况及其在总用气量中所占的比例、 当地的气候变化、居民生活水平及生活习惯作息制度、工业企业和政府机关的作息制度、建 筑物内用燃气设备的情况和工厂车间用燃气设备的特点等等。显然，这些因素对用气不均匀 性的影响不能用理论计算方法确定，最可靠的办法是在相当长的时间内收集并系统地整理实 际数据，才能得到用气工况的可靠数据。用气不均匀性对燃气供应系统的经济性有很大影响。 用气量较小时，气源的生产能力和长输管线的输气能力不能充分发挥和利用，从而提高了燃 气生产、输送的成本。用气不均匀情况可用季节或月不均匀性、日不均匀性、小时不均匀性描述。1.月不均匀性 影响影响居民

28、用户、商业用户月用气工况的主要因素是气候条件，冬季气温低，水温也 低，人们喜欢吃热的食品，用热水洗涤与沐浴，使冬季的燃气用量增加；夏季与之相反。影 响工业用户月用气工况的主要因素是生产工艺的改进与产量变化，如果这些不变化，一般而 言用气波动不会很大，连续生产的大工业企业可以按均匀考虑。采暖与空调用气属于季节性 负荷，只有在冬季采暖和夏季使用空调的时候才会用气，显然，这种季节性负荷对城镇燃气 的季节或月不均匀性影响最大，例如：北京地区采暖期用气负荷为夏季用气负荷的56倍， 2005年末和2006年初，极端气温下北京冬季用气是夏季的8倍。燃气汽车用气与汽车种类、 车型、数量及运营情况有关，一个城市

29、一段时间内使用的汽车种类、数量及运营情况不会有 大的变化，它们的用气量随季节等外界因素变化比较小，因此用气可以按均匀考虑。根据各类用户月用气工况的详细情况，可编制出月用气量图表，用以确定供气计划方案 和调峰手段。一年中每月的用气不均匀情况用月不均匀系数K表示。由于每个月的天数多少不同， 因而月不均匀系数不要用月用气量与全年的平均月用气量的比值来表示，而采用式(2-8)更 为精确，即：K =该月平均日用气量(2-8)1全年平均日用气量一年中，月不均匀系数值最大的月，称为计算月。并将月最大不均匀系数Km称为月高 峰系数。几个城市居民用气月不均匀系数见表2-3。表2-3几个城市居民用气月不均匀系数月

30、份哈尔滨北京上海月份哈尔滨北京上海1.101.061.12七O.930.880.91二1.031.031.32八0.940.910.91三1.020.931.12九O.971.010.91四0.970.991.03十1.021.010.92五0.951.03O.97十一1.051.070.91六0.940.940.91十二1.081.150.982.日不均匀性在一个月或一周内，影响日用气波动的因素主要是居民生活习惯、工业企业的工作和休 息制度及室外气温变化等。居民生活的炊事和热水日用气量具有很大的随机性，用气工况主 要取决于居民习惯；平时和节假日用气规律各不相同，实测资料表明，我国一些城市，从

31、周 一至周五用气量变化很小，而周六和周日用气量较多；重要节假日用气量较多。即使居民的 日常生活有严格的规律，日用气量仍然会随室外温度等因素发生变化。工业企业的工作和休 息制度比较有规律，日用气量在平时变化较小，而在轮休日和节假日波动较大，另外室外气 温的波动对日用气量也有影响。采暖用气的日用气量在采暖期内随室外温度变化有一些波 动，但相对来讲是比较稳定的。一个月(或一周)的日用气量的变化情况，用日不均匀系数K2表示，可按式(2-9)计算：K - 该月中某日用气量(29)2_该月中平均日用气量该月中日不均匀系数最大值称为该月的日高峰系数。3. 时不均匀性城市燃气管网系统的管径及设备，是按计算月小

32、时最大流量计算的，因此必须掌握可靠 的小时用气波动数据，这对于燃气管网系统的运行以及为平衡波动所采用储气容器的大小都 很重要。城镇中各类用户在一昼夜中各小时的用气量有很大变化，特别是居民和商业用户。居民 用户的小时不均匀性与居民的生活习惯、供气住宅的数量、所用燃具类型、居民的职业类别、 工作休息制度等因素有关，一般会有早、中、晚三个高峰，周六、周日一般只有午、晚两个 用气高峰。商业用户的用气与其用气目的、用气方式、用气规模等有关。工业企业用气主要 取决于工作班制、工作时间等。一般三班制工作的工业用户，用气工况基本是均匀的；其他 班制的工业用户在其工作时间内，用气也是相对稳定的。在采暖期，大型采

33、暖设备的用气工 况相对稳定，单户独立采暖的小型采暖炉，多为间歇式工作。一天中每个小时的用气量变化情况用小时不均匀系数K3表示，可按下式计算：K _ 该日某小时用气量(2T0)3_该日平均小时用气量该日中小时不均匀系数的最大值称为该日的小时高峰系数。 一般城市小时不均匀系数见表2-4，从中可见，居民住宅及商业的小时最大用气量发生 在1011时，小时高峰系数为2.71；工业企业的小时最大用气量发生在910时，小时高 峰系数为1.57。一般城市小时不均匀系数表2-4时间居民住宅及商业工业企业时间居民住宅及商业工业企业120.310.6413 14O.671.27230.400.5414 15O.55

34、1.33340.240.7115 16O.971.26450.390.7716 171.71.31561.040.6017 182.31.33671.171.17781.251.15891.241.319101.571.5710 112.710.9311 122.461.1612 130.981.2118 191.461.1719 200.821.0820 210.511.0421 220.361.1622 230.310.5723 240.240.66241O.320.472.1.5 燃气的小时计算流量城市燃气管网系统的管径及设备，是按计算月的高峰日小时最大用气量(即计算月小时 最大流量)计

35、算的，而不是按年用气量来计算。小时计算流量的确定，关系着燃气供应系统 的经济性和可靠性：小时计算流量定得过高，会增加输配系统的基建投资和金属耗量；定得 偏低，又会影响对用户的正常供气。目前，根据城镇燃气设计规范(GB50028-2006)中 规定城镇燃气管道的小时计算流量可用两种方法确定，不均匀系数法和同时工作系数法。2. 不均匀系数法 不均匀系数法适用于规划、设计阶段，估算燃气管道直径及设备容量，确定燃气管道的 小时计算流量。燃气分配管道的小时计算流量按计算月的高峰小时最大用气量确定，其计算公式为：Q =Qa- K K K(2-11)h 365 x 24 m d h式中Qa 城镇燃气年用气量

36、总和，m3/年；Qh燃气管道的小时计算流量，m3/h；Km月高峰系数，即计算月的日平均用气量和全年的日平均用气量之比；K 日高峰系数，即计算月的日最大用气量和该月的日平均用气量之比；dK 小时高峰系数，即计算月中最大用气量日的小时最大用气量和该日的小时平均h用气量之比； 城镇居民及商业用户用气的高峰系数应根据城镇实际用气的统计资料确定。当缺乏实际统计资料或给未用气的城镇编制规划、进行设计时，可结合当地的具体情况，参照相似城镇 的高峰系数值选取，参见表 2-5。几个城市居民和商业用气的高峰系数表2-5序号城市名称高峰系数KmKdKhK K Kmdh1北京1.15 1.251.05 1.112.6

37、 4 3.143.2 0 4.352上海1.2 4 1.301.10 1.172.723.7 4.143大连1.211.192.25 2.783.24 4.04鞍山1.06 1.151.03 1.072.40 3.242.61 4.05沈阳1.18 1.232.16 3.06哈尔滨1.151.102.9 0 3.183.66 4.027一般城市1.1 1.31.05 1.202.2 0 3.202.54 4.99也可按下列推荐值选取：K = 1.11.3 K = 1.05 1.2K = 2.2 3.3m d h显然，城镇燃气供应系统的各类用户数越多，用气高峰系数越小；燃气的用途越多样(炊 事和

38、热水洗涤、沐浴、采暖、燃气汽车等等)用气高峰系数越小。小时高峰系数的选取应考虑民用供气的总户数，供应的户数愈多，小时高峰系数愈应取 偏小数值。当总户数少于1500 户时，作为特殊情况，小时高峰系数可取3.34.0。总的来说，要根据各个城市各类燃气用户的用气情况，调查用户的用气规律，准确描述 其用气不均匀性，选取合理的月高峰系数、日高峰系数与时高峰系数，达到城镇燃气系统设 计效果最佳的目的。不均匀系数法的出发点是考虑居民用户的用气目的、用气人数、人均年用气量和用气规 律，而没有考虑用户燃具的设置情况。2.同时工作系数法 该种方法适用于居民小区、庭院及室内燃气管道的设计计算。 在用户的用气设备确定

39、以后，管道小时计算流量根据燃气设备的额定流量和同时工作的 概率来确定，其计算公式为：Qh = k0 工(k - N - Q )(2-12)h0n式中Qh燃气管道的小时计算流量，m3/h；k 0不同类型用户的同时工作系数；当缺乏资料时，可取1;k 燃具同时工作系数；N 同一类型燃具的数目；Q燃具的额定流量，m3/h 同时工作系数反映燃气用具集中使用的程度，它与用户的生活规律、燃气用具的种类、 数量等因素密切相关。用户数量越多，同时工作系数越小，该系数还与不同类型燃气设备的 组合使用有关。居民生活用燃具的同时工作系数可按表2-6确定，商业和工业用户的同时工作系数可以 按加热工艺的情况确定。居民生活

40、用燃具的同时工作系数k表2-6同类型燃具的数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器同类型燃具的数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器11.001.00400.390.1821.000.56500.380.17830.850.44600.370.17640.750.38700.360.17450.680.35800.350.17260.640.31900.3450.17170.600.291000.340.1780.580.272000.310.1690.560.263000.300.15100.540.254000.290.14150.480.225000.280.138200.450.2170

41、00.260.134250.430.2010000.250.13300.400.1920000.240.12注：1、表中“燃气双眼灶”是指一户居民装设一个双眼灶的同时工作系数；当每一户居民装设两个 单眼灶时，也可参照本表计算。2、表中“燃气双跟灶和快速热水器”是指一户居民装设一个双眼灶和一个快速热水器的同时工作 系数。同时工作系数法是考虑一定数量的燃具同时工作的概率和用户燃具的设置情况，来确定 燃气小时计算流量。显然，这一方法并没有考虑使用同一燃具的人数差异。相同类型燃具同时工作系数k值、不同类型用户的同时工作系数k0值的选取，从用气 事件本质上说是随机的，不可能理论导出，只有在对用气对象进行

42、实际观测得到大量数据后， 用数理统计及概率分析方法才能合理确定。2.2 燃气供需平衡与调峰城市各类用户对燃气的使用情况是随着月、日、时发生变化的，这决定了城市燃气的供 应也应随着月、日、时发生不均匀变化。但气源的燃气生产量不可能完全按用户用气量的变 化而变化，因而燃气输配系统应具有调节燃气供需平衡的手段。2.2.1 调节供需平衡的方法1. 调节供需平衡的手段要综合分析气源、用户及输配系统的具体情况，提出合理的调峰手段。一般城镇燃气供 应系统会在技术经济比较的基础上采用几种调峰手段的组合方式。目前，常用的调节方法如 下：改变气源的生产能力和设置机动气源对于人工燃气供应系统，可以考虑改变气源的生产

43、能力或者设置机动气源以适应用户用 气情况的变化，但必须考虑气源运转、停止生产的难易程度、气源生产负荷变化的可能性和 变化的幅度等，同时还应考虑技术经济的合理性。一般干馏煤气（尤其是焦炉煤气）的产量是 不能或不宜调节的，而油制气、发生炉煤气及液化石油气混空气等气源，具有设备启停方便， 负荷变化范围大，调度灵活，机动性强等特点；既可作为主气源，也可设置为机动气源，用 于部分调节月不均匀或日用气不均匀，甚至小时用气不均匀。城镇燃气供应系统在设置机动 气源时，应根据当地能源条件和需要，考虑可能取得的机动气源种类及数量。对于天然气供应系统，远离天然气产地的异地用户不是想要就可以随时生产供应的，但 距离天

44、然气产地不远的用气城镇，采用调节气井产量的方法平衡部分月不均匀用气是可以 的。利用缓冲用户进行调节 一些大型工业企业及锅炉房等可作为城镇燃气供应系统的缓冲用户：在夏季用气低谷 时，可将多余燃气供应给它们使用；而在冬季用气高峰时，这些缓冲用户可改用其他燃料如 固体燃料或液体燃料。这样可以调节季节性负荷和一部分日用气负荷。缓冲用户由于需要设 置两套燃料燃烧系统，用户投资费用会增加，而燃气输配系统方面可降低投资及运行费用。 对用户的投资费用的增加，一般可利用燃气的季节性差价予以补偿，鼓励它们错峰用气。另外，燃气供应系统调度、调配供气与用气，也是解决供用气矛盾的重要手段。在气源 比较紧张的情况下，可采

45、用调整大型工业企业用户的厂休日和作息时间，有计划的暂停供应 大型工业企业供气等方法来调节日用气不均匀。利用储气设施进行调节 一般来讲，燃气供应系统完全靠气源和用户的调度与调节是不能解决供气和用气之间的 矛盾的。所以，为保证供气的可靠性，还需要设置容积不等的储气设施。对于不同气源和不 均匀用气差异很大的情况，储气方式与设施有很大差。储存燃气的方式有储气罐储存、管道 储存、管束储存、地下储存及低温液化储存等，它们的调峰能力见表2-7。储气方式与调峰能力 表 2-7按储气压力分按储存方式分适用范围高压储气罐圆柱形罐、球形罐大容量，气、液态燃气（用于日、小时调峰）管道管束储量不大（用于日、小时调峰，不

46、能调节月高峰），陆地、船上应用长输管线末端储量不大（用于日、小时调峰，不能调节月高峰）中压储气地下储气枯竭油气田储气 地下含水层储气 岩盐地穴储气超大量储气（用于季节调峰、月调峰和一部分日调峰，但不应用来调 节小时用气不均匀）低压储气罐湿式罐、干式罐小规模，储量不大，供应低压用户（用于日、小时调峰）常压储气液化储气地面金属罐预应力混凝土储罐地下冻土储罐储存LNG和其他低温气体，后两种适于大容量储气（用于季节调峰、 月调峰、日调峰）2. 燃气储存方式地下储气 由于冬季和夏季燃气供应量的差异逐渐增大，靠小规模储存的方式来解决绝对量相当大 的季节负荷差异，显然是不实际的。建造燃气地下储气库是从根本上

47、解决城镇燃气季节不均 匀性、平抑用气峰值波动的最合理、有效的途径，地下储气库储气量大，造价及运行费用低， 社会效益和经济效益非常显著，但利用地下储气库调节日或小时不均匀性是不经济的，因为 采气强度急剧增加，会使储库的投资和运行费用增加。地下储气库一般用于储存天然气，也 可储存液态液化石油气。燃气的地下储存通常有下列几种方式：利用枯竭的油气田储气；利用含水多孔地层储气； 利用盐矿层建造储气库储气；利用岩穴储气。其中已经开采而现在枯竭了的油气藏显然是最 好、最可靠、最为经济的地下储气库库址，利用岩穴储气造价较高，其他两种在有适宜地质 构造的地方可以采用。1. 利用枯竭油气田地层穴储气 把燃气压入枯

48、竭的油田或天然气田的地层穴进行储气，是地下储气方法中最简单而且较 为安全可靠的一种，也是使用最多的一种。为了利用地层储气，必须准确地掌握地层的参数： 孔隙度、渗透率、有无水浸现象、形状构造和大小、油气岩层厚度、有关井身和井结构的准 确数据及地层和邻近地层隔绝的可靠性等。以前开采过而现在枯竭的油气层，经过长期开采 之后，其参数无疑是已知的；利用它储气一般不需要采取特殊措施，因为油气田的地质构造 必然是气密的，基本不会发生泄漏现象。2. 利用多孔含水地层储气这种储库的原理如图2-1 所示，它的地质构造的特点是：下面是多孔含水砂层，上面是 不透气的冠岩层，形成完全密封结构，燃气的压入及排出是通过从地

49、面至浸透层的井孔。由 于浸透性多孔砂层内水的流动比较容易，因此燃气压入时水被排出，燃气充满空隙，达到储 气的目的。地下水位高度随储气量而改变，必须保持一定的储气压力，才能使井孔的底端在 最高地下水位以上，不接触水面。其储气能力依据不同地质条件而有很大差别。3. 利用岩盐地穴储气 利用岩盐矿床里除去岩盐后的孔穴或打井注入温水使盐层的一部分被溶解形成的孔洞， 压入燃气进行储气。图 2-2 是利用盐矿层建造人工地下储气库时排盐设备流程。将井钻到盐 层后，把各种管道安装至井下。由工作泵将淡水通过内管 1 压到岩盐层。饱和盐水从管 1 和管 2 之间的管腔排出。当通过几个测点测出的盐水饱和度达到一定值时

50、，排除盐水的工作 即可停止。为了防止储库顶部被盐水冲溶，要加入一种遮盖液，它不溶于盐水，而浮于盐水 表面。不断地扩大遮盖液量和改变溶解套管长度，使储库的高度和直径不断扩大，直至达到 要求为止。储库建成后，在第一次注气时，要把内管再次插到储库底部，从顶部打入燃气， 将残留的盐水置换出库。目前，为保证“西气东输”管线沿线和下游长江三角洲地区用户的正常用气，我国现正着 手在长江三角洲地区内的江苏金坛盐矿建设第一座大型盐穴储气库,利用采空盐穴建造，盐 穴溶腔主体为圆柱形，顶部为35 米高的圆锥形，最大盐穴直径为80 米，理论几何体积为 32 万立方米，净储气体积25 万立方米。从2002 年开始，计划

51、用15年时间建成63 口溶腔， 其中新建溶腔57 口，改造利用盐矿老井6口，储气库的开发规模和工程进度如下：20072008年，采用6 口老腔储气，储气量达到1.41亿方，满足500万m3/天、6天的 应急供气（现在6口老腔经过修复改造完毕，已于2007年2月正式投入运营，储气量达到 1.4亿方）；20092010年，新建溶腔15口，使储气量达到7.981亿方，满足管道120亿方下的的月 调峰供气和1300万m3/天、7天的应急供气；20112020年，新建溶腔42口，使储气量达到26.381亿方，满足管道170亿方输气量 下的月调峰供气和1300万m3/d、10天的应急供气。4. 利用岩穴储

52、气 我国第一个采用世界最先进的地下岩洞储存液化石油气技术兴建的大型储库， 2001 年 在广东省汕头市建成。该储库建在两个地下岩洞中，利用地下天然的花岗岩凿洞而建，两座 容量为10万立方米，是我国最大的液化石油气项目，也是世界最大的同类项目之一。其设 计和建设水平均系世界一流，即使在8级地震条件下，也能确保储库完整。同时它远离地面， 使爆炸等不安全因素大大减少。而且由于地下储库不需建地面冷库，节省了大量制冷电力。2J1 二圏图L2-2排盐设备流程一内雷1-蒂琳卷神；3追盘液徹遴营卜一瓷竹;5盐尼；0储宣：了一遮羞液懸滾水谓盖弦建设地下储气库还有以下用途：1）在与气田相距甚远的情况下，若在供气系

53、统中建设地下储气库，可使干线输气管道 的基本投资降低30%，使输气成本降低 1520%。2）调节季节性供需不均衡，平抑天然气价格；3）储气库从调峰型向战略储备型延伸及发展。利用地下储气库进行调峰比建设地面球罐等方式进行调峰具有以下优点：一是储存量 大，机动性强，调峰范围广；二是经济合理，虽然一次性投资大，但经久耐用，使用年限长； 第三是安全系数大，其安全性要远远高于地面设施。自从世界首座地下储气库于 1915 年在加拿大安大略省的韦林特县建成以来，到 2007 年为止,全世界有地下储气库634 座左右，其中绝大部分是枯竭气田，储气能力达到5733 亿 立方米，相当于全世界年耗气量的20%，相当

54、于民用和商业用气的44%，进入 21 世纪后， 地下储气库的数量仍呈上升趋势。而我国第一座地下储气库尝试性建设是在20世纪 70 年代 在大庆油田利用枯竭气藏建设的，而真正开始研究地下储气库是在20 世纪90 代后，随着陕 甘宁大气田的发现和陕京天然气管线的建设，才开始在距北京约200 公里外天津大港油田建 成 2000 多米深的大张坨地下储气库，以确保北京、天津两大城市的安全供气。到2003 年， 在大港油田又建两座（板 876 地下储气库和板中北储气库），库容达到 46亿立方米，有效工 作气量11.47亿立方米，日最大供气量1600 万立方米，2003年的调峰气量7.6亿立方米， 占陕京输

55、气管道年销售量的28。建设地下储气库对地质构造、气藏储层物性要求很高。大港地下储气库全部为凝析油枯 竭气藏，位于地下2200米至2300 米，四周边缘都是水，底层封闭性好，注入天然气不会流 失。天然气消费方面，居民用气特别是取暖用气所占的比例很大，这就造成了夏季需求量小， 而冬季需求量大的矛盾。2004 年北京冬季高峰用气量将达2400 万方/天，而夏季低峰用气量 只有 300万方/天，陕京输气管线满负荷输气能力为1000 万方/天，高峰缺口达1400 万方/ 天。大张坨地下储气库、板8 7 6地下储气库、板中北高点地下储气库日调峰能力为1600 万立方米，加上陕京输气管道1000万方/天，最

56、大日调峰能力达到2600万立方米，能够满 足北京冬季高峰用气量的需求。到2006年，又相继建成板中南储气库、板808储气库、板828储气库等6座，最大年 工作气量达到30.3 亿立方米，即使北京用气量再增加一倍，大港储气库调峰能力依然够用液化储存 以液态方式储存的主要有天然气和液化石油气。天然气和液化石油气在常温、常压下均 为气态，加压或降温可使其液化，体积缩小。天然气液化储存常采用低温常压的储存方法， 将天然气冷冻至其沸点温度（-162C ）以下，天然气由气态变为液态，体积缩小600倍。液态储存目的：节约管道输运费用。天然气作为优质燃料的用途日益增加，但天然气 资源的分布在地域上并不均衡，生

57、产地和消费地相距较远，采用液化储存可以大大提高天然 气的储存量，液化后运输较管道输送更经济。 （2）多用于季节调峰：由于液化天然气的储存 量可以很大，在没有条件建设地下储库进行季节调峰的地区，经过技术经济比较后也可设置 LNG储存站。液化天然气是冬季高峰负荷调节的有效方法，美国和加拿大有100多个生产 和储存液化天然气的装置，我国也在经济发达但能源短缺的珠江三角洲发展天然气液化项 目。（3）在有天然气规划的城镇，液化天然气还可作为天然气管道暂时未达到之前的用气气 源。建设天然气液化储存设施需要配套深度冷冻系统，费用较高，一般是建造地下储气库的 410 倍，而且其日常的运行管理及维修费用也比较高

58、。因此要充分考虑当地经济、生活水 平、能源、环境等状况，进行论证。天然气液化储存方式有地上金属储罐、预应力钢筋混凝土储罐、冻土地穴储存等。地上金属储罐图 2-3 为地上金属储罐示意图。其内壁用耐低温的不锈钢（9镍钢或铝合金钢）制成， 外壁由一般碳钢制成，以保护填在内外壁之间的绝热材料。底部的绝热材料必须有足够的强 度和稳定性，以承受内壁和液化天然气的自重，一般用绝热混凝土。内外壁之间的绝热材料 采用珍珠岩、玻璃棉等，或充装惰性气体，例如干氮气等。图2-3为地上金属储罐示意图I一顶恋结掏；d -jttVd L 4不烘诃询唯； n 娶转，6-韭哨嫌；？一匿州幄腹：笊藝起蛀十杲预应力钢筋混凝土储罐地

59、下罐外壳主要材料用钢筋混凝土，具有如下优点： 抗变形能力强，热膨胀系数小。 耐低温性能好，即使薄膜受损，低温储液与预应力混凝土壁接触也不会损坏外壁; 耐久性好，不受地下水腐蚀，不变脆； 它有很好的液密性，并且具有较好的抗震性能； 适宜大型液化天然气储存。图2-4钢筋混凝土外壁的地下储罐1 一企脾禰说：一-隔慈材料；弓一曲舟防水层；4程融土找平：5底部垫鯨；6钢祸;昆雜止冻土地穴储存 地下冻土储罐建造方法是先插入一定数量的冻土管，冻结土壤，然后挖去内部的沙土， 深度达到不渗透的地层，形成地穴坑，并在坑的四周和坑底制造一定厚度的冻土层，作为储 罐壁和绝热层，有时罐内侧还有一层混凝土壁。顶部用金属加

60、工制造，并附绝缘层。主要特 点是占地少，产生火灾可能性小。适用于储量2000 吨以上的大型罐，更经济。但对地下土 壤结构有要求，底部要求是不容易渗透的岩石或粘土层。根据资料介绍，建造三种罐的费用以地穴最便宜，地上金属罐最贵；但是包括运行费用 在内的三种储存方式的生产成本几乎是相同的。3. 管道储气高压管束储气是将一组或几组直径为0.10.15m、长度几十米或几百米的钢管按一定的 间距排列，埋在地下或架在地上，对管内燃气加压，利用气体的可压缩性进行储气。管束储 气的最大特点是由于管径小，其储气压力可以比圆筒形和球型高压储罐的储气压力更高。长输管线末端是指远距离输气管线最后一级压气站的出口到管线末

61、端门站为止的管段。 自压气机站输至末端的气量是稳定的，而自门站供给城市的气量是不均匀的。当门站所供应 的气量小于压气机站输入的气量，管内的储气量开始增加，管道的平均压力相应增高；当门 站所供应的气量大于压气机站输入的气量，管内的储气量开始减少，管道的平均压力相应降 低。因而末段的流量、压力降、储气量及平均压力都处在周期性变化的不稳定状态。利用管 线末端的压力变化储存燃气，是调节供气系统供需平衡的一种实用方法。城市高压外环管道储气就是利用敷设在城市边缘的高压燃气管线进行储气的方式。它充 分利用长输管线末端较高的燃气压力和城市中压管网的压力差进行储气与调峰。一般应用于 城市规模及人口密度较大的特大城市。利用管束（或长输管线末端、高压外环管线）储气是平衡城镇燃气小时不均匀用气的有 效方法。4. 储气罐储气 为保障城镇燃气供应