城市天然气技术及其发展.docx
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城市天然气技术及其发展
学号20131802050410
密级____公开___
兰州城市学院本科毕业论文
城市天然气利用技术及其发展
学院名称：
培黎石油工程学院
专业名称：
油气储运工程
学生姓名：
郭坤
指导教师：
董丽梅
二○一五年四月
BACHELOR'SDEGREETHESIS
OFLANZHOUCITYUNIVERSITY
Thetechnologyanddevelopmentof citynaturalgas
College：
LANZHOUCITYUNIVERSITY
Subject：
OilandgasstorageandTransportationEngineering
Name：
GuoKun
Directedby：
DongLimei
April2015
郑重声明
本人呈交的学位论文，是在董丽梅导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：
日期：
摘要
科学技术的国际接轨不同简单的引进国外先进设备，而是应在市场经济条件下，结合本国情况，通过消化吸收和采用先进的科学技术，使整个燃气系统取得与先进国家相类似的经济效益，因此，科学接轨应该是一个广义的概念，它包括决策、经济、设备和管理等各个方面。
各国城市燃气发展的模式不同，欧、美和日本就有很大的差异，因此，科技接轨必须博采众长，但提高效益的目标是一致的。
科技接轨是否成功，最终应以取得的效益来评价。
科技接轨的当前任务，首先应反映在规范、规程和标准的国际接轨上。
随着城市燃气的发展，用气户的增加，安全问题也日益突出，事故屡有发生。
安全问题有主动的安全措施和被动的安全措施两类。
主动的立足于预防，被动的立足于事故发生后，应将损失控制在最小范围之内。
两者均应考虑到，但重点应放在主动的措施方面。
关键词：
燃气；发展；现状
ABSTRACT
InternationalRailpullingofscienceandtechnologyofthesimpleintroductionofforeignadvancedequipment,butshouldbeundertheconditionofmarketeconomy,combinedwiththeirownsituation,throughdigestionandabsorptionofadvancedtechnology,makethewholegassystemsimilartotheadvancedcountrieseconomicbenefit,therefore,scientificstandardsshouldbeabroadconcept,whichincludeseachdecision,economy,equipmentandmanagementetc..Citygasdevelopmentpatternofdifferentcountries,Europe,AmericaandJapanhaveverybigdifference,therefore,technologystandardsmustlearnwidelyfromothers'strongpoints,buttoimprovetheefficiencyofthegoalisthesame.Thesuccessoftechnologystandards,andultimatelyshouldbenefitevaluation.Thecurrenttaskofscienceandtechnologystandards,firstofallshouldreflecttheinternationalstandardsinthespecifications,codesandstandards.
Withthedevelopmentofcitygas,withtheincreaseofgasusers,securityissuesarealsoincreasinglyprominent,accidentshappenrepeatedly.Securityproblemsofactivesafetymeasuresandpassivesafetymeasurestoo.Theinitiativeisbasedonprevention,passivebasedonaftertheaccident,thelossofcontrolataminimumrange.Bothofthemshouldbetakenintoaccount,buttheemphasisshouldbeputontheactivemeasures.
Keyword：
gas；development；status
第1章天然气概论
1.1天然气概论
天然气是原始有机物经过数亿年的地质物理化学过程，在高压、缺氧状况下生成的埋藏在地下的一种气态碳氢化合物。
天然气按生成条件可分为纯气田天然气、凝析气田天然气、石油伴生气及其他气。
纯气田天然气在地下气藏中是均一的气相。
在开采过程中随着气藏压力的下降，在气藏中不会形成液相凝析油。
但在地面油气分离条件的压力、温度下，有可能分离出极少的凝析油。
纯气田天然气中轻组分（甲烷等）含量较高。
凝析气田天然气在地下气藏中是均一的气相。
但在开采过程中随着气藏压力的下降，当压力下降到低于该气相组分系统所处温度的露点压力以下时，会产生反凝析现象，气相中的部分重组分会在气藏中形成液相凝析油和凝析水[1]。
在地面油气分离条件的压力、温度下，有可能分离出较多的凝析油。
石油伴生气是伴随原油共同开采出的气相部分，天然气在地下油藏中或溶解于原油中，或在油藏内形成气顶。
其他气还包括来自煤田的煤成气；来自地幔挥发物的深源气；来自深海海底的水合物气等。
天然气是重要的能源和化工原料。
除作为清洁、优质的燃料外，还广泛用于合成纤维、合成橡胶、合成塑料、化肥、氯碱产品、农药、炸药、人造革、糖精等工业、农业、军事领域。
1.2.天然气发展的历史
我国天然气的开发和利用，远在战国时代就开始了。
世界上最早的天然气井是四川临邛火井（今四川省邛崃市火井镇）。
公元147年至189年间，四川自贡已开始利用天然气熬盐。
汉代已能初步利用天然气的储存和运输。
明代，顿钻技术已发展到比较完善的程度。
明清时期，开始了自流井气田的开发。
而西方在1820年左右才开始开发和利用天然气。
我国的天然气储量还是比较丰富。
目前主要的气田有四川盆地气田、柴达木盆地气田、新疆塔里木盆地气田、陕西长庆气田及东海平湖气田、南海气田等。
1.3城市天然气的质量要求
1.3.1城市燃气的分类
国家标准《城市燃气分类》GB/T13611-92，城市燃气的分类如下表所示：
表1-1城市燃气的分类（干，0℃，101.3kPa）
类别
华北数W，MJ/m3（kcal/m3）
燃烧势CP
标准
范围
标准
范围
人工
燃气
5R
22.7（5430）
21.1（5050）～24.3（5810）
94
55～96
6R
27.1（6470）
25.2（6017）～29.0（6923）
108
63～110
7R
32.7（7800）
30.4（7254）～34.9（8346）
121
72～128
天然气
4T
18.0（4300）
16.7（3999）～19.3（4601）
25
22～57
6T
26.4（6300）
24.5（5859）～28.2（6741）
29
25～65
10T
43.8（10451）
41.2（9832）～47.3（11291）
33
31～34
12T
53.5（12768）
48.1（11495）～57.8（13769）
40
38～88
13T
56.5（13500）
54.4（12960）~58.8（14040）
41
40~94
液化
石油气
19Y
81.2（19387）
76.9（18379）~92.7（22152）
48
42~49
22Y
92.7（22152）
76.9（18379）~92.7（22152）
42
42~49
20Y
84.2（20113）
76.9（18379）~92.7（22152）
46
42~49
注：
6T为液化石油气混空气，燃烧特性接近天然气。
1、天然气标准
根据国家标准《天然气》GB17820-1999，天然气按硫和二氧化碳含量分为一类、二类和三类。
如下表所示：
表1-2天然气的技术指标
项目
一类
二类
三类
高位发热量，MJ/m3
>31.4
总硫（以硫计），mg/m3
≤100
≤200
≤460
硫化氢，mg/m3
≤6
≤20
≤460
二氧化碳，%（V/V）
≤3.0
——
水露点，℃
在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃
注：
1、本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃。
2、本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。
无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水。
作为民用燃料的天然气，总硫和硫化氢含量应符合一类气或二类气的技术指标[2]。
1.3.2城市天然气的质量要求
1、天然气（应按基准气分类）的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求；
2、天然气气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准《城市燃气公类》GB/T13611的规定采用，并应适当留有余地。
3、天然气发热量、总硫的硫化氢含量、水露点指标行合现行国家标准《天然气》GB17820和一类气或二类气的规定；
4、在天然气交接点的压力温度条件下：
天然气烃露点应比最低环境温度低5OC；天然气中不应有固态、液态或胶状物质。
第2章城市天然气项目建设与管理
2.1城市天然气项目建设的基本程序
天然气项目是城市基础设施建设的重要组成部分，其项目的建设基本程序同其他基础设施项目建设程序基本相同。
常规的基本程序如下图：
图2-1
城市天然气总体规划
评审、纳入城市总体规划
项目建议书
批准立项
可行性研究报告
环境影响评价评审、落实建设资金
定点、定线水电设计单位招投标
初步设计
评审、完成征地、主要设备定货
施工图设计
施工报建、消防报建
施工安装
工程监理
试运行、验收
消防验收主体工程验收
技监验收其他相关验收
正式运行
2.2天然气市场
2.2.1天然气市场的组成
天然气市场是由天然气的长输、储存、输配、销售为主线，以其他相交行业为辅的混合型市场。
天然气市场的主体是以天然气的长输、储存、输配、销售的企业，客体是以天然气作为一种能源产品，围绕天然气的供应与应用相关的其他行业的产品。
天然气市场从表面看是单一市场，但实际上是涉及广泛、影响面较大的综合市场。
2.2.2天然气市场的变化
1、投资渠道的变化：
天然气设施的建设由原政府单一投资，历经了“人民城市人民建”的集资建设、入股合资建设、招商引资、中外合资、外企独资等阶段，目前已初步形成投资多元化模式。
这对促进天然气市场的开放和发展起了非常重要的作用。
2、经营模式的变化：
作为城市重要的基础设施，90年代以前天然气的经营模式基本上是政府包办、国营企业独家经营。
随着社会主义市场经济的发展，天然气市场逐渐开放。
供应渠道与经营模式打破了国有企业独家经营局面，逐步向股份制和私有化过渡。
在运用市场经营模式中民营企业走在了前面，推动了燃气市场化进程。
进入21世纪后，随着中华煤气、北江燃气、中国燃气、中油中泰、通达能源、石油大明、新奥集团等实力雄厚的境内外上市公司涉及天然气领域，中国的城市天然气市场开始了一个崭新的时期。
3、管理体制的变化：
在20来年改革开放的大环境下，各地燃气企业的管理体制都在发生着变化，只是改革的深度和广度不同。
从计划经济转型到市场经济过程中，由于种种原因国企改革的速度较慢，国有企业在经过1979年至1983年“放权让利”，1983年至1987年“利改税，拨改贷”，1987年至1992年“承包制”三个阶段的改革，自1992年开始按照规范的公司制进入建立现代企业制度阶段，正在稳步走向市场化。
至今仍在不断完善，以适应市场经济环境达到企业生存和发展的需要。
而民营燃气企业在宽松的市场经济环境下，以清晰的产权结构，自主的经营行为，以及对利润的追求而迅速地发展起来，推动了我国燃气市场的日渐成熟。
同时带动了燃气应用方面制造业的发展，如各种调压设备、专用管材、民用灶器具等[3]。
2.3城市天然气的管理
为加强城市燃气管理，维护燃气供应企业和用户的合法权益，规范燃气市场，保障社会公共安全，提高环境质量，促进燃气事业的发展，国家制定了《城市燃气管理办法》。
该办法适用于城市燃气的规划、建设、经营、器具的生产、销售和燃气的使用及安全管理。
2.3.1城市燃气管理办法
1、城市燃气的发展应当实行统一规划、配套建设、因地制宜、合理利用能源、建设和管理并重的原则。
2、国务院建设行政主管部门负责全国城市燃气管理工作。
县级以上地方人民政府城市建设行政主管部门负责本行政区域内的城市燃气管理工作。
县级以上人民政府应当组织规划、城建等部门根据城市总体规划编制本地区燃气发展规划。
城市燃气新建、改建、扩建项目以及经营网点的布局要符合城市燃气发展规划，并经城市建设行政主管部门批准后，方可实施。
3、国家鼓励和支持城市燃气科学技术研究，推广先进技术，提高城市燃气的科学技术水平。
4、城市燃气建设资金可以按照国家有关规定，采取政府投资、集资、国内外贷款、发行债券等多种渠道筹集。
5、燃气工程的设计、施工，应当由持有相应资质证书的设计、施工单位承担，并应当符合国家有关技术标准和规范。
禁止无证或者超越资质证书规定的经营范围承担燃气工程设计、施工任务。
民用建筑的燃气设施，应当与主体工程同时设计、同时施工、同时验收。
6、燃气工程施工实行工程质量监督制度。
燃气工程竣工后，应当由城市建设行政主管部门组织有关部门验收；未经验收或者验收不合格的，不得投入使用。
7、在燃气设施的地面和地下规定的安全保护范围内，禁止修建建筑物、构筑物，禁止堆放物品和挖坑取土等危害供气设施安全的活动。
确需改动燃气设施的，建设单位应当报经县级以上地方人民政府城市规划行政主管部门和城市建设行政主管部门批准。
改动燃气设施所发生的费用由建设单位负担。
任何单位和个人无正当理由不得阻挠经批准的燃气工程项目的施工安装。
8、用管道供应城市燃气的，实行区域性统一经营。
瓶装燃气可以多家经营。
燃气供应企业，必须经资质审查合格并经工商行政管理机关登记注册，方可从事经营活动。
资质审查办法按《城市燃气和供热企业资质管理规定》执行。
9、燃气供应企业应当遵守下列规定：
（1）、燃气的气质和压力应当符合国家规定的标准。
保证安全稳定供气，不得无故停止供气；
（2）、禁止向无《城市燃气企业资质证书》的单位提供经营性气源；
（3）、不得强制用户到指定的地点购买指定的燃气器具；
10、燃气供应企业和燃气用具安装、维修单位的职工应当实行持证上岗制度。
具体办法由国务院建设行政主管部门会同有关部门制定。
11、燃气供应企业及分销站点需要变更、停业、歇业、分立或者合并的，必须提前三十日向城市建设行政主管部门提出申请，经批准后，方可实施。
12、燃气价格的确定和调整，由城市建设行政主管部门提出，物价部门审核，经批准后组织实施。
13、燃气器具的生产实行产品生产许可或者安全质量认证制度。
燃气器具必须取得国家燃气器具产品生产许可证或者安全质量认证后，方可生产。
燃气器具必须经销售地城市建设行政主管部门指定的检测机构的气源适配性检测，符合销售地燃气使用要求，颁发准销证后方可销售。
取得准销证的产品由城市建设行政主管部门列入当地《燃气器具销售目录》，并向用户公布。
燃气器具安装、维修单位，必须经城市建设行政主管部门资质审核合格，方可从事燃气器具的安装、维修业务。
燃气器具生产、经营企业在销售地必须有产品售后维修保证措施。
14、燃气供应企业应当建立燃气用户档案，与用户签订供气用气合同，明确双方的权利和义务。
燃气用户未经燃气供应企业批准，不得擅自接通管道使用燃气或者改变燃气使用性质、变更地址和名称。
15、燃气计量应当采用符合国家计量标准的燃气计量装置，按照规定定期进行校验。
16、禁止自行拆卸、安装、改装燃气计量器具和燃气设施等。
以管道燃气为燃料的热水器、空调等设备，必须报经燃气供应企业同意，由持有相应资质证书的单位安装。
17、燃气用户应当按时交纳气费。
逾期不交的，燃气供应企业可以从逾期之日起向不缴纳气费的用户收取应交燃气费的3‰—1%的滞纳金；情节严重的，可以中止对其供气。
燃气用户有权就燃气经营的收费和服务向燃气供应企业查询，对不符合收费和服务标准的，可以向其行政主管部门投诉[4]。
2.4国家有关部门对城市天然气建设与管理规范
国家有关部门对天然气建设管理制定了一系列的规范、规定、制度、政策。
但是由于各地具体情况差异较大,特别是近几年天然气行业新技术、新产品、新工艺、新材料不断涌现。
各种规范规定也需不断修改完善，以便更好地指导天然气的建设。
总结目前国内各城市天然气建设及运行管理的经验教训
1、各地应根据国家现行的法律、法规、结合本地实际，制定出《燃气管理条例》，作为指导天然气建设的地方性的法规文件。
在天然气建设管理过程中，如遇规范无法解决或因特殊情况无法执行规范的情况时，城建、消防部门可采用专家论证会的形式，经过科学论证，制定出符合当地条件的地方性技术规范和规定。
2、在天然气项目建设过程中，抓好“五关”：
（1）、规划选址关：
城市天然气规划必须服从城市总体规划和城市消防规划的要求。
天然气场站的规划选址应侧重考虑消防安全。
（2）、工程设计关：
天然气项目视其工程内容选择具有相应资质、经验丰富的专业设计单位承担工程设计任务。
初步设计和施工图设计必须严格实行国家现行的各项规范和技术制度。
（3）、施工质量关：
天然气项目视其工程内容选择具有相应资质、经验丰富的专业施工安装单位承担工程的施工安装任务。
严格执行工程监理制。
工程必须经验收。
（4）、设备采购关：
天然气项目所需设备、材料应多家比较，优先选择性能稳定、安全性高的产品。
大型、重要设备必须经过招投标采购。
城建、消防、技监、环保等部门应联合对常用的设备、材料、燃具等实施产品准入目录制。
（5）、技术档案关：
天然气工程竣工后，城建、消防部门应对工程所有技术文件建档，技监、环保部门应对关键设备、压力容器、燃气锅炉等建档。
以便定期检查和当出现事故时能组织快速有效地抢救。
3、强化运行管理。
燃气经营企业必须建立法人负责的安全责任制，设立专门的安全管理机构，与消防、技监部门高度配合，定期进行安全检查。
对每个操作岗位都要制定出岗位操作规程和岗位安全规程。
操作人员必须经岗位专业培训和考试，合格后持证上岗。
对设备勤维护、勤检修，杜绝设备带病工作和超负荷运行[5]。
第3章城市燃气输配系统的技术与发展
3.1城市燃气输配系统构成
城市天然气供应系统视气源情况、城市现状及规划、用户特点及分布、用气量大小等不同而有所差异。
一般情况下，城市天然气供应系统构成如下图所示：
图3-1
气田
长输管线
城市门站储配站
高压管线
中压管线高中压调压站中压管线
城市中压管网
中压管线
城市中压支管
楼栋调压箱专业调压站
用户用户
3.2输配系统的技术参数
输配系统技术参数的确定，对于城市燃气的规划、设计、施工及运行管理等各个环节都是最重要的因素。
尽管有关国家标准、规范及手册对此作了比较明确的结论，但由于各地气源独特，生活习惯、经济水平、使用范围相差较大。
在执行国家有关规定过程中，技术参数的选用往往不尽合理。
根据我院在实践中积累的经验，推荐部分主要输配系统参数[6]。
3.2.1居民耗气定额（以天然气计算）
图3-2
居民用气耗热组成与发展预测图
表3-1居民耗气定额表
城市类型
单位
耗气定额
特大城市（供气量100万立方米/日以上）
立方米/人.日
0.28～0.30
大城市（供气量20万立方米/日以上）
立方米/人.日
0.26～0.28
中小城市（供气量20万立方米/日以上）
立方米/人.日
0.24～0.26
小城镇（供气量10万立方米/日以下）
立方米/人.日
0.22～0.24
3.2.2压力级制
城市天然气管线按输送压力分为7级，如下表：
表3-2压力级制表
名称
压力（兆帕）
高压燃气管道
A
2.5＜P≤4.0
B
1.6＜P≤2.5
次高压燃气管道
A
0.8＜P≤1.6
B
0.4＜P≤0.8
中压燃气管道
A
0.2＜P≤1.6
B
0.01＜P≤0.2
低压燃气管道
P≤0.01
特大城市：
高压（B）—次高压（A）---中压（A）三级；
大型城市：
次高压（A）---中压（A）两级；
中等城市：
次高压（B）---中压（A）或中压（B）两级；
小城镇：
中压（A）或中压（B）一级；
3.2.3不均匀系数
1、居民及公建月不均匀系数K1=1.2～1.5
图3-3
图3-4居民及商业月用气曲线图
居民及公建日不均匀系数K2=1.1～1.15
居民及商业日用气曲线图
2、居民及公建时不均匀系数K3=2.5～3.0
图3-5
居民公建小时负荷曲线图
3、工业月不均匀系数Kg=1.1～1.2
3.2.4储气系数及储气量的确定
1、传统储气计算
传统的日时调峰计算是根据多年最大日24小时流量的统计参数和曲线，计算出储气量，再反过来根据储气量确定储气方式和储气规模。
这是一种静态的计算方式。
在没有统计资料时，可参考：
工业用气比例占50%以上的城市：
20～25%
工业用气比例占30%以下的城市：
25～30%
工业用气比例占10%以下的城市：
30～35%
无工业用气的城市：
35～40%
2、动态储气计算
利用英国ESI公司PIPELINESTUDIOFORGAS计算软件，按Colebrook公式计算。
在进行管道瞬态仿真计算时，把高压管道微分为1千米单元，在48小时内共仿真计算1000次。
通过任何工况下，保证管道任何点的压力大于最低允许压力，计算出高压管道管径。
从而保证日时调峰的实现。
这是完全动态的计算办法[7]。
3.3城市燃气输配系统的技术及发展
3.3.1门站
门站是城市天然气工程的
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