第2章燃气用气量供需平衡与调峰.docx

1、第2章 燃气用气量供需平衡与调峰第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

2、户类型、数量和用气量指标。各类用户的用气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

3、气。目前我国燃气还主要用于居民生活、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

4、。3.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，只将其中的燃

5、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，是今后燃气空调的发展方向。采暖与空调用

6、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情况有关，用气量随季节等外界因素变化比较

7、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

8、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。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

9、、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，

10、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

11、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

12、，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。2.1.3 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

13、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北京272131

14、4025122931成都25122931上海23032512注：、“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

15、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

16、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

17、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2-2。表2-2 商业用户用气量指标类 别单 位用气量指标职工食堂MJ/(人年)18842303饮食业MJ/(座年)79559211托儿所幼儿园全托MJ/(人年)18842512半托MJ/(人年)12561675医院

18、MJ/(床位年)29314187旅馆招待所有餐厅MJ/(床位年)33505024无餐厅MJ/(床位年)6701047高级宾馆MJ/(床位年)837410467理 发MJ/(人次)3.354.19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

19、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

20、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： (2-1)式中居民生活年用气量，m3年；居民人数，人；城镇居民气化率，百分数；居民生活用气量指标，MJ/（人年）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算。 (2-2

21、)式中商业用户的年用气量，m3年；居民人口数，人；各类用户用气人数占总人口的比例数，%各类商业用户的用气量指标，MJ/(人年)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： （2-3）式中工业用户的年用气量，m3年；某一项工业产品耗气定额(MJ件)；某一

22、项工业产品的年产量(件年)。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)式中工业用户的年用气量，m3年；其他燃料年用量，吨年；其他燃料的低发热值，MJ/kg；其他燃料燃烧设备的热效率，百分数；燃气燃烧设备的热效率，百分数；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

23、由下式确定： (2-5)式中采暖的年用气量，m3年；使用燃气采暖的建筑面积，m2；建筑物的耗热指标，MJ/(m2h)；供暖最大负荷利用小时数，h年；燃气采暖系统的热效率，百分数；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)式中采暖最大负荷利用小时数，h；采暖期，h；采暖室内计算温度，；采暖期室外平均气温，；采暖室外计算温度，；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、建筑物空调用气指标有关系。根据建筑物类别

24、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及耗气量等进行推算；当气源为天然气且气源充足时

25、，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)式中城镇燃气年用气总量，m3年；城镇各类用户的年用气量，m3年。2.1.4 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

26、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

27、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

28、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： （2-8）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份哈尔滨北 京上 海月 份哈尔滨北 京上 海一1.101.061.12七O.930.880.91二1.031.031.32八0.940.910.91三1.020.931.12九O.

29、971.0l0.91四0.970.991.03十1.021.0l0.92五0.951.03O.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

30、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，用日不均匀系数表示，可按式(2-9)计算： （2-9）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