小区燃气管道供应的技术经济分析


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小区燃气管道供应的技术经济分析

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小区燃气管道供应的技术经济分析

作者：张一萍文章来源：北京液化石油气公司设计所点击数：更新时间：2007-9-17 20:52:40

1．引言
1.1我国城市燃气的发展趋势
　　自建国以来至今，我国城市燃气事业有了很大的发展。从五、六十年代的小焦炉和冶金工业的焦炉余气到七十年代的炼油厂干气、重油裂解气、化肥厂排放气，再到八十年代的人工煤气（发生炉煤气、水煤气、焦碳制气等）以及八十年代末、九十年代的液化石油气和天然气，经历了由小到大、由劣到优的发展历程。
　　目前，我国城市燃气主要由人工煤气、液化石油气和天然气构成。人工煤气由于投资大、气质差、热值低和环境污染问题，已被国家列入限制发展的产业；液化石油气属于清洁、高热值的优质燃料，但近几年随着国际原油市场价格的攀升，气价持续上扬，而且即将全部取消政府补贴，步入市场，因此气价偏高，一定程度上限制了发展；天然气储量丰富，开采成本低，易于控制，属于清洁、优质燃料，具有良好的经济和环境效益，因此，城市燃气的发展趋势将以天然气为主、液化石油气长期并存。
1.2发展小区管道燃气供应的必要性
　　我国大中城市的天然气供应一般是经长输管线进入城市管网，再经调压后供居民及工业用户使用。而一些小城镇和大城市的郊区由于远离天然气供气管网，入网投资大、周期长，暂时还不具备接通天然气的条件。为了使这些地区及早提高气化率，使居民生活更便捷，发展一些投资少、见效快、易于与天然气置换的管道燃气供应方式就非常必要了。本文即针对上述情况对几种常见的小区管道燃气供应作技术及经济上的分析，为燃气用户在供应方式的选择上提供一定依据。
2．常见的小区管道燃气供应方式
2.1液化石油气（以下简称LPG）集中供应
　　所谓LPG集中供应，是指将液态LPG集中蒸发为气态，由管道输送入户的供应方式。它一改钢瓶供应的分户散装储存，户内储存量只为15kg钢瓶的1/1000甚至更少，大大提高了安全性和供气的稳定性，减少了残液量，减轻了用户搬运钢瓶的劳动强度，使LPG用户享受到与天然气用户同等的便捷。
　　按LPG储存和蒸发的方式不同，LPG集中供应又分为三类，即瓶组自然气化、瓶组强制气化和储罐强制气化，其工艺流程见下图：
　　a.瓶组自然气化
　　　　50kg钢瓶组→调压器→供气管网
　　b．瓶组强制气化
　　　　50kg钢瓶组→蒸发器→调压器→气液分离器→供气管网
　　c．储罐强制气化
　　　　槽车→储罐→蒸发器→调压器→气液分离→器供气管网
　　由图可见，瓶组自然气化最为简单，投资很小，占地面积小，但受自然气化能力的影响，规模受到限制。寒冷地区宜加伴热装置，否则不但气化能力差，使用国产气（重组分较多）的用户残液量也会增大。
　　瓶组强制气化同样具有占地面积小的优点，且由于采用蒸发器强制气化，使得供气能力大大提高。限制其供应规模的因素主要是钢瓶的运输能力与装卸强度。
　　储罐强制气化虽然只是在储存方式上由瓶组改为卧罐，但站内设施却复杂了许多，除了增加液化气动力设备（供液泵、卸车泵等）外，浓度报警、自动控制、消防水、防雷防静电、土建等工程量都大大增加，投资亦随之加大，但运行可靠性强，工人劳动强度小，供应规模大。
　　值得一提的是，LPG集中供应的主要问题在于输配时的再液化上。以最常见的（30％C₃+70％C₄）液化气为例，低压输送（400mmH₂O）时，其露点为-7℃；中压输送（0.7kg/cm²）时，其露点为-1℃。也就是说，管道外壁温度-2℃＜T＜4℃时，适合低压输送；T＞4℃时，才可能采用中压输送。这在一定程度上限制了LPG集中供应的地区和供应半径。
　　综合考虑各种因素的影响和实际应用中的经验，总结出几种供应方式的适用范围及其他情况，详见下表：
表1

供应方式	适用范围（Kg/h）	占地面积（m²）	投资（万元）
瓶组自然气化	<50	<200	<20
瓶组强制气化	50-500	<400	30-60
储罐强制气化	500-20000	1000-3000	90-200

2.2液化石油气混空气（以下简称MIX）供应
　　MIX供应是在LPG集中供应的基础上，按一定比例与空气掺混（一般为1：1），形成与天然气性质相近的混合气。与纯LPG相比，它具备两个明显的优势，一是可与天然气直接置换而不需改变任何用气设备；二是解决了输配过程中的再液化问题，露点可达到-30℃～-40℃，基本取消了地域限制，淡化了供应半径的概念。
　　按储存方式的不同，也分为瓶组式MIX供应和储罐式MIX供应（根据混气设备的不同，还可分为引射式和比例式两种）。其工艺流程如下：
　　a.瓶组式MIX供应
　　　　50kg钢瓶组→蒸发器→引射式混气机→供气管网
　　b．储罐引射式MIX供应
　　　　槽车→储罐→蒸发器→引射式混气机→供气管网
　　c.储罐比例式MIX供应
　　　　槽车→储罐→蒸发器→比例式混气机→供气管网
　　　　空压机→干燥器→稳压罐　↑
　　瓶组式MIX供应的特点是投资省、占地少、系统简单，但供应规模较小。钢瓶内的压力一般为1～5kg/cm²，难以保证引射式混气机入口压力（4～5kg／cm²）的要求。为了使混气机正常运行，可采取两种方法，一种是利用氮气为瓶组加压，使其出口压力达到要求；一种是利用泵使出口压力稳定在要求的范围内，具体做法是将气液两相瓶翻转使用，原气相口与泵入口相连，原液相口与泵回流管相接，以满足泵的运转需要。
　　储罐引射式MIX供应只是在LPG储罐强制气化的基础上增加引射式混气机和中央控制系统，供气压力在0.3kg/cm²左右。储罐比例式MIX供应与引射式的区别一是将混气机改为比例式，一是增加压缩空气系统，混气供气压力一般在1kg/cm²左右（根据需要还可再提高）。比例式MIX供应适合较大规模的用户，一般要求最小用量不小于总供气量的1％，否则容易出现设备出口处的再液化现象和比例漂移现象。可以看出，采用储罐式MIX供应既不存在LPG再液化问题，也不会因为输配压力低而影响供应规模，因此，对于从小区到中小城镇的供应上是不存在障碍的。
　　具体情况见下表：
　　表2

供应方式	适用范围（Nm³/日）	占地面积（m²）	投资（万元）
瓶组式MIX供应	40-400	<400	45-90
储罐引射式MIX供应	400-8000	1000-3000	120-350
储罐比例式MIX供应	>5000	>3000	>400

2.3压缩天然气（以下简称CNG）供应
　　CNG供应是近两年出现的较新的供应方式。它是利用油田气井气或伴生气经净化分离，脱除H₂S、H₂O后，再经过多级压缩至200～250kg/cm²，然后压入高压钢瓶组（即撬块）。撬块由汽车运到小区的供气站，经加臭处理和调压装置多级减压，以中压（1kg/cm²）或低压（300mmH₂O左右）送入供气管网供居民使用。
　　采用CNG供应方式的供气站设备少，工艺过程简单，投资小，建设周期短，运行成本低，又可以直接与市政天然气置换，因此不失为一种先进的小区供气模式。
　　比较小型的CNG供气站一般利用撬块储存，撬块系列容积为200～5000Nm³，可根据不同规模的用户进行选择。受撬车运输能力的限制，日供气能力超过10000Nm³的供气站应采用储罐储存（储存压力为16kg/cm²），站的投资相应增大。
　　其具体情况见下表：
　　表3

供应方式	适用范围（Nm³/日）	战地面积	投资（万元）
撬块储存方式	200-10000	600-1500	60-180
储罐储存方式	>5000	>2000	>270

注：表中投资不含撬块费用，撬块按租用考虑，在后续的CNG成本分析中，已核入气价。
3.三类（LPG、MIX、NG）供应方式的运行成本比较
　　由于篇幅有限，为了方便比较，以一常见规模的小区为例进行分析。该小区位于北京远郊，建筑面积为8.25万m²，约660户，用燃气解决居民炊事、热水及采暖问题。燃气参数均以北京地区为准。
3.1三类燃气的特性参数
　　表4

	LPG	MIX	CNG
成分（体积%）	丙烷 5 丙烯 23 丁烷 23 丁烯 45 C₅以上 4	丙烷 2.5 丙烯 11.5 丁烷 11.5 丁烯 22.5 C₅以上 2 氧气 10.5 氮气 39 其它 0.5	甲烷 83.0 乙烷 10.6 丙烷 3.3 丁烷 1.0 C₅以上 2.1
密度	气相 2.52Kg/Nm³ 液相 0.56T/Nm³ 气相相对密度 1.29 (空气为1)	气相 1.91Kg/Nm³ 气相相对密度 1.48 (空气为1)	气相 0.83Kg/Nm³ 气相相对密度 0.64 (空气为1)
热值（Kcal/Nm³）	高热值 28900 低热值 26500	高热值 14450 低热值 13250	低热值 9331
华白指数（Kcal/Nm³）	20670.05	11890.3	11663.8

3.2用气量
　　由于该小区的采暖也由燃气解决，其冬季、夏季用气量差别较大，因此分别列于下表：
　　表5

燃气种类	单位	小时用气量		日用气量
燃气种类	单位	夏季	冬季	夏季	冬季
纯液化气	Nm³ Kg	45 112.5	192 480	77.5 194	2500 6250
混气	Nm³	90	385	155	5000
压缩天然气	Nm³	126	450	317	7000

3.3工程投资
　　三种供应方式的工程投资估算见下表：
　　表6

项目	投资（万元）
项目	LPG	MIX	CNG
供气站	146.5	209	90
燃气管网	40	40	40
户内燃气系统	66	66	66
总计	252.5	315	196

注：供气站的供气能力以满足冬季用气量为准。
3.4运行成本分析
3.4.1LPG供应成本分析
表7

序号	项目		单价	全年
	生产负荷	年耗用量		（万元）
1	购入原材料（液化气）	796.56	3100元/吨	247
2	电费	电量×电价		3.3
2.1	电量（万千瓦时/年）	6
2.2	电价（元/千瓦时）	0.55
3	工资及福利费	人数×人工单价		12.6
3.1	职工人数（人）	9
3.2	人员工资（万元/人年）	1.4
4	折旧费	折旧年限（年）	25	10.1
5	大修、管理及其他费用	固定资产×比例	0.3%	0.76
6	总成本费			273.76
7	单位估算成本		元/立方米	8.59
8	单位热量成本		元/万Kcal	3.24

3.4.2MIX供应成本分析
表8

序号	项目		单价	全年
	生产负荷	年耗用量		（万元）
1	购入原材料（液化气）	796.56	3100元/吨	247
2	电费	电量×电价		3.4
2.1	电量（万千瓦时/年）	6.2
2.2	电价（元/千瓦时）	0.55
3	工资及福利费	人数×人工单价		15.4
3.1	职工人数（人）	11
3.2	人员工资（万元/人年）	1.4
4	折旧费	折旧年限（年）	25	12.6
5	大修、管理及其他费用	固定资产×比例	0.3%	0.95
6	总成本费			279.35
7	单位估算成本		元/立方米	4.38
8	单位热量成本		元/万Kcal	3.29

3.4.3CNG供应成本分析
表9

序号	项目		单价	全年
	生产负荷	年耗用量		（万元）
1	购入原材料（压缩天然气）	916080	2.0-2.2元/立方米	183.2-201
2	电费	电量×电价		1.5
2.1	电量（万千瓦时/年）	2.7
2.2	电价（元/千瓦时）	0.55
3	工资及福利费	人数×人工单价		9.8
3.1	职工人数（人）	7
3.2	人员工资（万元/人年）	1.4
4	折旧费	折旧年限（年）	25	7.84
5	大修、管理及其他费用	固定资产×比例	0.3%	0.59
6	总成本费			202.93-220.73
7	单位估算成本		元/立方米	2.22-2.41
8	单位热量成本		元/万Kcal	2.38-2.58

注：原材料单价2.0～2.2元/立方米，指租用供气方撬块的供气价格：若自备撬块气价为1.85元/立方米左右，但站的投资加大。
3.5结论
　　通过对常见规模的小区燃气供应的实例对比可以看出，在同等供应规模的基础上，以CNG供应方式投资最省，单位热量成本最低，而MIX供应方式的投资和单位热量成本最高。
　　值得说明的是，本文成本分析中所引用的LPG价格为3100元／吨，在市场浮动价格中是偏高的，如果引用曾经达到的最低价1500元／吨，则MIX供应的单位热量成本为2.38元，基本与CNG成本持平。但是实际上CNG的开采成本很低，还存在很大的降价空间，可以说，他完全有能力随着LPG市场的浮动，永远以低于LPG的价格走入市场。
4.小区管道燃气供应方式选择的一般原则
　　通过以上对小区管道燃气供应的技术经济分析可以看出，其供应方式是多样的、灵活的，影响供应方式选择的因素很多，这里只给出选择的一般原则：
　　i．如果用户首先考虑的是供气价格，又处于CNG加压站运距300km以内，则应首选CNG供应方式，具体储存方式的选择见表3。
　　ii．若不具备CNG的供应条件，又考虑近期置换市政天然气的小区，则应选择MIX供应方式，具体选择见表2。
　　iii．不具备CNG的供应条件，近期不可能置换市政天然气的小区，LPG供应方式应为第一选择，但一定是在能够保证管道外壁温度大于露点5℃的地区，否则应选择MIX供应。
　　iv．对特小规模（＜50kg／h＝的小区，应首选LPG瓶组气化形式，与采用最小规模CNG供应方式相比，其初期投资节省的资金至少为40万元，用于补偿CNG与LPG的运行成本差价，至少可达5年。

论文录入：E网燃气责任编辑：E网燃气

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