1．引言
1.1我國城市燃氣的發(fā)展趨勢
自建國以來至今，我國城市燃氣事業(yè)有了很大的發(fā)展。從五、六十年代的小焦爐和冶金工業(yè)的焦爐余氣到七十年代的煉油廠干氣、重油裂解氣、化肥廠排放氣，再到八十年代的人工煤氣（發(fā)生爐煤氣、水煤氣、焦碳制氣等）以及八十年代末、九十年代的液化石油氣和天然氣，經(jīng)歷了由小到大、由劣到優(yōu)的發(fā)展歷程。
目前，我國城市燃氣主要由人工煤氣、液化石油氣和天然氣構成。人工煤氣由于投資大、氣質差、熱值低和環(huán)境污染問題，已被國家列入限制發(fā)展的產(chǎn)業(yè)；液化石油氣屬于清潔、高熱值的優(yōu)質燃料，但近幾年隨著國際原油市場價格的攀升，氣價持續(xù)上揚，而且即將全部取消政府補貼，步入市場，因此氣價偏高，一定程度上限制了發(fā)展；天然氣儲量豐富，開采成本低，易于控制，屬于清潔、優(yōu)質燃料，具有良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益，因此，城市燃氣的發(fā)展趨勢將以天然氣為主、液化石油氣長期并存。
1.2發(fā)展小區(qū)管道燃氣供應的必要性
我國大中城市的天然氣供應一般是經(jīng)長輸管線進入城市管網(wǎng)，再經(jīng)調壓后供居民及工業(yè)用戶使用。而一些小城鎮(zhèn)和大城市的郊區(qū)由于遠離天然氣供氣管網(wǎng)，入網(wǎng)投資大、周期長，暫時還不具備接通天然氣的條件。為了使這些地區(qū)及早提高氣化率，使居民生活更便捷，發(fā)展一些投資少、見效快、易于與天然氣置換的管道燃氣供應方式就非常必要了。本文即針對上述情況對幾種常見的小區(qū)管道燃氣供應作技術及經(jīng)濟上的分析，為燃氣用戶在供應方式的選擇上提供一定依據(jù)。
2．常見的小區(qū)管道燃氣供應方式
2.1液化石油氣（以下簡稱LPG）集中供應
所謂LPG集中供應，是指將液態(tài)LPG集中蒸發(fā)為氣態(tài)，由管道輸送入戶的供應方式。它一改鋼瓶供應的分戶散裝儲存，戶內(nèi)儲存量只為15kg鋼瓶的1/1000甚至更少，大大提高了安全性和供氣的穩(wěn)定性，減少了殘液量，減輕了用戶搬運鋼瓶的勞動強度，使LPG用戶享受到與天然氣用戶同等的便捷。
按LPG儲存和蒸發(fā)的方式不同，LPG集中供應又分為三類，即瓶組自然氣化、瓶組強制氣化和儲罐強制氣化，其工藝流程見下圖：
a.瓶組自然氣化
50kg鋼瓶組→調壓器→供氣管網(wǎng)
b．瓶組強制氣化
50kg鋼瓶組→蒸發(fā)器→調壓器→氣液分離器→供氣管網(wǎng)
c．儲罐強制氣化
槽車→儲罐→蒸發(fā)器→調壓器→氣液分離→器供氣管網(wǎng)
由圖可見，瓶組自然氣化最為簡單，投資很小，占地面積小，但受自然氣化能力的影響，規(guī)模受到限制。寒冷地區(qū)宜加伴熱裝置，否則不但氣化能力差，使用國產(chǎn)氣（重組分較多）的用戶殘液量也會增大。
瓶組強制氣化同樣具有占地面積小的優(yōu)點，且由于采用蒸發(fā)器強制氣化，使得供氣能力大大提高。限制其供應規(guī)模的因素主要是鋼瓶的運輸能力與裝卸強度。
儲罐強制氣化雖然只是在儲存方式上由瓶組改為臥罐，但站內(nèi)設施卻復雜了許多，除了增加液化氣動力設備（供液泵、卸車泵等）外，濃度報警、自動控制、消防水、防雷防靜電、土建等工程量都大大增加，投資亦隨之加大，但運行可靠性強，工人勞動強度小，供應規(guī)模大。
值得一提的是，LPG集中供應的主要問題在于輸配時的再液化上。以最常見的（30％C3+70％C4）液化氣為例，低壓輸送（400mmH2O）時，其露點為-7℃；中壓輸送（0.7kg/cm2）時，其露點為-1℃。也就是說，管道外壁溫度-2℃＜T＜4℃時，適合低壓輸送；T＞4℃時，才可能采用中壓輸送。這在一定程度上限制了LPG集中供應的地區(qū)和供應半徑。
綜合考慮各種因素的影響和實際應用中的經(jīng)驗，總結出幾種供應方式的適用范圍及其他情況，詳見下表：
表1
|
供應方式
|
適用范圍（Kg/h）
|
占地面積（m2）
|
投資（萬元）
|
|
瓶組自然氣化
|
<50
|
<200
|
<20
|
|
瓶組強制氣化
|
50-500
|
<400
|
30-60
|
|
儲罐強制氣化
|
500-20000
|
1000-3000
|
90-200
|
2.2液化石油氣混空氣（以下簡稱MIX）供應
MIX供應是在LPG集中供應的基礎上，按一定比例與空氣摻混（一般為1：1），形成與天然氣性質相近的混合氣。與純LPG相比，它具備兩個明顯的優(yōu)勢，一是可與天然氣直接置換而不需改變?nèi)魏斡脷庠O備；二是解決了輸配過程中的再液化問題，露點可達到-30℃～-40℃，基本取消了地域限制，淡化了供應半徑的概念。
按儲存方式的不同，也分為瓶組式MIX供應和儲罐式MIX供應（根據(jù)混氣設備的不同，還可分為引射式和比例式兩種）。其工藝流程如下：
a.瓶組式MIX供應
50kg鋼瓶組→蒸發(fā)器→引射式混氣機→供氣管網(wǎng)
b．儲罐引射式MIX供應
槽車→儲罐→蒸發(fā)器→引射式混氣機→供氣管網(wǎng)
c.儲罐比例式MIX供應
槽車→儲罐→蒸發(fā)器→比例式混氣機→供氣管網(wǎng)
空壓機→干燥器→穩(wěn)壓罐 ↑
瓶組式MIX供應的特點是投資省、占地少、系統(tǒng)簡單，但供應規(guī)模較小。鋼瓶內(nèi)的壓力一般為1～5kg/cm2，難以保證引射式混氣機入口壓力（4～5kg／cm2）的要求。為了使混氣機正常運行，可采取兩種方法，一種是利用氮氣為瓶組加壓，使其出口壓力達到要求；一種是利用泵使出口壓力穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)，具體做法是將氣液兩相瓶翻轉使用，原氣相口與泵入口相連，原液相口與泵回流管相接，以滿足泵的運轉需要。
儲罐引射式MIX供應只是在LPG儲罐強制氣化的基礎上增加引射式混氣機和中央控制系統(tǒng)，供氣壓力在0.3kg/cm2左右。儲罐比例式MIX供應與引射式的區(qū)別一是將混氣機改為比例式，一是增加壓縮空氣系統(tǒng)，混氣供氣壓力一般在1kg/cm2左右（根據(jù)需要還可再提高）。比例式MIX供應適合較大規(guī)模的用戶，一般要求最小用量不小于總供氣量的1％，否則容易出現(xiàn)設備出口處的再液化現(xiàn)象和比例漂移現(xiàn)象?？梢钥闯?，采用儲罐式MIX供應既不存在LPG再液化問題，也不會因為輸配壓力低而影響供應規(guī)模，因此，對于從小區(qū)到中小城鎮(zhèn)的供應上是不存在障礙的。
具體情況見下表：
表2
|
供應方式
|
適用范圍（Nm3/日）
|
占地面積（m2）
|
投資（萬元）
|
|
瓶組式MIX供應
|
40-400
|
<400
|
45-90
|
|
儲罐引射式MIX供應
|
400-8000
|
1000-3000
|
120-350
|
|
儲罐比例式MIX供應
|
>5000
|
>3000
|
>400
|
2.3壓縮天然氣（以下簡稱CNG）供應
CNG供應是近兩年出現(xiàn)的較新的供應方式。它是利用油田氣井氣或伴生氣經(jīng)凈化分離，脫除H2S、H2O后，再經(jīng)過多級壓縮至200～250kg/cm2，然后壓入高壓鋼瓶組（即撬塊）。撬塊由汽車運到小區(qū)的供氣站，經(jīng)加臭處理和調壓裝置多級減壓，以中壓（1kg/cm2）或低壓（300mmH2O左右）送入供氣管網(wǎng)供居民使用。
采用CNG供應方式的供氣站設備少，工藝過程簡單，投資小，建設周期短，運行成本低，又可以直接與市政天然氣置換，因此不失為一種先進的小區(qū)供氣模式。
比較小型的CNG供氣站一般利用撬塊儲存，撬塊系列容積為200～5000Nm3，可根據(jù)不同規(guī)模的用戶進行選擇。受撬車運輸能力的限制，日供氣能力超過10000Nm3的供氣站應采用儲罐儲存（儲存壓力為16kg/cm2），站的投資相應增大。
其具體情況見下表：
表3
|
供應方式
|
適用范圍（Nm3/日）
|
戰(zhàn)地面積
|
投資（萬元）
|
|
撬塊儲存方式
|
200-10000
|
600-1500
|
60-180
|
|
儲罐儲存方式
|
>5000
|
>2000
|
>270
|
3.三類（LPG、MIX、NG）供應方式的運行成本比較
由于篇幅有限，為了方便比較，以一常見規(guī)模的小區(qū)為例進行分析。該小區(qū)位于北京遠郊，建筑面積為8.25萬m2，約660戶，用燃氣解決居民炊事、熱水及采暖問題。燃氣參數(shù)均以北京地區(qū)為準。
3.1三類燃氣的特性參數(shù)
表4
|
|
LPG
|
MIX
|
CNG
|
|
成分（體積%）
|
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 氧氣 10.5 氮氣 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
|
氣相 2.52Kg/Nm3
液相 0.56T/Nm3 氣相相對密度 1.29 (空氣為1) |
氣相 1.91Kg/Nm3
氣相相對密度 1.48 (空氣為1) |
氣相 0.83Kg/Nm3
氣相相對密度 0.64 (空氣為1) |
|
熱值（Kcal/Nm3）
|
高熱值 28900
低熱值 26500 |
高熱值 14450
低熱值 13250 |
低熱值 9331
|
|
華白指數(shù)（Kcal/Nm3）
|
20670.05
|
11890.3
|
11663.8
|
3.2用氣量
由于該小區(qū)的采暖也由燃氣解決，其冬季、夏季用氣量差別較大，因此分別列于下表：
表5
|
燃氣種類
|
單位
|
小時用氣量
|
日用氣量
|
||
|
夏季
|
冬季
|
夏季
|
冬季
|
||
|
純液化氣
|
Nm3
Kg |
45
112.5 |
192
480 |
77.5
194 |
2500
6250 |
|
混氣
|
Nm3
|
90
|
385
|
155
|
5000
|
|
壓縮天然氣
|
Nm3
|
126
|
450
|
317
|
7000
|
3.3工程投資
三種供應方式的工程投資估算見下表：
表6
|
項目
|
投資（萬元）
|
||
|
LPG
|
MIX
|
CNG
|
|
|
供氣站
|
146.5
|
209
|
90
|
|
燃氣管網(wǎng)
|
40
|
40
|
40
|
|
戶內(nèi)燃氣系統(tǒng)
|
66
|
66
|
66
|
|
總計
|
252.5
|
315
|
196
|
注：供氣站的供氣能力以滿足冬季用氣量為準。
3.4運行成本分析
3.4.1LPG供應成本分析
表7
|
序號
|
項目
|
單價
|
全年
|
|
|
|
生產(chǎn)負荷
|
年耗用量
|
|
（萬元）
|
|
1
|
購入原材料（液化氣）
|
796.56
|
3100元/噸
|
247
|
|
2
|
電費
|
電量×電價
|
|
3.3
|
|
2.1
|
電量（萬千瓦時/年）
|
6
|
|
|
|
2.2
|
電價（元/千瓦時）
|
0.55
|
|
|
|
3
|
工資及福利費
|
人數(shù)×人工單價
|
|
12.6
|
|
3.1
|
職工人數(shù)（人）
|
9
|
|
|
|
3.2
|
人員工資（萬元/人年）
|
1.4
|
|
|
|
4
|
折舊費
|
折舊年限（年）
|
25
|
10.1
|
|
5
|
大修、管理及其他費用
|
固定資產(chǎn)×比例
|
0.3%
|
0.76
|
|
6
|
總成本費
|
|
|
273.76
|
|
7
|
單位估算成本
|
|
元/立方米
|
8.59
|
|
8
|
單位熱量成本
|
|
元/萬Kcal
|
3.24
|
3.4.2MIX供應成本分析
表8
|
序號
|
項目
|
單價
|
全年
|
|
|
|
生產(chǎn)負荷
|
年耗用量
|
|
（萬元）
|
|
1
|
購入原材料（液化氣）
|
796.56
|
3100元/噸
|
247
|
|
2
|
電費
|
電量×電價
|
|
3.4
|
|
2.1
|
電量（萬千瓦時/年）
|
6.2
|
|
|
|
2.2
|
電價（元/千瓦時）
|
0.55
|
|
|
|
3
|
工資及福利費
|
人數(shù)×人工單價
|
|
15.4
|
|
3.1
|
職工人數(shù)（人）
|
11
|
|
|
|
3.2
|
人員工資（萬元/人年）
|
1.4
|
|
|
|
4
|
折舊費
|
折舊年限（年）
|
25
|
12.6
|
|
5
|
大修、管理及其他費用
|
固定資產(chǎn)×比例
|
0.3%
|
0.95
|
|
6
|
總成本費
|
|
|
279.35
|
|
7
|
單位估算成本
|
|
元/立方米
|
4.38
|
|
8
|
單位熱量成本
|
|
元/萬Kcal
|
3.29
|
3.4.3CNG供應成本分析
表9
|
序號
|
項目
|
單價
|
全年
|
|
|
|
生產(chǎn)負荷
|
年耗用量
|
|
（萬元）
|
|
1
|
購入原材料（壓縮天然氣）
|
916080
|
2.0-2.2元/立方米
|
183.2-201
|
|
2
|
電費
|
電量×電價
|
|
1.5
|
|
2.1
|
電量（萬千瓦時/年）
|
2.7
|
|
|
|
2.2
|
電價（元/千瓦時）
|
0.55
|
|
|
|
3
|
工資及福利費
|
人數(shù)×人工單價
|
|
9.8
|
|
3.1
|
職工人數(shù)（人）
|
7
|
|
|
|
3.2
|
人員工資（萬元/人年）
|
1.4
|
|
|
|
4
|
折舊費
|
折舊年限（年）
|
25
|
7.84
|
|
5
|
大修、管理及其他費用
|
固定資產(chǎn)×比例
|
0.3%
|
0.59
|
|
6
|
總成本費
|
|
|
202.93-220.73
|
|
7
|
單位估算成本
|
|
元/立方米
|
2.22-2.41
|
|
8
|
單位熱量成本
|
|
元/萬Kcal
|
2.38-2.58
|
3.5結論
通過對常見規(guī)模的小區(qū)燃氣供應的實例對比可以看出，在同等供應規(guī)模的基礎上，以CNG供應方式投資最省，單位熱量成本最低，而MIX供應方式的投資和單位熱量成本最高。
值得說明的是，本文成本分析中所引用的LPG價格為3100元／噸，在市場浮動價格中是偏高的，如果引用曾經(jīng)達到的最低價1500元／噸，則MIX供應的單位熱量成本為2.38元，基本與CNG成本持平。但是實際上CNG的開采成本很低，還存在很大的降價空間，可以說，他完全有能力隨著LPG市場的浮動，永遠以低于LPG的價格走入市場。
4.小區(qū)管道燃氣供應方式選擇的一般原則
通過以上對小區(qū)管道燃氣供應的技術經(jīng)濟分析可以看出，其供應方式是多樣的、靈活的，影響供應方式選擇的因素很多，這里只給出選擇的一般原則：
i．如果用戶首先考慮的是供氣價格，又處于CNG加壓站運距300km以內(nèi)，則應首選CNG供應方式，具體儲存方式的選擇見表3。
ii．若不具備CNG的供應條件，又考慮近期置換市政天然氣的小區(qū)，則應選擇MIX供應方式，具體選擇見表2。
iii．不具備CNG的供應條件，近期不可能置換市政天然氣的小區(qū)，LPG供應方式應為第一選擇，但一定是在能夠保證管道外壁溫度大于露點5℃的地區(qū)，否則應選擇MIX供應。
iv．對特小規(guī)模（＜50kg／h＝的小區(qū)，應首選LPG瓶組氣化形式，與采用最小規(guī)模CNG供應方式相比，其初期投資節(jié)省的資金至少為40萬元，用于補償CNG與LPG的運行成本差價，至少可達5年。
