天津市城市规划设计研究院 天津 300201
摘要：讨论了在乡村振兴背景下，农村煤改气采用LNG（液化天然气）适用比较及其供气设施的建设模式、布置原则、安全要求等。
关键词：农村；煤改气；LNG
1、引言
天然气作为一种优质、高效的清洁能源，早已经成为城市居民生活的主要能源。我国农村基础设施配套由于经济、地理条件等原因，长期滞后于城市基础设施配套工程的发展，随着国家乡村振兴战略的实施，农村改善供水、供电、信息等基础设施将大力推进，乡镇与农村燃气化工程也必将逐步开展。另一方面，为有效控制燃煤污染、减少大气污染物排放，改善北方地区空气质量，各个省市都在开展节能减排，限制污染物排放，北方地区农村“煤改气”工作得到跨越式发展。
目前农村利用天然气有2种方式。村庄直接接入来自城镇方向的中压天然管道，通过设置的中低压调压设施，将中压天然气降为低压天然气由低压燃气管道通向村内各户；在村庄附近设置供气站，使用槽车将压缩天然气或液化天然气运到供气站，通过调压、气化方式经一级或二级调压将天然气调制到居民可使用的压力，通过村内铺设低压天气管道像村内村民供气。
对于受到地理条件影响管道燃气无法到达的村庄以及根据采暖用气量较大的特点，LNG（液化天然气）气化站因其工艺简单、工期短、供气量大可作为偏远农村地区比较适合的过渡性供气方案。
2、液化天然气特性及与其他供气方式比较
液化天然气沸点为常压下-157℃至-166℃，纯甲烷沸点-161.5℃；液化天然气密度通常在430-470千克/立方米（液态），某些情况可高达520千克/立方米（液态）；液化天然气热值，一般在26.375-35.87千焦/立方米（液态）。气化后单位体积是液化状态的600倍左右，含气量巨大。
管道供气：这种方式一次性投资较大，主要以距离镇区、城区较近的村落为主。对于偏远地区以及山区村庄除受到技术经济限制外，还要考虑管道穿越河流、铁路、公路等技术要求，协调、审查、实施的周期较长。
压缩天然气（CNG）供气：这种方式面对距离气源较远，管道受条件限制无法延伸的村庄。对于已通道路的村庄，
液化天然气（LNG）供气：除了压缩天然气供气的特点以外，液化天然气因其特性，供气量相对较大。因用于采暖的天然气用量远超过村民炊事、生活热水等其他方面的用气水平，液化天然气（LNG）比较适合包括采暖的用气方式。
3、LNG供气站建设模式
①各村联合模式
偏远地区布局紧密的村庄，LNG供气设施可设置一处集中为周边各个村庄供气，一般出站管线为中压管道。
②单村建设模式
布局分散、各村距离较远规模较小的村庄，可结合自身情况采用小型LNG气化站满足村庄生活需要。
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4、天然气设施的布置原则
（1）站场设置原则
LNG供气站功能主要为卸气、储存、计量、调压、气化功能等。
其布置原则：
①在保证安全的前提下设置尽量靠近负荷中心。
②结合道路设置满足槽车运输要求。
③应避开居住密集区和影响景观地区。
④减少拆迁。
⑤应保证场站与周围建筑物的安全防火间距。
（2）天然气场站与站外建筑间距要求
①场站的安全间距尽可能消化在场站围墙内，但在绿化带内建设时，可将安全间距由站外绿化带控制。
②必须符合现行的国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》、《建筑设计防火规范》、《石油天然气工程设计防火规范》、《城镇燃气设计规范》等规范的安全要求。
（3）与城乡规划空间要求
场站选址要求与居住区域保证安全距离，尽量避开生态红线、蓄滞洪区、电力架空线路等。
（4）管网布置原则
①管网依托供气场站，沿镇乡村道路、公路、铁路、河道等向用户敷设。
②中压及以上等级燃气管道，有条件的尽量形成环状管网供气，加强供气点的管线联络，保障安全。
③考虑保障安全，供气站供气管线管道压力一般不超过次高压。入村燃气管线采用低压等级压力。
④相邻村庄可形成低压管道联网供气。
中压、低压地下燃气管道与建（构）筑物或相邻管道之间的水平和垂直净距参考国家现行的《城镇燃气设计规范》GB50028中的规定。当采用非开挖方式敷设时，还应充分考虑施工的精度水平及既有管道、线缆、构筑物竣工资料的准确性，留出必要的安全余量。
除此之外，敷设地下燃气管道还受许多因素限制，如：施工、检修条件，路面的种类、周围已建和拟建的各类地下管线设施情况、所用管材、管接口型式以及所输送的燃气压力等。待线路设计阶段具体问题具体分析。
5、安全的影响
液化天然气主要成分是甲烷，除此之外还有少量乙烷、丙烷和氮以及其他成分，LNG通常以液态形式存储。由于LNG具有低温、气液膨胀比大、易燃易爆等特点，随之而来的安全问题尤其重要，以下从几个不同角度，对LNG的安全影响因子进行分析。
（1）介质危险性
①火灾爆炸性。LNG危险性在于其气化状态密度小于空气，如果发生泄漏问题，会迅速扩散，与空气进行大量的热传递，生成白色蒸汽，容易引燃、爆炸。在运输过程中，摩擦产生的静电或是猛烈撞击都极有可能引发爆炸和火灾。
②低温性。在标准大气压下，LNG（液化天然气）温度非常低，达零下162摄氏度。若发生泄漏，无论是液体状态还是气化后的冷蒸汽都会严重低温灼烧人体皮肤，甚至发生低温麻醉导致心肺功能衰竭而亡。并且，泄漏的LNG可脆化接触物质材料，损坏运输设备，从而引发重大事故。
③窒息性。如果人体长期暴露在LNG气体中，就会产生头痛失眠等神经衰弱的症状，如果纯净的LNG被吸入体内，人体内的含氧量就会降低至极低水平，从而引发窒息死亡。
（2）装置危险性
①储罐。储罐最容易发生泄漏的部位是进出液/气的管道和内罐。如未安装有效的安全放散阀、爆破片等安全辅助装置，可能引发严重的泄漏甚至爆炸事故。
②槽车。槽车体积一般在42立方米以上，通过内外壳抽真空进行保温。槽车上运载有储罐，其危险性与储罐大致相同。
③低温泵。如果低温泵因为密封失效而导致物质泄漏，则会酿成重大爆炸事故。此外，机泵在工作中会产生振动，造成相连管道的疲劳损坏，会导致管线失效从而发生泄漏爆炸事故。
（3）管道危险性
①保冷失效。由于LNG的低温深冷性，设计管道时要充分考虑到温度对材料性能的要求，要求材料有良好的防水隔热和阻燃等功能。如果管道的绝热性能下降，管道内的物质会受热膨胀，使得内压大大升高，从而有发生爆炸的危险。
②液击现象。液击现象指在LNG输送过程中，管路装置反复开停，管道内液体速度不断变化，并引起液体的动量的变化，表现为伴有液体锤击的声音。液击现象带来的管道的振动和压强的强烈变化，容易引发管道失稳，严重时可导致爆裂。
③BOG和间歇泉现象。BOG气体指管路阀门处遇冷产生的闪蒸汽。当BOG聚集到一定数量后，气体会突然喷发，并伴随介质和气体之间充分的热交换现象称为间歇泉现象。这会导致储罐内的压力急剧上升，从而带来安全隐患。
④两相流现象。管道内有液体气化时，易形成长泡带，从而气液串联，激发管道振动，引发疲劳失效，形成安全隐患。
（4）人因危险性
操作人员的安全意识和操作行为也是引发事故的重要影响因素。环境因素，尤其是工作环境的影响，也不容忽视。如保持站内场地卫生干净清洁，明禁烟火等十分重要。
6、风险事故应对措施
①场站及管道的规划、设计、施工、运行严格遵守相应规范要求。
②应急处置以预防为主，根据天然气的特性及可能引起的灾害事故，建立科学、规范、统一、高效的灾害应急指挥体系，提高场站及管道防灾、救援、减灾综合管理能力和抗风险能力。
③加强操作人员对规范作业的技能培训、安全意识以及对设备的保护意识，采取各种有效手段和措施，提高天然气运行管理水平和应急处置水平。
7、结束语
除此之外，北方地区部分村庄现有房屋建筑为村民根据经济条件、喜好自行建造，较为随意，并未合理考虑房屋的功能分区、防火等级以及节能效果等因素，在实施燃气管道及安排相应设施要考虑安全性及可实施性，因地制宜，不能盲目硬上。
LNG（液化天然气）供气由于采用槽车运输，及本身气化站包含储气功能，安全要求比较高，适合管道燃气无法到达的有采暖需求的偏远村庄，不适宜大规模推广，可以作为农村供气的补充。未来建议除保留必要的储气调峰外，管道天然气应逐步进行替代。
论文作者:周玥
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/10
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