1、5煤層氣的利用5.1 中國煤層氣開發利用現狀我國是世界產煤大國，也是煤層氣最豐富的國家之一。煤層氣是賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質顆粒表面為主并部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體。煤層氣開采分為原始儲層煤層氣資源的地面開采和煤礦區煤層氣資源的開采。原始儲層煤層氣的地面開采是利用垂直井或定向井技術、儲層改造技術（如壓裂、完井）、排水降壓采氣技術等方式開采；礦區煤層氣開采主要有開采層抽采、鄰近層抽采、采動區抽采、采空區抽采、圍巖抽采和廢井抽采等類型。煤層氣產業是介于常規天然氣工業和煤炭工業之間的一種新興能源產業。煤層氣是重要的潔凈新能源天然氣資源中占有重要地位，因此煤層氣的

2、開發利用具有非常重要的意義。5.1.1國內外煤層氣開發狀況是世界上率先取得煤層氣商業化開采成功的國家，是當前全球煤層氣開發程度最高的國家，也是煤層氣生產量最高的國家。這主要是由于具有十分理想的煤層氣儲層條件和完善的天然氣管道系統，并有很多機構對煤層氣開發進行深入的研究和廣泛開發，同時提供了強有力的鼓勵政策，在 2004 年煤層氣年產量就達到 500108m3，比我國同年天然氣年產量還多。煤層氣資源量為 211013m3，利用現有技術每天煤層氣產量達到 6000 萬 m3，產量的80由盆地生產，15由黑勇士盆地生產。煤層氣產業發展也比較迅猛，從 2003 年的 1108m3 發展到近幾年來200

3、5 年超過 30 108m3，此外澳大利亞近年來煤層氣也得到了快速發展。澳大利亞煤層氣的開發利用，整個煤層氣的勘探開發工作發展迅速，是世界煤層氣開發最活躍的地區之一。澳大利亞的煤層氣勘探工作始于 1976 年，2004 年煤層氣產量約為 10 億立，并已進入大規模商業化開發階段。中國煤層氣抽采從少到多，2005 年 23 億立，2007 年 44 億立，2008年超過 50 億立。其中，9 個省（區）和 9 個礦區瓦斯抽采量超過 1 億立方米。地面煤層氣的開發在 2005 年實現了零的突破，2007 年 3.2 億立，2008年突破 5 億立1。截至 2008 年底，共鉆探各類煤層氣井約 34

4、00 口，形成地面煤層氣產能約 20 億立。2008 年中國煤礦瓦斯抽采量達到 55 億立，淮南、陽泉、水城、松藻、等 10 個重點煤礦企業瓦斯抽采量均超過 1 億立。到 2010 年中國將逐步建立煤層氣和煤礦瓦斯開發利用產業體系，新增煤層氣探明地質儲量 3000 億立；煤層氣、煤礦瓦斯抽采量 100 億立；并實現 80 億立煤層氣的利用。2006 年，中國將煤層氣開發列入了“十一五”能源發展規劃，并制定了具體的實施措施，煤層氣發展迎來了利好的發展契機。2007 年以來，又相繼出臺了打破專營權、等多項扶持政策，鼓勵煤層氣的開發利用，中國煤層氣產業發展迅速，雛形漸顯。2007 年兩國合作開發 1

5、5 個大型煤層氣項目已簽署合作合同，正在進行勘探作業，其中有兩個項目將進入開發期，其余 13 個項目處于勘探期。11 個在山西，其余 4 個分別位于、江西、陜西和云南。根據煤層氣抽采利用目標，2009 年我國煤層氣抽采量有望達 65 億立，利用量達 25 億立。其中：井下煤層氣抽采量將達 55 億立，利用量為18 億立；地面煤層氣抽采量 10 億立，利用量 7 億立；地面煤層氣產能 22 億立1。5.1.2我國煤層氣資源/儲量狀況我國煤層氣的埋藏量非常豐富，根據我國煤層瓦斯形成的地質背景，含煤地層及沉積特征，煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量等，把勘探和開發程度較高的華北地區、華南地區、東北地區和西

6、北地區的煤層瓦斯劃分為 20 個瓦斯區（高瓦斯區 9 個，低瓦斯區 11 個）和 89 個瓦斯帶（高瓦斯帶 35 個，低瓦斯帶 53 個）如圖 5-5-1 所示2。有 334 個產煤區，其中高瓦斯礦區 149 個，低瓦斯礦區185 個。華北地區 106 個礦區，高瓦斯礦區 41 個，低瓦斯礦區 65 個，其中相對瓦斯涌出量大于 20m3/(t.d)的礦區有陽泉、包頭、下花園和保定；華南地區 148個礦區，高瓦斯 70 個，低瓦斯 78 個，其中相對瓦斯涌出量大于 20m3/(t.d)的礦區有天府、中梁山、永榮、松藻、龍門山、樂威、芙蓉、六枝、水城、桐梓、贛南、豐城、英崗嶺、等 23 個；東北地

7、區 26 個礦區，高瓦斯 19 個，低瓦斯 7 個，其中相對瓦斯涌出量大于 20m3/(t.d)的礦區有撫順、北票、雞西、阜新、營城、遼源、七臺河、白城；西北地區 54個礦區，高瓦斯 19 個，低瓦斯 35 個。圖 5-5-1中國煤層瓦斯分區、分帶狀況分布圖2000 年由中聯煤層氣公司承擔的國家計委一類項目“煤層氣資”，我國陸上煙煤和無煙煤煤田中，在理深 3002000m 范圍內源評價煤層氣資源量為 31.461012m3，與我國陸上天然氣資源量相當，位居世界第三位，如表 5-5-1 所示3。 中國煤層氣資源總量中，資源條件較好、具有良好開發前景的有 16 萬億立。 根據國家發改委通過的煤層氣

8、開發利用“十一五”規劃，到 2010 年，中國煤層氣產量將達到 100 億立，新增煤層氣探明地質。目前，我國已探明煤層氣地質儲量 1023.08108m33，其儲量 3000 億立中以地面開發為主的探明儲量為 754.44108m3，礦井抽放為主的探明儲量為 268.64108m3。表 5-5-1世界主要產煤國家的煤層氣資源（埋深 2000m 以淺）國家名稱煤層氣資源（1012m3）國家名稱煤層氣資源（1012m3）俄羅斯17113波蘭2.85.676英國1.6中國31.46*1.6*公司，2000 年煤層氣資源評價，中聯煤層氣近幾年來，我國有關科研和科技工作者先后對范圍內的煤層氣進行了評估，

9、如表 5-5-2 所示4。由于評估過程中統計計算口徑不一致，且計算參數的確定原則和方法也有所不同，所以計算結果不同。表 5-5-2中國煤層氣資源量估算焦作礦業學院，1987，中國煤礦地質圖說明書。地礦部石油地質，1990，天然氣（含煤層氣）資源評價表 2 中張新民等人（1991，1995）對法是：煤層氣資源量計算和統計采用的做1.只計算煤層氣的原始埋藏量，未計算可采出量。這樣做有利于口徑，摸清煤層氣資源狀況。研究者資源量（1012m3）計算范圍焦作礦業學院(1987)31.92所有可采煤層等（1990）32.15所有可采煤層地礦部石油地質(1990)10.625.23張新民等（1991）303

10、5未包括褐煤、藏、粵、閩、臺地區，以及 C1、P1 煤層中配 煤 礦 總 公 司（1992）24.75所有可采煤層氣中可回收的煤層氣量（1992）36.3（1992）2550張新民等（1995）32.68未包括褐煤、藏、粵、閩、臺地區，以及 C1、P1 煤層11.319斯但1.1澳大利亞8.4140.8德國2.8南非0.8只計算了可采煤層氣中的煤層氣賦存量。在計算過程中，沒有包括褐煤和超無煙煤，粵、閩、藏三省（區）的煤田，南方早石炭世、早二疊世和早的煤系，以及煤層頂、底板等范疇內的煤層氣賦存量。這些范圍，或因煤層氣含量低，或因煤層氣發育不好，分布零散、埋藏淺等，因而不具備實際意義上的資源價值。

11、4.以一個含煤區的聚煤期為基本計算單元，煤炭資源量以礦產儲量平衡表和煤田資料為準，從而保證了煤量計算的精度和可靠性。5.參與資源量計算的煤層氣含量值，在埋深小于 1000m 范圍內，以實測數據為主，結合使用類比法確定；在埋深 10002000m 范圍內，按煤變質階段采用理論計算值，從而避免了以淺部煤層氣含量的平均值代替深部煤層氣含量或者用直線外推法確定等不合理做法。煤層是煤層氣生成的蘊床，又是儲氣的藏缽，因此煤層氣是典型的自生自儲式非常規氣藏。煤儲層具有雙重孔隙結構，它的儲氣機理及氣體在煤儲層中的運移方式均明顯區別于常規天然氣儲層。由煤層氣的生氣能力和貯氣能力的變化趨勢，可以將煤層氣在煤的有機

12、質熱演化列系中劃分為 4 種生、儲能力類型，即少生中儲型、多生低儲型、多生高儲型和變生少儲型。不同類型的煤儲層其含氣量、孔隙（割理）發育程度、滲透性等特征各不相同，因而氣井的產氣潛力則相差很大。根據用地面垂直鉆孔開采煤層氣的實踐，多生低儲型是最理想的儲層類型，其次是少生中儲型，對于多生高儲型煤層，至今尚不能成功采氣。對于變生少儲型，由于煤層中的原生氣已裂解，煤對煤層氣基本上不吸附，故含氣量很低，實際上已成為非儲氣層，因而沒有不要計算這種儲層類型的煤層氣資源量。各種儲層類型的煤層氣資源量及其比例如表 5-5-34。表 5-5-3中國煤層氣資源量按儲層類型統計表儲量類型資源量（1012m3）百分比

13、（%）備 注少生中儲型18.9457.96多生低儲型4.7214.44多生高儲型9.0227.60變生少儲型0.000.00屬非儲氣巖合計32.68100隨著煤層埋藏深度的增加，上覆地層的重力作用不斷變大，而煤層對壓力十分敏感，且伴隨著地應力的增大，煤層的滲透性明顯降低，這對煤層氣氣井的產量具有重要影響。對開采煤層氣的實踐研究表明，深度在 1000m 以淺的煤層氣氣井可以獲得具有經濟意義的氣產量，當深度大于 1000m 的氣井其經濟價值將明顯下降，所以煤層氣生產井絕大部分都在（914m）3000ft 以淺的范圍內進行。煤層氣資源的埋藏深度，對其開發、利用具有重要的影響。中國煤層氣資源量按埋藏深

14、度的分布情況如表 5-5-44。表 5-5-4中國煤層氣資源量按埋藏深度統計表5.1.3煤層氣資源/儲量評估方法正確評價資源量是地質綜合評價的重要依據，是選區的基本條件。如果煤層氣含氣量太小，就失去了開采價值。 一般將含氣量約 8m3/t 的煤氣層作為選區目標5。對煤層氣資源/儲量評估可分為下列三種經濟類型6：1.在當時的市場經濟條件下，生產和銷售煤層氣在技術上可行、經濟上合理、地質上可靠，且整個經營活動能夠滿足投資回報的要求，則煤層氣資源/儲量分為經濟類型。2.在當時的市場經濟條件下，生產和銷售煤層氣活動暫時沒有經濟效益，是不經濟的，但在經濟環境改變或給予扶持政策的條件下，可以轉變為有經濟效

15、益的煤層氣資源/儲量分為次經濟類型。3.在當時的市場經濟條件下，由于不確定多，尚無法判斷生產和銷售煤層氣是經濟的還是不經濟的，也包括當前尚無法判定經濟屬性部分的煤層氣資源/儲量分為內蘊經濟類型。煤層氣儲層類型是資源評價和開發選區的一個重要依據，據此煤層氣資源/儲量可分為下列三種級別6：埋藏深度資源量（1012m3）百分比（%）備 注1000m 以淺11.0834南方大部分為 1500m以淺10002000m21.0666合計32.681001.級。已初步認識煤層氣資源的分布規律，獲得了煤層氣藏中典型構造環境下的儲層參數，但沒有進行排采試驗，僅有一些含煤性、含氣性參數井工程，大部分儲層參數條件是

16、推測得到的，所以煤層氣資源的可靠程度很低，儲量的可信系數為 0.10.2。2.控制級。基本查明了煤層氣藏的地質特征和儲層及其含氣性的規律，開采技術條件基本得到了控制，并通過單井試驗和儲層數值模擬了解了典型地質背景下煤層氣地面鉆井的單井產能情況。但由于參數井和生產試驗井數量有限，以完全了解整個氣藏計算范圍內的氣體賦存條件和產氣潛能，因此煤層氣資源可靠程度不高，儲量的系數為 0.5 左右。3.探明級。查明了煤層氣藏的地質特征、儲層及其含氣性的規律和開采技術條件（包括儲層物性、壓力系統和氣體能力等）；通過實施小井網或單井煤層氣試驗、或小井網和單井煤層氣聯合實驗、或開發井網證實了勘探范圍內的煤層氣資源

17、及可采性。此種級別的煤層氣資源的可靠程度很高，儲量的系數為 0.70.9。5.1.4 煤層氣儲量的計算方法煤層氣儲量計算單元一般是煤層氣藏，即是各種地質控制的含氣的煤儲集體，當沒有明確的煤層氣藏地質邊界時按煤層氣藏計算邊界計算。計算單元在平面上一般稱區塊，面積很大的區塊可細分井塊（或井區），同一區塊應基本具有相同或相似的構造條件、儲氣條件等；縱向上一般以單一煤層為計算單元，煤層相對集中的煤層組可合并計算單元，煤層風化帶以淺的煤儲層中不計算儲量。儲量計算單元的邊界，最好由查明的煤層氣藏的各類地質邊界，如斷層、地層變化（變薄、尖滅、剝蝕、變質等）、含氣量下限、煤層凈厚下限（0.5m0.8m）等邊界

18、確定（對煤層組的情況可根據實際條件做適當調整）；若未查明地質邊界，主要由達到產量下限值的煤層氣井圈定，由于也可由礦權區邊界、自然地理邊界或人為儲量計算線等圈定。煤層含氣量下限值如表 5-5-5，也可根據具體條件進行調整，如煤層厚度不同時應適當調整。表 5-5-5煤層含氣量下限標準煤層類型變質程度（Ro;max）%空氣干燥基含氣量褐煤長焰煤1.98(1) 數值模擬法在煤層氣可采儲量計算中，數值模擬法是非常重要的方法，通過利用計算機（數值模擬器）對已獲得的儲層參數和早期的生產數據（或試采數據）進行擬合匹配，最后獲取氣井的預計生產曲線和可采儲量。在利用數值模擬法計算開采儲量應注意：a) 數據模擬器選

19、擇：選用的數值模擬器必須能夠模擬煤儲層的獨特雙孔隙特征和氣、水兩相流體的 3 種方式（解吸、擴散和滲流）及其相互作用過程，以及煤體巖石力學性質和力學表現等。b) 儲層描述：是對儲層參數的空間分布和平面特征的研究，是對煤層氣藏進行定量評價的基礎，描述應該包括基礎地質、儲層物性、儲層流體及生產動態等 4 個方面的參數，通過這些參數的描述建立儲層地質模型用于產能。c). 歷史擬合與產能：利用儲層模擬工具對所獲得的儲層地質和工程參數進行計算，將計算所得氣、水產量及壓力值與氣井實際產量值和實測壓力值進行歷史擬合。當模擬的氣、水產量動態與氣井實際生產動態相匹配時，即可建立氣藏模型獲得產氣量曲線，未來的氣體

20、產量并獲得最終的煤層氣累計總產量，即煤層氣可采儲量。根據資料的掌握程度和計算精度，儲層模擬法的計算結果可作為控制可采儲量和探明可采儲量。(2) 產量遞減法產量遞減法是通過研究煤層氣井的產氣規律、分析氣井的生產特性和歷史資料來儲量，一般是在煤層氣井經歷了產氣并開始穩產或出現遞減后，利用產量遞減曲線的斜率對未來產量進行計算。運用產量遞減法必須滿足以下幾個條件：a).b).c).有理由相信所選用的生產曲線具有氣藏產氣潛能的典型代表意義；可以明確界定氣井的產氣面積；產量-時間曲線上在產氣后至少有半年以上穩定的氣產量遞減曲線斜率值；d) 必須有效排除由于市場減縮、修井或地表水處理等非地質原因造成的產量變

21、化對遞減曲線斜率值判定的影響。產量遞減法可以用于探明可采儲量的計算，特別是在氣井投入生產開發階段，產量遞減法可以配合體積法和儲層模擬法一起提高儲量計算精度。(3) 采收率計算法通過計算氣藏采收率來計算可采儲量，計算公式為：5.2煤層氣煤層氣在民用、化工等方面利用以及長距離輸送時，都要求按穩定氣量進行供應及輸送，另一方面，煤層氣的消費也具有小時、日、月、季度的不均勻性，因此煤層氣的集輸及供應系統都需要采取調峰儲氣的措施，在用氣低谷時，將供氣源的剩余氣體在儲氣設施中起來，而到用氣時，用儲氣設施內的氣來彌補供氣量的。煤層氣分為大量的、地面儲氣裝置和長輸氣管線三種方式。可以利用開采形成的封閉空間作為煤

22、層氣的庫；地面式儲氣裝置是根據用氣量設置的煤層氣儲氣罐；另外可以利用調節輸配煤層氣管道的始末壓力煤層氣。5.2.1利用儲氣方式可以大量煤層氣，是解決月或季節用氣不均勻性的最優。某些特定地質構造形成的密閉性良好的大型構造空間，均可做為地下儲氣庫。部分采空區，當巖層結構良好，且沉陷已經穩定的區域或廢舊巷道，經過一定的封閉處理（特別注意不能向正在使用的采煤區泄漏）可以用做儲氣庫。另外，有的水溶洞、含鹽礦層也可將水抽出或利用淡水將鹽溶化為他和鹽水排出，形成可用以儲氣的空間。儲氣庫設置的關鍵是要對地質條件有較全面的了解，如地層確實不滲漏等。同時，對所打的探孔也要做好防滲漏處理。ernational，并定

23、在國外，對儲氣庫的研究和應用非常重視。國際煤氣（Gas Uion 簡稱IGU）設置了專門的天然氣生產、加工和期召開世界煤氣會議，會上有關儲氣庫的。儲氣庫主要是利用開采天然氣的空洞。如芝加哥的 HersherDome 儲氣庫，最大儲量為 50 億m3。該庫建設投資 4500 萬哥送氣所必須建設的三條高壓輸送管道的建設投資 5 億，節省了向芝加，其經濟效益十分顯約有 200 個儲氣庫，能力達到 200 億 m3 以上。德國在離著。目前漢諾威 10km 的 Englhos建設的儲氣庫，儲量達 10 億 m3；法國在凡爾賽附近（Beynes）建造的儲氣庫，能力為 2.53 億 m3，為巴黎城市用氣的提

24、供了保證。由此可見，儲氣庫的儲氣容量遠遠高于地面儲氣罐儲氣量，是其不可比擬的。建設有足夠容量的儲氣庫，增大供氣、調峰能力，可以確保緩解峰谷間的巨大差額氣量。5.2.2儲氣罐儲氣罐儲氣主要用于解決小時用氣不平衡。儲氣罐按儲氣壓力不同，可分為高壓及低壓儲氣罐。高壓儲氣罐有球形罐和圓柱形（立式或臥式）儲氣罐。低壓儲氣罐有濕式及干式兩種型式。濕式有直立升降式和螺旋升降式，小型的低壓濕式罐多采用直立升降式，容積超過 1000m3 多采用螺旋升降式；干式罐一般為大型儲氣罐，有曼型、可隆型、威金斯型等。儲氣罐設有管、安全閥、壓力表、人孔、梯子和等。當輸配工程的設計方案選定，計算出輸配系統所需的儲氣量后，就可

25、根據建設、地質情況等各方面綜合考慮，選用最合適的儲氣罐形式。1.高壓儲氣罐高壓儲氣罐的特點是其幾何容積固定不變，而是靠改變其罐中燃氣的壓力來改變其儲氣量，故稱定容儲罐，如圖 5-5-2 所示為高壓球形儲氣罐。由于定容儲罐沒有活動部分，因此結構比較簡單。高壓罐可以氣態燃氣，也可以液態燃氣。2.低壓濕式儲氣罐低壓濕式儲氣罐采用圖 5-5-2 球形儲氣罐水封方式解決儲罐密封，因此它的水槽和各塔節的水封槽內了大量的水。這就加重了儲氣罐的總重量，對儲罐地基的地耐力和基礎的承載力提出了較高的要求。低壓濕式儲氣罐分為螺旋升降式和直立升降式兩種。低壓濕式儲氣罐是國內使用較多的一類儲氣罐。螺旋升降式儲氣罐由水槽

26、、鐘罩（單節或多節）、頂架、頂板、水封環、立柱、螺旋導軌（一般與水平成 45 度角）、導輪、扶梯等組成（見圖 5-5-3）。其升降依靠固定在鐘罩上的螺旋導軌沿固定在外節鐘罩上的掛圈（或水槽）上的導輪滑動來完成。直立升降式儲氣罐（見圖 5-5-4）的基本結構與螺旋升降式相同，其不同之處為導軌設置在立于水槽上的鋼結構框架上，導輪設置在每節鐘罩的上、下端，導輪沿豎在導軌上下活動而使氣柜直立升降。當儲氣柜升足時，柜內壓力最大，其值為：外部電梯、吊籠等組成（圖 5-5-5）。活塞隨燃氣的進入和排出，在殼體內上升和下降。支撐于活塞外緣的密封機構緊貼殼體側板內壁同時上升或下降。其中的密封油借助于自動控制系統

27、始終保持一定自重或在活塞上面增加配重所決定。曼型低壓干式罐為正多邊型，稀油密封，其活塞用平板木桁架制成，最大儲氣壓力為 6000kPa。儲罐容積有 50000400000m3 等系列罐型。2)潤滑脂（干油）密封干式儲氣罐（可隆型）潤滑脂密封干式儲氣罐與曼型干式儲氣罐不同之處在于鋼制外殼為圓筒形，密封機構由樹膠與棉織品制造的密封墊圈、連桿和平衡重組成。采用干油密封，活塞為拱頂形，儲氣壓力為 812kPa（圖 5-5-6）。1基礎；2底部油溝；3外部電梯機械室；1密封油供給系統控制裝置；2旋轉；4活塞；5密封裝置；6吊籠銷；3升降機；4柜頂欄桿；5空氣膠管；7外部電梯；8吊籠；9臺階；6、7潤滑脂

28、；8活塞；9吊籠；10供油泵；10外降機驅動裝置11緩沖器；12密封機構；13潤滑脂地上罐；14潤滑脂槽車；15活塞支墩；16煤氣管圖 5-5-5 低壓干式儲氣罐圖 5-5-6 可隆型干式儲氣罐3)橡膠夾布簾密封干式儲氣罐（威金斯型）。威金斯罐也是圓筒形，與曼型和克隆型的區別主要是密封機構不同。采用橡膠夾布簾好套筒是護欄組成密封機構。活塞為 T 形擋板形式。其儲氣壓力為5.88kPa4（圖 5-5-7）。圖 5-5-7威金斯型干式儲氣罐a 一儲氣量為零，b儲氣量為最大容積二分之一；c一儲氣量為最大容積l 一側板；2 一罐頂；3 一底板；4 一活塞；5 一活塞護欄；6 一套筒式護欄；7 一內層密

29、封簾；8 一外層密封簾；9 一平衡裝置干式儲氣罐不需要大量貯水，減輕了地基負擔，在北方地區也就不存在貯水的防凍問題。由于干式罐的直徑 D 與高度 H 均小于濕式罐，占地面積也少得多。干式儲氣罐具有一系列優點，如金屬消耗少，對地層壓力小因而基礎造價省，節約占地，由于不用水槽，金屬的防腐處理比較耐久，輸出壓力比較穩定。這些優點對大型儲氣罐更為明顯。近年來我國各地相繼建成了許多大型干式儲氣罐。干式儲氣罐加工精度要求比濕式儲氣罐更嚴格，既要保證活塞滑動靈活又要使其密封，在加工時要采取許多技術措施。活塞密封性能不好將導致向活塞上部空間泄漏，形成性氣體，安全運行受到。5.2.3長輸氣管線儲氣當輸氣距離足夠

30、長，且輸氣量大，輸氣管徑也較大時，長輸氣管線能夠一定量的煤層氣。長輸氣管線儲氣主要是利用長輸管道末段起、終點的壓力變化，從而改變管道中的存氣量，達到儲氣的目的。用氣低峰時，多余的氣體存入管道中，起、終點壓力提高。用氣時，的氣體，由管道中積存的氣體補充，起、終點壓力降低。由于長距離輸送的輸氣壓力都比較高，計算長輸氣管線輸氣量時，應以管線末端給定的最高輸出壓力為準。管線末端輸出壓力應大于儲配站輸入壓力。長輸氣管線儲氣量應按下式計算1井場裝置(集氣井及集輸)；2集氣站；3礦場壓氣站；4燃氣處理廠；5起點站（或起點壓氣站）；6管線上閥門； 7中間壓氣站；8終點壓氣站；9儲氣設備；10燃氣分配站；11礦

31、區、城鎮或工業區。圖 5-5-8長距離輸氣系統長距離輸氣系般由礦場集輸、凈化處理廠、輸氣管線起點站、輸氣干線、輸氣支線、之間壓氣站、管理維修站、通訊與設施、陰極保護站、燃氣分配站等組成。根據的壓力、氣質和輸送距離等的不同，長輸系統的站場設置也是有差異的。5.3.1礦井區煤層氣集輸原始儲層地面開采或煤礦區開采的集氣通常分為枝狀、環狀和放射狀如圖 5-5-9 所示。枝狀（圖 5-5-9 a 所示），由支管將集氣井中的煤層氣匯集至集氣干線，再由干線輸至集氣總站，集氣管線猶如樹枝狀，此類集（圖 5-5-9 b）是將集氣干線布置成環氣適合于長條狀氣田；環狀集氣狀，承接沿線集氣站的來氣，在環網上適當的位置

32、引出管線至集氣總站，這種集氣流程調度氣量方便，氣壓穩定，局部發生事故時影響面小，一般用于構造面積較大的氣田；放射狀集氣（圖 5-5-9 c）適于井位相對集中的氣田，按集中程度將若干口氣為一組，每組中設置一個集氣站，各煤層氣井通過采氣管線納入集氣站，該布局便于煤層氣和污水的集中處理，也可減少操作。由于煤層氣井井口壓力低、氣井數量眾多、氣井井口壓力差異大等特點，煤層氣井集氣一般采用枝狀和放射狀。集氣的類型并不都是單一典型的采用某一種類型集氣，往往是上述類型的不同組合。選用何種類型集氣主要取決于氣田的形狀、井位布置、所在地區的地形、地貌以及集輸工藝等諸多方面的，因此在集氣的布局方面應綜合考慮選擇布置

33、。1支氣管線；2集氣干線；3單井集氣站；4多井集氣站或輸氣干線首站圖 5-5-9 單井集氣示意圖5.3.2礦區或城鎮燃氣（煤層氣）輸配長距離輸氣管線的干管及支管的末端連接礦山區、城鎮或大型工業企業，作為其供氣區域的氣源點。燃氣輸配系統是比較復雜的綜合設施，主要由下列各部分：1.凈化處理設施：煤層氣屬于天然氣，主要成分是甲烷，同時含有二氧化碳、氫氣好及少量的氧氣、乙烷、乙烯、一氧化碳、氮氣和硫化氫等氣體。當煤層氣中的硫化氫、等含量和含水量超過飛、管道輸氣規定的標準時，需要設置煤層氣凈化處理廠。在按單井進行處理的集氣中，每口井有自己完整的預處理設備，氣井開采的煤層氣在井場裝置中經節流后，在分離器中

34、清出油、游離水及機械雜質等，計量后井過集氣站或直接通田的總站輸送到天然氣凈化廠或輸氣干線。在成組型集氣中，天然氣的預處理和計量在集氣站進行。通過集氣支管和干管連接各集氣站，然后經過一個或幾個氣田總站將煤層氣輸送到凈化廠或輸氣干線。2.干線起點站或壓氣站：來自集氣管或凈化廠的煤層氣進入起點站，一般要進行除塵、調壓、計量后進入長距離輸氣干線。輸氣干線起點站的作用是保持輸氣壓力平穩，對燃氣壓力進行自動調節、計量及除去燃氣中的液滴和機械雜質。當煤層氣井開采后期或煤層氣開采壓力較低，不能滿足輸氣壓力要求時，需設置礦場壓氣站，將低壓煤層氣增壓至需要的壓力，輸送至燃氣處理廠或輸氣干線。3.燃氣分配站（門站）

35、和調壓站：在輸氣干管和管終端設燃氣分配站，其作用是接收干管來氣并控制供氣壓力和計量，向城市、居民和工業區供應燃氣，是礦山生活區、城區或工業區分配的站。調壓站是保證安全供氣和保持給定的壓力水平，并實現不同壓力級別管道之間的連接。4.燃氣儲配站（儲氣罐站）：具有氣站的型式及特性在本章“6.2 煤層氣燃氣的功能，并控制供氣的壓力。儲”中已詳細論述，在此不再重復。5.燃氣輸配：燃氣輸配系統分為低壓、中壓、次高壓及高壓等不同壓力的，我國城鎮燃氣管道按燃氣設計壓力 P 分為 7 級(表 5-5-6)。高壓、次高壓的主要功能是輸氣，中壓的功能也是輸氣，并具有向低壓各環網配氣的作用。表 5-5-6城鎮燃氣設計

36、壓力（表壓）分級根據輸送燃氣所需壓力以及用戶用氣壓力的要求系統可采用不同的壓力級制，則系統可分為：1) 單級系統：僅有低壓或中壓一種壓力級別的于小城鎮的供氣系統。如果供氣范圍較大時，則輸氣輸配系般只適用體積燃氣的管材用量將急劇增加。2) 二級系統：具有兩種壓力等級組成的系般由低壓和中壓或低壓和次高壓兩級組成。如圖 5-5-10 所示，該系統氣源為煤層氣（天然氣），用長輸管線的末端儲氣。燃氣由長輸管線從東西兩個方向經燃氣分配站送名稱壓力（MPa）高壓燃氣管道A2.5P4.0B1.6P2.5次高壓燃氣管道A0.8P1.6B0.4P0.8中壓燃氣管道A0.2P0.4B0.01P0.20低壓燃氣管道P

37、300mm0.40.50.40.50.40.50.40.50.40.57熱力管直埋在管溝內(至外壁)1.01.01.01.51.01.51.52.02.04.08電桿(塔)的基礎35kV35kV1.02.01.02.01.02.01.05.01.05.09通訊照明電桿（至電桿中心）1.01.01.01.01.010鐵路路堤坡腳5.05.05.05.05.011有軌電車鋼軌2.02.02.02.02.012街樹（至樹中心）0.750.750.751.21.2一般不大于 500m。燃氣管道坡向凝水器的坡度不宜小于 0.003。3) 燃氣管道不得在軌道之下，也不得與其他穿過房屋或其他建筑物，不得平行

38、敷設在有軌電車設施上下并置。4) 在一般情況下，燃氣管道不得穿越其他管道，如因特殊情況需要穿過其他斷面管道（污水干管、雨水干管、熱力管溝等）時，需征得有關方面同意，同時燃氣管道必須安裝在鋼套管內。5.3.5.2燃氣管道穿越鐵路、河流及物1.穿越鐵路和高速公路的燃氣管道，其管外應加套管，鐵路軌道至套管頂不應小于 1.2m；套管宜采用或鋼筋混凝土管；套管內徑應比燃氣管道外徑大 100mm 以上；套管兩端與燃氣管的間隙應采用柔性的防腐、防水材料密封，其一端應裝設檢漏管；套管兩端部距路堤坡腳外距離不應小于 2.0m。燃氣管道穿越鐵路如圖 5-5-13。燃氣管道穿越電車軌道和城鎮主要干道時宜敷設在套管或

39、地溝內，如圖 5-5-14、5-5-15，穿越高速公路應設置套管；并應符合的要求是：套管內徑應比燃氣管道外徑大 100mm 以上，套管和地溝的兩端都要密封，在重要地段的套管和地溝宜安裝檢漏管；套管端部距電車軌道邊軌不應小于 2.0m、距道路邊緣不應小于 1.0m。燃氣管道宜垂直穿越鐵路、高速公路、電車軌道和城鎮主要干道。1燃氣管道；2閥門；3套管；4瀝青密封層；5檢漏管；6鐵道圖 5-5-13燃氣管道穿越鐵路1燃氣管道；2套管；3油麻填料；4瀝青密封層； 5檢漏管；6防護罩圖 5-5-14 套管內的燃氣管道1燃氣管道；2原圖夯實；3填沙；4磚墻溝壁；5檢漏管；6防護罩圖 5-5-15 燃氣管道

40、的單管過街溝4. 燃氣管道通過河流時，可采用穿越河底或采用管橋的形式，圖 5-5-16為管橋敷設，圖 5-5-17 為水下溝埋敷設；穿越河底時燃氣管道宜采用；燃氣管道至規劃河底的覆土厚度應根據水流沖刷條件確定，對不通航河流不應小于 0.5m，對通航的河流不應小于 1.0m；穩管措施應根據計算確定；在埋設燃氣管道位置的河流上、下游應設立標志；燃氣管道對接安裝引起的誤差不得大于 3，否則應設置彎管，次高壓燃氣管道的彎管應考慮盲板力；河流的燃氣管道的支座（架）應采用非燃燒材料；穿越或重要河流的燃氣管道，在河流均應設置閥門。5.4煤層氣的綜合利用目前，煤礦瓦斯利用主要用于民用燃氣，鍋爐改造，瓦斯發電，

41、余熱利用和CDM 項目開發等方面，還可以作為化工原料，是一種新型潔凈能源。5.4.1民用燃氣民用燃氣系統主要有儲氣罐、中壓、庭院入戶等組成，礦井瓦斯作為民用燃氣具有熱值目前淮南礦業凈等優點。有民用燃氣用戶 5 萬戶，年利用瓦斯量 1000 萬 m3。5.4.2煤層氣（瓦斯）發電煤層氣發電是一項多效益型煤層氣利用項目。它能有效地將礦區采抽的煤層圖 5-5-16燃氣管橋1管道；2水泥砂漿圖 5-5-17水下溝埋式敷設示意圖氣（瓦斯）變為電能，可以方便地輸送到各地。瓦斯發電也是煤礦節能減排、符合國家環保政策的好項目。不同型號的瓦斯發電設備，可以利用不同濃度的瓦斯，這對于降低發電成本，就地利用瓦斯非常

42、重要。煤層氣發電可以使用直接燃用煤層氣的往復式發、燃氣輪機。也可用煤層氣作為鍋爐，利用蒸汽透平發電。新的發展趨勢是建立聯合循環系統，有效地利用發電余熱。利用煤層氣發電有以下一些優越性。煤層氣發電設備簡單已成系列，運行可靠。可根據氣源數量選定利用規模。燃氣發電機組效率可達 80以上，熱能轉化率較高，有利于節約能源，1kwh 電力耗氣量在 0.230.30Nm3 之間。各種型號發電機組熱耗之不同，除了機組設備制造的原因外，還在于它們外供不同的熱能等。煤層氣發電機組可以直接使用從礦井抽放的低濃度（35）煤層氣，有利于建設坑口電站。煤層氣一般不含或甚少含硫化物，用以發電不會造成煙氣污染，這對我國西南部

43、酸雨地區更具環保效益。在我國天然氣管道未大規模建成以前，電力輸送比燃氣輸送簡單易行。特別是對一些離大電網較遠的地區，可就近解決本較好。6.對于煤層氣民用系統，發電機組是有效的調峰的部分用電量，經濟效益。如撫順礦務局負責供 16 萬戶居民用氣，該局地處我國東北寒冷地區，冬、夏季用氣峰谷差異很大，建設了煤層氣發電站，有效地利用了夏季低谷期富余氣量。7.有條件向大城市供氣的礦區，如松藻、中梁山，仍應以爭取向城市供氣為主，城市供氣系統中有一定的工業用戶可作調峰，就不一定自建電站。如遠離城市且開發量大幅度提高，建設煤層氣發電站是較好的選擇。目前淮南礦業瓦斯發電裝機總規模達 24032kw,已有 23 臺

44、瓦斯發電機組在正常運行。2008 年發電量達 6200 萬度。低濃度瓦斯氣水二相流安全輸送系統：為了防止低濃度瓦斯在向發電機組輸送過程中發生安全事故，淮南礦業研究發明了為發電機組服務的低濃度瓦斯氣水二相流安全輸送系統。該系統不僅可以避免瓦斯事故，而且通過該系統的使用，瓦斯利用量比原來可提高 2 倍以上，經濟效益和社會效益均十分客觀。系統工作原理：采用氣水二相流輸送煤礦低濃度瓦斯，使瓦斯氣在水流環繞下沿輸送管道向前連續，形成環形水流，低濃度瓦斯完全處于環形水流包圍之中，并且沿輸送方向每隔 3050 米，以柱狀水團隔斷氣流，形成端面水封，低濃度瓦斯在所述環形及端面水封中形成間歇性機組，從而實現低濃

45、度瓦斯的安全輸送。氣流，一直輸送到瓦斯發電系統：從系統起始端依次由瓦斯正壓輸送穩壓放散裝置、裝置、環流裝置、透明觀察管、防爆阻火式氣水分離器及雙向阻火裝置等組成。氣水二相流安全輸送系統已獲得多項國家專利，并且已作為行業標準報國家。5.4.3余熱利用與熱電冷聯供在燃氣內燃發電機組的發電過程中，的能量有約 35% 被轉化為電能，其他約有 30% 隨尾氣排出，25% 被發冷卻水帶走，通過機身散發等其它約占 10%左右，而這其中約一半的能量是可以被二次使用的。據測算，燃氣內燃發電機組每提供 100kW 的電力,排出的尾氣余熱可滿足 2500 平的采暖需求或1300 平的制冷需求，由此可見，熱電冷聯供系統既節能環保，又可帶來巨大的經濟效益，它使得一次能源向二次能源轉換過程中損耗的能源得到充分利用，最大程度的提高能源的使用效率，在大力發展循環經濟的今天是十分必要的。1.余熱利用發電站一期工程建設的同時，發電站余熱利用系統也同步建設，并與電站同時建成。該余熱利用系統將發電機在發電過程中排出的約 550的高溫煙氣回收利用。通過針式換熱器和板式交換器將熱能送至辦公場所供熱。每臺發電機組的余熱利用相當于一臺 1 噸的燃煤熱水鍋爐。四臺 1200kW 發電