劉燁 楊莉娜 文韻豪 宋躍海 斐國平

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；3.中國石油海外勘探開發(fā)公司）

當(dāng)前，我國正處于天然氣快速發(fā)展的歷史時期，我國天然氣發(fā)展戰(zhàn)略為：“立足國內(nèi)，利用海外，西氣東輸，北氣南下，海氣登陸，就近供應(yīng)?！备鶕?jù)規(guī)劃，2020年前，我國將建成天然氣管道 5萬 km，LNG（液化天然氣）接收站接收能力達(dá)到5 000萬t（約700億m3）/a，使天然氣消費在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比例從2012年的5.2%提高到12%。

目前，我國已建成9個LNG接收站，分別為中國海洋石油的廣州LNG接收站、福建LNG接收站、上海LNG接收站、浙江LNG接收站、珠海LNG接收站、天津浮式LNG接收站，以及中國石油的大連LNG接收站、江蘇如東LNG接收站、唐山LNG接收站；在建LNG接收站5個，分別為中國海洋石油的深圳LNG接收站、粵東LNG接收站、海南LNG接收站，以及中國石化的青島LNG接收站、廣西北海LNG接收站；規(guī)劃建設(shè)的LNG接收站約有15個。

從國外引進(jìn)的LNG來自不同的LNG供應(yīng)資源，種類較多，其組分及熱值與國內(nèi)運行的管道天然氣存在較大差異。當(dāng)多種氣源同網(wǎng)運營時，氣質(zhì)不同，熱值相差超過一定范圍時，對城市燃?xì)?、天然氣發(fā)電等行業(yè)會造成一定的影響。如，GB/T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴芬?guī)定，天然氣的華白數(shù)滿足45.67～54.78MJ/m3的要求，就能滿足燃具的正常使用；而用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)對于熱值的快速變化則特別敏感，當(dāng)天然氣熱值變化超過±10%時，需要調(diào)整或改造燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。因此，進(jìn)口LNG再氣化后能否與國內(nèi)管輸天然氣同網(wǎng)運營，是需要考慮的關(guān)鍵問題。

1 燃?xì)馔W(wǎng)運營的判定

LNG與管道天然氣同網(wǎng)運營包括兩種情況：一種情況為摻混，即，進(jìn)口LNG氣化后與原有管道天然氣混合輸送至終端用戶，由于摻混量所占比例較小，通常情況下?lián)交旌髿赓|(zhì)變化不大，其熱值滿足用戶要求；另一種情況為互換，即，進(jìn)口LNG氣化后替換原有管道天然氣輸送至終端用戶，當(dāng)燃?xì)饨M分改變后，燃燒器具的燃燒特性、效率和燃燒器噴嘴火焰性質(zhì)等仍能夠滿足燃具原有設(shè)置要求，則后一種燃?xì)饪梢蕴鎿Q前一種燃?xì)?，即它們之間具有互換性。當(dāng)兩種燃?xì)饩哂谢Q性時，方可同網(wǎng)運營。

目前，燃?xì)饣Q性判定方法主要有沃泊指數(shù)（華白數(shù)）判定法、燃具燃燒特性曲線圖判定法、德爾布（Delbourg）-ff換性判定法、美國燃?xì)鈪f(xié)會法（A.G.A）、韋弗指數(shù)法和英國氣體當(dāng)量法（Dutton判定法）。國際上以往最通用的是華白數(shù)法，目前，則同時采用華白數(shù)和燃燒勢（德爾布-ff換性判定法）來判定。

1.1 華白數(shù)

華白數(shù)代表熱流量。燃?xì)獾娜A白數(shù)不變，表明供應(yīng)的熱量不變，燃具的熱負(fù)荷也不變。華白數(shù)計算公式為：

式（1）中：W——華白數(shù)，MJ/m3；Qg——燃?xì)飧邿嶂?，MJ/m3；d——燃?xì)庀鄬γ芏取?/p>

1.2 燃燒勢

燃燒勢代表燃燒穩(wěn)定性的燃燒速度指數(shù)。燃?xì)獾娜紵俣炔蛔?，則火焰就能穩(wěn)定。燃燒勢計算公式為：

式（2）、式（3）中：Cp——燃燒勢；H2、CO、CH4——燃?xì)庵袣錃?、一氧化碳、甲烷含量?； CmHn——燃?xì)庵谐淄橐酝獾奶細(xì)浠衔锖浚?；K——燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)；O2——燃?xì)庵醒鹾浚?。

根據(jù)我國GB/T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴罚擎?zhèn)燃?xì)獍凑杖A白數(shù)及燃燒勢可分為3大族13類。其中，包括礦井氣、沼氣在內(nèi)的天然氣分為5類，詳見表1。

表1 城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惣盎咎匦?

一般情況下，當(dāng)燃?xì)饣Q時，兩種燃?xì)獗仨殞儆谙嗤瑓⒈葪l件下的同一類，且控制華白數(shù)的變化不大于±（5～10）%。

2 國外LNG與管道天然氣同網(wǎng)運營技術(shù)

2.1 日本

20世紀(jì)70年代之前，日本以液化石油氣（LPG）和石油氣為主，燃?xì)庠O(shè)備適用于這些高熱值的燃?xì)?。根?jù)日本燃?xì)馐聵I(yè)法（2004年 6月 9日法律第 94號）規(guī)定，各地天然氣公司都要遵守46.05MJ/m3的標(biāo)準(zhǔn)熱值，此標(biāo)準(zhǔn)熱值與LPG熱值更接近。

20世紀(jì)70年代后，日本開始進(jìn)口LNG，而LNG的熱值普遍低于燃?xì)馐聵I(yè)法規(guī)定的46.05MJ/m3的標(biāo)準(zhǔn)熱值。若修改標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致大量燃?xì)庠O(shè)備的更換，要付出一定的經(jīng)濟(jì)代價。因此，日本每年進(jìn)口上億噸石油，提煉出LPG后摻到天然氣中使其熱值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。目前，日本正在利用電子技術(shù)開發(fā)可以適用于不同熱值的設(shè)備。

日本天然氣以體積計價，日本燃?xì)夤靖鶕?jù)國際天然氣市場價格的變化，定期調(diào)整國內(nèi)燃?xì)鈨r格。

2.2 英國

隨著英國天然氣需求量的迅速增長，2005年，英國開始大量進(jìn)口LNG。英國《天然氣安全（管理）法規(guī)》規(guī)定，天然氣的華白數(shù)范圍為47.20～51.41 MJ/m3，而 LNG的華白數(shù)普遍高于此值，因此，為了使LNG氣質(zhì)達(dá)到規(guī)范要求，英國在LNG接收終端采用摻混氮氣的方式降低天然氣熱值。未來，隨著燃?xì)庥镁咴O(shè)計和燃燒技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)有氣質(zhì)要求可能會發(fā)生變化。

2.3 歐洲大陸

根據(jù)歐洲天然氣工業(yè)技術(shù)委員會的規(guī)定，歐洲天然氣標(biāo)準(zhǔn)分為L類和H類。其中，L類天然氣是荷蘭生產(chǎn)的天然氣，其華白數(shù)較低，為39.1～44.8 MJ/m3；H類天然氣的來源包括英國北海、俄羅斯、阿爾及利亞和尼日利亞，這一類的天然氣華白數(shù)較高，為40.9～54.7MJ/m3。這兩類天然氣不能相互替換，各自在相對獨立的管道內(nèi)輸送。

歐洲各國的管道大多輸送H類天然氣，只有荷蘭、法國、比利時和德國一些地區(qū)的管網(wǎng)輸送L類天然氣。如，在荷蘭，L類天然氣管網(wǎng)負(fù)責(zé)向民用、商用和小型工業(yè)用戶供氣；H類天然氣管網(wǎng)負(fù)責(zé)向大型工業(yè)用戶供氣。

歐洲大陸國家的 LNG接收終端通常采用將不同熱值的LNG摻混或?qū)NG與當(dāng)?shù)靥烊粴鈸交斓姆绞綄⑷A白數(shù)的范圍調(diào)整到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。目前，歐盟委員會正考慮制訂新測試標(biāo)準(zhǔn)和燃?xì)庥镁哌\行標(biāo)準(zhǔn)，從而生產(chǎn)新的燃?xì)庥镁?，可以適用氣質(zhì)變化范圍更廣的天然氣。

3 我國LNG與管道天然氣同網(wǎng)運營分析

目前，我國天然氣管網(wǎng)已貫通全國，實現(xiàn)了氣源供應(yīng)的多元化，具有多種氣源的城鎮(zhèn)越來越多，如，上海和北京地區(qū)均為多氣源供應(yīng)。正常情況下，進(jìn)口LNG與管道天然氣摻混輸送，當(dāng)供給上?；虮本┑哪骋还艿捞烊粴獍l(fā)生故障時，分析是否可采用LNG與其進(jìn)行互換。

3.1 上海多氣源天然氣互換性分析

上海的多氣源天然氣供氣已有多年歷史，平湖油氣田于1999年開始向上海供氣，是上海城市天然氣的主要氣源之一；另外，還包括西氣東輸管道一線及西氣東輸管道二線、西氣東送的普光氣田至上海天然氣管道及進(jìn)口的LNG氣源。上海地區(qū)主氣源天然氣組成及相關(guān)參數(shù)見表2；進(jìn)口LNG的天然氣資源有可能來自澳大利亞、印度尼西亞、阿爾及利亞、文萊、伊朗，其組分及物性見表 3；當(dāng)主氣源中的任何一條管道出現(xiàn)故障，由進(jìn)口的LNG與之互換時，其華白數(shù)差值見表4。

由表 2、表 3可知，平湖油氣田輸氣管道、川氣東送輸氣管道、西氣東輸管道一線及西氣東輸管道二線所輸送的天然氣以及進(jìn)口LNG均屬于12T。

表2 上海地區(qū)主氣源組分及性質(zhì)

表3 各國LNG組分及性質(zhì)

表4 上海地區(qū)主氣源與各國LNG的華白數(shù)差值

由表4可以看出，以主氣源為平湖油氣田、川氣東送及西氣東輸系統(tǒng)天然氣為基準(zhǔn)氣，上海地區(qū)進(jìn)口LNG與基準(zhǔn)氣互換時，華白數(shù)的差值均在±（5～10）%范圍內(nèi)。因此，上海地區(qū)進(jìn)口LNG與基準(zhǔn)氣具有互換性，可同網(wǎng)運營。

3.2 北京多氣源天然氣互換性分析

目前，北京地區(qū)除陜-京（陜西—北京）管道一線、陜-京管道二線、陜-京管道三線供氣外，還有2013年投產(chǎn)的唐山LNG。因此，北京地區(qū)共有4個氣源來保障城市天然氣的安全供應(yīng)，其中，唐山LNG的天然氣資源與上海地區(qū)LNG資源一致。北京地區(qū)主氣源天然氣組成及相關(guān)參數(shù)見表 5，當(dāng)其中任何一條管道出現(xiàn)故障，由唐山LNG與之互換時，其華白數(shù)差值見表6。

表5 北京地區(qū)主氣源組分及性質(zhì)

表6 北京地區(qū)主氣源與各國LNG的華白數(shù)差值

由表5可知，陜-京管道一線、陜-京管道二線、陜-京管道三線的天然氣都屬于12T。由表6可以看出，以主氣源陜-京系統(tǒng)天然氣為基準(zhǔn)氣，唐山LNG接收站引進(jìn)的LNG與基準(zhǔn)氣互換時，華白數(shù)的差值均在±（5～10）%范圍內(nèi)。因此，進(jìn)口LNG與陜-京系統(tǒng)天然氣具有互換性，可同網(wǎng)運營。

4 幾點建議

一是，現(xiàn)有天然氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)存在不足?！冻擎?zhèn)燃?xì)夥诸惣盎咎匦浴分械?4T，6T甚至 10T類別氣體的熱值不能滿足GB 17820—2012《天然氣》中熱值指標(biāo)的要求。GB 17820—2012《天然氣》中對熱值指標(biāo)規(guī)定：大于31.4MJ/m3（20℃，101.325kPa時，7 500kcal/m3），范圍太廣，且對天然氣組分，燃燒特性參數(shù)無具體規(guī)定，不利于燃?xì)饣Q。

由于各類用戶對氣質(zhì)的要求不同，作為同一天然氣管網(wǎng)，建立統(tǒng)一的入網(wǎng)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使得用戶可以按照統(tǒng)一的天然氣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、訂購用氣設(shè)施和設(shè)備，避免由于氣質(zhì)變換而可能帶來的問題。

二是，在事故工況、調(diào)峰或以一種氣源天然氣代替另一種氣源天然氣時，應(yīng)要考慮其是否具有互換性問題。

三是，若今后引進(jìn)的LNG與國內(nèi)管道天然氣的華白數(shù)相差超過±10%時，可采用降低LNG熱值的方式達(dá)到互換條件。將氣化的天然氣中摻混N2、空氣或其他不可燃?xì)怏w，可有效調(diào)整LNG燃燒特性參數(shù)，使之與低熱值的天然氣具有互換性。注入 1%的 N2或空氣可將天然氣的華白數(shù)降低約 1.3%。與摻混N2相比，摻混空氣成本較低，但是，應(yīng)控制摻混后天然氣中的氧含量，否則會加劇對管道的腐蝕以及增加危險性。若進(jìn)口LNG含有C2+以上的組分較多，也可采用脫除重組分的方法降低LNG熱值，目前，在建的中國石化青島LNG接收站項目，因其LNG資源 C2+以上組分百分含量較高，采用了脫除C2+組分的處理工藝，既可以調(diào)整LNG熱值，還可回收LNG中的重組分。

四是，目前，國外的天然氣貿(mào)易一般以熱值進(jìn)行結(jié)算，而我國天然氣采用體積計量結(jié)算的方式。由于天然氣的成分不同，單位體積的天然氣熱值存在差異，因此，按熱值結(jié)算更為科學(xué)、合理。建議盡早實施熱值計量結(jié)算的方式。

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒 2013[M].北京: 中國統(tǒng)計出版社,2013.

[2] 陳賡良.天然氣的互換性及其標(biāo)準(zhǔn)化[J].天然氣工業(yè),1999(2).

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 13611—2006城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦訹S].北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4] 張玉坤,許文曉,陳勇.天然氣氣質(zhì)及其互換性[J].石油與天然氣化工,2008(6).

[5] 嚴(yán)銘卿.燃?xì)廨斉涔こ谭治鯷M].北京: 石油工業(yè)出版社,2007.

[6] 何淑靜.上海市多氣源天然氣互換性問題初探[J].城市公用事業(yè),2009(2).

[7] 王紅霞,劉燁,王遇冬,等.北京地區(qū)多氣源天然氣互換性的探討[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2010,21(1): 18-20.