（管理科学与工程专业论文）天然气热值结算和互换性问题的研究.pdf

摘要 摘要 北京的燃气供应始于1 9 5 8 年，当时全部是人工煤气，自1 9 8 7 年引入天然气 后，经过近2 0 年的发展，人工煤气逐步被天然气取代。由于人工煤气的组分与 天然气的组分不同，因此采用了分片置换，同时改造燃气用具的办法进行互换。 到2 0 0 6 年北京市的管道燃气已经全部为天然气，人工煤气正式退出北京市场。 目前，北京的天然气气源主要是陕京气，气源单一。北京作为政治、经济、 文化中心，作为现代化的大都市，能源结构的改善势在必行。随着北京用气需求 的不断增长，陕京气的供应在不远的将来已无法满足北京市场，气源的多元化也 是北京战略发展的保证。在2 0 1 0 年前引进液化天然气( 以下简称l n g ) 与陕京气 共同供应北京市场已成必然。这就要求北京燃气集团将l n g 与陕京气的互换性及 相关问题进行认真的研究。 本课题的研究重点是： l 、通过计算和分析，研究以陕京气和陕京二线为基准气的情况下，置换气 l n g 能否满足需求，是否与原基准气具有互换性，最换气l n g 若不适合互换要求， 可否通过对l n g 混气方式使其与原基准气具有互换性。 2 、通过研究比较对混气地点、混气方式提出可行性建议。完成各种不同掺 混方式的投资估算并进行可行性分析。 3 、在分析研究的基础上提出气源多元化后的计量和结算方法。 在研究方法上，本课题主要采用调研分析方法和定量分析方法。 通过研究，在充分考虑北京燃气供气现状的基础上，提出气源多元化的对策， 特别是在掺混方式选择，结算方式的确定上提出相应解决方案。 本课题的研究注重将理论与实际相结合，并且更侧重于实际应用，对于首都 北京能源的发展具有战略性的意义。伴随市场需求的不断扩大，在未来2 - 3 年内 北京的能源多元化将成为现实，此课题的研究内容也将应用于北京燃气供应的实 际工作当中。 关键词燃气液化天然气应用 北京工业大学管理学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es u p p l yo f c i t yg a si nb e i j i n gs t a r t e di n1 9 5 8 ，w h i c ht h es o u r c ew a s j u s tc o a l g a sa tt h a tt i m e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa l m o s t2 0y e a r ss i n c e1 9 8 7 ，t h es u p p l y i n g c o n v e r s i o nf r o mc o a lg a st on a t u r a lg a sh a sb e e nc o m p l e t e d s t e pb ys t e p b e c a u s et h e c o m p o s i t i o no fc o a lg a si sd i f f e r e n tf r o mn a t u r a lg a s ，b e u i n gg a sg r o u pc o ，l t d c h o s et h ew a yo fc o n v e r s i o nb ya r e a sa n dc h a n g i n gt h ea p p l i a n c e sa tt h es a m et i m e a sar e s u l t ，t h es u p p l yo fp i p eg a se n t k e l yt u r n e dt on a t u r a lg a si n2 0 0 6 ，a n dt h ec o a l g a sh a sq u i tt h em a r k e ti nb e i j i n gt o d a y n o w a d a y st h es u p p l i e ro fg a si nb e i j i n gi sd e p e n d e do ns h a n - j i n gp r o j e c t m o s t l y , w h i c hi su n i t a r y a st h ec e n t e ro fp o l i t i c s ，e c o n o m ya n dc u l t u r e ，a n da l s oa m o d e mc i t yi nc h i n a , b e o i n gm u s tt oi m p r o v ei t ss t r u c t u r eo fe n e r g ys o u r c e s w i t h t h ei n c r e a s i n go fd e m a n dt og a s ，t h ed i s t r i b u t i o no fs h a n j i n gp r o j e c tc a n tm e e tt h e d e m a n di nt h en e a rf u t u r e t h a t sw h yt h em u l t i v a r i a t eg a ss u p p l i e ri sap l e d g eo f b e r i n g ss t r a t e g i cd e v e l o p i n g f e t c h i n gi nl i q u e f i e dn a t u r a lg a s ( l n g ) t o g e t h e rw i t h s h a n - j i n gp r o j e c tm u s tb ea na f f i r m a t i o nb e f o r e2 0 1 0 a n dt h i sr e q u i r e sb e i j i n gg a s g r o u pc o ，l t d t od os e r i o u sr e s e a r c ho nt h ei n t e r c h a n g e a b i l i t yo fl n ga n dg a sf i o m s h a n - j i n gp r o j e c t , a l s os o m eo t h e rc o r r e l a t i v ei s s u e s f o l l o w i n g a r et h ee m p h a s e sa b o u tt h i st a s k ： 1 t od e m o n s t r a t ew h e t h e rl n ga sac o n v e r s i o n g a s s o u r c 蛤h a st h e i n t e r c h a n g e a b i l i t y 、】l ，i t ht h er e f e r e n c eg a ss o u r c ef r o mt h es h a h - j i n gp r o j e c tia n dt h e s h a n - j i n gp r o j e c ti i i fl n g i s n tc o m p a t i b l et ob ei n t e r c h a n g e d ，s h a l lw em a k ei tt o h a st h ei n t e r c h a n g e a b i l i t yw i t ht h er e f e r e n c eg a sb ym i xa i r ? 2 t ob r i n gf o r w a r df e a s i b l es u g g e s t i o n so f a i r - m i x ，t h ep l a c ea n dt h em e t h o d 3 t ob r i n gf o r w a r dt h em e t h o do f m e a s u r ea n ds e t t l e m e n ta f t e rt h eg a ss o u r c e s a r em u l t i v a r i a t ea n dt oe s t i m a t et h ei n v e s t m e n to fd i f f e r e n tw a y so fg a sm i x ，a n dt o m a k er e l e v a n tf e a s i b l es u g g e s t i o n s t h er e s e a r c hm e t h o d so ft h i st a s ka l em o s t l yt h ei n v e s t i g a t i o na n a l y s i sa n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s i nt h ec a s eo ff u l l yt h i n k i n go ft h eg a ss u p p l yi nb e i j i n ga c t u a l i t y , t ob r i n g - i i - f o r w a r dt h ec o u n t c n n c a s u r e ，e s p e c i a l l yt oc h o o s ea r ti d e a lg a sm i xm e t h o da n dt o c o n r r mas e t t l e m e n tm o d e t h er e s e a r c hh e r ep a y sa t t e n t i o nt ot h ec o a l e s c e n to ft h e o r ya n dp r a c t i c e ， e s p e c i a l l ye m p h a s i z ep a r t i c u l a r l y0 nt h ea c t u a la p p l i c a t i o n , w h i c hh a sa 鼬剧c e 百c s i g n i f i c a n c et ot h ed e v e l o p m e n to fe n e r g yi nb e r i n g w i t ht h ei n c r e a s i n go fd e m a n d t og a s ，m u l t i v a r i a t eg a ss u p p l yw i l lb er e a l i z e di n2o r3y e a r si nb e r i n g a l s ot h i s r e s e a r c hw i l lb eb r o u g h ti n t ot h ep r a c t i c eo f g a ss u p p l yi nb e i j i n gi nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：g a s ，l i q u e f i e dn a t u r a lo a s ，a p p l i c a t i o n - m 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：王基遣日期：2 壁2 ：i ：2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 选题背景与意义 目前北京市的天然气气源来自华北油田和陕西靖边地区长庆气田。9 5 的天 然气由长庆气田供应，气源单一。这使得供气安全可靠性受到很大的局限。未来 河北省唐山地区曹妃匐港口接收进口液化天然气，俄罗斯、哈萨克斯坦等天然气 工程的规划使得北京市天然气气源向着多元化的方向发展。 北京作为政治、经济、文化中心，现代化大都市，能源结构的改善势在必行。 随着北京市治理大气污染力度的不断加大，尤其是2 0 0 8 年北京奥运会促进了北 京能源结构调整的步伐，预计今后几年，北京市天然气的用量将持续快速增长。 按北京市城市总体规划北京市天然气的总需求2 0 1 0 年为6 8 1 0 8 m 3 ，2 0 2 0 年为1 1 8 l o 3 【1 1 0 陕京气、陕京二线的总输气能力约为1 5 0 1 0 w a ，而陕京 气、陕京二线2 0 0 8 年的市场( 北京、天津、山西、河北、山东和苏北市场) 总需 求预测约为1 6 3 x1 0 w a 。向北京供气的主气源陕京气、陕京二线在2 0 0 8 年前 后已不能满足北京市快速增长的需要，北京市将由陕京气、陕京二线和l n g 共同 供气，其中l n g 供气量2 0 1 0 年和2 0 1 3 年分别为2 3 1 0 m 3 和3 8 1 0 8 m 3 。 不同气源天然气进入北京，各种气源组分不同，其热值不同，即单位体积的 天然气含有的能量是不同的。天然气消费采用体积立方米结算不考虑热值这个重 要因素，因此是不合理的。 此外，由于多气源供气格局，对于各气源互换性的研究将是确保京津冀地区 供气安全的重点项目。l n g 进入北京对北京市举办2 0 0 8 年奥运会，建设宜居城 市，为首都提供安全可靠的清洁能源，实现“新北京，新奥运”中战略构想发挥 重要作用。能否实现安全可靠的供气，使得l n g 作为置换气能很好的置换陕京气、 陕京二线，是一项重要而艰巨的任务。 为此，本文将对以下内容做详细阐述： ( 1 ) 调查国内外l n g 与管道天然气互换的方法及经验，分析是否对北京具有 借鉴意义； ( 2 ) 由于燃气成分的变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化，燃具燃 烧器的热负荷、一次空气系数、燃烧的稳定性、火焰结构、烟气中一氧化碳含量 等燃烧工况就会改变，新引入的液化天然气是否适合目前北京使用的燃气设备需 第l 页 北京工业大学管理学硕士学位论文 要，否则就不能保证用户安全，满意和经济地用气。因此必须从理论计算来研究 天然气的互换性： ( 3 ) 要使不同的天然气具有良好的互换性，如何实现，具体选择什么方案， 方案的利弊是什么，项目成本和投资是多少； ( 4 ) 分别对与上游、终端用户以热值方式结算进行分析； ( 5 ) 通过本文研究得出结论和建议，为北京市燃气互换提出科学决策依据。 1 2 液化天然气( l n g ) 及应用概述 l n g ( l i q u e f i e dn a t u r a lg a s ) ，即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田 中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成。而l n g 则是通过在常压下气 态的天然气冷却至- 1 6 2 ，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空 间和成本，而且具有热值大、性能高等特点。 近年来全球l n g 的生产和贸易日趋活跃，正在成为世界油气工业新的热点。 为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视l n g 的引进，国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向l n g 业务，l n g 将成为 石油之后下一个全球争夺的热门能源商 2 1 。目前l n g 是全球增长最快的一次能 源，如果能在中国大力发展l n g ，在很大程度上可弥补石油资源不足、保证能源 供应的多元化、逐步提高我国环境质量，并且对我国的西气东输也能起到互补的 重要作用。 当前中国经济持续快速的发展势头仍在继续，但是为保障经济的能源动力却 极度紧缺。在国际石油价格节节升高的情势之下，中国的能源危机越发显得更加 严重。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例，远远低于 世界平均水平。随着国家对能源需求的不断增长，引进l n g 将对优化我国的能源 结构，有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重阅题，实现经济和社会的可 持续发展发挥重要作用。 中国近年来，对l n g 产业的发展越来越重视，我国正在规划和实施的沿海 l n g 项目有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁，这些项目将最终构 成一个沿海l n g 接收站与输送管网。除广东、福建已经进入正式实施阶段外，其 余项目多处在前期准备阶段。 我国首座引进国外的l n g 接收站，广东l n g 接收站已于2 0 0 6 年6 月投产供 第2 页 第1 章绪论 气，而在内陆，我国建成的l n g 卫星站已超过4 0 个、调峰站1 座、l n g 工厂2 座，正在建设中的l n g 工厂有4 座，规划中的l n g 接收站全部建成后总储存中转 能力可达1 8 0 0 万吨年。我国的l n g 产业正处在蓬勃发展的阶段。 从目前规划看，中国石油一期( 2 0 1 0 年) l n g 能力约1 2 5 0 万吨；中国石化一 期能力6 0 0 万至9 0 0 万吨：中国海洋石油一期能力约1 2 0 0 万吨。换算下来，仅 一期能力，中国石油相当于引进约1 6 7 亿立方米天然气，中国石化约为8 0 亿至 1 2 0 亿立方米，中国海洋石油约1 6 0 亿立方米。 随着中国快速的经济增长，不断富裕的小康社会和日益增加的环境压力，使 天然气这一优质洁净的能源在中国具有广阔的市场前景。中国的天然气产业是一 个处于发展初期、快速发展的产业，l n g 将在其中扮演重要的角色。预计，2 0 1 0 年中国l n g 进口将超过1 2 0 0 万吨，2 0 2 0 年则将会成倍增长【3 】。 1 3 应用l n g 需要解决的主要问题 无论从能源的增长需求，还是从能源的战略发展出发，不远的将来，l n g 都将作为主要气源供应北京市场，而在l n g 与现有气源并存的情况下，就要很 好的解决l n g 与现有气源的互换问题，这里主要涉及到通过理论计算判定两种 或多种气源的互换性，对不具有互换性的l n g 气源可以使其具备互换性，同时， 在多气源的情况下，还要解决好贸易计量的问题，使其更加科学合理。 1 4 研究目的和创新点 通过对北京市燃气互换性的研究，实现l n g 可靠的互换陕京气、陕京二线， 对保障北京供气安全，解决北京燃气资源短缺，解决调峰的需求，实现气源多元 化，提高人民生活质量，促进北京的经济发展具有重要意义。本题目的创新点主 要体现在： ( 1 ) 通过计算对l n g 与现有陕京气得互换性进行判定，符合互换要求的l n g 与现有陕京气可以通过自然掺混直接供应用户。对不具备互换性的l ，n g 气源， 通过计算分析确定其掺混方式和掺混介质，并对其经济效益、社会效益进行综合 分析比较，提出可行性解决方案，通过掺混使其与现有陕京气具有互换性。 ( 2 ) 能量结算与体积结算是两种不同的结算方式，在气源多元化的情况下， 燃气的热值出现波动的情况增加，这就使得能量结算方式的优点得以充分体现， 为了更好的保护供应企业及燃气客户的双方的合法权益，提出采用能量结算单位 第3 页 北京工业大学管理学硕士学位论文 ( 热值) 进行结算的方法，取代以体积为单位进行结算的传统方法，使贸易计量更 加科学合理。 随着互换性与计算方式等问题的解决，北京市的气源多元化发展将得到可靠 的保证，北京市的能源结构将更加合理。 第4 页 第2 章国内外互换性问题的研究与应用情况 第2 章国内外互换性问题的研究与应用情况 2 1 国外情况 法国：政府通过发布政府令，准许两种不同类型的管网输送h 型天然气( 热 值高的) 和l 型天然气( 热值低的) 天然气，两套不同的天然气输配管网分别供应 不同类型的天然气用户，以此来解决气源不匹配而带来的互换性问蘧。 日本：虽然没有全国性管网，但日本通产省规定各地天然气公司必须遵守 4 6 0 5m j m 3 的标准热值。将l n g 参混l p g 统一热值解决互换性问题。 美国：美国联邦能源监管委员会规定天然气热值标准为3 7 2 6m j m 3 ，随着 l n g 进口量的增加，气源越来越复杂，因此目前也面临燃气互换性的难题。 韩国：单一垄断的天然气公司，其设置的天然气热值标准为4 3 9 6 u m 3 ，韩 国选取热值相近的气源作为l n g 采购气，应对燃气互换性问题。 比利时：投资开发适应能力强的燃烧器，以适应气源的多元化。 荷兰和德国：天然气储存设施容量大，通过不同热值天然气混配，调制成符 合用户需求的混合气体来解决天然气互换性问题。德国两套管网标准热值为 3 6 1 8 3 6 0 3m j m 3 和4 0 0 8 - 3 9 9 7m j m 3 。 下面就详细介绍法国和日本的倩况。 2 1 1 法国情况介绍 法国是国际天然气市场中的重要参与者。在欧盟“天然气指令”( 2 0 0 0 年8 月生效) 之前，法国的燃气市场基本上是由法国燃气集团垄断。目前法国燃气集 团拥有法国国内长输高压管网3 1 1 8 5 公里，沿途3 9 座天然气压缩站。法国燃气 集团拥有法国1 5 座地下储气库中的1 2 座。这1 5 座地下库总有效能力为9 9 亿立 方米，为法国全年消耗量的2 ( f r 2 5 。法国燃气集团还是世界第三大液化天然气 采购商。其建设的蒙都瓦尔接收站是欧洲最大的液化天然气港口接收站。 ( 1 ) 法国燃气置换和液化天然气发展历程 法国燃气集团成立于1 9 4 6 年，并于5 0 年代开始发展天然气。在上世纪的 6 0 至7 0 年代的十年间，法国在全国范围内完成了天然气置换人工煤气的工作1 4 l 。 人工煤气与天然气的互换问题也就是在这期间提出并得到解决的。“德尔布方法” 正是旨在解决这两种热值差距很大的燃气的互换性问题。此后，法国的天然气气 第5 页 北京工业大学管理学硕卜学位论文 源地不断多元化，特别是液化天然气的接入，使得海上气源和路上管道气源成为 法国天然气的两大支柱。1 9 6 0 1 9 6 2 年，法国在其西海岸城市南特建立了一个气 化量达5 0 0 立方米的天然气液化，储存和再气化示范装置。这一装置仅仅是一个 大型的“工业实验”，并没有而且也无法投入具有工业意义的使用。虽然这一示 范性质的项目并不是实际意义上的工业应用，但是它仍然具有指导意义。 1 9 6 1 1 9 6 2 年法国从阿尔及利亚引进液化天然气项目启动；1 9 6 4 1 9 6 5 第一条大 规模液化天然气贸易线运行：勒阿弗尔接收站( 8 0 年代后此站停用) ；1 9 7 2 年地 中海福斯港口接收站建成( 2 个3 5 万立方米储罐，1 个8 万立方米储罐) ：1 9 8 0 年建成欧洲最大的液化天然气港口接收站一蒙都瓦尔接收站( 3 个1 2 万立方米储 罐) 。可以从以下的表1 - 1 、表2 - 2 和图2 1 中了解法国天然气接入情况。 表卜1 法国天然气气源情况 t a b l e1 1s i t u a u o no fn a t u m lg a ss o u r c e si nf r a n c e 低热值高热值年接收量 气源( 1 x 1 0 8法国分类 k w h m 3m j m 3k w h m 3 j 甜 m 3 ) 俄罗斯陆上管道天然气 1 0 03 5 ，81 1 o3 9 9 8 0 挪威北海海底气田气 1 0 33 7 11 1 44 1 11 2 0 阿尔及利亚 福斯接收站 l o 63 8 11 1 84 2 3 6 0高热值天 液化天然气1 1 03 9 71 2 2 4 4 o 然气 蒙都瓦尔接 h 类气 尼日利亚液 8 0 化天然气 收站 1 1 03 9 71 2 24 4 0 荷兰格罗宁根海底气田气 9 33 3 3 l o 33 7 01 6 0 l 类气 表2 2 法国各天然气气源组分构成 t a b l e2 - 2 c o m p o s i u o n so fn a t u r a lg a ss o u r c e s i nf r a n c e “、= c 乩c m i o r 。? 气源如i 。e c 1 1 c 她g c 拙c 盐 c 出1 2c 以；娩。ic o = r ： l - r l1 1 1： 拉克 9 7 32 10 20 1o 3 阿尔及利亚 奠 _j一 ( 福斯接收站) 争j9 1 2 6 51 10 2 j1 0 i 。 阿尔及利亚 ( 蒙都瓦尔接 8 8 68 22 00 6 微量 0 6 收站) 挪威 8 8 25 4 1 20 40 23 21 4 俄罗斯9 6 21 _ 20 30 10 11 8o 3 錾慧蘅善”要。“ f 1 ，鬟 ，一 8 3 53 6o 7o 2m 11 口8 第6 页 第2 章国内外互换性问题的研究与应用情况 图2 - - l2 0 0 2 年法国气源接入图 c h a r t2 - 1 m a po fc o n n e c c i n gp i p e l i n e sf r o ml n gt e r m i n a l si nf r a n c ei n2 0 0 2 ( 2 ) 法国燃气互换性理论经验 法国燃气公司从1 9 5 0 年开始进行互换性研究，到1 9 6 5 年得到较完善的成果。 该项研究的创始人及主持人是德尔布，因此称为德尔布互换性判定法，该方法是 在华白数弘燃烧势c p 坐标图上判定燃气的互换性，用c i 、n ：三种单一气体 配置出许多不同的乳c p 的试验气，在一台代表性燃具上做试验，就能得出离焰 极限曲线、回火极限曲线和c o 超标极限曲线，三条曲线围成一个三角形，称为 w 、c p 互换三角图( 见图2 2 、图2 3 ) 。 w 蔓捷气授王华自教 张仁拼气挽互华自获 图2 2w 、c p 互换示意图 c h a r t2 - 2s k e t c hm a po fi n t e r c h a n g e a b i l i t yu s i n gwa n dc pa st h er e f e r e n c e 第7 页 北京工业大学管理学硕士学位论文 当燃气组分改变时，只有置换气的w 、c p 坐标点在w 正常波动极限曲线及上 面三条( 离焰、回火和c o 超标) 极限曲线包围之中，才能在该燃具上安全、满意 地燃烧，或者说，才能与基准气互换。 一个城市代表性燃具有许多台，为此能做出许多互换三角图，将所有三角图 叠合在一起，其重叠部分就是适合某一城市的w 、c p 互换图。 o 姜 h 誊 釜 籁 姬 器 蚓 餐 图2 - 3 第二族燃气互换示意图 c h a r t2 - 3i n t e r c h a n g e a b i l i t ys c h e m a t i cd i a g r a mo fg a sf a m i l y 德尔布除了w 、c p 互换图外，还需要用黄焰指数、点火性能、传火性能等指 标来检验。只有全部指标合格，才能允许互换。 ( 3 ) 法国天然气互换的实践经验 法国按照一定的热值区间把燃气划分为三族( 见表2 3 ) ，相对应的燃气种类 为人工煤气、天然气和商业丙丁烷。 表2 - 3法国燃气分族 t a h i e2 - 3g a sf a m i l i e si nf r a n c e 燃气分族热值区间燃气种类 第一族1 8 3 8 町m 3人工煤气 第二族 3 8 - 6 0m j m 3 天然气 第三族7 5 - 9 2 j f 宙商业丙烷，商业丁烷 第8 页 第2 章国内外互换性问题的研究与应用情况 在实践中，法国采用了热值差距较大的天然气进行分网供气的原则，也就是 “不同热值，分网供应”。法国将俄罗斯，挪威，阿尔及利亚，和尼日利亚输送 来的管道天然气和液化天然气视为高热值燃气( h 类气) ，高热值燃气是通过位于 法国中部和南部的高压输气管网供气。而来自荷兰格罗宁根的天然气作为低热值 燃气( l 类气) 通过法国北部高压管网供气。这两个天然气管网得到了法国政府的 认可，并以政府令的形式对于高低热值燃气的热值波动区间进行了限定，并且对 硫化氢和露点也作出了规定( 见表2 4 ) ： 表2 4 法国燃气分类 t a b l e2 - - 4 t y p e so fg a si nf r a n c e 高热值( h 类) 燃气低热值( l 类) 燃气 热值区间( m j m 3 )华白指数区间( m j m 3 )热值区间( m j 一) 华白指数区间( m j = 3 ) 3 8 4 6 4 6 0 14 8 1 7 5 6 4 43 4 1 5 3 7 7 54 1 3 4 4 8 5 3 法国燃气集团为客户提供的天然气热值可以在这一法定热值区间内合理波 动。区间内合理波动给客户使用带来的影响，法国燃气集团不承担法律责任。对 于敏感企业，法国燃气集团将在客户负担费用的前提下，为其提供解决方案。 在表1 中看到，即便在同一个高压输气管道中，俄罗斯，挪威，阿尔及利亚， 和尼日利亚接入法国的陆上管道气和液化天然气的热值并不是完全相同，而且这 两个管网也不是严格意义上的分网。因为这两个管网通过一些“连接点站”连通， 仅当需要互相调剂时( 比如将少量高热值燃气掺入低热值管网达到调峰目的) 才 开启阀门将这两个管网接通。正常状态下，这两个管网是独立的。 2 1 2 日本情况介绍 如果能用一句话来总结日本的情况，就是“基地掺混统一热值”。这一作法 与日本的用气情况密切相关联。日本作为世界液化天然气的第一大进口国，液化 天然气的比重在其燃气总消耗比重中首屈一指( 见表2 5 、图2 4 ) 。作为岛国， 日本没有陆上管道天然气的接入，从东南亚和澳洲进口的液化天然气热值不同 ( 其热值在3 9 7 卜4 3 8 9 m j n m 3 ) 。针对自身特点，日本采取了首先将各个气源地 进口的液化天然气分别储入基地中不同储罐，在接收基地出口处，对气化后的天 然气通过掺混液化石油气，将热值统一调高至4 5 9 8 m j n m 3 再送入管网进行供气 的作法。 第9 页 与法国不同，日本将城市燃气按照热值由低至高分为1 3 类，每类中又分为 a ，b ，c 三级，每级之间为8 3 6 - 1 2 5 4k j n m 3 的差距。日本所有城市燃气都归属于 1 3 类中，但是大城市之间相互自主约定使用统一热值的天然气( 例如东京和大阪 就约定使用热值为4 5 9 8 m j n m 3 的燃气) 。与此相呼应的是，日本国内的燃烧器分 类同样十分精细。 作为日本天然气行业的重要参与者，东京煤气公司拥有3 座液化天然气进口 基地，分别是：根岸，扇岛和袖步浦( 见图2 5 ) 。 年进口总量达到8 5 1 万吨。东京煤气公司三个液化天然气接收站的接收能力 参见表2 6 。 图2 6 是东京及附近地区管网和液化天然气接受站位置图。 表2 5 ：日本能源消耗的变化 t a b l e2 - 5c h a n g eo fe n e m y c o n s u m i n gi nj a p a n 燃气类型1 9 7 81 9 8 31 9 8 81 9 9 31 9 9 82 0 0 3 液化天然气( 干吨)2 6 9 24 6 6 56 7 9 51 0 3 9 91 3 2 0 51 7 6 2 5 本土天然气( 百万立方米) 6 4 67 6 38 6 81 0 9 21 2 9 21 7 4 2 煤( 千吨)4 5 1 74 2 1 43 9 6 31 3 4 800 焦炭( 千吨) 3 l6 01 9o00 液化石油气( 千吨) 9 2 21 7 2 92 0 5 82 5 6 92 1 5 31 4 9 2 石脑油( 百万升) 2 0 8 31 1 1 84 8 93 7 51 5 14 5 原油( 百万升)o 0 3 o00o0 图2 4 ：日本液化天然气占能源总消耗的比重变化 c h a f t2 - 4 p r o p o 嘣o nc h a n g eo fl n gi ne n e r g yc o n s u m i n gi nj a p a n 第1 0 页 图2 5 ：袖，浦液化天然气港口接收码头 c h a r t2 - 5 s o d e g a u r al n gt e r m i n a l 图2 6 ：东京及附近地区管网和液化天然气接受站位置图 c h a r t2 - 6m a po fg a sp i p e l i n e s & t e r m i n a l si nt o k y oa r e a s 第1 i 页 北京= 【：业大学管理学硕十学位论文 表2 - 6东京煤气公司液化天然气接收站情况 t a b l e2 - 6s i t u a t i o no fl n gt e r m i n a l so ft o k y og a s 接收站储藏能力( 万立方米)2 0 0 3 年接收量( 万吨) 地上：4 。5 x 4 座、6 5 座 地下：5 8 x 1 座、6 1 2 座 袖步浦2 6 6 9 1 7 6 2 1 座、9 x 6 座 1 3 4 座、1 4 x 2 座 扇岛 6 0 地下2 0 3 座 1 6 0 地上：3 5 2 座、4 5 3 座 根岸1 1 5 5地下：8 5 x 2 座、9 5 4 座 4 0 0 2 0 2 座 2 2 国内情况 从国内情况来看，北京、上海等城市天然气置换人工煤气的工作接近完成， 液化天然气与管道天然气之间不是置换而是互换的问题，鉴于液化天然气刚刚进 入我国，这一问题尚无现成经验可循。下面列举上海和广州的情况加以说明。 2 2 1 上海情况介绍 在1 9 9 9 年东海天然气一期工程正式供应上海以前，上海市燃气供应系统中 的气源包括五个气源厂生产的人工煤气，分别是杨树浦煤气厂，吴淞煤气厂，上 海焦化厂，浦东煤气厂和石洞口煤气厂，1 9 9 6 年上海煤气销售( 集团) 有限公司 研究所采用法国德尔布法的研究理论，对五家气源厂的人工煤气的互换性进行了 研究，并通过配置不同的比例、华自数和燃烧势各异的人工煤气，利用家用燃气 热水器和家用灶具得到了家用燃具的回火曲线、离焰曲线和不完全燃烧曲线，从 而确定了上海地区燃烧火焰的稳定性和燃气互换性区域j “。 随着1 9 9 9 年东海天然气正式供应上海地区，同济大学利用美国燃气协会 a g a 法的计算方法编制了电算化程序( f o r t r a n 语言) ，以液化石油气混空气与 东海天然气为例进行了计算，并根据a g a 法提供的判断标准进行了判断，得出 了结论：液化石油气混空气不能置换东海天然气，但东海天然气可以置换液化石 油气混空气网。 2 0 0 2 年上海燃气设计院也利用a g a 法对西气东输天然气与东海天然气的 第1 2 页 第2 荤国内外互换性问题的研究与应用情况 互换性进行了计算，并依据a 。g ，a 提供的判断标准对三种天然气的互换性进行了 判断，得出了以下结论： ( 1 ) 东海天然气和西气东输天然气之间可以互相置换； ( 2 ) 实际城市管网的天然气互换性比理论计算的结果会更加理想； ( 3 ) 对于化工、发电、汽车等特殊用户应严格按照这些用气装置对气质的 要求进行供气，达不到要求时，需要单独采取处理措施来满足装置的要求【7 】。 根据上海城市发展规划，上海将于2 0 0 8 年正是利用进口的l n g 届时上海燃 气将形成东海天然气、西气东输天然气和进口液化天然气三大气源的供应格局， 形成资源互补的安全供气结构，2 0 0 5 年上海市市政工程管理局对上海三大规划 气源的组分和物理特性。结合判断互换性的两个指标：华白数和燃烧势对上海 多气源条件下的天然气互换性问题进行了探讨，提出了对策与措旎： ( 1 ) 建立统一质量标准，要求华白数和燃烧势应出于天然气分类的圊一类别， 热值应该接近； ( 2 ) 合理选择引进气源，要求后续气源与已有气源具有良好的互换性i ( 3 ) 不同气源分区域、分用户类型供气，对上海而言，东海天然气主要供应 浦东的各类用户，西气东输天然气主要供应浦西的各类用户，进口的l n g 则通过 专线供应电厂，用于发电，以减少由于气质变化而对发电设备造成的影响。 ( 4 ) 特殊用户特殊处理，对于化工、发电、汽车等特殊用户，应严格按照这 些用气装置对气质的要求进行供气，达不到要求时，需要单独采取处理措施来满 足装置的要求 8 1 。 2 0 0 4 年，青浦煤气管理所与同济大学共同利用a g a 法对西气东输天然气 与l p g + a i r 的互换性进行了计算，并对灶具进行了实验，分析了青浦地区燃气灶 具在渡化石油气混空气向天然气转变过程中出现的超题，并提出了解决办法。计 算和实验结果均表明，使用天然气后燃具未出现回火，离焰、黄焰等不稳定的燃 烧工况，但是实验发现，烟气中c o 含量明显增大嘲。 同济大学姜正候教授在2 0 0 5 年天然气国际研讨会上，介绍了数种互换性的 判定方法，其中有根据燃具燃烧特性血线图判定法，法国德尔布法，英国燃气公 司的o u t t o n 法，美国的a g a 法。指出a g a 指数法的判定标准是根据美国上 世纪4 0 年代的燃具及其特性指标得出的，对于当今由于新型燃具( 比如红外辐射 第1 3 页 北京丁业人掌管理学硕i 。学位论文 板，鼓风式大锅灶等) 的出现，判断标准是否适用，需要重新试验。认为由于气 源性质、应用范围、环保要求。燃烧技术等各种因素发生了很大变化，新时期产 生的互换性问题，应该重新投入足够的人力，物力来研究解决，以确保天然气供 应系统安全、可靠、环保和经济地运行”o l 。 2 2 2 广州情况介绍 广州市中压燃气管网的气源是人工煤气。由油制气、炼厂气、液化石油气改 质气、轻烃改质气、液化石油气与空气等多种气源按一定比例调配而成。管道用 户约6 4 万户，管道煤气年供气量超过2 1 0 8 m 3 。广东液化天然气项目是我国第 一个引进液化天然气项目，已于2 0 0 6 年6 月实现对广州供气，该项目一期供气 规模3 7 0 万吨年，由于广州市目前使用的人工煤气与引入的液化天然气不是同 类燃气，广州市采用的方式是分期、分片置换。主要方法是更换燃气灶具，不存 在同一燃具燃烧互换性的问题。 2 0 0 5 年，华南理工大学天然气利用研究中心研究了国外现有的天然气质量 标准和相关规范，结合我国天然气市场的特点，阐明了建立全国统一的天然气质 量标准的重大意义f 1 1 】，并通过对渤海、东海、南海等各气田天然气热值的普查， 借鉴台湾地区天然气热值转换实例以及西气东输、川气出川等地天然气热值分 析，认为选择3 5 7 m j n m 3 ( 8 5 0 0 k c a l n m 3 ) ，作为我国天然气热值标准是符合我国 天然气利用和长远发展规律的客观要求和实际需要1 2 1 。 2 0 0 5 年，广州市煤气公司通过对广东l n g 项目中城市燃气用户燃气具基准 气的选择与确立的过程分析，提出了天然气工业发展过程中，应该提前系统、全 面的考虑燃气具基准气参数问题的重要意义，并指出了解决这一问题的具体思路 和方法【1 3 】。 1 9 9 6 年，华南理工大学马晓茜博士对不同工艺所要求的燃气互换性条件进 行分析的基础上，结合低热值煤气的燃烧特点，提出了一组适合于锅炉和加热炉 的燃气互换准则数，并通过理论计算和工程实例分析得出了当混合煤气为置换 气，焦炉煤气为基准气时，互换准则数的波动范围。且于2 0 0 1 年利用a g a 法 对天然气和几种常见燃气的互换性进行了计算和判断【1 4 1 i 矧。 第1 4 页 第3 覃互换性理论计算 第3 章互换性理论计算 3 1 互换性概念 对于燃气企业，为了扩大气源，当然希望将所有新出现的、廉价的、来源丰 富的燃气都利用起来。但应该注意，并非所有性质不同的燃气都可以随意送入管 网供应用户使用。应该根据要求确定哪些燃气可以直接供给用户使用，哪些燃气 需要改制、掺混然后再供给用户使用。这也就提出了燃气互换性的问题。 研究燃气互换性问题时，民用燃具燃烧器不可能更换或重新调整是一个客观 情况，也是提出问题的基本前提。如果燃烧器可以更换或重新调整，那么互换问 题就简单得多。 虽然燃烧器是按照一定的燃气成分设计的，但即使在燃烧器不加重新调整的 情况下，也能适应燃气成分的某些改变。当燃气成分变化不大时，燃烧器燃烧工 况虽有改变，但尚能满足燃具的原有设计要求，那么这种变化是允许，但燃气成 分变化过大时，燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作，这种变化就不允许了。 设某以燃具以a 燃气为基准进行设计和调整，由于某种原因要以s 燃气置换a 燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s 燃气可以 置换a 燃气，或称s 燃气对a 燃气而言具有“互换性”。a 燃气称为“基准气”， s 燃气称为“置换气”。反之，如果燃具不能正常工作，则称s 燃气对a 燃气而 言没有互换性【1 嗣。 具有多种气源的城市，常常会遇到以下两种情况。一种情况是随着燃气供应 规模的发展或制气原料的改变，某一地区原来使用的燃气要长时期由性质不同的 另一种燃气所代替。另一种情况是在基本气源产生紧急事故，或在高峰负荷时， 由于基本气源不足，需要在供气系统中掺入性质与原有燃气不同的其他燃气。不 论发生哪一种情况，都会使用户处的燃气性质发生改变，从而对燃具工作产生影 响。 在城市燃气用户中，燃烧器类型很多，民用、公福灶具及热水器等多采用低