天然气互换性研究的发展现状与趋势.pdf

第 4 3卷第 1 2期 2 0 1 4 年 1 2 月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 3．N o ． 1 2 D e c e mb e r ，2 0 1 4 天然气互换性研究的发展现状与趋势 杨诗怡 ，杨兴振 ，李银莉 。 ，许彭理 I ．西南石油大学石油工程学院， 四川 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 新疆新捷燃气有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 3 ．贵州燃气热力设计有限责任公司 ， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 0 ；4 ． 成都华润燃气设计有 限公司 ， 四川 成都 6 1 0 5 0 0 摘 要 随着我国清洁能源需求的不断增长和天然气产业的快速发展，我国逐步形成了国产天然气、进 口 管道气和进 口液化天然气的多气源供应格局。各气源由于气质和组分的不同，进入同一管网时易导致天然气互 换性问题，直接影响燃烧设备的燃烧特性。综述了华白数法、A G A指数法、韦弗指数法、德尔布法和达顿法等 天然气互换性判别方法。分析了世界各国解决互换性问题所采取的措施，对我国未来天然气互换性研究进行了 展望，建议通过实验建立符合我国气源现状的互换性判别方法。 关键词 多气源；供应格局；互换性；判别方法 中图分类号T E 6 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 41 2 2 6 5 5 0 3 De v e l o p me n t S t a t u s a n d T r e n d 0 f Re s e a r c h 0 n Na t u r a l Ga s I n t e r c h a n 2 e a b i l i t y Y ANGS h i - y i L ， Y A NGXi n g - z h e n ，L I Y i n l i j ，XU Pe n g - l i 1 ． S c h o o l o f Pe t r o l e u m E n g i n e e rin g ． S o u t h we s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y , S i c h u a n C h e n g d u 61 0 5 0 0 ， Ch i n a ； 2 ． Xi n i i a n g Xi n j i e Ga s C o ． ， L t d ， Xi n J i a n g Wu l u mu q i 8 3 0 0 0 0 ，C h i n a ； 3 ． Gu i z h o u GAS h e a t De s i g n Co ． ． L t d ． Gu i z h o u Gu i y a n g 5 5 0 0 0 0， Ch i n a ； 4 ． Ch e n g d u Ch i n a Re s o u r c e s Ga s De s i g n Co ． ， L t d ， S i c h u a n Ch e n g d u 6 1 0 5 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t W i t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f t h e g r o wi n g c l e a n e n e r g y d e ma n d an d n a t u r a l g a s i n d u s t r y i n Ch i n a ，mu l t i g a s s o u r c e s u p p l y p a e m o f d o me s t i c n a t u r a l g a s ，i mp o p i p e l i n e g a s a n d l i q u e fie d n a t u r a l g a s i n Ch i n a h a s b e e n g r a d u a l l y f o r me d ． Ea c h s o urc e wi t h d i ffe r e n t t e mp e r a me n t a n d d i ffe r e n t c o mp o n e n t i n t o t h e s a me n e t wo r k i s e a s y t o 1 e a d t o n a t u r a l g a s i n t e r c h a n g e a b i l i t y p r o b l e m． wh i c h wi l l d i r e c t l y a f f e c t the c o mb u s t i o n c h a r a c t e ris t i c s o f c o mb u s t i o n e q u i p m e n t ． I n t h i s p a p e r , the d i s c r i mi n a n t me tho d s o f n a t u r a l g a s i n t e r c h a n g e a b i l i t y we r e s u mma r i z e d ， s u c h a s Wo b b e n u mb e r m e t h o d ， AGA i n d e x ， W e a v e r i n d e x me t h o d ， De l me t h o d a n d S O o n ． Th e me a s ur e s t o s o l v e t h e i n t e r c h a n g e a b i l i ty p r o b l e m a t h o me a n d a b r o a d we r e a n a l y z e d ， n a t u r a l g a s i n t e r c h a n g e a b i l i ty r e s e a r c h i n Ch i n a wa s d i s c u s s e d ， i t ’ S s u g g e s t e d th at t h e d i s c r i mi n a n t me t h o d b a s e d o n the p r e s e n t s i t u a t i o n o f g a s r e s o u r c e i n Ch i n a s h o u l d b e e s t a b l i s h e d b y e x p e r i me n t s ． Ke y wo r d s Mu l t i p l e g a s s o u r c e ； S u p p l y p a t t e r n ； I n t e r c h a n g e a b i l i t y ； I d e n t i fi c a t i o n me t h o d 2 0 1 3年 ，我 国天然气表观消费量达到了 1 6 7 6 亿 m ，占一次能源消费的比重上升至 5 ． 9 ％。天然 气进 口量达 5 3 0亿 m ，同比增 2 5 ％，天然气对外依 存度首次突破 3 0 ％，达到 3 1 ． 6 ％。横跨多个 目标市 场区域的管网系统，资源多元化、供应网络化、调 度灵活化的供气格局将逐渐形成 。目前我国天然气 气源供应结构呈现多元化趋势 ，有以陕甘宁气 、塔 里木气和 四川气为代表 的国内管道气 ，缅甸 、土库 曼斯特和哈萨克斯坦的进 口管道气 ，澳大利亚 、卡 塔尔和马来西亚为代表 的进 口 L N G，以及以新疆广 汇为代表的国产 L N G 。 天然气供应多元化提高了我国天然气供应系 统的安全性 ， 各种天然气产地及生产工艺通常不同， 各气源 ，特别是管输天然气和液化天然气的组分及 燃烧特性差异较大 ，如果同时进入一个管网，易导 致天然气互换性 问题嘲 。国产气与进 口气热值存在 较大的差异 ，我国 目前多种气源的高位热值变化范 围为 3 6 ． 2 9 ～4 3 ． 3 2 M J ／ m 。 我国某些城市 已经出现 了 不稳定供气与用户稳定要求之间的矛盾，特别是在 具有 L N G接收站的沿海省市 ， 因此 ， 开展天然气互 换性研究具有重要 的现实意义。 1 天然气互换性判别方法 天然气互换性定义为 在不明显改变运行安 全、效率和性能、或者不会明显增加空气污染物排 放量的情况下 ，在燃烧设施 中采用一种燃气替代另 外一种燃气的能力。 2 0 世纪 3 0 年代美国就开展了燃 气互换性方面的研究 ，提出了美国燃气协会 A G A 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 - 2 6 作者简介 杨诗怡 1 9 9 0 一 ，女 ，四川成都人，在读硕士生，现就读于西南石油大学油气储运工程专业，研究方 向从事城市燃气方向的研究工 作。E - m a i l 3 5 9 2 0 8 4 1 3 q q ． c o m 。 2 6 5 6 当 代 化 工 2 0 1 4年 1 2月 判定法和韦弗判定法。 2 O 世纪5 O 年代欧洲开始使用 天然气 ，随之也进行 了互换性研究 ，相继发展 了德 尔布法，吉尔伯特一 普里格法，达顿法等判定方法。 1 ． 1 指数判定法 1 ． 1 ． 1 华 白指数法 华 白指数法是天然气互换性研究领域最早应 用的一个判别方法 ，它是表征燃气热负荷的特性数 据 ，天然气互换时如果华白数保持恒定 ，则燃烧器 热负荷和一次空气系数就基本稳定。目 前，世界各 个国家规定的华白数允许范围大多不一样，但是作 为燃具输入热量的基础指数 ，很多国家规定其变化 范围在 5 ％左右。华白指数是目前使用最为广泛的 互换性判别方法 ，它仅从热负荷的角度来考虑互换 性，并没有考虑稳定燃烧所包含的其它因素，在实 际应用中存在一定 的局限性 。 1 ． 1 ． 2 A G A指数法 由于气源种类增多，采用华白指数 已不足以控 制燃气的质量，2 0 世纪 7 O年代美国燃气协会提出 了以回火指数 、离焰指数 五 和黄焰指数 这 3 个 指数作为判断燃烧稳定性的准则，即 A G A指数法。 该方法使用的前提是燃气的高热值必须大于 3 2 M J ／ m 。 ， 其中基准气和置换气的性质服从容积百分比 混合法则 。该方法是作为天然气和非天然气燃气互 换的可靠判据 ，具有一定 的代表性 和普适性 ，在新 兴气源 如 L N G 与天然气 的互换性 问题上 ，A G A法 的有效性还有待评估 。 1 ． 1 ． 3 韦弗指数法 韦弗指数法主要通过回火指数 、不完全燃烧 指数 、热负荷指数 、 脱火指数 、 引射因数 ．， A 、 黄焰指数 和 6个指数作为判别依据 ，其判别依 据见表 1 。 表 1 韦弗指 数法判断依据 Ta bl e 1 Ju dgmen t o f W e a ve r i n de x 1 ． 2 图形判定法 1 ． 2 ． 1 德尔布法 法 国燃气公司的实验表明 ，不同气源的燃气在 同一种燃烧器上燃烧时 ，回火 、离焰和 C O三条曲 线主要取决于与内焰高度有关 的因素 ，而黄焰 曲线 则与 内焰 高度无关 。该法选取 的判别指数为华 白 数 和燃烧势 ， 用 构成的坐标系上的曲线 表示燃气允许互换的范围。 1 ． 2 ． 2 达顿法 达顿法根据燃 气组分进行天然气互换性 的预 测 ，该法认为任何一种实际的燃气能够由甲烷 、其 他烃类 、氢和惰性气体构成 ，其他烃类可用当量丙 烷和 甲烷表示嘲 。 上述 5种天然气互换性判别方法 的特点如表 2 所示 。 表 2 天然气互换判定方法的比较 T a b l e 2 Co mp a r i s o n o f n a t u r a l g a s e x c h a n g e me t h o d s 判定方法 特点 2 世界各国解决天然气互换性问题 的 方法 2 ． 1 美 国 在世界各国中， 美国是天然气使用量最大、 遇 到 问题最多的国家 。美 国国家天然气委员会 N G C 牵头成立了互换性研究工作组 简称 N G C ， 开展了 相关的燃气可互换性的研究 ， 在 2 0 0 5年发布了 天 然气可互换性及非燃烧应用白皮书 ， 给出了相关的 解决方案，其方法主要有下面 3 种 1 天然气产地 早期 L N G在出产地均会进行凝析处理 ， 分离 出 戊烷、己烷和更重的烃类组分，避免在液化工艺中 造成冰堵故障。 2 L N G接收站 ①凝析处理法 采用凝析分离工艺对 L N G进行 处理 ，降低 N G L成分 ；②掺混气体法 掺入氮气 、 空气 、烟气等气体 ，降低其华 白数 ；③不同气源掺 混法 该方法的原理主要是通过在 L N G接收站内进 行两种 L N G的掺混 ] 。 3 用户端 ①调节气源 燃气公司通过在城市门站处掺混 空气 ，解决了地区性的燃气互换性问题 ；②调节用 户设备 对燃具进行调查和检测，必要时根据气源 的变化对燃具进行调节 。 2 ． 2欧洲 欧洲 国家众多 ，天然气产业发展的差异造成了 各 自的标准相差较大。2 0 0 2年 3 月 ，欧盟 6个基本 成员 国在 巴黎成立 了欧洲 能源 燃气 交 易协会 第 4 3卷第 1 2期 杨诗怡，等天然气互换性研究的发展现状与趋势 2 6 5 7 E A S E E g a s ， 借鉴美 国互换 问题模型解决互换性 方法 。 问题 。 英国拥有大量陈旧的民用燃气设备，在多气源 互换性的问题上采取了观望的态度，目 前推荐的天 然气热值为 3 9 ． 8 M J ／ m ，计价标准为 k Wh ／ m 。 法 国建设了两种不 同类型的输配管 网，分别输 送不同热值的天然气，两种天然气的热值范围分别 为 3 4 ． 2 ～ 3 7 ． 8 M J ／ m 和 3 8 ． 5 2 ～ 4 O ． 0 8 MJ ／ m。 。 荷兰由于本身的天然气存储设施容量大， 将热 值不同的天然气进行混合混配，向用户输送符合热 值需求的混合气体 。 2 ． 3亚 洲 在亚洲各国中，日本具有一定的代表性，其天 然气消费主要依靠进口L N G 。日本相关的法律规定 天然气的高热值必须达到或超过规定，规定进 口 L N G的热值不允许低于 4 1 ． 2 M J ／ m ，然后增热至 4 5 M J ／ m 。其增热方案主要是通过在 L N G中添加液 化石油气达到预定热值， 最低的高热值为 4 4 M J ／ m 3 ， 平均 为 4 6 M J ／ m 。 3 我 国天然气互换性研究现状 1 9 7 6年在英 国伦敦 召开 的世 界燃气 大会 WG C 上 ，国际燃气联盟 I G U 根据互换性概 念利用华白数和燃烧势对燃气进行了分类， 2 0 世纪 9 O年代我国参照 I GU 的研究成果 ，颁布 了 G B f 1 3 6 1 1 城市燃气分类 。2 0 0 6年颁布了 城镇燃气 分类和基本特性 ，对 G B ／T 1 3 6 1 1 气种分类等进行 了修改，但使用华 白数和燃烧势进行分类的基本原 则没有变化 “ 。 我 国在天然气互 换方面制定 了一 些规范和指 标 ，但我 国天然气互换性研究领域主要采用 了国外 判别方法， 包括 A G A指数法、 韦弗指数法等， 而我 国气源成分、燃具类型都和国外有较大差距 ，且没 有掌握国外的实验数据资料，很难进行深入探讨。 因此 ，我 国需要在分析比较国外天然气互换成 功经验的基础上 ，以相关实验为基础 ，通过理论分 析和实验数据归纳 ，绘制 出适合我国燃具现状 的互 换图，提出符合我国天然气气源实际现状的互换性 4 结 论 1 随着我国气源多元化、 供应网络化的供气 格局的逐渐形成，成分不稳定的气源与要求相对稳 定的用户之间的矛盾在我国城市中将会越来越多的 出现，开展天然气互换性研究工作具有重要的现实 意义 。 2 国外现有的互换性判别方法都是各国根据 本 国的气源状况通过实验研究得 出来 的，我 国应立 足现有气源实际现状 ，提出符合我 国实际情况的互 换性研究方法 。 3 对于存在多气源互换性问题的地区， 应根 据管道走向、气质成分、管输压力等因素合理选择 适应性高的天然气互换性方案，沿海城市引入进 口 L N G时，应选择与已有气质互换性较好的气源。 参考文献 [ 1 ]王冠培， 苏清博， 郭开华．多气源混输管网的供气方案fn油气储 运，2 0 1 3 ，3 2 1 0 6 - 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