天津市引進LNG后對燃氣具的影響研究

田申

摘 要：2013年隨著天津市LNG（Liquefied Natural Gas）工程的建設(shè)，天津市將迎來了一個天然氣大發(fā)展的時代，天然氣氣源的多元化勢必對燃具的適應(yīng)性提出新的要求，本文分析了天津市氣源的基本情況，提出了提高燃具適應(yīng)性的思路。

關(guān)鍵詞：燃氣的互換性 燃具的適應(yīng)性

中圖分類號：F299 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0245-02

隨著天津市經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已成為市政府與社會各界共同的目標，市政府與社會各界已達成共識在天津市中運用LNG與天然氣作為主導(dǎo)的氣源，打造出一種高效的、低碳的優(yōu)質(zhì)能源。氣源從天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，它可以與多種氣源并存，可以多元化的供應(yīng)，這樣就使得管網(wǎng)在全國性與渤海地區(qū)實現(xiàn)了聯(lián)通，這也是天然氣發(fā)展的趨勢與要求。

1 問題的提出

由于進入我市的天然氣產(chǎn)地不同，其成分及燃燒特性差異較大，這對于我市民用戶和工業(yè)用戶（部分工藝要求高）來說，這其中就存在著然器具與氣源成分波動相適應(yīng)的問題。

互換性和適應(yīng)性都要求燃氣成分改變時，燃燒器仍能正常運行。對于燃氣燃燒特性有要求的則是互換性，而對于燃燒器性能存在要求的則是燃具的適應(yīng)性，這是一個問題的兩個方面。當(dāng)出現(xiàn)兩種或是多種燃氣完全處于互換的性質(zhì)時，對于燃燒器的適應(yīng)性能要求不是太嚴格；這其中燃燒器的適應(yīng)性很好的話，就可以適應(yīng)燃氣成分產(chǎn)生大范圍的波動，這就對燃氣互換性的要求特別的低。而不同的燃氣的燃燒特性存在的差別很明顯，所以適應(yīng)性與互換性都是有限度的，如果超過這個限度就很難進行置換與適應(yīng)。

1.1 燃氣的互換性

燃氣的燃燒器一般是按照燃氣的一定成分來進行制造和設(shè)計的，而燃燒器是某種定型的，則允許燃氣的成分在一定的范圍內(nèi)進行波動。假如氣源有所改變，燃燒器不做任何變化，相應(yīng)的熱負荷仍然可以達到，在進行燃燒時，燃燒完全，火焰上也比較的穩(wěn)定，能夠滿足燃具的設(shè)計要求，這樣就可以進行燃氣互換了，因此，它們之間就存在互換性能，如若氣源不能互換就不存在互換性。

1.2 燃具的適應(yīng)性

所謂燃具適應(yīng)性，是指燃具對于燃氣性質(zhì)變化的適應(yīng)能力。通常燃氣具（尤其是民用燃器具）對適應(yīng)性的要求較高，適應(yīng)性強的燃氣具是指能夠適應(yīng)氣源成分在較大范圍變化的一類燃氣燃燒器具，它對氣源的互換性要求相對較低。

2 我國天然氣和燃氣具概況

按現(xiàn)行國標《城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性》（GB/T13611-2006），依據(jù)燃氣的燃燒特性參數(shù)（華白指數(shù)和燃燒勢），將天然氣分成五類[1]，具體劃分情況如表1所示。

目前我國的天然氣燃氣具產(chǎn)品就是依據(jù)表中規(guī)定的技術(shù)指標分類別進行設(shè)計和生產(chǎn)的，不同類別的天然氣對應(yīng)相應(yīng)的燃氣具。就熱負荷指數(shù)來講，同一類別燃氣具的界限氣與基準氣的偏差不同，表明不同類型的燃氣具對氣源的適應(yīng)能力不同。

3 天津市燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題

3.1 天津市天然氣氣源與燃氣具

目前天津市的氣源以陜北氣為主，以渤西氣和大港氣為輔，隨著天津市經(jīng)濟的快速發(fā)展，今后必將進口大量LNG作為補充。表2為目前我市和國內(nèi)部分管輸天然氣和LNG的氣源組分與燃燒特性參數(shù)。

比較表2的相關(guān)參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)，作為天然氣的另一種存在形式，LNG因液化工藝的原因，其組分與管輸天然氣差別較大，C2+含量較高，燃燒特性參數(shù)也不盡相同。按照國標分類，管輸天然氣一般歸入10T或12T；而LNG一般歸入12T類別，燃具產(chǎn)品相應(yīng)為12T?？梢?，同樣是天然氣氣源，所使用的燃氣具不一定相同。

3.2 存在的具體問題

從當(dāng)前我市情況看，按照國標生產(chǎn)的燃氣具，要求氣源成分變化較小，華白指數(shù)最大偏離值也只有-10.0%～+8.0%（10T類），最常見的12T燃具，其華白指數(shù)偏離值也只有-7.9%～+9.9%，燃氣具適應(yīng)氣源的能力還可以提高。

一方面，不同種類的燃氣具產(chǎn)品只能分別使用相對應(yīng)的燃氣類別，燃氣具的適應(yīng)范圍窄，對氣源的互換性要求高，這無疑限制了氣源的種類，造成氣源的選擇范圍小，帶來的直接后果是氣源采購成本增加或后期加工成本增加；另一方面，設(shè)計、制造多種型號的燃氣具，必然增加相應(yīng)生產(chǎn)成本和產(chǎn)品維修服務(wù)成本。無論是燃氣經(jīng)營者、燃氣具生產(chǎn)者，還是用戶都會受到影響。此外因燃氣具產(chǎn)品適應(yīng)能力不強，還造成了無法適應(yīng)多種氣源變化，致使不同產(chǎn)地的天然氣管網(wǎng)連通困難。

4 國外解決互換性問題的一些做法

國外天然氣發(fā)展同樣經(jīng)歷過氣源互換性的難題，作為天然氣產(chǎn)業(yè)，為提高供氣可靠性必然要求不同地區(qū)間管網(wǎng)連通，而首要解決的就是燃氣的互換性與燃氣具適應(yīng)性這對矛盾。對此，各國采取了不同的辦法來提高燃氣具的適應(yīng)能力、擴大對氣源的適用范圍，以往國外在這方面有如下做法。

法國以兩種不同類型的輸配管網(wǎng)系統(tǒng)，分別輸送H型天然氣和B型天然氣，其熱值范圍是38.52～40.08 MJ/Nm3。兩套熱值不同的天然氣輸配管網(wǎng)分別供應(yīng)不同類型的天然氣用戶，以此解決氣源與燃氣具不匹配而帶來的互換性問題。

比利時采用的辦法是投資開發(fā)具有較強靈活性、能適應(yīng)氣源成分變化范圍較大的燃燒器，即新型的適應(yīng)性強的燃氣具，來適應(yīng)天然氣成分的變化。

荷蘭和德國因為天然氣存儲設(shè)施容量大，其采用將不同熱值的天然氣混配，調(diào)制成符合用戶需求的混合氣體來解決天然氣互換性問題。

日本采用的措施是統(tǒng)一入網(wǎng)天然氣的熱值指標，在天然氣中攙混液化石油氣以提高其熱值，以統(tǒng)一恒定的熱值來解決氣源互換性問題，通產(chǎn)省規(guī)定各地燃氣公司都要遵守46.05 MJ/Nm3的標準熱值。

韓國與日本情況類似，其設(shè)置的天然氣熱值標準為43.96 MJ/Nm3。

在美國，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會規(guī)定美國天然氣的熱值標準為37.26 MJ/Nm3，熱值最高限定值為40.98 MJ/Nm3，華白數(shù)最高限定值為52 MJ/Nm3。

從國外天然氣的發(fā)展歷程我們看到，燃氣互換性問題是天然氣發(fā)展過程中必然會遇到的課題，盡力解決好這一難題，具有深遠的歷史和現(xiàn)實意義。

5 開發(fā)高適應(yīng)性燃氣具的重要性

5.1 緊迫性

隨著天津市LNG工程的建設(shè)，我市迎來了一個天然氣大發(fā)展的時代。然而氣源緊張始終是制約我市經(jīng)濟發(fā)展和節(jié)能減排的瓶頸，隨著大量的管輸天然氣及LNG項目的動工興建，我市天然氣產(chǎn)業(yè)已開始步入快速發(fā)展期?？梢灶A(yù)測，和歐美等發(fā)達國家一樣，實現(xiàn)天然氣華北地區(qū)甚至全國性聯(lián)網(wǎng)是我國天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。“大管網(wǎng)、多氣源、高可靠性”的產(chǎn)業(yè)方針，必然導(dǎo)致氣源成分波動頻繁、燃燒特性變化范圍大，這對于我市燃氣用戶來說，無疑對其燃氣具的適應(yīng)性提出了較高的要求。

就目前情況看，絕大部分的管輸天然氣項目間，氣源基本上屬同一類別，城鎮(zhèn)燃氣的燃燒器具可以適應(yīng)，管輸天然氣項目間實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)是可行的。但是，對于一些即將興建的LNG項目，其氣源與管輸天然氣的氣源并不完全具備互換性。一旦各地LNG項目建成，下游用戶的燃燒器具確定后，再實施全國天然氣管網(wǎng)連通，將會面臨困難，屆時必將耗費大量人力、物力用于燃燒器具的改造或更換。因此，吸取國外天然氣利用的成功經(jīng)驗，開發(fā)新型的適應(yīng)性更強的燃氣具已勢在必行。

5.2 可行性

前已述及，國標中對于不同類別天然氣的華白數(shù)允許波動范圍與基準氣偏離比例不同，均未超出10.0%。燃氣互換性的一般判定準則為華白指數(shù)判定法：置換氣華白指數(shù)與基準氣偏差在±（5.0～10.0）%內(nèi)，且燃燒勢變化符合要求。否則，不具備互換性。

盡管普遍將華白數(shù)的允許偏差范圍確定為10%，但從燃燒學(xué)理論上看，僅從華白數(shù)方面還不足以全面分析燃氣的互換性。華白數(shù)判定法只是從熱負荷角度考慮互換性，并未考慮燃燒勢等其它因素，因而在使用上有一定局限性。

美國燃氣協(xié)會36號公告（AGA Bulletin 36）提出離焰互換指數(shù)IL、回火互換指數(shù)IF和黃焰互換指數(shù)IY的三個指數(shù)判定法，進一步從燃燒的穩(wěn)定性方面分析，對燃氣的互換性進行判定，這是目前國際上比較權(quán)威的判定法。一般來講，按此判定準則推算的華白數(shù)允許范圍為±（8.0～18.0）%。由此可見，±（5.0～10.0）%存在一定裕量，加大現(xiàn)有國標中天然氣黃焰界限氣與不完全燃燒界限氣之間的華白數(shù)范圍是有依據(jù)的，即研制并生產(chǎn)出覆蓋10T～12T范圍的高適配性燃氣具產(chǎn)品也是有可能實現(xiàn)的。

6 對天津市引進LNG氣源的考慮和建議

天津市即將由中海油興建天津（浮式）LNG項目，氣源可能是來自俄羅斯或伊朗的熱值較高的天然氣。一期規(guī)模為220萬噸/年，包括LNG存儲船舶、碼頭裝卸設(shè)施、儲罐設(shè)施及外輸管線等（2013年投產(chǎn)）；二期規(guī)模不小于600萬噸/年，建造4座16萬m3LNG儲罐（2016年投產(chǎn)）。一般國際LNG合同規(guī)定的氣源指標波動范圍在：高熱值40～44 MJ/Nm3、華白指數(shù)51～53 MJ/Nm3。顯然，該氣源基本屬于12T天然氣。主要LNG出口國的典型組分（非合同值）見表3。[2]

可見，為提高供氣保障的可靠性以及降低采購成本等原因，不同產(chǎn)地、不同投產(chǎn)時間的幾種氣源并網(wǎng)后，天津市氣源的熱值、華白指數(shù)存在較大的偏差是必然的。因此，各氣源怎樣做到有效銜接？對于天津市燃氣用戶來講，以后的新氣源與目前氣源能否互換，天津市用戶的燃氣具如何適應(yīng)以后氣源的成分變化等問題，已提到議事日程。

綜上，提出如下建議[3]：

（1）近年來，天津市天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，遇到的問題也日益增多，互換性問題僅是其中之一，從氣田井口到終端用戶灶具的燃燒器是一條燃氣鏈，它由各個環(huán)節(jié)所組成，各個環(huán)節(jié)中存在的問題也不同，常產(chǎn)生從各自的觀點來處理問題的局限性，這需要從體制改革著手進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，其中，終端用戶的質(zhì)量要求應(yīng)是首位的。

（2）隨著天津市天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展適時推出適應(yīng)性強的燃氣具產(chǎn)品，有利于各氣源在環(huán)渤海地區(qū)乃至全國聯(lián)網(wǎng)，優(yōu)化資源配置與利用，增加氣源調(diào)度的靈活性和提高氣源應(yīng)急保障能力，符合氣源供應(yīng)多元化的原則。

（3）燃氣具統(tǒng)一設(shè)計、生產(chǎn)標準，有助于燃具生產(chǎn)者降低生產(chǎn)和銷售成本，有一定的經(jīng)濟和社會意義。建議天然氣產(chǎn)業(yè)鏈中的上、中、下游用戶，特別是天津市燃氣企業(yè)，聯(lián)合科研院所和燃氣具生產(chǎn)單位，盡早研制并生產(chǎn)出適應(yīng)范圍寬、高適應(yīng)性的燃氣具產(chǎn)品。

參考文獻

[1] 中國市政工程華北設(shè)計院.GB/T13611-2006城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性[S].北京：中國標準出版社，2006：2.

[2] 李猷嘉.論液化天然氣與管道天然氣的互換性[J].城市燃氣，2006（6）.

[3] 楊金銳.天津市天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要適應(yīng)性更強的燃氣具[J].天津燃氣，2006（2）.