北京市规划天然气气源互换性分析

徐晓菊 詹淑慧 丁国玉

（1.北京建筑工程学院，北京 100044；2.北京市城市规划设计研究院，北京 100045）

0 引言

北京市作为全国的政治和经济文化中心，必须建立全面的天然气资源供应保障体系，以应对突发性供气中断，确保天然气供应的安全性、可靠性和稳定性。北京市目前已利用的气源主要为中国石油长庆、青海、华北油田的管道天然气。“十二五”期间，北京市将构成6大天然气气源供应体系，包括陕京一线、二线、三线、四线，大唐煤制天然气和唐山到港LNG；远期北京市还将有俄罗斯东西伯利亚、中亚地区管道天然气和亚太地区LNG的资源。然而，北京市天然气管网作为统一的城市管网，在输运不同气源的天然气时，必须要提前考虑燃气的互换性问题。笔者拟对北京市不同气源天然气的互换性问题作一分析。

1 气源不同可能导致的问题

不同气源的天然气因产地和类型不同，其组分及燃烧特性差异较大。如果组分、燃烧特性差异较大的天然气同时进入一个管网，将有可能出现如下问题［1］：① 由于居民用户选用的燃具类别相同，差异较大的气源会导致管网内不同方位用户的燃具实际热负荷不同；② 因管网各气源间的“分界面”处于动态变化中，会导致部分用户使用的气源种类反复变化；③ 用户同网同价，但消费者实际使用的天然气热值不一定相同，导致结算不公平，损害部分消费者的利益；④ 部分对燃气组分、热值要求较高的特殊用户，使用不同的气源会影响产品质量。

因此，必须要考虑利用相关的燃气互换性判断法进行天然气互换性分析和计算，以解决不同气源可能导致的问题。

2 A.G.A指数判定法

目前，国内外燃气互换性判断方法主要有华白指数法、美国A.G.A（American Gas Association美国燃气协会）指数判定法、韦弗指数法、法国德尔布法、燃烧特性判定法。这些方法各有利弊，其中A.G.A指数判定法和德尔布法是目前公认的较有影响的两种判定方法，能适应多种燃气的互换性判定，对比邹雪春等［2-3］进行了较详细的研究。笔者将采用A.G.A指数判定法对北京市规划天然气气源的互换性进行分析与计算。

A.G.A指数判定法，主要判定指标有离焰互换指数（IL）、回火互换指数（IF）与黄焰互换指数（IY）3类。

1）IL。以燃气互换后火孔热强度qs下的一次空气系数与离焰极限一次空气系数之比来表示IL：

式中，Ka、Ks分别为基准气和置换气的离焰极限常数； fa、 fs分别为基准气和置换气的一次空气因数；aa、as分别为基准气和置换气完全燃烧、平均每释放105 kJ热量所消耗的理论空气量，m3。

在预先算出基准气和置换气的变量f、a和K后，即可用IL判定这两种燃气是否可以互换。从理论上讲，若IL＜1，就能获得稳定火焰；若IL＞1就会发生离焰现象。

2）IF。公式为：

式中，HS为置换气的热值，MJ／m3。

利用A.G.A指数判定法，对多种置换气在各种典型燃具上作了试验，确定了为防止回火所要求的IF极限值。

3）IY。即燃气互换后某热负荷下的一次空气系数与互换后该热负荷下的黄焰极限一次空气系数之比，公式为：

当用一种燃气去置换另一种燃气时，把用A.G.A指数判定法公式计算出的结果与表1比较，只有当IL、IF、IY3个指数同时符合规定时，才能置换。

3 北京市规划气源互换性分析

根据北京市规划气源的情况，现将各气源的参数列表（表2）。

利用指数判定法可知，陕甘宁天然气与俄罗斯管道天然气、大唐煤制天然气、唐山到港LNG1具有互换性，但与唐山到港LNG2在未采取措施之前，不能互换。进口LNG由于产地不同，气质参数的差异性较大，可能会出现与其他气源不能互换的问题，因此必须采取相关的方法解决燃气互换的问题。因北京市现使用气源主要为陕甘宁天然气，故选取陕甘宁天然气作为基准气，分别以俄罗斯管道气、唐山到港LNG1、LNG2、大唐煤制天然气作为置换气，运用A.G.A指数判定法进行互换性计算，得到各互换指数并对比互换极限，见表3。

4 解决燃气互换的方法

4.1 国外的解决方法

1）天然气热值标准化。为解决燃气互换性的问题，许多国家采取了入网天然气热值标准化的方法，将天然气热值加以限定。如：① 美国联邦能源监管委员会规定美国天然气的热值标准为37.26 MJ／m3；② 韩国燃气公司设置的天然气热值标准为43.96 MJ／m3；③ 日本规定热值标准为46.05 MJ／m3。

表1 各种天然气的互换极限表

表2 北京规划气源气质组成及参数表

表2 北京规划气源气质组成及参数表（续）

表3 北京市规划天然气互换性指标表

2）燃具适应性研究。在燃具适应性研究方面比较突出的国家是比利时，在研究的基础上投资开发适应能力强的天然气燃具，以适应天然气气源组成的变化。

3）不同热值的天然气混配。荷兰和德国通过将不同热值的天然气混配，调制成符合用户需求的混合气来解决天然气互换性差的问题。

4）建设两套热值不同的天然气输配管网。法国政府准许在本国两种不同类型的输配管网中，输送热值范围分别是（38.52～46.08）MJ／m3和（34.20～37.80）MJ／m3的天然气。两套输配管网分别供应不同类型的天然气用户，以此解决气源不匹配而带来的互换性差的问题［4］。

4.2 各方法分析与比较

在以上解决燃气互换性的方法中，天然气热值标准化和燃具适应性研究在北京市是比较可行的。GB／T 13611-2006城镇燃气分类和基本特性已对各类燃气的华白数和燃烧势限定了范围，各城市应遵循这一标准，同时推进天然气热值的标准化，保证燃气的互换性，此举同时能规范天然气市场，保障天然气消费者的利益。对于燃具的适应性问题，燃具制造行业应针对我国未来气源多样化的发展趋势，研制高适应性的燃具，以扩大燃具的适用范围，从用户方面解决气源的互换性问题。

如果将不同热值的天然气混配后供应北京市，则需要大容量天然气存储设施，且北京管道天然气气源不便于统一调配；由于北京市天然气输配管网已规划建设成型，建设两套热值不同的天然气输配管网要考虑征占土地和建设投资等多方面因素，也是不可行的。

5 结论

1）“十二五”期间及未来远期，北京市将形成多气源天然气供应系统。天然气因产地和类型不同，其组分及燃烧特性差异较大。不同气源同时进入城市管网前，必须分析计算其互换性。

2） 以陕甘宁天然气为基准气，分别以俄罗斯管道天然气、唐山到港LNG（LNG1、LNG2）、大唐煤制天然气为置换气，运用A.G.A指数判定法进行互换性计算。结果表明，陕甘宁天然气与俄罗斯管道天然气、大唐煤制天然气、唐山到港LNG1具有互换性；与唐山到港LNG2互换性较差，故唐山到港LNG2在进入城市管网前须采取相关措施。

3）对于研究证明不可互换的天然气，可采取入网天然气热值标准化、燃具适应性研究、不同热值天然气混配及建设两套热值不同的天然气输配管网等一系列措施加以解决。

4）在解决燃气互换问题的方法中，天然气热值标准化、燃具适应性改进对北京市比较可行；而不同热值天然气混配及建设两套热值不同的输配管网这两种方法，由于受到技术、征占土地和建设投资等因素限制而不可行。

［1］李猷嘉.论液化天然气与管道天然气的互换性［J］.城市燃气，2009，412（6）：3-14.

［2］邹雪春，梁栋.燃气互换性几种常用判定方法的比较与选择［J］.广州大学学报：自然科学版，2007，6（3）：87-90.

［3］詹淑慧.燃气供应（第2版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［4］温军英.统一天然气热值的探讨［J］.煤气与热力，2009，29（2）：1-3.