天津市引进LNG后对燃气具的影响研究

田申

摘 要：2013年随着天津市LNG（Liquefied Natural Gas）工程的建设，天津市将迎来了一个天然气大发展的时代，天然气气源的多元化势必对燃具的适应性提出新的要求，本文分析了天津市气源的基本情况，提出了提高燃具适应性的思路。

关键词：燃气的互换性 燃具的适应性

中图分类号：F299 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0245-02

随着天津市经济的快速发展，节能减排和能源结构调整已成为市政府与社会各界共同的目标，市政府与社会各界已达成共识在天津市中运用LNG与天然气作为主导的气源，打造出一种高效的、低碳的优质能源。气源从天然气产业的发展来看，它可以与多种气源并存，可以多元化的供应，这样就使得管网在全国性与渤海地区实现了联通，這也是天然气发展的趋势与要求。

1 问题的提出

由于进入我市的天然气产地不同，其成分及燃烧特性差异较大，这对于我市民用户和工业用户（部分工艺要求高）来说，这其中就存在着然器具与气源成分波动相适应的问题。

互换性和适应性都要求燃气成分改变时，燃烧器仍能正常运行。对于燃气燃烧特性有要求的则是互换性，而对于燃烧器性能存在要求的则是燃具的适应性，这是一个问题的两个方面。当出现两种或是多种燃气完全处于互换的性质时，对于燃烧器的适应性能要求不是太严格；这其中燃烧器的适应性很好的话，就可以适应燃气成分产生大范围的波动，这就对燃气互换性的要求特别的低。而不同的燃气的燃烧特性存在的差别很明显，所以适应性与互换性都是有限度的，如果超过这个限度就很难进行置换与适应。

1.1 燃气的互换性

燃气的燃烧器一般是按照燃气的一定成分来进行制造和设计的，而燃烧器是某种定型的，则允许燃气的成分在一定的范围内进行波动。假如气源有所改变，燃烧器不做任何变化，相应的热负荷仍然可以达到，在进行燃烧时，燃烧完全，火焰上也比较的稳定，能够满足燃具的设计要求，这样就可以进行燃气互换了，因此，它们之间就存在互换性能，如若气源不能互换就不存在互换性。

1.2 燃具的适应性

所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。通常燃气具（尤其是民用燃器具）对适应性的要求较高，适应性强的燃气具是指能够适应气源成分在较大范围变化的一类燃气燃烧器具，它对气源的互换性要求相对较低。

2 我国天然气和燃气具概况

按现行国标《城镇燃气分类和基本特性》（GB/T13611-2006），依据燃气的燃烧特性参数（华白指数和燃烧势），将天然气分成五类[1]，具体划分情况如表1所示。

目前我国的天然气燃气具产品就是依据表中规定的技术指标分类别进行设计和生产的，不同类别的天然气对应相应的燃气具。就热负荷指数来讲，同一类别燃气具的界限气与基准气的偏差不同，表明不同类型的燃气具对气源的适应能力不同。

3 天津市燃气产业发展面临的问题

3.1 天津市天然气气源与燃气具

目前天津市的气源以陕北气为主，以渤西气和大港气为辅，随着天津市经济的快速发展，今后必将进口大量LNG作为补充。表2为目前我市和国内部分管输天然气和LNG的气源组分与燃烧特性参数。

比较表2的相关参数，我们发现，作为天然气的另一种存在形式，LNG因液化工艺的原因，其组分与管输天然气差别较大，C2+含量较高，燃烧特性参数也不尽相同。按照国标分类，管输天然气一般归入10T或12T；而LNG一般归入12T类别，燃具产品相应为12T。可见，同样是天然气气源，所使用的燃气具不一定相同。

3.2 存在的具体问题

从当前我市情况看，按照国标生产的燃气具，要求气源成分变化较小，华白指数最大偏离值也只有-10.0%～+8.0%（10T类），最常见的12T燃具，其华白指数偏离值也只有-7.9%～+9.9%，燃气具适应气源的能力还可以提高。

一方面，不同种类的燃气具产品只能分别使用相对应的燃气类别，燃气具的适应范围窄，对气源的互换性要求高，这无疑限制了气源的种类，造成气源的选择范围小，带来的直接后果是气源采购成本增加或后期加工成本增加；另一方面，设计、制造多种型号的燃气具，必然增加相应生产成本和产品维修服务成本。无论是燃气经营者、燃气具生产者，还是用户都会受到影响。此外因燃气具产品适应能力不强，还造成了无法适应多种气源变化，致使不同产地的天然气管网连通困难。

4 国外解决互换性问题的一些做法

国外天然气发展同样经历过气源互换性的难题，作为天然气产业，为提高供气可靠性必然要求不同地区间管网连通，而首要解决的就是燃气的互换性与燃气具适应性这对矛盾。对此，各国采取了不同的办法来提高燃气具的适应能力、扩大对气源的适用范围，以往国外在这方面有如下做法。

法国以两种不同类型的输配管网系统，分别输送H型天然气和B型天然气，其热值范围是38.52～40.08 MJ/Nm3。两套热值不同的天然气输配管网分别供应不同类型的天然气用户，以此解决气源与燃气具不匹配而带来的互换性问题。

比利时采用的办法是投资开发具有较强灵活性、能适应气源成分变化范围较大的燃烧器，即新型的适应性强的燃气具，来适应天然气成分的变化。

荷兰和德国因为天然气存储设施容量大，其采用将不同热值的天然气混配，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。

日本采用的措施是统一入网天然气的热值指标，在天然气中搀混液化石油气以提高其热值，以统一恒定的热值来解决气源互换性问题，通产省规定各地燃气公司都要遵守46.05 MJ/Nm3的标准热值。

韩国与日本情况类似，其设置的天然气热值标准为43.96 MJ/Nm3。

在美国，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/Nm3，热值最高限定值为40.98 MJ/Nm3，华白数最高限定值为52 MJ/Nm3。

从国外天然气的发展历程我们看到，燃气互换性问题是天然气发展过程中必然会遇到的课题，尽力解决好这一难题，具有深远的历史和现实意义。

5 开发高适应性燃气具的重要性

5.1 紧迫性

随着天津市LNG工程的建设，我市迎来了一个天然气大发展的时代。然而气源紧张始终是制约我市经济发展和节能减排的瓶颈，随着大量的管输天然气及LNG项目的动工兴建，我市天然气产业已开始步入快速发展期。可以预测，和欧美等发达国家一样，实现天然气华北地区甚至全国性联网是我国天然气产业发展的必然趋势。“大管网、多气源、高可靠性”的产业方针，必然导致气源成分波动频繁、燃烧特性变化范围大，这对于我市燃气用户来说，无疑对其燃气具的适应性提出了较高的要求。

就目前情况看，绝大部分的管输天然气项目间，气源基本上属同一类别，城镇燃气的燃烧器具可以适应，管输天然气项目间实现联网是可行的。但是，对于一些即将兴建的LNG项目，其气源与管输天然气的气源并不完全具备互换性。一旦各地LNG项目建成，下游用户的燃烧器具确定后，再实施全国天然气管网连通，将会面临困难，届时必将耗费大量人力、物力用于燃烧器具的改造或更换。因此，吸取国外天然气利用的成功经验，开发新型的适应性更强的燃气具已势在必行。

5.2 可行性

前已述及，国标中对于不同类别天然气的华白数允许波动范围与基准气偏离比例不同，均未超出10.0%。燃气互换性的一般判定准则为华白指数判定法：置换气华白指数与基准气偏差在±（5.0～10.0）%内，且燃烧势变化符合要求。否则，不具备互换性。

尽管普遍将华白数的允许偏差范围确定为10%，但从燃烧学理论上看，仅从华白数方面还不足以全面分析燃气的互换性。华白数判定法只是从热负荷角度考虑互换性，并未考虑燃烧势等其它因素，因而在使用上有一定局限性。

美国燃气协会36号公告（AGA Bulletin 36）提出离焰互换指数IL、回火互换指数IF和黄焰互换指数IY的三个指数判定法，进一步从燃烧的稳定性方面分析，对燃气的互换性进行判定，这是目前国际上比较权威的判定法。一般来讲，按此判定准则推算的华白数允许范围为±（8.0～18.0）%。由此可见，±（5.0～10.0）%存在一定裕量，加大现有国标中天然气黄焰界限气与不完全燃烧界限气之间的华白数范围是有依据的，即研制并生产出覆盖10T～12T范围的高适配性燃气具产品也是有可能实现的。

6 对天津市引进LNG气源的考虑和建议

天津市即将由中海油兴建天津（浮式）LNG项目，气源可能是来自俄罗斯或伊朗的热值较高的天然气。一期规模为220万吨/年，包括LNG存储船舶、码头装卸设施、储罐设施及外输管线等（2013年投产）；二期规模不小于600萬吨/年，建造4座16万m3LNG储罐（2016年投产）。一般国际LNG合同规定的气源指标波动范围在：高热值40～44 MJ/Nm3、华白指数51～53 MJ/Nm3。显然，该气源基本属于12T天然气。主要LNG出口国的典型组分（非合同值）见表3。[2]

可见，为提高供气保障的可靠性以及降低采购成本等原因，不同产地、不同投产时间的几种气源并网后，天津市气源的热值、华白指数存在较大的偏差是必然的。因此，各气源怎样做到有效衔接？对于天津市燃气用户来讲，以后的新气源与目前气源能否互换，天津市用户的燃气具如何适应以后气源的成分变化等问题，已提到议事日程。

综上，提出如下建议[3]：

（1）近年来，天津市天然气产业发展迅速，遇到的问题也日益增多，互换性问题仅是其中之一，从气田井口到终端用户灶具的燃烧器是一条燃气链，它由各个环节所组成，各个环节中存在的问题也不同，常产生从各自的观点来处理问题的局限性，这需要从体制改革着手进行协调统一，其中，终端用户的质量要求应是首位的。

（2）随着天津市天然气产业的发展适时推出适应性强的燃气具产品，有利于各气源在环渤海地区乃至全国联网，优化资源配置与利用，增加气源调度的灵活性和提高气源应急保障能力，符合气源供应多元化的原则。

（3）燃气具统一设计、生产标准，有助于燃具生产者降低生产和销售成本，有一定的经济和社会意义。建议天然气产业链中的上、中、下游用户，特别是天津市燃气企业，联合科研院所和燃气具生产单位，尽早研制并生产出适应范围宽、高适应性的燃气具产品。

参考文献

[1] 中国市政工程华北设计院.GB/T13611-2006城镇燃气分类和基本特性[S].北京：中国标准出版社，2006：2.

[2] 李猷嘉.论液化天然气与管道天然气的互换性[J].城市燃气，2006（6）.

[3] 杨金锐.天津市天然气产业的发展需要适应性更强的燃气具[J].天津燃气，2006（2）.