北京市规划天然气气源互换性分析

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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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 a＇s与离焰极限一次空气系数 a＇sL之比来表示 IL： IL = as＇asL＇ （1） doi: 10. 3969／j. issn. 2095 - 1132. 2013. 01. 018 北京市规划天然气气源互换性分析 徐晓菊 1 詹淑慧 1 丁国玉 2 （1. 北京建筑工程学院，北京 100044；2. 北京市城市规划 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院，北京 100045） 摘 要 “十二五”期间，北京市将形成6大天然气气源供应体系。但因其天然气组分及燃烧特性差异较大， 不同气源同时进入城市管网前须考虑其互换性问题。采用美国A.G.A 指数判定法，对北京市规划天然气气源的互 换性进行计算。结果表明，陕甘宁天然气与唐山到港LNG2互换性较差。提出了解决燃气互换性差的4种方法，其 中天然气热值 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化法、燃具适应性研究法比较可行，而不同热值天然气混配法及建设两套热值不同的输配管网法 由于受到诸多因素限制不可行。 关键词 北京 天然气 燃气互换性 方法 分析 中图分类号：TE832 文献标识码：B 文章编号：2095-1132（2013） 01-0060-04 收稿日期：2012 - 10 - 07 修订日期：2013 - 01 - 10 作者简介：徐晓菊（1987 -），女，硕士研究生，研究方向为城市燃气输配。E-mail：xuxiaoju2007@126.com。 Vol.7，No.1Feb.2013天然气技术与经济Natural Gas Technology and Economy2013年第7卷·第1期 ／Natural Gas Technology and Economy60 推导得出： IL = Kafaas fsaa （Ks - lg fa fs） （2） 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： IF = Ks fsKa fa （ Hs39940）0.5 （3） 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 a＇s与互换后该热负荷下的黄焰极限一次空气系数 a＇sy之比，公式为： IY = as＇asy＇= fsaa faas aay＇ asy＇ （4） 其中， ay＇= ∑riTiV0 + 7rin - 26.3r（O2） （5） 式中， aay＇和 asy＇分别为基准气和置换气的黄焰极限 一次空气系数， ay＇为 aay＇和 asy＇的统一表示；ri为燃 气中各单一组分的体积百分比，%；Ti为各单一气体 为消除黄焰所需的最小空气量，m3；V0为燃气燃烧所 需要的理论空气量，m3； rin为燃气中氮气和二氧化 碳的体积百分比，%； r（O2）为燃气中氧气的体积百 分比，%。 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、IY 3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 互换指数 IL IF IY 高发热值天然气 适合 小于1.0 小于1.18 大于1.0 基本适合 1.0~1.12 1.18~1.2 0.7~1.0 不适合 大于1.12 大于1.2 小于0.7 高甲烷天然气 适合 小于1.0 小于1.18 大于1.0 基本适合 1.0~1.06 1.18~1.2 0.8~1.0 不适合 大于1.06 大于1.2 小于0.8 高惰性天然气 适合 小于1.0 小于1.18 大于1.0 基本适合 1.0~1.03 1.18~1.2 0.9~1.0 不适合 大于1.03 大于1.2 小于0.9 表1 各种天然气的互换极限表 摩尔组分 CH4 C2H6 94.7 % 0.55 % 96.2 % 0.25 % 97.88 % 0 96.64 % 1.97 % 88.78 % 7.40 % 项目 气源 常规天然气① 陕甘宁 俄罗斯 煤制天然气 大唐煤制天然气② 唐山到港LNG LNG1③ LNG2③ 表2 北京规划气源气质组成及参数表 天然气技术与经济／ 天然气技术与经济·经营管理 2013年总第37期 61 注：① 常规天然气数据来自《六环路高压天然气管网及配套输气设施工程规划 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 》；② 大唐煤制天然气参数取自 《内蒙古大唐国际克旗煤制天然气项目可行性研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 》；③ 因LNG来源尚不确定，故表中数据取自国际贸易中的 LNG参数。 表2 北京规划气源气质组成及参数表（续） 摩尔组分 密度／kg·m-3 相对密度 低热值／MJ·m-3 高热值／MJ·m-3 C3H8 iC4H10 nC4H10 iC5H12 nC5H12 N2 CO2 He 0.08 % 0.01 % 0.01 % 0 0 1.92 % 2.71 % 0.02 % 0.724 0.591 34.16 37.98 0.01 % 0 0 0 0 3.59 % — 0 0.718 0.586 32.5 36.1 — — 0 — — 1.1 % 0.05 % 0 0.717 0.554 35.14 39.00 0.34 % 0.07 % 0.08 % 0 0 0.90 % 0 0 0.701 0.572 34.77 38.64 2.62 % 0.67 % 0.32 % 0.08 % 0.13 % 0 0 0.773 0.631 38.03 42.14 项目 气源 常规天然气① 陕甘宁 俄罗斯 煤制天然气 大唐煤制天然气② 唐山到港LNG LNG1③ LNG2③ ／Natural Gas Technology and Economy （上接第36页）以通过式（9）得出水浸部分的气体渗透 率。 4）实验证明了岩心初始含水饱和度越高，压力 和流速分布越接近于自吸前压力和流速分布的情况。 符号说明 Kｇ为气测渗透率，D；μg为气体黏度，mPa·s；Z为气体 偏差因子；p为气体单相平行流动压力，MPa；x为距渗流出 口的端面距离，cm；L为岩心长度，cm；Δp为压差，MPa； p1为进口端压力，MPa；p2为出口端压力，MPa；v为渗流速 度，cm／s；p0为自吸稳态后干湿界面的对应压力，MPa；v1 为进口渗流速度，cm／s；v2为出口渗流速度，cm／s；v0为p0 所对应的渗流速度，cm／s；l为自吸稳态后岩心干燥部分侧 面长度，cm；m为自吸稳态后岩心润湿部分侧面长度，cm； Kｇ1为 l段气体渗透率，D；Kｇ2为m段气体渗透率，D；Q为 气体流量，cm3／s；pc为标准状态下的大气压，MPa；Qc为标 准状态下的气体流量，cm3／s；r为岩心截面半径，cm。 参考文献 ［1］ L.L. Handy. Determination of Effective Capillary Pres⁃ sures for Porous Media from Imbibition Data［R］.Kansas City:Joint SPE-AIChE Meeting，1959. ［2］C.C.Mattax，J.R Kyte. Imbibition Oil Recovery from Frac⁃ tured，Water-Drive Reservoir［J］. SPE Journal， 1962， 2（2）:177-184. ［3］ S.Ma， N.R.Morrow. Generalized Scaling Of Spontaneous Imbibition Data For Strongly Water-Wet Systems［R］. Re⁃ gina: The Sixth Petroleum Conference Of The South Sas⁃ katchewan Section，1995. ［4］ D.Prey，E. Lefebvre.Gravity and Capillarity Effects on Im⁃ bibition in Porous Media［J］. SPE Journal，1978，18（3）: 195-206. ［5］游利军，康毅力. 油气储层岩石毛细管自吸研究进展［J］. 西南石油大学学报：自然科学版，2009，31（4）：112- 116. ［6］ S.Akin，A.R.Kovscek. Imbibition Studies of Low-Permea⁃ bility Porous Media［R］. Anchorage:1999 Western Region Meeting，1999. ［7］ KEVEN L，ROLAND N. Characterization of Spontaneous Water Imbibition into Gas- Saturated Rocks［R］. Long Beach: the 2000 SPE／AAPG Western Regional Meet⁃ ing，2000. （编辑：蒋龙） 􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋 第1期第7卷 徐晓菊，等：北京市规划天然气气源互换性分析 62 􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋 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。 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。 参考文献 ［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. （编辑：蒋龙） 表3 北京市规划天然气互换性指标表 互换指数 IL IF IY 是否适合互换 俄罗斯管道气 0.975＜1 0.988＜1.18 0.989＞0.8 适合 LNG1 0.898＜1 0.994＜1.18 0.847＞0.8 适合 LNG2 0.845＜1 1.018＜1.18 0.656＜0.8 不适合 大唐煤制天然气 0.933＜1 0.963＜1.18 0.926＞0.8 适合 天然气技术与经济／ 2013年总第37期 天然气技术与经济·经营管理 63 北京市规划天然气气源互换性分析 作者： 徐晓菊， 詹淑慧， 丁国玉 作者单位： 徐晓菊,詹淑慧(北京建筑工程学院,北京,100044)， 丁国玉(北京市城市规划设计研究院,北京,100045) 刊名： 天然气技术与经济 英文刊名： Natural Gas Technology 年，卷(期)： 2013(1) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_trqjs201301019.aspx