天然氣貿(mào)易能量結(jié)算方式探討

摘 要

摘要：介紹了國內(nèi)外天然氣貿(mào)易計量的現(xiàn)狀，探討了天然氣貿(mào)易中調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值的技術(shù)路線和以體積計量、以能量結(jié)算的技術(shù)路線，指出調(diào)整天然氣熱值應(yīng)重視節(jié)能環(huán)保問題，提出了以
摘要：介紹了國內(nèi)外天然氣貿(mào)易計量的現(xiàn)狀，探討了天然氣貿(mào)易中調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值的
技術(shù)路線和以體積計量、以能量結(jié)算的技術(shù)路線，指出調(diào)整天然氣熱值應(yīng)重視節(jié)能環(huán)保問題，提出了以體積結(jié)算轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰拷Y(jié)算的實施建議。
關(guān)鍵詞：天然氣貿(mào)易；能量結(jié)算；體積結(jié)算；統(tǒng)一熱值
Discussion on Energy Settlement Mode in Natural Gas Trade
BAI Li-ping，SUN Ming-ye，CHEN Wan-hua，LI Hua-qin
Abstract：The present status of natural gas trade metrology at home and abroad is introduced. The technical line of adjusting and unifying natural gas calorific value as well as the technical line based on volume metering and energy settlement are discussed. More attention shall be paid to the energy saving and environmental protection in adjusting natural gas calorific value. Suggestions for replacing volume settlement by energy settlement are made.
Key words：natural gas trade；energy settlement；volume settlement；unification of calorific value
1 研究背景
    自20世紀90年代以來，以陜京輸氣工程為標志的跨區(qū)域供氣開啟了天然氣利用的新階段，特別是西氣東輸工程的實施，標志我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展時代已經(jīng)到來。預(yù)計到2020年，我國的天然氣消費總量將達到2100×108m3/a[1]。除國內(nèi)四川、陜甘寧、塔里木等地天然氣蘊藏豐富外，我國還有著得天獨厚的地緣地理優(yōu)勢，周邊國家如俄羅斯、土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等有著豐富的天然氣資源，還可以利用印度尼西亞、馬來西亞和澳大利亞以及中東地區(qū)LNG貿(mào)易市場。我國將充分利用國內(nèi)、國外兩個資源，實現(xiàn)天然氣多元化供應(yīng)，預(yù)計未來的天然氣工業(yè)將形成管道輸送和液化天然氣(LNG)并存的供氣格局。
    與美國、法國、日本等發(fā)達國家相比，我國的天然氣工業(yè)還處于相對落后的階段，天然氣占一次能源的比例很低，技術(shù)水平也處于初級階段。國內(nèi)現(xiàn)行的天然氣質(zhì)量標準GB 17820—1999《天然氣》未對天然氣組成作具體規(guī)定，規(guī)定的熱值范圍太廣，可能影響不同來源天然氣的互換性；高熱值的LNG用于城市天然氣應(yīng)急調(diào)峰還存在互換性、經(jīng)濟性等不確定因素[2]。
2 天然氣貿(mào)易計量現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)天然氣貿(mào)易計量現(xiàn)狀
    多年來，我國天然氣貿(mào)易計量一直是在法定的質(zhì)量指標下按體積計量，即以m3為單位計價，并未考慮熱值因素。標準規(guī)定以溫度為293.15K、絕對壓力為101.325kPa時的狀態(tài)為天然氣計量標準狀態(tài)。用于貿(mào)易結(jié)算的流量計量儀表主要有孔板流量計、渦輪流量計、羅茨流量計、渦街流量計、超聲波流量計[3]。由于現(xiàn)有天然氣貿(mào)易一般為點對點方式，即由生產(chǎn)地到消費地，因此以體積計量可以滿足需要。
    但是，隨著國內(nèi)天然氣輸氣管道網(wǎng)絡(luò)化的初步形成，天然氣體積計量越來越暴露出其局限性。以氣方，陜甘寧氣田天然氣組成見表1，其低熱值為35.0MJ/m3，華北油田天然氣組成見表2，其低熱值為36.3MJ/m3，未來氣源可能增加曹妃甸LNG及北京為例，北京現(xiàn)階段以陜甘寧氣田、華北油田為供 進口俄羅斯天然氣。
表1 陜甘寧氣田天然氣組成
組分
CH4
C2H6
C3H8
H2S
CO2
H2O
摩爾分數(shù)/%
95.9494
0.9075
0.1367
0.0002
3.0000
0.0062
表2 華北油田天然氣組成
組分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
CO2
N2
其他
摩爾分數(shù)/%
86.45
7.50
2.60
0.01
0.10
0.02
1.65
0.59
1.08
    籌建中的河北唐山曹妃甸LNG接收站項目擬接收進口LNG，作為北京、天津及河北地區(qū)的又一補充天然氣氣源，其低熱值范圍為37～40MJ/m3。
    北京市現(xiàn)行的天然氣價格不考慮熱值，均以體積為結(jié)算單位，具體價格如下：
    居民用戶為2.05元/m3，商業(yè)用戶為2.55元/m3，供暖用戶(燃氣鍋爐)為1.95元/m3，制冷用戶(直燃機)為1.85元/m3。工業(yè)用戶的用氣價格一般采取一事一議制，本文不作討論。
    上述價格折算成能量單位后，不同氣源的天然氣價格不同，具體見表3。
表3 不同氣源的天然氣以能量為結(jié)算單位時的價格
用戶種類
氣源價格/(元·MJ-1)
[(最高價格-最低價格)/最低價格]/%
陜甘寧
天然氣
華北油田
天然氣
唐山曹妃甸天然氣
居民用戶
0.058
0.056
0.053
9.4
商業(yè)用戶
0.073
0.070
0.066
10.6
供暖用戶
0.056
0.054
0.051
9.8
制冷用戶
0.053
0.05l
0.048
10.4
注：唐山曹妃甸天然氣低熱值以38.5MJ/m3計。
    由表3的數(shù)據(jù)可以看出，如果以能量為結(jié)算單位，按照目前的天然氣價格，不同氣源之間最大的價格差可達10.6%?，F(xiàn)有天然氣貿(mào)易計量方式對于買賣雙方有失公平。
    上海亦存在多種天然氣氣源熱值不同而氣價相同的問題。上海目前的主要天然氣氣源有東海平湖天然氣(東氣)、新疆塔里木盆地的西氣東輸天然氣(西氣)以及引進的LNG。這3種天然氣的低熱值分別為：東氣38.31MJ/m3，西氣37.51MJ/m3，LNG40MJ/m3。上海天然氣的售價如下：居民用戶為2.5元/m3，商業(yè)用戶4～11月為3.3元/m3，12～3月為3.6元/m3。如果以能量為結(jié)算單位，按照目前上海市天然氣的價格，熱值最高的LNG比熱值最低的西氣價格差可達8%。
    深圳也有類似情況，深圳目前引進澳大利亞LNG，即將引進的西氣東輸二線已開工建設(shè)，而LNG與西氣熱值差也達8%左右。
2.2 國外天然氣貿(mào)易計量現(xiàn)狀
    國際天然氣貿(mào)易經(jīng)歷了體積計量和能量計量兩個階段。不同國家根據(jù)自身的特點采取了不同的技術(shù)路線。日本絕大多數(shù)天然氣資源為進口，并大量進口液化石油氣(LPG)，日本采用了在接收站摻混LPG來統(tǒng)一熱值的技術(shù)方案，天然氣熱值統(tǒng)一為46.05MJ/m3，實質(zhì)上是以能量計量。法國采用kW·h作為燃氣貿(mào)易結(jié)算單位。歐洲其他國家，例如英國、德國、意大利等也使用kW·h作為天然氣消費結(jié)算單位。
3 調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值的技術(shù)路線
    調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值，使不同氣源天然氣的熱值相對一致是以體積計量貿(mào)易結(jié)算的技術(shù)路線的基本思路。常用的方法有升高熱值法和降低熱值法。
    升高熱值法：在天然氣中添加熱值相對較高的LPG等燃氣，使熱值相對較低的天然氣熱值升高。采用這種方法需要建設(shè)LPG儲存、輸送、氣化、摻混設(shè)施。
    降低熱值法：分為輕烴分離法、摻混空氣或氮氣法、多氣源混配等方法。
    輕烴分離法：將LNG中熱值相對較高的乙烷和丙烷等(C2+)分離出來作化工原料，從而提高甲烷含量，降低天然氣熱值。
摻混空氣或氮氣法：在天然氣中摻混空氣或氮氣，以降低天然氣的熱值。
多氣源混配法：按照一定的比例，將不同熱值、不同來源的天然氣進行摻混，從而達到設(shè)定的天然氣熱值。
雖然調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值的技術(shù)路線不同，但是其共同點是需要增加大量的基礎(chǔ)設(shè)施。筆者認為最關(guān)鍵的是該技術(shù)路線的環(huán)保負效應(yīng)應(yīng)引起工程技術(shù)人員的高度重視。有數(shù)據(jù)表明，與人工煤氣和天然氣相比，液化石油氣燃燒后產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)排放量最高[4]，向天然氣中添加液化石油氣會降低天然氣清潔能源的品質(zhì)，增加燃燒產(chǎn)物中N0x的排放。摻混空氣或氮氣不僅不節(jié)能，而且摻混空氣后會導(dǎo)致天然氣中氧含量增加，摻混氮氣后會導(dǎo)致天然氣中氮含量增加，燃燒時NOx排放量會升高，也會降低天然氣清潔能源的品質(zhì)，增加環(huán)境污染總量。NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，其中由燃料燃燒產(chǎn)生并成為大氣污染物質(zhì)的主要是NO和NO2。NOx和烴類(CmHn)在太陽光紫外線作用下產(chǎn)生強氧化性物質(zhì)O3和PAN，這些強氧化性物質(zhì)會導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生，美國、加拿大、澳大利亞、挪威、日本等國家均發(fā)生過光化學(xué)煙霧事件，我國西南地區(qū)也發(fā)生過光化學(xué)煙霧事件。受過光化學(xué)煙霧刺激的人，免疫力降低，并表現(xiàn)出呼吸急促、咳嗽、嘔吐等癥狀，嚴重者甚至心力衰竭而死亡[4]。
4 體積計量能量結(jié)算技術(shù)路線
體積計量能量結(jié)算是不調(diào)整天然氣熱值而以能量進行貿(mào)易結(jié)算的技術(shù)路線。在現(xiàn)有體積計量的基礎(chǔ)上增加熱值測量設(shè)備，利用在線色譜儀測量天然氣組成并計算能量是國際通行的方式。計量系統(tǒng)由流量計、色譜儀、通信系統(tǒng)組成。
計算能量最重要的是要有相同壓力、溫度基準下的體積和每單位體積的能量單位。對于在不同的壓力、溫度基準下的體積的能量單位，求出的能量需要進行壓力、溫度修正[5]。
對于一些對燃氣品質(zhì)變化比較敏感的工業(yè)項目，如玻璃熔化、金屬焊接、金屬熱處理、塑料工業(yè)、有色金屬熔爐、精細陶瓷熔制等，當天然氣組成、熱值變化時，應(yīng)事先通知相關(guān)企業(yè)制定對策。
采用體積計量能量結(jié)算技術(shù)路線增加的設(shè)施與調(diào)整統(tǒng)一天然氣熱值技術(shù)路線比較，造價和建設(shè)要求相差很大，前者可實施性較強。
由于能量結(jié)算對于用戶來說是一個全新的概念，在推廣過程中有可能會改變用戶原有的支付和購氣習(xí)慣，應(yīng)制定分步實施措施，可以先開展對大型用戶(北京地區(qū)主要為燃氣電廠、燃氣鍋爐用戶)的能量結(jié)算試點，收集數(shù)據(jù)，積累經(jīng)驗，逐步推廣到普通用戶。
5 建議
由于我國地域范圍廣，資源情況復(fù)雜，天然氣組成及熱值差別較大，短期內(nèi)在我國采取統(tǒng)一天然氣熱值的技術(shù)路線比較困難，因此筆者提出如下3點建議：
① 政府有關(guān)部門及供氣單位應(yīng)結(jié)合我國天然氣發(fā)展的國情，并參考國際上其他國家和地區(qū)的經(jīng)驗，認真研究制訂符合我國國情的天然氣貿(mào)易能量計量標準。
② 國內(nèi)大城市可以采用分區(qū)域供應(yīng)不同熱值天然氣的方法來解決互換性的問題，但政府相關(guān)部門應(yīng)盡快出臺以體積計量、能量結(jié)算的相關(guān)規(guī)定，在熱值不統(tǒng)一的條件下，實現(xiàn)天然氣貿(mào)易的公平與公正。
③ 國內(nèi)現(xiàn)行的降低或升高天然氣熱值的方法多數(shù)都會降低天然氣清潔能源的品質(zhì)，增加燃燒產(chǎn)物中污染物的排放，不利于節(jié)能環(huán)保，供氣企業(yè)為了解決不同氣源的互換性問題進行熱值調(diào)整時，應(yīng)研究更加節(jié)能環(huán)保的方式。
參考文獻：
[1] 王啟，高文學(xué).中國城市天然氣轉(zhuǎn)換綜述[M].煤氣與熱力，2008，28(4)：B54-B58.
[2] 賴元楷，羅東曉.統(tǒng)一天然氣熱值標準是中國天然氣工業(yè)發(fā)展的需要[J].城市燃氣，2005，(6)：7-12.
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[5] 潘兆柏，許憲濡.天然氣計量由體積單位轉(zhuǎn)換為能量單位[J].國外油田工程，1996，(7)：39-40.
 
(本文作者：白麗萍1 孫明燁1 陳皖華2 李華琴1 1.北京市煤氣熱力工程設(shè)計院有限公司 北京 100032；2.北京首都機場動力能源有限公司 北京 100621)