LNG贸易一直是在特定国家之间进行的，最初始于1964年阿尔及利亚和英国之间。较之管道天然气，LNG热值较高、华白数偏大[1-5]。2010年全球LNG贸易量为2.976 3×1012 m3(211 085×104 t)，占全球天然气贸易量的30.5%[4]。表 1列出了2007年和2010年主要LNG进口国的进口量。由表 1可见，2007年，中国只占全球的1.7%[3]；2010年，中国占4.3%。可见我国对LNG需求量正快速增长，未来发展潜力较大。据估计，到2017年我国将在沿海各主要城市建成10座以上LNG接收站，总接收能力达30×106 t/a[6]。
出口国LNG的组分在很大程度上受进口国的气质规格影响，如澳大利亚、印尼、马来西亚等亚太地区出口的LNG主要针对的是日韩等国，其华白数偏大，热值较高；而卡塔尔、尼日利亚、埃及、特立尼达-多巴哥等地区出口的LNG更多的是针对欧美国家，由于欧美国家使用本土天然气的历史悠久，为避免出现严重的互换性问题，更倾向于热值、华白数较低的贫LNG[3-5]。由此导致各出口国LNG组分不尽相同，“贫富”差距较大，由于LNG热值一般比管道天然气高，二者在组分、物理特性、燃烧特性上存在差异，故而LNG引入势必在管网输送、末端设备使用中导致燃气互换性问题。
近年来，我国沿海城市逐渐开始通过进口LNG来缓解不断增加的供应压力，出现了多气源联合供应下的天然气互换性问题。如上海、天津等沿海城市开始向管网供应来自亚太及中东地区的进口LNG；广东省自2006年大鹏LNG接收站投产使用，预计到2020年将出现包括至少5种LNG在内的三大类九种气源并存的现象[7]。本文以广东省气源为例，对LNG入网引起的互换性问题进行分析，以期通过实验测试来确定当管网中供应不同LNG与天然气时具体会出现哪些互换性问题。
实验选用规划中的10种气源(包括6种LNG)以及GB/T 13611-2006《城镇燃气分类和基本特性》规定的12T-0作为实验用气，其完整组分见表 2；同时选择了32台燃气灶具作为样本灶。对32台样本灶在11种气源情况下进行性能响应测试。
实验初期先进行AGA指数法和Weaver指数法计算，选择与所有组分均具有较好互换性的粤西LNG2为基准气，对32台样本灶进行初状态调节，使得所有样本灶在基准气情况下达到最佳燃烧工况。初状态调试以AGA火焰分级为原则，将各样本灶火焰形态调至-2~+2火焰级别之间[8]，如表 3所示，即认为其处于最佳燃烧工况。之后保持一次风门不变，依次配制不同气源，按照现有互换性评判指标进行测试。
对于天然气互换性问题，主要关注的是燃气互换后燃具的火焰稳定性(包括回火、离焰和黄焰等)、燃烧排放、析碳和使用安全等方面是否发生显著变化[9]。我国至今尚未提出过系统的互换性指标参数和评价方法(包括互换性预测方法和针对性的气质管理方法)，较普遍的做法是根据美国AGA指数和Weaver互换预测指数的相关指标参数进行互换性判定。本文采用的互换性评判指标包括污染物排放、火焰形态以及国家标准GB 16410-2007《家用燃气灶具》中针对民用燃气灶具检测规定的热效率参数，同时依据其规定的各性能合格测试条件方法[10]，对32台样本燃气灶在11种气源下的性能响应进行测试分析。测试发现：32台样本灶在所有气源情况下，均未出现回火和黄焰的燃烧不稳定现象；测得的不合格现象的统计结果及可互换样本数据分别列于图 1、图 2和图 3。
从图 1可见，当管网供应LNG时，民用灶具极易出现CO排放超标现象。在32台样本中有近半数的样本在6种LNG气源情况下均出现CO超标；与管道天然气相比，LNG较少导致燃具出现离焰，且热效率不达标现象也较少。如图 2和图 3，32台样本灶在11种气源下，CO排放合格的有12台(占37.5%)，热效率未显著降低的有17台(占53.1%)，火焰特性未发生显著变化的有24台(占75%)；但若同时考虑上述三方面因素，则全部样本中只有5台满足互换条件(占15.6%)。因此，当管网大规模供应进口LNG之后，因其热值较高、华白数偏大，虽能保持民用灶具的热效率和稳定的火焰形态，但会极易发生CO排放超标等倾向，使民用灶具出现互换性问题。需要特别指出的是，本次测试是在基准气状态下将样本灶具调试到最佳状态下进行的，实际用户的响应应该更为严重。
随着全球LNG贸易的发展以及随之引发的多气源互换问题，各国都对天然气气质提出了严格的管理规范，以期从气源侧对进网天然气质量进行控制，从而在一定程度上防止多气源天然气互换性问题的发生。表 4列出了各主要LNG进口国的现有天然气气质管理规范，主要是热值和华白数两参数要求。
现阶段，我国天然气气质规范主要有GB 17820-1999《天然气》和GB/T 13611-2006，前者是根据ISO 13686:1998的总体要求，并参照若干发达国家的气质标准(主要是欧美国家)而制定的[17]；后者则是根据1976年13届世界燃气会议介绍的燃气分类方法，参照英国EN 437标准制定的，其中12T天然气与EN 437中界定的H组天然气范围一致，且各测试用极限气也一样[18-22]。GB/T 13611-2006将华白数在45.67 MJ/m3~54.78 MJ/m3范围内的所有天然气分类为12T[21]。
我国目前进口的LNG主要来自于澳大利亚、印尼、马来西亚等亚太地区[3]，更类似于日韩而不同于欧美，但如表 4所列，我国对入网天然气的高热值规定为大于31.4 MJ/m3，远低于日韩规定的进网高热值允许范围，也低于使用贫天然气的欧美国家。因此，GB 17820-1999规定的该范围，其合理性有待进一步探讨。同时，相比于欧美日韩等国，我国没有明确规定进网天然气华白数的允许波动范围。国内有学者和专家将GB/T 13611-2006规定的12T范围界定为进网天然气允许的华白数波动范围，认为华白数波动范围在±5%之间即可互换，将天然气气质管理和互换性问题与天然气分类等同[18-20]，但实际情况并不然。本次实验选用的11种气源均属于12T范畴，且各气源华白数相对于基准气的波动范围为-5.48%~3.72%，基本落在±5%范围内，但通过实验测试发现所有样本互换后的表现并不理想，存在CO严重超标等互换性问题。
因此，我国目前在天然气气质管理和进口LNG质量控制等方面亟待完善，应根据我国进口LNG气质情况，同时结合我国城市天然气管网供应现状，对进网天然气热值和华白数范围进行严格规范，对现有范围进行修正，而不应一味地照搬欧美国家的天然气分类方法来制定我国的天然气分类标准，更不应将天然气分类等同于天然气气质管理规范和解决天然气互换性问题的方法。
本次实验测试结果表明，进口LNG在进入城市燃气管网时，可能会引起民用燃具CO排放超标等互换问题。需要特别指出的是，文中的测试是在基准气状态下将灶具调试到最佳状态下进行的，实际用户的响应应该更为严重。
此外，目前我国的天然气气质管理有待完善，用于评判互换性的方法主要借鉴的是欧美国家的一些半经验指数法，没有形成一套系统的适合我国自身燃具与气源情况的评判体系，对进口LNG的质量控制基本空白，仅关注于合同价格等因素。因此，随着LNG与管道天然气的互换性问题日益显现，有必要组织科研单位和政府机构进行系统的天然气互换性研究，结合国外研究经验，针对我国燃具特点和现阶段LNG及城市供气特点，提出切实有效的互换性预测方法和天然气气质管理规范，并对进口LNG质量进行控制，以期在最大程度地利用现有资源的同时，降低出现大规模互换性问题的可能性。
2012, Vol. 41 Issue (2): 219-222
2012, Vol. 41 Issue (2): 219-222