天然气贸易能量结算方式探讨

摘 要

摘要：介绍了国内外天然气贸易计量的现状，探讨了天然气贸易中调整统一天然气热值的技术路线和以体积计量、以能量结算的技术路线，指出调整天然气热值应重视节能环保问题，提出了以
摘要：介绍了国内外天然气贸易计量的现状，探讨了天然气贸易中调整统一天然气热值的
技术路线和以体积计量、以能量结算的技术路线，指出调整天然气热值应重视节能环保问题，提出了以体积结算转变为以能量结算的实施建议。
关键词：天然气贸易；能量结算；体积结算；统一热值
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世纪90年代以来，以陕京输气工程为标志的跨区域供气开启了天然气利用的新阶段，特别是西气东输工程的实施，标志我国天然气工业快速发展时代已经到来。预计到2020年，我国的天然气消费总量将达到2100×108m3/a[1]。除国内四川、陕甘宁、塔里木等地天然气蕴藏丰富外，我国还有着得天独厚的地缘地理优势，周边国家如俄罗斯、土库曼斯坦、哈萨克斯坦等有着丰富的天然气资源，还可以利用印度尼西亚、马来西亚和澳大利亚以及中东地区LNG贸易市场。我国将充分利用国内、国外两个资源，实现天然气多元化供应，预计未来的天然气工业将形成管道输送和液化天然气(LNG)并存的供气格局。
    与美国、法国、日本等发达国家相比，我国的天然气工业还处于相对落后的阶段，天然气占一次能源的比例很低，技术水平也处于初级阶段。国内现行的天然气质量标准GB 17820—1999《天然气》未对天然气组成作具体规定，规定的热值范围太广，可能影响不同来源天然气的互换性；高热值的LNG用于城市天然气应急调峰还存在互换性、经济性等不确定因素[2]。
2 天然气贸易计量现状
2.1 国内天然气贸易计量现状
    多年来，我国天然气贸易计量一直是在法定的质量指标下按体积计量，即以m3为单位计价，并未考虑热值因素。标准规定以温度为293.15K、绝对压力为101.325kPa时的状态为天然气计量标准状态。用于贸易结算的流量计量仪表主要有孔板流量计、涡轮流量计、罗茨流量计、涡街流量计、超声波流量计[3]。由于现有天然气贸易一般为点对点方式，即由生产地到消费地，因此以体积计量可以满足需要。
    但是，随着国内天然气输气管道网络化的初步形成，天然气体积计量越来越暴露出其局限性。以气方，陕甘宁气田天然气组成见表1，其低热值为35.0MJ/m3，华北油田天然气组成见表2，其低热值为36.3MJ/m3，未来气源可能增加曹妃甸LNG及北京为例，北京现阶段以陕甘宁气田、华北油田为供 进口俄罗斯天然气。
表1 陕甘宁气田天然气组成
组分
CH4
C2H6
C3H8
H2S
CO2
H2O
摩尔分数/%
95.9494
0.9075
0.1367
0.0002
3.0000
0.0062
表2 华北油田天然气组成
组分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
CO2
N2
其他
摩尔分数/%
86.45
7.50
2.60
0.01
0.10
0.02
1.65
0.59
1.08
    筹建中的河北唐山曹妃甸LNG接收站项目拟接收进口LNG，作为北京、天津及河北地区的又一补充天然气气源，其低热值范围为37～40MJ/m3。
    北京市现行的天然气价格不考虑热值，均以体积为结算单位，具体价格如下：
    居民用户为2.05元/m3，商业用户为2.55元/m3，供暖用户(燃气锅炉)为1.95元/m3，制冷用户(直燃机)为1.85元/m3。工业用户的用气价格一般采取一事一议制，本文不作讨论。
    上述价格折算成能量单位后，不同气源的天然气价格不同，具体见表3。
表3 不同气源的天然气以能量为结算单位时的价格
用户种类
气源价格/(元·MJ-1)
[(最高价格-最低价格)/最低价格]/%
陕甘宁
天然气
华北油田
天然气
唐山曹妃甸天然气
居民用户
0.058
0.056
0.053
9.4
商业用户
0.073
0.070
0.066
10.6
供暖用户
0.056
0.054
0.051
9.8
制冷用户
0.053
0.05l
0.048
10.4
注：唐山曹妃甸天然气低热值以38.5MJ/m3计。
    由表3的数据可以看出，如果以能量为结算单位，按照目前的天然气价格，不同气源之间最大的价格差可达10.6%。现有天然气贸易计量方式对于买卖双方有失公平。
    上海亦存在多种天然气气源热值不同而气价相同的问题。上海目前的主要天然气气源有东海平湖天然气(东气)、新疆塔里木盆地的西气东输天然气(西气)以及引进的LNG。这3种天然气的低热值分别为：东气38.31MJ/m3，西气37.51MJ/m3，LNG40MJ/m3。上海天然气的售价如下：居民用户为2.5元/m3，商业用户4～11月为3.3元/m3，12～3月为3.6元/m3。如果以能量为结算单位，按照目前上海市天然气的价格，热值最高的LNG比热值最低的西气价格差可达8%。
    深圳也有类似情况，深圳目前引进澳大利亚LNG，即将引进的西气东输二线已开工建设，而LNG与西气热值差也达8%左右。
2.2 国外天然气贸易计量现状
    国际天然气贸易经历了体积计量和能量计量两个阶段。不同国家根据自身的特点采取了不同的技术路线。日本绝大多数天然气资源为进口，并大量进口液化石油气(LPG)，日本采用了在接收站掺混LPG来统一热值的技术方案，天然气热值统一为46.05MJ/m3，实质上是以能量计量。法国采用kW·h作为燃气贸易结算单位。欧洲其他国家，例如英国、德国、意大利等也使用kW·h作为天然气消费结算单位。
3 调整统一天然气热值的技术路线
    调整统一天然气热值，使不同气源天然气的热值相对一致是以体积计量贸易结算的技术路线的基本思路。常用的方法有升高热值法和降低热值法。
    升高热值法：在天然气中添加热值相对较高的LPG等燃气，使热值相对较低的天然气热值升高。采用这种方法需要建设LPG储存、输送、气化、掺混设施。
    降低热值法：分为轻烃分离法、掺混空气或氮气法、多气源混配等方法。
    轻烃分离法：将LNG中热值相对较高的乙烷和丙烷等(C2+)分离出来作化工原料，从而提高甲烷含量，降低天然气热值。
掺混空气或氮气法：在天然气中掺混空气或氮气，以降低天然气的热值。
多气源混配法：按照一定的比例，将不同热值、不同来源的天然气进行掺混，从而达到设定的天然气热值。
虽然调整统一天然气热值的技术路线不同，但是其共同点是需要增加大量的基础设施。笔者认为最关键的是该技术路线的环保负效应应引起工程技术人员的高度重视。有数据表明，与人工煤气和天然气相比，液化石油气燃烧后产生的氮氧化物(NOx)排放量最高[4]，向天然气中添加液化石油气会降低天然气清洁能源的品质，增加燃烧产物中N0x的排放。掺混空气或氮气不仅不节能，而且掺混空气后会导致天然气中氧含量增加，掺混氮气后会导致天然气中氮含量增加，燃烧时NOx排放量会升高，也会降低天然气清洁能源的品质，增加环境污染总量。NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，其中由燃料燃烧产生并成为大气污染物质的主要是NO和NO2。NOx和烃类(CmHn)在太阳光紫外线作用下产生强氧化性物质O3和PAN，这些强氧化性物质会导致光化学烟雾的产生，美国、加拿大、澳大利亚、挪威、日本等国家均发生过光化学烟雾事件，我国西南地区也发生过光化学烟雾事件。受过光化学烟雾刺激的人，免疫力降低，并表现出呼吸急促、咳嗽、呕吐等症状，严重者甚至心力衰竭而死亡[4]。
4 体积计量能量结算技术路线
体积计量能量结算是不调整天然气热值而以能量进行贸易结算的技术路线。在现有体积计量的基础上增加热值测量设备，利用在线色谱仪测量天然气组成并计算能量是国际通行的方式。计量系统由流量计、色谱仪、通信系统组成。
计算能量最重要的是要有相同压力、温度基准下的体积和每单位体积的能量单位。对于在不同的压力、温度基准下的体积的能量单位，求出的能量需要进行压力、温度修正[5]。
对于一些对燃气品质变化比较敏感的工业项目，如玻璃熔化、金属焊接、金属热处理、塑料工业、有色金属熔炉、精细陶瓷熔制等，当天然气组成、热值变化时，应事先通知相关企业制定对策。
采用体积计量能量结算技术路线增加的设施与调整统一天然气热值技术路线比较，造价和建设要求相差很大，前者可实施性较强。
由于能量结算对于用户来说是一个全新的概念，在推广过程中有可能会改变用户原有的支付和购气习惯，应制定分步实施措施，可以先开展对大型用户(北京地区主要为燃气电厂、燃气锅炉用户)的能量结算试点，收集数据，积累经验，逐步推广到普通用户。
5 建议
由于我国地域范围广，资源情况复杂，天然气组成及热值差别较大，短期内在我国采取统一天然气热值的技术路线比较困难，因此笔者提出如下3点建议：
① 政府有关部门及供气单位应结合我国天然气发展的国情，并参考国际上其他国家和地区的经验，认真研究制订符合我国国情的天然气贸易能量计量标准。
② 国内大城市可以采用分区域供应不同热值天然气的方法来解决互换性的问题，但政府相关部门应尽快出台以体积计量、能量结算的相关规定，在热值不统一的条件下，实现天然气贸易的公平与公正。
③ 国内现行的降低或升高天然气热值的方法多数都会降低天然气清洁能源的品质，增加燃烧产物中污染物的排放，不利于节能环保，供气企业为了解决不同气源的互换性问题进行热值调整时，应研究更加节能环保的方式。
参考文献：
[1] 王启，高文学.中国城市天然气转换综述[M].煤气与热力，2008，28(4)：B54-B58.
[2] 赖元楷，罗东晓.统一天然气热值标准是中国天然气工业发展的需要[J].城市燃气，2005，(6)：7-12.
[3] 宋艾玲，梁光川.天然气计量现状及发展趋势[J].石油仪器，2006，(4)：6-8.
[4] 傅忠诚，薛世达，李振鸣.燃气燃烧新装置[M].北京：中国建筑工业出版社，1984.
[5] 潘兆柏，许宪濡.天然气计量由体积单位转换为能量单位[J].国外油田工程，1996，(7)：39-40.
 
(本文作者：白丽萍1 孙明烨1 陈皖华2 李华琴1 1.北京市煤气热力工程设计院有限公司 北京 100032；2.北京首都机场动力能源有限公司 北京 100621)