1 中國天然氣的春天已經來臨
中國政府制定了天然氣的發展戰略：“立足國內，利用海外，西氣東輸，北氣南下，海氣登陸，就近供應。”2020年前，國家將投資2200億元人民幣建成5 萬公里天然氣管線和千萬噸級LNG接收站，建設百萬噸級LNG運輸設施，建造30多艘大型LNG運輸船，形成年進口5000萬噸(近700億立方米)規模的LNG接收設施，使我國天然氣消費在一次能源消費結構中的比例從現在的2.97％提高到12％。
規劃中的天然氣管網將以現在的西氣東輸線、陜京二線、忠武線、澀寧蘭線等為主線，再興建一批重點干線管道和聯絡管道，向南延伸到珠海、北海，向北、向西延伸到黑龍江、新疆與俄羅斯管道相連。預計新建管道長度為1.5萬公里，屆時全國天然氣長輸管道將達到3.6萬公里左右。形成國產氣管線、進口氣管線和沿海 LNG管道互相連通的大網絡，國產氣、進口氣和LNG互相銜接，資源統配，達到全國天然氣聯網供應。
2 歷史性的天然氣改革開放政策
(1)天然氣產業上中下游全環節對外開放
中國政府出臺了鼓勵外商參與天然氣的勘探開發、基礎設施、天然氣發電、大中城市燃氣管網的建設與管理等整個天然氣產業鏈的投資建設；鼓勵我國油氣從業者走出國門，參與世界石油天然氣的勘探開發，利用他人資源為我服務。
(2)為國內油氣行業引入競爭機制
國內三大油公司交叉作業：最近，中石油、中石化獲準“下海”與中海油搶占海域，興建LNG接收站；中海油也獲準可以“上岸”與中石油、中石化爭奪陸上地盤，開展內陸油氣資源勘探開發。“能源之戰”不僅在世界范圍內展開，中國的三大油公司也在我國遼闊的大地和海洋悄悄地演繹著一場威武雄壯的“能源游戲”。
3 中國天然氣利用的規范化管理構想
(1)中國天然氣行業改革的大思路
中國天然氣行業正處于機遇與挑戰并存的關鍵時刻，行政性壟斷和自然壟斷的存在。缺乏公平競爭的市場環境，使天然氣行業發展受到很大的制約。
為了加快天然氣行業的發展，必須對非自然壟斷領域逐步放松管制，充分發揮市場對資源配置的基礎性作用；而在“市場失靈”的自然壟斷領域，以現代化監管替代市場機制，力爭建立公平競爭的市場環境是天然氣行業調整與改革的重點。
①非自然壟斷領域：上游的勘探開發以及天然氣商品銷售業務。
②自然壟斷領域：輸配系統(包括長距離運輸和城市配氣系統)。
③在上游領域建立競爭性市場：
a.將市場機制引入礦權制度，以吸引多元化投資和技術；
b.積極尋求并進口國外天然氣資源(包括LNG進口)；
c.逐步放松對天然氣井口價格管制政策；
d.在輸配環節，以現代化經濟監管替代市場機制，遏制壟斷權利的泛用，建立公平競爭的市場環境；
e.用第三方準入的長輸管線、城市配氣系統的監管以及服務價格與質量的監管；
f.完善特許經營權和許可證制度。
在這樣的框架下建立完善的行業法律法規，保證監管的穩定、透明、一致和公平的管理制度。
(2)建立《中華人民共和國天然氣法》
①規范和嚴格天然氣生產的安全要求；
②制定相關的法律和法規，規范和指導天然氣的生產經營和銷售；
③用天然氣法來規范管理體制存在的問題；
④用天然氣法來改變天然氣行業壟斷問題；
⑤天然氣法可規定允許外資進入我國天然氣勘探開發和經營管理；
⑥用天然氣法來解決阻礙天然氣產業發展價格雙軌制問題，適應迅速發展的天然氣市場和中國市場經濟發展的需要。
4 統一天然氣熱值標準是中國天然氣工業發展的迫切需要
1.國內現行天然氣質量標準與不足
隨著天然氣利用工作不斷向縱深發展，天然氣的來源和產地不斷增多。而不同產地或不同形式獲得的天然氣，其物理、化學性質各有不同，組分、熱值、密度和燃燒特性等均存在很大差異。因此，必須對此作相應規定，即制定統一的國家標準，以滿足各類用戶的使用需求。1999年國家制定了《天然氣》(GB 17820—1999)，詳見表1。
表1 《天然氣》(GB 17820—1999)技術指標
| 項目 |
一類 |
二類 |
三類 |
高位發熱量
(MJ/m3) |
>31.4 |
| 總硫(以硫計)(mg/m3) |
≤100 |
≤200 |
≤460 |
| 硫化氫(mg/m3) |
≤6 |
≤20 |
≤460 |
| 二氧化碳%(V/V) |
≤3.0 |
|
| 水露點,℃ |
在天然氣交接點的壓力和溫度條件下天然氣的水露
點應比最低環境溫度低5℃ |
| 本標準中氣體體積的參比條件是101.325kPa20℃。 |
上述《國標》因制定的年代遠，已無法完全適應現今天然氣產業高速發展的要求。具體表現在：對天然氣組分未作具體規定，特別是規定的熱值范圍太廣，直接影響到燃氣的互換性問題；高熱值的LNG不能用于某些管輸天然氣地區調峰；不能實現大區域或全國性聯網供氣；氣源調配缺乏靈活性和供應的安全可靠性；很難解決作為城市燃氣的氣源“互換性”與燃具的“適配性”間的矛盾。
(1)天然氣的成分、熱值與燃氣互換性
①燃氣的主要成分
所謂燃氣是指可燃性氣體，包括沼氣、煤制氣、油制氣、液化石油氣、天然氣、液化天然氣等，通常是由一些單一氣體混合而成，其組分主要是可燃氣體和少量不可燃氣體組成。可燃氣體成分為H2、CO、CmHn、H2S等，不可燃氣體有N2、CO2、O2等。天然氣以CH4為主要成分，尚有C2H6、C3H8、N2、CO2等成分，屬熱值較高的燃氣。不同產地和不同加工方法獲得的燃氣，其成分含量各不一樣，其燃燒特性也不一樣。
②燃氣的熱值
我們實際使用的燃氣中，是含有各種組分的混合氣體，它的熱值可以用熱值儀(熱量計)直接測出，也可以由各單一氣體的熱值按混合法則計算得出。
所謂熱值是指一標準立方米的燃氣完全燃燒所放出的熱量，稱為該種燃氣的熱值，單位為：kJ/Nm3或MJ/Nm3。
以甲烷完全燃燒為例加以說明：
CH4+202=C02+2H20+Q
式中的Q值為一標準立方米CH4完全燃燒所放出的熱量為：
Q=890943kJ/kmol，
其熱值為890943/22.3621=39842kJ/Nm3
22.3621——為標準狀態下CH4的摩爾容積(Nm3/kmol)
燃氣的熱值又可以分為高位熱值和低位熱值：
所謂高位熱值是指一標準立方米CH4完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結水狀態排出時所放出的熱量QH=
890943kJ/kmol，其熱值為39842kJ/Nm3。
所謂低位熱值是指一標準立方米CH4完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸氣狀態時所放出的熱量Q L=
802932kJ/kmol，其熱值為35906kJ/Nm3。
燃氣的高位熱值在數值上大于其低位熱值，差值為水蒸氣的氣化潛熱。
在工業與民用燃氣應用設備中，燃氣中的水蒸氣通常是以氣體狀態排出，因此，實際應用工程中常用燃氣低位熱值進行計算。
③燃氣互換性指標：華白數W與燃燒勢Cp
a.華白數：是一項控制燃具熱負荷穩定狀況的指標，華白數又稱熱負荷指數。
其計算公式為：
式中：w——華白數，MJ/m3(kcal/m3)
Qg——燃氣高熱值，MJ/m3(kcal/m3)
d——燃氣相對密度。(空氣相對密度為1)
一般規定在兩種燃氣互換時華白指數的變化不超過5～10％。
b.燃燒勢：是反映燃燒火焰所產生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性參數，反映燃具燃燒穩定狀態的綜合指標，燃燒勢又稱燃燒速度指數。
其計算公式為：
K=1+0.0054022
式中：Cp——燃燒勢；
H2——燃氣中氫含量，％(體積)；
CmHn——燃氣中除甲烷以外的碳氫化物含量，％(體積)；
CO——燃氣中一氧化碳含量，％(體積)；
CH4——燃氣中甲烷含量，％(體積)；
d——燃氣相對密度(空氣相對密度為1)；
K——燃氣中氧含量修正系數；
O2——燃氣中氧含量，％(體積)。
從計算公式中可以看出，決定燃氣互換性的華白數和燃燒勢都與燃氣的熱值直接相關。一般來講，任何來源的天然氣均以CH4為主要組分，影響熱值大小的主要因素是C2以上重組分含量。天然氣密度越大，熱值就越高，其華白指數也越大。換句話說，天然氣熱值大小基本上反映華白數大小。因此，規定天然氣熱值指標，從某種意義上講是限定了華白數范圍，是解決氣源互換性的一個重要手段。
在天然氣中調配空氣量是控制燃氣熱值(華白指數)的一種有效手段。當燃氣中含有氧時，應考慮含氧量對一次空氣系數的影響。含氧量對一次空氣系數的影響程度與理論空氣需要量有關，而理論空氣需要量又與熱值成正比，而熱值與華白指數和燃燒勢成線性關系變化，見表2、3及圖2。
表2 廣東LNG摻混空氣比例、組分與燃燒特性參數
| 混配比例 |
甲烷 |
乙烷 |
丙烷 |
丁烷 |
氧氣 |
氮氣 |
高位
熱值 |
低位
熱值 |
華白
指數 |
燃燒勢 |
氣體
密度
kg/Nm3 |
| LNG |
AIR |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
02 |
N2 |
| % |
(體積:%) |
(MJ/Nm3(kcal/Nm3) |
CP |
| 100 |
0 |
88.77 |
7.54 |
2.59 |
1.01 |
0 |
0.07 |
44.61
(10656) |
40.39
(9647) |
56.05
(13387) |
41.85 |
0.82 |
| 97.44 |
2.56 |
86.50 |
7.35 |
2.54 |
0.99 |
0.54 |
2.08 |
43.49
(10387) |
39.36
(9400) |
54.21
(12949) |
40.55 |
0.83 |
| 95.37 |
4.63 |
84.66 |
7.19 |
2.47 |
0.98 |
0.97 |
3.70 |
42.55
(10162 ) |
38.52
(9200) |
52.75
(12599) |
39.59 |
0.84 |
| 93.29 |
6.71 |
82.82 |
7.03 |
2.42 |
0.94 |
1.41 |
5.32 |
41.62
(9941) |
37.68
(9000) |
51.31
(12254) |
38.72 |
0.85 |
| 91.22 |
8.78 |
80.97 |
6.88 |
2.36 |
0.92 |
1.84 |
6.95 |
40.70
(9720) |
36.84
(8800) |
49.88
(11913) |
37.93 |
0.86 |
| 89.14 |
10.86 |
79.13 |
6.72 |
2.31 |
0.90 |
2.28 |
8.35 |
39.77
(9499) |
36.01
(8600) |
48.47
(11576) |
37.21 |
0.87 |
| 87.07 |
12.93 |
77.29 |
6.57 |
2.26 |
0.88 |
2.72 |
10.19 |
38.85
(9278) |
35.17
(8400) |
47.08
(11244) |
36.55 |
0.88 |
| 85.00 |
15.00 |
75.45 |
6.41 |
2.20 |
0.86 |
3.15 |
11.81 |
37.92
(9057) |
34.33
(8200) |
45.70
(10916) |
35.96 |
0.89 |
| 82.93 |
17.07 |
73.61 |
6.25 |
2.15 |
0.83 |
3.59 |
13.44 |
37.00
(8837) |
33.49
(8000) |
44.34
(10591) |
35.41 |
0.90 |
表 3 廣東LNG摻混空氣后混合氣熱值與華白指數對應表
| 序號 |
低位熱值 |
高位熱值 |
華白指數 |
| (MJ/Nm3) |
| 1 |
33.49 |
37.00 |
44.34 |
| 2 |
34.33 |
37.92 |
45.7 |
| 3 |
35.17 |
38.85 |
47.08 |
| 4 |
36.01 |
39.77 |
48.47 |
| 5 |
36.84 |
40.7 |
49.88 |
| 6 |
37.68 |
41.62 |
51.31 |
| 7 |
38.52 |
42.55 |
52.75 |
| 8 |
39.36 |
43.49 |
54.21 |
| 9 |
40.39 |
44.61 |
56.05 |
表4 廣東LNG重組分提取后的組分與燃燒特性參加一覽表
| 重組分提取 |
甲烷
CH4 |
乙烷
C2H6 |
丙烷
C3H8 |
丁烷
C4H10 |
氮氣
N2 |
高位
熱值 |
低位
熱值 |
華白
指數 |
燃燒勢 |
氣體
密度
kg/Nm3 |
組分
名稱 |
比例
(%) |
| (體積:%) |
(MJ/Nm3(kcal/Nm3) |
CP |
| LNG |
0 |
88.77 |
7.54 |
2.59 |
1.01 |
0.07 |
44.61
(10656) |
40.39
(9647) |
56.05
(13387) |
41.85 |
0.82 |
| C4 |
100 |
89.68 |
7.62 |
2.62 |
0 |
0.07 |
43.71
(10440) |
39.54
(9445) |
55.56
(13270) |
42.00 |
0.80 |
| C3 |
50 |
90.86 |
7.72 |
1.33 |
0 |
0.07 |
42.95
(10258) |
38.39
(9169) |
54.83
(13095) |
41.73 |
0.782 |
| C3 |
80 |
91.59 |
7.78 |
0.518 |
0 |
0.07 |
42.48
(10146) |
38.40
(9172) |
54.89
(13110) |
41.95 |
0.77 |
| C3 |
100 |
92.09 |
7.82 |
0 |
0 |
0.08 |
42.17
(10071) |
38.10
(9101) |
54.72
(13069) |
41.94 |
0.77 |
| C2 |
25 |
93.92 |
5.98 |
0 |
0 |
0.08 |
41.60
(9937) |
37.58
(8976) |
54.40
(12994) |
41.54 |
0.76 |
| C2 |
50 |
95.83 |
4.07 |
0 |
0 |
0.09 |
41.02
(9797) |
37.04
(8846) |
54.08
(12917) |
41.12 |
0.74 |
| C2 |
75 |
97.82 |
2.08 |
0 |
0 |
0.09 |
41.60
(9552) |
36.47
(8711) |
53.74
(12835) |
40.68 |
0.73 |
| C2 |
90 |
99.06 |
0.840 |
0 |
0 |
0.09 |
40.03
(9562) |
36.12
(8627) |
53.52
(12784) |
40.41 |
0.72 |
| C2 |
100 |
99.90 |
0 |
0 |
0 |
0.09 |
39.77
(9500) |
35.88
(8569) |
53.38
(12750) |
40.22 |
0.72 |
(3)國外天然氣熱值標準及解決互換性措施
①法國
政府1997年9月16日發布政府令，準許在法國兩種不同類型的輸配管網中，輸送H型天然氣和B型天然氣，H、B型管網內的天然氣熱值范
圍分別是：10.7～12.8kwh/Nm3，即為38.52～40.08MJ/Nm3(9200～11006kcal/Nm3，參比條件：0℃，101.325kPa，下同)和9.5～10.5kwh/
Nm3，即為34.2～37.8MJ/Nm3(8169～9028kcal/Nm3)。兩套熱值不同的天然氣輸配管網分別供應不同類型的天然氣用戶，以此解決氣源不匹配
而帶來的互換性問題。
②美國
美國聯邦能源監管委員會規定美國天然氣的熱值標準為：1000Btu/ft3，即為37.26 MJ/Nm3(18900kcal/Nm3)，隨著LNG進口量增加，氣源越來越復雜，因此，目前也面臨氣源互換性難題。
③日本
雖然沒有全國性的管網，但日本通產省規定各地天然氣公司都要遵守46.05MJ/Nm3(11000 kcal/Nm3)的標準熱值。
④韓國
燃氣公司是單一壟斷經營的公司，其設置的天然氣熱值標準為43.96MJ/Nm3(10500 kcal/Nm3)。
⑤比利時
投資開發適配能力強的天然氣燃燒器，以燃燒器具適應天然氣氣源組分的變化。
⑥荷蘭和德國
天然氣存儲設施容量大，通過將不同熱值的天然氣混配，調制成符合用戶需求的混合氣體來解決天然氣可置換性問題。德國兩套管網標準熱值為：10.12～10.08kwh/Nm3，即為36.18～36.03MJ/Nm3(8646～8612kcal/Nm3)和11.2l～11.18kwh/Nm3，即為40.08～39.97 MJ/Nm3
(9579～9552kcal/Nm3)。
⑦英國
因為擁有大量陳舊的國內設備，在天然氣規格標準化的問題上采取了等待和觀望的態度，目前推薦天然氣熱值為39.8 MJ/Nm3，并以kwh/
Nm3為計價標準。
綜觀世界先進國家利用天然氣的經驗和我國天然氣利用現狀，可以得出一個結論統一天然氣熱值標準是加強天然氣利用規范管理的一個重要環節。我們必須借鑒其他國家的經驗，避免重復歷史錯誤。
(4)統一天然氣熱值標準的必要性
用一種燃氣代替另一種燃氣時，必須充分考慮燃氣的“互換性”和燃具的“適應性”。當供給用戶的燃氣性質發生改變時，置換氣必須對基準氣具有“互換性”，否則就不能保證用戶使用安全，這就對燃氣生產單位(供應單位)提出了嚴格的要求，限制了燃氣性質的任意改變。因此，統一天然氣熱值標準就顯得非常重要。
①統一天然氣熱值標準是構建共同管網的需要
隨著天然氣供氣管網的延伸、擴大和發展，將由小區聯網發展到區域性聯網，最終到全國聯網、甚至是跨國聯網，這是天然氣產業發展的必然趨勢。這就要求進入管網的各氣源必須共同遵守一個熱值標準，必須適應網內所有用氣設施要求，形成多氣源、多產地、多銷售商和多用戶的質量保證體系。
②統一天然氣熱值標準是等熱值交易商業行為的需要
目前，我國燃氣價格標明的都是每一立方米金額，并未考慮熱值影響因素，其實這是很不合理的，國際上通行的是熱量結算方式。利比亞天然氣熱值為12375kcal/Nm3，與挪威天然氣熱值9000kcal/Nm3比相差3375kcal/Nm3；新疆LNG氣熱值kcal/Nm3，與陜甘寧天然氣8232
kcal/Nm3比相差1560kcal/Nm3。熱值差異太大的天然氣不可能是同一個售價，因此，從這方面講，統一熱值標準對商業結算有利。
③統一天然氣熱值標準是某些特殊工業用戶的需要
一些特殊工業制品像電視機顯像管及玻璃薄殼管的加工，對溫度控制要求精度很高，因此，要求燃氣組分和熱值相對平穩，只允許天然氣熱值在±100 kcal/Nm3范圍內波動。
④統一天然氣熱值標準是燃具生產企業和用戶降低成本、提高服務質量的需要
同一個天然氣熱值標準，有利于全國燃氣具生產企業的協調統一。單一熱值標準的燃氣具生產，有助于燃具廠家降低生產成本，有助于降低整個社會的產品維修服務成本，提高經濟及社會效益。
5 我國統一天然氣熱值標準的可能措施
統一天然氣熱值標準的實質在于解決不同氣源間的互換性問題，其實施的手段是調配燃氣的燃燒特性。因為天然氣熱值與華白指數關系的單一性，因而實際表現為調整天然氣熱值。
(1)升高熱值法
在天然氣中添加高熱值氣體，如液化石油氣、輕烴氣體等，使其達到所需要的熱值。日本就是采用此方法，在天然氣中添加液化石油氣，使其熱值達到l1000 kcal/Nm3，達到熱值一致的目的。
(2)降低熱值法
①摻混無熱(低熱)氣體：在天然氣中加入低熱值的氮氣、空氣或其它低熱值燃氣，使天然氣熱值降低以達到我們所設定的目標值。
②輕烴分離：將天然氣中熱值相對較高的乙烷和丙烷等重質組分分離出來，提高甲烷含量，使熱值降至目標值。
(3)天然氣混和法
按照設定的熱值目標值，將不同熱值、不同來源的天然氣或其它燃氣按相應的比例混合，使其滿足要求。像荷蘭和德國，就是利用其龐大的天然氣儲存運輸設施，采用此種方式實現熱值穩定，解決天然氣的互換性問題。
(4)降低熱值的典型例子
①廣東大鵬LNG熱值調配構思
廣東大鵬LNG熱值調配的構思見圖4。
工藝流程簡單描述：
大鵬LNG主要從澳大利亞進口，其組份含量有相當數量的重烴C2、C3、C4、C5，可以提取作為化工原料，降低熱值至8800kcal/Nm3左右，然后再混入空氣調配熱值至8500 kcal/Nm3，如若不提取重烴，也可以直接混入空氣調配熱值至8500 kcal/Nm3進行操作，將來可與在珠海橫琴島登陸，熱值8500kcal/Nm3左右的管道天然氣聯網操作。
②港華LNG小區氣化模式
操作工藝簡單描述：
浙江桐鄉港華LNG小區氣化站目前采用新疆廣匯LNG作為主氣源，設有CNG三級調壓應急備用氣源，并用混空氣的辦法，將9792kcal/Nm3
熱值的LNG調配至8500 kcal/Nm3熱值的混合氣體供應用戶，便于將來與西氣東輸的天然氣聯網操作。
③海口--文昌--瓊海---萬寧混和熱值操作
海南福山氣田天然氣與東方1-1氣田天然氣混和熱值流程見圖7。
(5)中等熱值兼顧未來
我國目前已投產或即將建成投產的管輸天然氣項目，熱值(低位)基本上在8500kcal/Nm3左右，按“國標”《城市燃氣分類》(GB/T13611
--92)，其燃燒特性屬12T類別；而一些尚未投產的LNG項目，熱值較高，9500kcal/Nm3左右，部分已接近或達到13T類別；再考慮到全國極具開發價值、資源豐厚的煤層氣，熱值在8500kcal/Nm3以下。因此，極有可能出臺的天然氣熱值標準只能是“立足現有(管輸項目)，兼顧未來(LNG和煤層氣項目)，取中(中等熱值)舍尾”。故此，對于高熱值的 LNG，適應“國標”熱值標準的可能措施為降低熱值法，而對于熱值偏低的煤層氣，可能的措施則為升高熱值法或與高熱值氣體混配。此外，研究開發對氣源變化適配能力強的新型燃燒器具，也是一項行之有效的
措施。
6 建議
天然氣利用初期，氣源單一、管網簡單，燃氣互換性問題不突出，人們往往未過多考慮統一熱值標準問題，而只是一味想到盡快把天然氣接通。隨著天然氣事業的飛速發展，氣源需求量猛增，來源多、組分復雜，很多的設施已建成投產，回過頭來再研究遇到的互換問題，未免顯得被動而無奈，造成資源的浪費和經濟效益的影響。反思國外一些國家天然氣利用過程中的遇到的互換性難題，建議政府有關部門、有關業主、供氣單位等，認真吸取國際上天然氣利用的先進經驗，為有利于我國建立一個現代化的天然氣工業系統性工程，對天然氣商務人員、技術人員的培訓，以及燃氣設備、技術的開發和應用，盡快研究制定適合我國國情的天然氣質量標準或條例，提前做好統一熱值標準工作，使天然氣利用工作趕上時代發展的步伐，迎接中國天然氣春天的到來。
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