上海市天然气管网天然气特性分析DOC.docx
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上海市天然气管网天然气特性分析DOC
上海市天然气供气特性分析
二00四年六月
前言
1．上海市天然气的发展：
上海市是国际化特大型城市，是我国最早使用城市燃气的城市，城镇居民已实现全气化。
随着城市的发展，目前已形成人工煤气250万户、天然气100万户、液化石油气240万户的城市燃气供应系统。
由于人工煤气的生产过程效率低、污染严重、成本高，需要大量的煤、油的运输，鉴于上海环境保护、地理位置、运输条件和能源结构的调整，上海市将逐步淘汰煤制气和油制气，用天然气逐步替代人工煤气。
东海天然气的供气和西气东输工程的投产，为上海目前和今后城市燃气提供了充足稳定的气源，使上海这一有一百多年人工煤气生产和使用历史的特大型城市获得了燃气事业再一次大发展的机遇。
根据上海市的有关规划，上海将在7－10年内在市区基本完成天然气转换，预计天然气供应量2005年将达到22亿立方米、2010年达到80亿立方米，分别占上海市一次能源的6％和11％。
对于上海这一国际化大都市而言，保证稳定地供气和安全使用天然气、降低燃气安全事故，是头等大事。
2．天然气来源的不同和性质上的差异：
国家统计局公布的数据显示，2001年，中国的天然气产量为303.4亿立方米。
而据预测，到2005、2010和2020年，中国的天然气需求量将分别达到645、1120和2520亿立方米；同期，中国的天然气产量将分别达到625、968和1420亿立方米。
我国的天然气生产，主要集中在中西部地区的四川、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和沿海大陆架区域以及油田伴生气。
除了本国生产外，中国需要通过从俄罗斯、中亚等地进口天然气以及进口液化天然气等办法来弥补供需缺口。
不同的油气田的天然气由于原始生物的种类、地质生成的条件的不同，其成分会略有差异，比如四川气田的天然气含有较多的氮气、油田伴生气会有一部分轻烃类成分等，它们的热值、密度等特性都有所不同。
3．天然气的成分和特性对民用燃烧器具的影响，燃具的燃气适配性问题：
每一种燃气燃烧器具都必须正常地燃烧，因此都是根据的一定的燃气的特性进行设计的。
燃气的密度、理论空气量、燃烧速度等等特性不同，在燃气器具上形成的一次空气量、火焰状况也是有差异的。
我国的城市燃气分类国家标准GB13611将天然气分为10T、12T、13T。
燃气器具的生产也是按照燃气分类的基准气或者按照销售地区的气源特性进行设计、测试，以适应当地气源的特性，保证正常燃烧。
由于上海市的特殊的地理位置和天然气发展规划，将在同一区域存在着不同来源的天然气，其成分和特性有一定差异，这必将对在上海使用的天然气器具的燃气适配性产生一定程度的影响。
第一部分：
上海市目前和今后数年天然气气质的特性
一、天然气的来源
根据上海市发展规划、上海市天然气管网公司、中国石油天然气股份有限公司所披露的信息，目前至今后若干年一段时期内上海市天然气的主要来源为：
东海平湖天然气
东海平湖油气田于1999年4月开始向上海浦东供气，一期规模为120万立方米/日,并于1999年8月向上海浦西部分地区供气，二期扩建工程于2003年投产向上海供气，目前总供气能力达到180万立方米/日，稳定向上海供气。
是西气东输工程向上海供气前上海唯一的天然气气源，也将是上海今后一个时期城市天然气的主要气源之一。
西气东输天然气
西气东输工程2004年元旦正式向上海商业供气，按照西气东输管道工程时间表，2004年开始靖边－上海建成投产，由鄂尔多斯长庆气田向上海供气，2005年初轮南－靖边管线投产，由塔里木的库车－塔北地区天然气田向管道供气，其中2005年－2006年由克拉2号气田供气，2007年开始由克拉2号和迪那2号气田联合供气，稳定供气至2020年，2020年后将有新的气田加入供气。
西气东输工程启动气源的长庆气田，目前已建成73亿立方米年产能力，预计2004年累计建成产能将超过80亿立方米。
位于西气东输管线中部地区的长庆鄂尔多斯盆地，拥有天然气资源量10.7万亿立方米，目前已累计探明天然气地质储量1.11万亿立方米，可采储量7510亿立方米。
长庆气田目前是北京及华北地区天然气供应的主要气田。
规划建设中的西气东输工程的主力气源是塔北地区的天然气，西气东输源头的新疆塔里木盆地拥有天然气资源量8.39万亿立方米，其中主力气区库车－塔北地区目前已累计探明天然气地质储量6224亿立方米，可采储量4372亿立方米，预计到2010年，累计探明天然气地质储量将达1万亿立方米以上。
克拉2号气田是迄今我国储量规模最大，单位面积储量丰度最大，单井产量最高的气田，目前探明储量2840亿立方米，可采储量2130亿立方米，按年产100亿立方米供气规模，可稳定供气20年。
液化石油气混空气作为应急气源
由于天然气供应对上海这个国际化大都市的重要性，上海市市政府、市政管理局、上海市燃气管理处、燃气销售公司对上海的天然气的调峰和事故应急方案进行了科学的研究和规划，在闵行区昆阳路建立了一座液化石油气掺混空气作天然气应急气源装置，计划应急日供气量20万立方米/天。
石洞口煤气制气有限公司天然气紧急事故储备气源
作为天然气管网供应调峰及事故应急气源，石洞口煤气制气有限公司将提供80万立方米/天的轻油制气代用天然气（SNG）供气能力，其工艺是利用轻油制气工艺生产的人工煤气，混合一定比例的液化石油气，生产与天然气的燃烧特性（华白数、燃烧势）相同或相近的代用天然气。
规划中远期供气气源：
进口液化天然气
根据“上海液化天然气接收站和海底输气干线项目总体可行性研究报告”上海预计2008年在上海大小洋山港西门堂设液化天然气接收站，一期规模300万吨，二期规模600万吨。
东海西湖凹陷天然气
近年来，上海海洋石油局对西湖凹陷的油气发现开展了大量储量计算评价工作，估计可采资源3500亿立方米，如果近期实施开发，将成为上海中远期供气气源之一。
二、天然气组分及特性
东海天然气
东海天然气产于东海平湖天然气田，是上海目前天然气主要供气气源之一。
上海天然气公司对于从新港首站接收的天然气进行了定期的成分检测，（见附件4），本站也对管道中的天然气进行了不定期的成分检测。
表1东海天然气典型成分
组分
氮气（％）
0.67
甲烷（％）
88.75
乙烷（％）
6.81
丙烷（％）
0.34
异丁烷（％）
0.017
正丁烷（％）
0.009
异戊烷（％）
0.003
正戊烷（％）
0.002
二氧化碳（％）
3.40
C6+（以正己烷计）（％）
0.005
相对密度S
0.6283
华白指数W（MJ/Nm3）
51.12
燃烧势CP
39.02
高热值Hh（MJ/Nm3）
40.52
低热值Hl（MJ/Nm3）
36.59
东海平湖天然气的成分接近油田伴生气,除了主要可燃成分甲烷以外,还伴有一定量的轻烃组分,如乙烷、丙烷、丁烷等,天然气上岸后,经过天然气处理厂净化处理后,除去了部分较重的成分后,输入管道的天然气仍然含有一定量的乙烷、丙烷,含量达到6-10%。
西气东输天然气
西气东输的天然气于2004年1月1日正式向上海供气，目前供应上海的天然气是鄂尔多斯长庆气田的天然气，在中石油《关于西气东输管道输送的中国石油生产的天然气品质的报告》中提供了鄂尔多斯长庆气田的天然气的组分：
表2《关于西气东输管道输送的中国石油生产的天然气品质的报告》提供的鄂尔多斯长庆气田的天然气的组分
组分
氮气（％）
0.147
甲烷（％）
96.12
乙烷（％）
0.501
丙烷（％）
0.118
丁烷（％）
0.0033
戊烷（％）
0.012
二氧化碳（％）
2.6
C6+（以正己烷计）（％）
/
相对密度S
0.5807
华白指数W（MJ/Nm3）
50.89
燃烧势CP
38.34
高值Hh（MJ/Nm3）
38.78
低值Hl（MJ/Nm3）
34.88
根据西气东输的供气计划，2005年1月起由塔里木天然气田向管道供气，2005年至2006年由克拉2号气田供气，2007年以后由克拉2号与迪那2号联合供气。
根据中石油《关于西气东输管道输送的中国石油生产的天然气品质的报告》，克拉2号和迪那2号气田的天然气的组分如表示：
表4克拉2号气田天然气组分
组分
氮气（％）
0.45
甲烷（％）
97.6
乙烷（％）
0.62
丙烷（％）
0.41
丁烷（％）
0.21
戊烷（％）
0.01
二氧化碳（％）
0.65
C6+（以正己烷计）（％）
0.05
相对密度S
0.5735
华白指数W（MJ/Nm3）
52.96
燃烧势CP
39.69
高热值Hh（MJ/Nm3）
40.10
低热值Hl（MJ/Nm3）
36.08
表5迪那2号气田天然气组分
组分
氮气（％）
1.13
甲烷（％）
88.63
乙烷（％）
7.32
丙烷（％）
1.42
丁烷（％）
0.58
戊烷（％）
0.2
二氧化碳（％）
0.46
C6+（以正己烷计）（％）
0.26
相对密度S
0.6308
华白指数W（MJ/Nm3）
54.61
燃烧势CP
40.86
热值Hh（MJ/Nm3）
43.38
热值Hl（MJ/Nm3）
39.14
表6克拉2号和迪那2号气田联合供气天然气组分
组分
氮气（％）
0.56
甲烷（％）
96.1
乙烷（％）
1.74
丙烷（％）
0.58
丁烷（％）
0.28
戊烷（％）
0.03
二氧化碳（％）
0.62
C6+（以正己烷计）（％）
0.09
从报告提供的两个气田的组分来看，克拉2号气田的天然气属于比较典型的天然气田的天然气，甲烷含量达到97%以上，与鄂尔多斯长庆气田的天然气的组分比较接近；迪那2号气田的天然气含有较多的轻烃组分，乙烷、丙烷、丁烷含量达到8%以上，热值相对较高，密度较大，与东海平湖天然气相类似。
从报告提供的克拉2号和迪那2号气田联合供气天然气组分估计，克拉2号气田和迪那2号气田天然气混合比约为83：
17,但是克拉2号气田和迪那2号气田供气是否能够保持稳定的比率尚难确定。
液化气混空做天然气应急气源
日供气20万立方米，根据设计单位太平洋液化气有限公司的设计参数和装置运行单位上海市液化气经营有限公司试运行的情况，供气组分为液化气：
空气=70：
30，其中液化气的比例为：
丙烷：
丁烷=70：
30。
石洞口煤气制气有限公司天然气紧急事故储备气源
其供气方案提供的燃气（SNG）的成分为：
方案1
轻油制气产品气脱CO2＋20％LPG
方案2
轻油制气产品气+30%LPG
方案3
轻油制气产品气+35%LPG
乙烷（％）
0.19
0.38
0.44
丙烷（％）
0.40
0.82
0.95
丙稀（％）
12.44
9.3
10.89
丁烯（％）
0.02
0.26
0.30
正丁烷（％）
1.76
7.16
8.35
异丁烷（％）
4.73
12.06
14.07
氢气（％）
45.68
39.2
36.4
一氧化碳（％）
2.76
1.54
1.3
二氧化碳（％）
5.56
14.7
13.7
甲烷（％）
26.85
14.7
13.6
高热值，（MJ/NM3）
37.69
47.48
52.74
低热值，（MJ/NM3）
33.92
43.27
48.20
燃烧势CP
85.3
65.9
63.3
华白数W（MJ/NM3）
48.09
50.03
53.63
中远期天然气组分情况：
东海西湖凹陷天然气和上海的LNG项目尚处于初步勘探和初步规划阶段，目前还没有资料表明其天然气成分及特性。
三、天然气输配管网的情况
根据上海市发展规划（附件1），上海市天然气管网采用X+1+X的模式，在建立一张整体的天然气输配管网系统的基础上，接受东海天然气和西气东输集输管道的天然气以及以后可能输送到上海的天然气，如中远期规划的东海凹陷的天然气和LNG。
按照上海市天然气规划的接受气源分布和城市管网总体布局，在西部沿郊环线布置高压输气干管，接收西气东输天然气，向南、北供气，同时向东经降压后通过沿外环线布置的输配气管网供应中心城区，并与现有东海天然气管网连接。
东海平湖天然气经新港首站，通过2.5MPa高压管线输送至北蔡储配站和川沙门站,调压至1.6MPa向浦东供气,并穿越黄浦江进入浦西地区,经调压站向浦西供气。
从整个管网接收气源的格局来看，东海天然气和西气分别从东西两侧进入高压管线，并逐级调压向中心城区输送。
，整个管网依靠中央管理和调度系统（SCADA系统）调度运行。
LPG混空的天然气应急气源，装置设在闵行昆阳路，通过专门输气管线，在闵行外环线附近并入天然气管网，运行时供应闵行部分区域，替代部分天然气，供气区域基本局限于闵行地区。
远期气源东海凹陷天然气和LNG工程目前在规划中尚未实施，未能确定其未来对天然气供应的影响。
四、上海天然气不同来源的天然气的特性有关燃具适配性参数
上海天然气近期主要的4种气源分为两种类型，目前西气长庆气田天然气和克拉2号气田为一种类型，是典型气田气，甲烷96％以上，按照我国国家燃气分类标准，组分上接近12T天然气；东海平湖天然气和迪那2号气田，属于另一种类型，甲烷88－90％，有6－10%的乙烷、丙烷和丁烷等轻烃组分，介于12T和13T的一种天然气。
因此在燃气器具设计参数的确定时应考虑在上海销售的燃具应兼顾天然气供气特性的波动。
在实际燃气器具适配性检测中经常存在的问题是由于一次空气量的适应范围不够导致一氧化碳不符合标准要求。
表7四种类型天然气的组分与燃气分类标准中基准气比较
氮气（%）
甲烷（%）
乙烷（%）
丙烷（%）
丁烷（%）
戊烷（%）
二氧化碳（%）
C6+（以正己烷计）（%）
10T
14
86
12T
100
13T
90
10
东海
0.67
88.75
6.805
0.345
0.026
0.005
3.4
0.005
长庆
0.147
96.12
0.501
0.118
0.0033
0.012
2.6
0
克拉
0.45
97.6
0.62
0.41
0.21
0.01
0.65
0.05
迪那
1.13
88.63
7.32
1.42
0.58
0.2
0.46
0.26
表8四种类型天然气的燃气特性与燃气分类标准中基准气比较
天然气类别
高热值，MJ/Nm3
相对密度，MJ/Nm3
华白数，MJ/Nm3
燃烧势
10T
34.2
0.6125
43.8
33
12T
39.8
0.5548
53.5
40
13T
46.0
0.6548
56.8
41
长庆气田
38.78
0.5807
50.89
38.3
克拉2号
40.10
0.5735
52.95
39.7
迪那2号
43.38
0.6308
54.61
40.9
东海平湖
40.50
0.6265
51.17
39.1
四、小结
从今后一段时期里供应上海城市天然气管网的气源情况看，主要是东海平湖天然气、长庆气田的天然气、克拉2号和迪那2号气田的天然气四个供气气源，加上LPG混空应急气源等小规模补充气源。
供应上海市主力气源的天然气主要由两种类型，一种是甲烷成分达到96-97%，1%以下的乙烷和丙烷，以及少量二氧化碳、氮气等惰性气体，如长庆气田天然气和克拉2号气田的天然气；第二种是甲烷成分88-90%，组分中含有较多的轻烃成分，如乙烷、丙烷、丁烷等，达到7-10%左右，这种天然气热值较高，密度较大。
从上海天然气管网及其发展规划看，上海天然气输配管网分别从东西两侧接收东海天然气和西气，通过调压系统逐级降压后向城市供气，两个接收点进入管网的天然气虽然使用统一管网，但并不能完全混合，形成浦东以东气为主，西部以西气为主，中部城区两种气混杂，不能够确定比例，有时为了调度、检修等原因可能整个管网只有一种天然气。
由于西气的开发规划，今后一段时期进入上海的西气成分将有一定的改变，从目前的数据来看，同一气田的天然气的成分相对稳定。
在燃气器具设计参数的确定时应考虑在上海销售的燃具应兼顾天然气供气特性的波动。
参考资料
1．上海市燃气规划（节选）
2．中国石油天然气总公司关于西气东输天然气气质的报告
3．中国石油西气东输管道分公司天然气分析报告
4．上海市天然气管网有限公司天然气质量报表
5．石洞口制气有限公司天然气储备气源可行性方案初探
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