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2.5 油气系统甲烷逃逸排放清单编制

2.5.1 概述

根据国土资源部发布的《2008 年国土资源公报》,以及中国石油和化学工业协会的统计数据,2008 年油气系统的总体情况可总结如下:

——发现和证实了 15 个亿吨级油气储量区,新增探明地质储量石油 13.4 亿吨,天然气 6472亿立方米。

——生产原油 1.89 亿吨,同比增长 1.07%;生产天然气 760.82 亿立方米,同比增长 12.3%。其中:

● “中石油”生产原油 10817.6 万吨,生产天然气 617 亿立方米,分别比上年增长 0.49%和13.8%(海外原油产量达到 6220 万吨,同比增长 3.3%)。

● “中石化”共生产原油 4180.0 万吨、天然气 82.6 亿立方米,同比分别增长 1.8%和 3.3%。

● “中海油”油气总净产量达 1.954 亿桶油当量,同比增幅达 14.0%。其中原油为 4180.28 万吨、天然气 83 亿立方米,同比分别增长 1.76%和 3.71%。

●陕西延长石油集团原油产量在 2007 年突破 1000 万吨大关后,2008 年原油产量达到 1089.73万吨,同比增长 5.63%。

——加工原油 3.42 亿吨,同比增长 3.7%,增幅比 2007 年下降约 2.7 个百分点,总体呈现增幅放缓的特征;

——生产成品油(汽油、柴油和煤油)2.08 亿吨,同比增长 6.9%,增幅比 2007 年低 0.3 个百分点。其中生产汽油 6347.5 万吨,同比增长 5.8%;生产煤油 1165.4 万吨,同比增长 0.5%;生产柴油13323.6 万吨,同比增长 8.0%。全年成品油(包括汽油、煤油和柴油)表观消费量为 2.05 万吨,同比增长达 10%。

——大连石化千万吨含硫原油加工配套项目和青岛 1000 万吨/年大炼油项目建成投产,海南炼化 800 万吨/年炼油项目正式投入商业运行。

2008 年中国石油净进口量首次突破 2 亿吨,达到 20067 万吨,比上年增长 9.5%。进口依存度估计已上升到 52%。全年原油净进口量增长 9.9%,达到 17516 万吨;成品油净进口量大幅增长19.4%,增至 2184 万吨。在成品油中,汽油净出口量只有 4 万多吨,是自 1993 年以来最少的一年;而柴油净进口量较上年猛增 484%,达到 562 万吨,创 15 年以来的纪录;燃料油净进口量减少到1436 万吨,为近 8 年以来的最低。由于天然气和国内炼厂液化石油气挤占市场,液化石油气进口量继续下降,降幅为 36%,进口量降至 1995 年以来的最低水平 260 万吨,进口量所占市场份额降至 9%。

我国的油气管网及配套工程建设,也在 2008 年里稳步和有序地向前推进,特别是在油气战略通道方面取得了重要进展。“西气东输”二线全线开工建设,国内一批重要的油气管网也相继建成或投产。另外大连和江苏的LNG项目一期工程也开工建设,并签署了一批LNG购销协议。截止至2008 年底,我国的油气管道总长度为 6.4 万公里,其中天然气管道长度为 3.2 万公里,原油管道长度为 1.9 万公里,成品油管道长度为 1.3 万公里,已形成跨区域的油气管网供应格局。其中“中石油”的原油管道长 11028 公里,成品油管道长 5656 公里,天然气管道长 24037 公里。

2.5.2 方法选择

2.5.2.1 源与汇的确认

油气系统与甲烷逃逸相关的活动环节包括:钻井,天然气开采,天然气的加工处理,天然气的输送,常规原油开采,稠油开采,原油输送,石油炼制,天然气消费的全过程。从生产安全考虑,油气生产过程中对CH 4 的逃逸是严格加以防范的。但是,以上各个活动环节中许多设施都是由名目众多的阀门、连接件及管件等组成。对处于高压环境下的低分子量天然气和烃类,即使是这些设施中的设备密封部位仍然会发生气相分子逃逸及不同程度的渗漏、工艺排空,一旦发生事故和设备故障更可能造成CH 4 的逃逸,成为甲烷逃逸排放的主要来源。

此次清单编制着重考虑了以下主要活动环节:

●天然气开采;

●天然气的加工处理;

●天然气的输送;

●常规原油开采;

●稠油开采;

●原油炼制;

●原油储运;

●民用天然气消费。

排放类型有两种:①设备密封部位的渗漏;②工艺排空。

2.5.2.2 方法选择

在《1996 年IPCC清单指南》中介绍了三种不同层次的油气领域甲烷逃逸排放量计算方法,这三种方法的选取取决于数据要求和精度,第一层次是基于产量的平均排放因子法;第二层次是质量平衡法(只适用于石油系统);第三层次是精确的特定排放源法。并结合第一次清单编制工作的实际情况和当前我国石油和天然气工业发展的具体特点,特别是当前所需数据的可获得性,通过研讨确定将采用方法一和方法三相结合的方法来进行此次编制工作。

在有些环节上,可以取得并利用针对我国实际情况的排放因子;而在有些情况下,由于缺乏相关数据,只得采用IPCC的缺省参数。另外,对某些系统和设施,通过样本实验和相关数据的推算,以及专家的经验判断,可取得在设备层级上的排放因子信息,也可以在一定程度上来实施方法-3(方法三)。根据IPCC有关文献的要求,方法三包括在各个设施级上,对基本排放源严格地进行自下而上的评估(如,排空泄放、喷焰燃烧、逃逸设施泄漏、蒸发损失和意外释放),同时也要适当地计算来自临时和次要场所或井场装置的有关排放。若能够容易获取或合理地得到必要的活动数据和基础设施数据,应对关键排放类型采用这一方法。若要与CCS、EOR、EGR和ECBM等联用,方法三还应当用于估算源自露天设施的排放。比此方法分类更粗级别的排放量估算方法(如将排放与设施数量或生产量联系起来),应被视为等同于方法一。

在本清单编制中,天然气开采、天然气输送和常规原油开采采用方法三,其余环节采用方法一。

2.5.3 活动水平数据

活动水平数据根据其公共需要和专业属性,以及被使用的程度和范围等,主要来源于以下这些渠道或途径:

●统计年鉴;

●专业或内部统计资料发布;

●中国石化产业经济研究年度报告;

●中国石化专业协会统计资料及专业报告;

●中国三大石油公司的统计资料及报告;

●互联网相关资源检索;

●相关书籍和专业手册;

●专家估算;

●其他内部或未出版的资料或文献。

表 2 -67 给出了所需要的活动水平数据。

表 2 -67 清单计算所需要的活动水平数据

2.5.4 排放因子数据

石油和天然气的组分主要是烃类为主的混合物,而在其开采、集输、生产加工等各环节中,逃逸的气体实际上是包括CH 4 在内的多种有机气体的混合物,并非单纯只是CH 4 一种气体。因此在CH 4 排放因子的估算上,主要参考了加拿大排放清单中气态烃的排放结果,并同时参考IPCC给出的一些缺省值,在国内相关专家根据我国近几年的油气的生产情况,以及上一次清单工作的主要成果的基础上来确定并加以修正的。需要说明的是,直至目前国际上可参考的排放因子和相关工作,仍是当年加拿大在 20 世纪 90 年代所做的研究成果,现还没有其他更具有参考价值的资料或文献,国内在这些方面基本上仍是空白。

根据我国天然气中CH 4 含量分布情况,其平均浓度水平取 94.5%。

清单计算所需要的排放因子数据列在表 2 -68。

表 2 -68 清单计算所需要的排放因子

续表

2.5.5 油气系统甲烷逃逸排放清单

初步计算结果表明,2008 年我国油气系统甲烷逃逸排放量约为 30.55 万吨,天然气开采、常规原油开采活动、天然气输送和天然气加工处理等环节所产生的排放量比重分别为 27.13%、17.8%、16.68%和 12.95%,占总量的份额相对最大,说明天然气开采、常规原油开采活动、天然气输送和天然气加工处理为甲烷逃逸排放的主要环节,需要通过技术措施和管理等手段,加以有效监测和严格控制。

另外,最近以来我国天然气管道建设经历好的较为快速的发展,截止至 2008 年,全国油气管道总长度约 6.4 万公里,其中天然气管道长度为 3.2 公里,原油管道长度为 1.9 公里,成品油管道长度为 1.3 公里。2008 年建设的重点管道工程有川气东送、西气东输二线等天然气管道,曹妃甸-天津等原油管道,兰郑长、郑州-安阳汤阴、长岭-株洲等成品油管道。目前,在我国的川渝、环渤海及长三角地区已经形成了比较完善的区域性天然气管网,中南地区、珠三角地区也基本形成了区域管网主体框架。

我国在 20 世纪六七十年代修建的管道,在技术水平上与国外发达国家相比尚显落后,但在 90年代特别是在 21 世纪初建设的长距离管线,都基本上是按照国际先进水平的大输量和大管径设计和施工,并采用SCADA等自动化的通信和调度管理方式,中间平均每 16 公里都安装有独立的自动隔断装置。例如,“西气东输二线”(西气东输二线工程西起新疆霍尔果斯口岸,南至广州,东达上海),其干线设计输气能力 300 亿立方米/年,设计压力 12 ~ 10MPa,管径 1219mm,材质为X80。因此通过先进的技术和管理手段,使甲烷逸散排放较过去的情况会有大幅度的减少。在这部分计算中,对排放系数按照专家的评判,进行了相应的调整,中间结果也有了一定的变化。

表 2 -69 2008 年中国油气系统甲烷逃逸排放情况汇总

2.5.6 不确定性分析

2.5.6.1 在提高数据质量方面所做的工作

同上一次的油气系统CH 4 逃逸排放的清单编制工作相比,在提高数据质量方面做了以下一些工作:

对所提交的排放因子又进行了核算,修改了其中的部分错误。对 2008 年的活动水平数据也从不同的渠道,对其进行了对比和核实工作。

如针对我国在 2008 年的发展形势和实际情况,在有关专家的指导下,对输气系统中的甲烷泄漏排放的因子进行了修正和调整。

另外,还增加了有关原油炼制和生产环节的逃逸和泄漏排放计算。

对油气的输送环节,根据当前的崭新形势,则考虑了天然气管道、原油管道、成品油管道和LPG输送管道等一些新的情况。

还有就是,在根据业内专家的建议基础上,特别考虑了由于我国油气开发和利用技术的不断进步,在有些环节上,如长距离管道技术方面的CH 4 逃逸损失与过去相比会有较大的低度,并在一些关键技术上也逐渐达到了国际先进的水平,因此应调整相应的因子。

2.5.6.2 在现有工作中还存在哪些不确定性问题

下一步将继续对 2008 年的甲烷逃逸排放情况进行分析和测算,同时对在计算中所采用的数据再进行必要的补充和核实,特别是对其中尚还缺少的某些环节,将展开更加深入的工作。同时还将按照业内专家的初步意见,对报告中的某些计算环节进行修改,使结果能更加符合我国的具体国情,并继续请资深的技术专家和学者对有关内容进行评阅和指正。

事实上,这一项目工作涉及石油和天然气两个系统中各相关环节的庞杂内容,需要投入大量的人力和资源。另外一个严重事实就是,目前的石油和天然气管理和统计体系中,还极大地缺乏需要计算排放因子和活动水平所需要的数据基地。有些信息和资料几乎无法获得,尚需专家和一线技术人员来进行经验性的估算和推断。还有一个重要的现实就是,在各大企业部门在提供支持和配合方面,我们科研机构很难进行必要的组织和协调工作,还尚需发改委这一政府宏观管理部门来出面进行全面召集和统筹安排。

2.5.6.3 在可能的情况下提出不确定性的定量范围

在油气系统CH 4 逃逸清单的计算与编制中,由于排放因子的确定和活动水平数据收集两个因素中,仍还存在着一定的不确定性,同时这也必然会导致其排放量计算结果存在着相关的不确定性。

根据《IPCC优良做法指南》,以及通过我国油气系统甲烷逃逸清单编制工作的具体实践体会,其所存在的不确定性和误差的主要来源,可总结为以下一些主要的方面。

●测量误差;

●外推法误差;

●估算方法本身的不确定性;

●有关活动水平和排放因子的数据缺乏完整性;

●对排放源的临时性、季节性和周期性变化缺少足够的掌握。

由于油气行业本身所具有的特别复杂性,实际上定量分析清单排放因子和活动水平数据都存在不确定性。但一般来说,会有以下的基本情况。

●如果相对质量较高的话,排放因子预期的误差范围可为± 25%;

●基于化学计量比的排放因子可能更好一些,例如误差为± 10%;

●气体组分通常是比较准确的,对于单个成分而言在± 5%之内;

●流量率典型的误差范围为± 3%;

●对于销售量而言可能会更少些;

●对于其他数据来说,其误差范围为± 15%或更大一些;

●采用高质量的自下而上方法所估算油气系统甲烷逃逸性损失的误差可能为± 25%到± 50%。

a)排放因子的不确定性:主要是由于测量的准确性,以及根据我国的具体情况而进行的适应性修正。另外,还有来自行业专家对一些情况的估计和判断方面。

b)活动数据的不确定性:在本项目中的活动水平数据,基本是来自于:

●国家统计局发表的统计数据;

●行业协会发表的专题报告;

●我国三大石油和化工公司发表的内部报告或资料;

●国内重要研究机构发表的统计数据和行业报告;

●国内专业期刊发表的资料和数据;

●国外研究机构发表的专题报告资料;

●行业专家的具体估算等。

特别是对于专家的某些估算和推断,以及国外机构的一些数据资料,尚还存有大纲 18%的不确定性。

另外,根据《IPCC优良做法指南》中有关不确定性合并的规则有:

规则- A:当不确定量由加法来进行合并时,可采用以下的计算方法:

其中,U total 表示总量不确定性的百分比,xi和Ui则分别表示不确定量及其相关的不确定百分比。

规则- B:当不确定量由乘法来进行合并时,可采用以下的计算方法:

其中,U total 表示总量不确定性的百分比,Ui则分别表示相应量的不确定百分比。

另外,根据《1996 年IPCC清单指南》第一卷附录-1 中有关不确定性问题的讨论,对其中油气系统甲烷排放的不确定性情况一般分为以下范围:

在本项目研究中,根据排放因子的估算和活动水平数据获取的实际情况,其相应的不确定性水平如下表所示。同时根据IPCC的推荐的相关评价方法,对每一环节总体排放量不确定性的估算采用上述规则- B。但在对由加法进行合并的全部总体排放量不确定性的推算上,鉴于本项目涉及诸多工艺环节和生产过程,以及数据需求量相对较大,且难于从生产记录、统计渠道或实验手段获得等具体问题,则采用以下的加权平均形式,以使其能够更加真实地反映出实际的不确定水平。

其中,U total 表示总量不确定性的百分比,xi和Ui则分别表示不确定量及其相关的不确定百分比。

以下表格则为对甲烷逃逸排放估算的各个环节和最后结果的不确定性范围,按照以上所述的相应方法进行了定量的分析和总结。

表 2 -70 2008 年中国油气系统甲烷逃逸排放估算的不确定性分析

注:①因不会影响不确定分析的一般性结果,故此处采用上述两种计算结果的一个平均值。

由上表可知,针对 2008 年油气系统甲烷逃逸排放量最后估算结果的总体不确定性大约为32.3%左右。 gaLfjWRfAJX4kLZ82frsug8+/UJtWuoWbG/CPxf3LQDWGD8Fi7TPRTWBdNGeot/u

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