天然氣集氣站溫室氣體計(jì)算及減排策略研究

秦 璇

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司， 四川 成都 610041

0 前言

隨著人類大量使用化石燃料，造成CO2、CH4、N2O、SF6、PFCs和HFCs等溫室氣體排放大量增加，溫室效應(yīng)使得全球氣候變暖[1-2]。溫室氣體排放問(wèn)題已不僅是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)問(wèn)題，而且成為了國(guó)際政治的矛盾焦點(diǎn)[3-5]。“十三五”規(guī)劃綱要更是提出碳排放總量得到有效控制，單位GDP二氧化碳碳排放降低18%的雙控目標(biāo)[6-7]。

1 溫室氣體排放計(jì)算流程

1.1 確定組織邊界

根據(jù)發(fā)改委規(guī)定，首先需要確定組織邊界，以企業(yè)為邊界，核算溫室氣體排放主體負(fù)責(zé)人[12]。某集氣站為某公司獨(dú)立建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，碳排放量全部計(jì)入該公司。

1.2 辨識(shí)排放源

確定組織邊界后需要識(shí)別排放源，主要分為直接排放源、間接排放源和其他間接排放源[13]。

直接排放源指企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生溫室氣體的排放源，如固定燃料等;間接排放源指為生產(chǎn)所需外部供能，如電、熱或者蒸汽等;其他間接排放源主要指除了上述以外的由于自身活動(dòng)造成的排放源，如因?yàn)閱T工上下班或者出差等自身原因造成的溫室氣體排放。在核算集氣站溫室氣體排放時(shí)僅需要計(jì)算直接排放源和間接排放源。

1.3 收集排放數(shù)據(jù)

根據(jù)分析得到的直接排放源、間接排放源情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。若排放源有不同數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡量收集齊全，以最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)核算。若某一排放源屬于多種生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致，則這些排放可以集中計(jì)算。

1.4 確定排放因子

排放因子是計(jì)算溫室氣體碳排放量的重要因素，直接影響總排放量的計(jì)算結(jié)果[14]。不同類型的排放源，其排放因子由不同規(guī)定或方法確定。

1.5 排放量的計(jì)算和匯總

根據(jù)確定的組織邊界內(nèi)的排放源情況、確定的排放因子和查詢的全球暖化潛值[15]，計(jì)算各排放源的溫室氣體排放量。根據(jù)發(fā)改委公布公布的《中國(guó)石油和天然氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》[12](以下簡(jiǎn)稱“指南”)選擇合適的計(jì)算公式，并根據(jù)排放源的分類結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)匯總結(jié)果進(jìn)行分析。

溫室氣體排放計(jì)算主要步驟見圖1。

1.4 研究分析指標(biāo) 分析研究實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組手術(shù)時(shí)間與住院時(shí)間以及醫(yī)療費(fèi)用情況，觀察患者的并發(fā)癥發(fā)生情況。比較兩組的美容滿意度，分?jǐn)?shù)在0～10分之間，越高越好，其中≤3分為不滿意，4～7分為基本滿意，≥8分為滿意，以基本滿意率與滿意率之和為滿意度[5]。

圖1 溫室氣體排放計(jì)算步驟圖Fig.1 The process of greenhouse gas emission calculation

2 溫室氣體排放計(jì)算

在確定某集氣站組織邊界后，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)排放源做具體分析。該站溫室氣體直接排放主要存在三種來(lái)源，即火炬燃燒排放源、燃燒排放源、逸散排放源。某集氣站溫室氣體排放源見表1。

表1 某集氣站溫室氣體排放源表

2.1 直接排放源計(jì)算

2.1.1 火炬排放和燃燒排放源

集氣站溫室氣體排放主要來(lái)自火炬燃燒、火炬吹掃氣燃燒(若有)、柴油發(fā)電機(jī)燃燒等。這些氣體燃燒后通常產(chǎn)生CO2、CH4、N2O等常見的溫室氣體，兩種類型排放源的分析方法及計(jì)算一致，首先確認(rèn)排放因子再選擇公式計(jì)算。

2.1.1.1 排放因子計(jì)算

若為火炬排放源則直接根據(jù)IPCC查得天然氣排放因子，若為燃燒排放源，首先可查表得到缺省排放因子，然后再與天然氣的熱值(42 652 kJ/kg)相乘，最終得到排放因子，天然氣熱值宜采用實(shí)測(cè)低位熱值。以柴油燃燒為例，其中缺省排放因子來(lái)自于IPCC收錄的數(shù)值，熱值來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司發(fā)布的中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒[16]，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 排放因子計(jì)算結(jié)果表

2.1.1.2 溫室氣體排放量確定

確定排放因子后，根據(jù)該站實(shí)際的活動(dòng)數(shù)據(jù)，選擇指南中合適的公式，將活動(dòng)數(shù)據(jù)、排放因子、全球暖化潛值相乘，得到各排放源的溫室氣體排放量，集氣站溫室氣體排放計(jì)算結(jié)果見表3,集氣站直接排放源排放構(gòu)成見圖2。

由表3可知，該站直接燃料排放源中，火炬燃燒排放量占直接排放源的78%，是主要的溫室氣體排放源。

表3 某集氣站溫室氣體排放計(jì)算結(jié)果表

圖2 集氣站直接排放源排放構(gòu)成圖(比例)Fig.2 The ratio of direct emission sources of gas gathering station

2.1.2 逸散排放源

逸散排放源溫室氣體排放值主要以實(shí)際檢測(cè)為主，若實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)不便獲得，可以采用指南中天然氣逸散排放源溫室氣體計(jì)算公式計(jì)算[12]，根據(jù)指南中集氣站逸散排放主要為CH4氣體，計(jì)算時(shí)還需折算為CO2排放量，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 逸散排放源溫室氣體計(jì)算結(jié)果表

2.2 間接排放源計(jì)算

間接排放源主要指為集氣站正常生產(chǎn)提供能耗，進(jìn)而產(chǎn)生溫室氣體排放的來(lái)源，該站由電力供能。電力溫室氣體排放因子國(guó)家統(tǒng)計(jì)均有規(guī)定，各地區(qū)查詢當(dāng)年《20××年區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》選擇相應(yīng)排放因子即可。某集氣站為外購(gòu)電，根據(jù)當(dāng)年統(tǒng)計(jì)查詢排放因子為1.058 t/MWh[17],因外購(gòu)發(fā)電產(chǎn)生的排放量見表5。

表5 間接排放源溫室氣體排放表

2.3 結(jié)果匯總與分析

圖3 某集氣站溫室氣體排放構(gòu)成圖Fig.3 The ratio of greenhouse gas emission sourcesin a gathering station

計(jì)算直接排放源和間接排放源碳排放量后，將數(shù)據(jù)匯總，該站2014年溫室氣體排放總量為1 527.192 tCO2e，不同類型排放源溫室氣體排放量占比見圖3。由圖3可以看出，該站主要溫室氣體排放源來(lái)源于固定燃燒源(火炬、燃燒爐、柴油發(fā)電機(jī))、外購(gòu)電和移動(dòng)燃燒源(場(chǎng)內(nèi)車輛)，分別占比68%、16%、16%，天然氣逸散排放量不到總量的0.1%，排放量極少。

3 集氣站溫室氣體減排策略

通過(guò)對(duì)某集氣站溫室氣體碳排放量的計(jì)算可以看出，天然氣集氣站在正常運(yùn)行或檢維修時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定量的溫室氣體。在日益嚴(yán)峻的環(huán)?，F(xiàn)狀下，通過(guò)優(yōu)化集氣站設(shè)計(jì)、提升集氣站管理水平，達(dá)到減少集氣站溫室氣體排放目的已刻不容緩[18-20]。

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，從設(shè)計(jì)角度考慮可以通過(guò)以下幾點(diǎn)減少溫室氣體排放。

1)優(yōu)化集氣站流程，減少站內(nèi)設(shè)備，從而減少因設(shè)備緊急工況泄放或維修時(shí)排放的溫室氣體，且因?yàn)闇p少設(shè)備、閥門而減少了焊接點(diǎn)，降低了潛在溫室氣體泄漏可能。

2)在設(shè)計(jì)中提高自控水平，向無(wú)人化站場(chǎng)發(fā)展，減少因人員活動(dòng)而產(chǎn)生的溫室氣體排放。例如取消值班房減少人員生活而產(chǎn)生的溫室氣體排放，同時(shí)無(wú)人站場(chǎng)減少了廠內(nèi)交通工具的使用頻率，減少了因廠內(nèi)交通工具產(chǎn)生的溫室氣體。

3)在原有工藝基礎(chǔ)上，適當(dāng)改變工序和部分流程及工藝條件，起到節(jié)能和減少溫室氣體排放的雙重效果。例如一些場(chǎng)站未回收尾氣或?qū)﹂W蒸氣體進(jìn)行充分利用，在外購(gòu)能源(電力或燃?xì)?的同時(shí)，對(duì)這些氣體采取點(diǎn)火燃燒方式處理，不僅浪費(fèi)了這部分氣體的潛在能源，同時(shí)也因外購(gòu)能源和燃燒產(chǎn)生了溫室氣體排放量?？蓛?yōu)化考慮流程及工藝，優(yōu)先利用站內(nèi)尾氣或閃蒸氣。

4)合理優(yōu)化火炬系統(tǒng)，部分火炬系統(tǒng)存在吹掃氣過(guò)量問(wèn)題，吹掃氣量高于規(guī)范推薦的正常氣量?？煽紤]采用更可靠的自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，合理設(shè)置吹掃氣量。

5)由于柴油發(fā)電機(jī)的溫室氣體排放量折算為tCO2e時(shí)遠(yuǎn)低于外購(gòu)能源折算量，因此建議在邊緣地區(qū)使用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)或柴油發(fā)電機(jī)，以代替外購(gòu)能源的方式，從而減少溫室氣體排放量。

3.2 提升管理水平

除了從設(shè)計(jì)上優(yōu)化天然氣集氣站工藝流程外，提高管理水平也能起到降低溫室氣體排放的作用。

1)實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，保持生產(chǎn)穩(wěn)定，減少事故放空可能性，從而減少因放空產(chǎn)生的溫室氣體排放。

2)提高單套設(shè)備的生產(chǎn)能力，降低能耗;選用設(shè)備時(shí)，在滿足使用條件情況下，優(yōu)先考慮采用更低能耗設(shè)備。

3)嚴(yán)格執(zhí)行企業(yè)指定的節(jié)能減排要求，提高人員素質(zhì)，培訓(xùn)后持證上崗。

4)從企業(yè)層面優(yōu)化溫室氣體排放管理程序，建立相應(yīng)的管理運(yùn)行機(jī)制;指派專人定期監(jiān)控并匯報(bào)溫室氣體排放情況;實(shí)施溫室氣體排放量的監(jiān)測(cè)計(jì)劃;建立溫室氣體排放報(bào)告內(nèi)部審核制度;建立文檔的管理規(guī)范，保存、維護(hù)溫室氣體排放核算報(bào)告，以及有關(guān)的數(shù)據(jù)資料。

4 結(jié)論

根據(jù)天然氣集氣站實(shí)際情況(原料、工藝、設(shè)備、能源消耗情況)，分析了溫室氣體排放源，并計(jì)算了集氣站溫室氣體排放量，明確了有效的節(jié)能措施和節(jié)能途徑，為類似天然氣集氣站溫室氣體排放設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了思路。