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1、1,蒋,洪,西南石油大学,2,内容提要,?,天然气专业标准体系及机构,?,制定气质指标的目标与要求,?,ISO13686-1998,天然气质量指标,?,GB 17820-1999,天然气,?,国外天然气气质指标分析,?,国内天然气气质标准分析与修订,?,天然气气质分析测试,?,天然气物性计算及测定,3,一、天然气专业标准体系及机构,?,国际标准化组织（,ISO,）于,1988,年成立了天,然气技术委员会（,ISO/TC 193,），从事天,然气及天然气替代品（气体燃料）从生产,到输配至最终用户的各个侧面的术语、质,量规范、测量方法、取样、试验和分析的,标准化；,?,ISO/TC 193,自成立
2、以来共制定、修订,40,多,项,ISO,标准、技术规范和技术报告。,4,一、天然气专业标准体系及机构,?,为加快天然气工业标准化技术与国际接轨的步伐，,1998,年在石油工业标准化技术委员会（,CPSC,）,内成立了天然气标准化委员会（,NGSC,）。,1999,年,3,月为促进天然气工业的发展，满足天然气工,业快速发展对标准化日益增长的要求，国家批准,成立了全国天然气标准化委员会（,SAC/TC,2444,）。,?,该委员会是一个全国性的标准化组织，其主要职,责是根据国家标准化法律、法规和有关政策，在,天然气专业领域内，从事天然气及天然气代用品,从生产（井口）到用户全过程的术语、质量、测,量
3、方法、取样、试验和分析方法的标准化。,5,一、天然气专业标准体系及机构,通,用,基,础,标,准,井口天然气类标准,管输天然气类标准,压缩天然气类标准,液化天然气类标准,天然气代用品类标准,煤层气类标准,6,二、制定气质指标的目标与要求,?,充分发挥环境效益,?,天然气中硫化氢、总硫、二氧化碳及其它组分,如汞、放射性气体都会对环境造成不利影响。,?,保证生产和输配系统的长期稳定运行,?,天然气中硫化氢及其它硫化物、二氧化碳等杂,质组分均为金属材料的腐蚀性介质。,?,在经营上达到最佳的成本与效益,?,满足用户的需要和期望，企业获得最大效益。,7,三、,ISO13686-1998,天然气质量指标,?
4、,国际标准化组织天然气技术委员会（,ISO/TC,193,）于,1998,年发布了国际标准,ISO 13686,天,然气质量指标，对管输天然气所涉及的控制,参数（组分与性质）做出了原则规定，列出了,描述管输天然气质量应予考虑的典型指标和相,应的试验方法，但未规定这些参数的具体数值,或范围。,?,ISO13686:1998,是世界各国制定天然气质量指,标的指导性准则。,8,三、,ISO13686-1998,天然气质量指标,ISO,国,际,标,准,主,要,指,标,天,然,气,组,成,大量,组分,甲烷、乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、,C,6,+,、氮气、二氧化碳,少量,组分,氢气、不饱和烃、氧、一氧化
5、碳、氦,微量,组分,硫化氢、硫醇、羰基硫、总硫、水分,物理性质,发热量、沃泊指标、相对密度、压,缩因子、露点,其它性质,在交接点不存在液相烃类；固体颗,粒含量、其它气体不影响输送和利,用,9,三、,ISO13686-1998,天然气质量指标,?,ISO 13686,所规定的控制指标分三类：一类是与经,济利益密切相关指标如组成和发热量；一类是与,安全、环境、卫生密切相关指标如硫化氢、总硫,等；一类是涉及管道安全运行指标如水、液态烃,和固体颗粒等。此国际标准反映了从经济利益、,安全卫生和环境保护三个方面的因素来综合考虑,天然气质量指标的基本原则。,?,由于各国所产天然气的组成相差甚大，即使同一,国
6、家不同地区所产天然气组成的差异也较大，而,且天然气的用途不同对气质的要求也不同，因此，,各国应根据本国的实际情况都制定自已的天然气,标准。,10,四、,GB 17820-1999,天然气,?,我国于,1999,年在修订,SY 7514-88,的基础上,发布了,GB 17820-1999,天然气。,?,该标准在行业标准,SY 7514-1988,天然气,基础上，总结了近,10,年的实践经验，参考,ISO 13686-1998,天然气,质量指标和国,外有关天然气的管输规范，按总硫和硫化,氢含量对天然气进行分类，提出了天然气,的技术要求，以保证输气管道的安全运行,和天然气的安全使用，有利于提高环境质
7、,量，适应我国天然气工业的发展需要。,11,项,目,一类,二类,三类,高热值,(MJ/m,3,),31.4,总硫,(,以硫）,(mg/m,3,),100,200,460,硫化氢,(mg/m,3,),6,20,460,二氧化碳,(V/V%),3.0,-,水露点,(,),在交接点处，比最低环境温度低,5,。,在天然气交换点的压力和温度条件下，天然气中应不存液,态烃；天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用,。,四、,GB 17820-1999,天然气,12,四、,GB 17820-1999,天然气,中石油,Q/Y30-2002,规定的长输管道气质技术指标,13,四、,GB 17820-199
8、9,天然气,?,天然气高位发热量的计算应按,GB/T 11062,执行，,其所依据的天然气组成的测定应按,GB/T 13610,执,行；,?,天然气中总硫含量的测定应按,GB/T 11061,执行；,?,天然气中硫化氢含量的测定应按,GB/T 11060.1,执,行；,?,天然气中二氧化碳含量的测定应按,GB/T 13610,执,行；,?,天然气水露点的测定应按,GB/T 17283,执行；,?,天然气的取样按,GB/T 13609,执行，取样点应在合,同规定的天然气交接点。,14,五、国外天然气气质指标分析,?,国外主要发达国家（如美国、俄罗斯、德,国、英国、法国等）的天然气质量指标与,国际
9、标准,ISO13686,的总体技术是一致，制,定天然气质量指标遵循的原则及其相应的,试验方法基本相同，主要不同点是部分指,标的具体数值有差别。,?,ISO 13686,在其附录中比较详细地介绍美国、,德国、英国、法国等国家制定天然气质量,指标时所遵循的原则、具体数值及其相应,的试验方法。,15,五、国外天然气气质指标分析,若干发达国家的管输天然气气质指标,16,五、国外天然气气质指标分析,欧洲气体能量交换合理化协会（,EASEE-gas,）气质指标,17,五、国外天然气气质指标分析,俄罗斯国家天然气的气质标准（,OCT 5542,-87,）,18,五、国外天然气气质指标分析,全苏（部颁）气质标
10、准,OCT 51.40-1993,规定的技术要求,19,六、国内气质标准分析与建议,?,比较,GB 17820-1999,与俄罗斯和欧洲气体能,量交换合理化协会（,EASEE-gas,）提出的,气质指标，,GB 17820-1999,缺乏对硫醇、烃,露点、粉尘、机械杂质、氧、沃泊指数和,臭味强度的定量控制要求，虽然提出要对,天然气中液烃和粉尘含量进行控制，但只,是定性的要求，没有可操作性。,?,对加臭的界面也规定得较为含糊，易引发,纠纷。对水露点，由于没有对环境温度做,出明确的定义和规定，在标准应用中很难,对水露点是否合格做出令人信服的判定。,20,六、国内气质标准分析与建议,?,在,GB 1
11、7820-1999,天然气规定的五项技术,指标中，只有高位发热量是与经济利益直接,相关的，标准规定天然气的发热量应大于,31.4 MJ/m,3,。我国目前尚未采用能量计量，,此项指标的重要性难以体现，规定也比较宽,松，在天然气商贸中未能充分反映出按质论,价的基本原则；,?,随着天然气燃烧利用的数量和比例急剧增加，,对天然气互换性的研究及其标准化也应尽快,提上议事日程，作为燃气互换性的关键指标,沃泊指数的值，是基于安全因素考虑的。,不遵守该指标的燃气设备可能存在安全隐患。,发,热,量,21,六、国内气质标准分析与建议,?,改变燃气分类和沃泊指数的范围，可能会对,效率、设备及传输和分配网络的容量产
12、生影,响，从而带来家用和工业用电气设备分类管,理、维修习惯和频率、气体镇流或者混合的,改变。,?,GB/T 13611-1992,城市燃气分类中已经明,确对燃气（包括作为燃料的天然气）按沃泊,指数进行了分类，提出了互换性的要求。由,于,GB 17820,是商品天然气的产品标准，不仅,作为燃料使用，也作为化工原料，故建议仅,在资料附录中列出该规范中的燃气分类表和,互换性要求，方便,GB 17820,使用，不在正文,中给出要求，以保证标准的广泛适用性。,发,热,量,22,六、国内气质标准分析与建议,?,总硫概念包括了一系列有机硫化合物，,天然气中可能存在的有硫氧碳,(COS,）、,低级硫醇、甲硫醚
13、和二硫化碳等。当天,然气作为工业或民用燃料使用时，此指,标是由所含有机硫化合物燃烧后生成的,二氧化硫量对环境与人体的危害程度确,定的。,?,近期研究表明，硫醇对金属腐蚀有一定,影响，这也是俄罗斯和欧洲等对天然气,中硫醇含量做出规定的原因之一。,总,硫,含,量,指,标,23,六、国内气质标准分析与建议,?,俄罗斯国家标准规定天然气中硫醇含量超过,36mg/m,3,时应由单独的管道供气。加拿大阿,尔伯达省的商品天然气允许总硫含量不超过,115mg/m,3,，输往美国天然气总硫含量则必须,降至,23mg/m,3,。欧洲气体能量交换合理化协,会（,EASEE-gas,）规定总硫含量应低于,30mg/m
14、,3,。,?,GB 17820-1999,没有对硫醇含量进行规定，对,其的控制主要通过规定总硫含量来实现。从,近几年的检测数据来看，商品天然气中的总,硫含量已经大大低于标准中一类气、二类气,和三类气规定的指标，建议结合国外的指标,要求和检验数据的统计情况，适当降低该项,指标。,总,硫,含,量,指,标,24,六、国内气质标准分析与建议,?,规定天然气中硫化氢含量在于控制对人,体的危害以及对输配系统的腐蚀。大量,研究表明，湿天然气中硫化氢含量不大,于,6mg/m,3,时，对金属材料无腐蚀作用；,含量不大于,20mg/m,3,时，则对钢材无明,显腐蚀或其腐蚀程度在工程所能接受的,范围内。,?,但从目
15、前发达国家通过长输管道输送的,天然气中硫化氢含量指标看，几乎都采,用不大于,6 mg/m,3,7 mg/m,3,的指标。,硫,化,氢,含,量,指,标,25,六、国内气质标准分析与建议,?,对内腐蚀相当严重的我国输配系统而言,GB,17820,规定的三类商品气硫化氢含量指标中，,只有一类气的指标适合输配系统；二类气的,指标作为民用和工业用气是适合的，但对输,配系统而言则硫化氢含量偏高；至于三类气,的硫化氢含量指标则大大偏高。,?,随着天然气气质管理的加强和从满足,HSE,管,理的需要出发，目前在各油气田已经不允许,三类气进入输配系统作为商品天然气销售，,因此取消三类气指标可以使我国标准进一步,与
16、国际先进水平接轨,。,硫,化,氢,含,量,指,标,26,六、国内气质标准分析与建议,?,作为杂质组分，天然气中的二氧化碳对大气,的温室效应和管道腐蚀都有影响，故在大多,数国家的气质标准中均有规定。发达国家一,般定为不大于,2%,（摩尔分数）。但在,GB,17820-1999,中天然气中二氧化碳含量定为不,大于,3%,（摩尔分数）。,?,目前我国商品天然气均采用体积计量，二氧,化碳含量与净化厂的商品率（经济效益）直,接挂钩。但实施能量计量后，二氧化碳含量,过高只会徒然降低管道的输送能力，并增加,输气的动力消耗，提高输配系统的操作成本，,故其含量不宜定得太高，建议规定天然气中,二氧化碳含量为不大于
17、,2%,。,二,氧,化,碳,含,量,指,标,27,六、国内气质标准分析与建议,?,国外对天然气中水分含量指标的规定一般采用两种,不同的方式：即水分含量的绝对值或管输条件下的,水露点。,GB 17820-1999,采用后者，此方式比较直观，,目前国外普遍采用，且指标也比较先进。,?,GB 17820,对水露点指标的规定较为模糊，没有明确,指出环境温度的准确定义和指标，增加了执行的难,度。俄罗斯供国内使用的行业标准（,OCT 54.04,）中，,按不同地区和季节规定了,4,种不同的指标，且指标间,的差别达到,23,，合理地解决了气质要求与生产成,本之间的矛盾。但是我国各地区地理、气候等条件,差别悬
18、殊，要明确划分出不同的寒带和温带地区界,限是非常困难的，因此建议在标准中明确环境温度,的定义，保证在管输中不析出水,水,含,量,与,水,露,点,指,标,28,六、国内气质标准分析与建议,?,天然气烃露点和烃含量是天然气管输操,作中的重要指标，管输气中冷凝物的出,现会使过滤器及测量和控制仪器出现故,障，形成安全操作方面的隐患。,?,GB 17820-1999,中明确规定：“在天然,气交接点的压力和温度下条件下，天然,气中应不存在液态烃”。该规定是定性,的，缺乏可操作性，而俄罗斯和欧洲气,体能量交换合理化协会（,EASEE-gas,）,均对此做出了具体的指标规定。,烃,含,量,和,烃,露,点,指,
19、标,29,六、国内气质标准分析与建议,?,目前还缺乏烃露点测定的相关方法标准，同,时尚未对全国范围内的烃露点数据进行普查，,要提出具体的指标要求是非常困难的。,?,我国已经开始进行烃露点测定方法的研究工,作，但要实现标准化，还需要一定的时间。,因此，建议参照国外标准提出一个明确的指,标要求，但是不作为贸易交接的强制性要求，,只供企业在气质控制中参考使用，待条件成,熟时，再转为强制性要求。,烃,含,量,和,烃,露,点,指,标,30,六、国内气质标准分析与建议,?,由于氧会与天然气形成爆炸性气体混合物，,而且在输配过程中氧也可能氧化硫醇而形成,腐蚀性更强的产物,?,无论从安全或防腐的角度，都应对商
20、品天然,气中的氧含量进行规定。德国的商品气标准,规定，氧含量不超过,1%,（体积）；,OCT,5542,规定为不超过,1%,（体积）；,OCT 51.40,则规定在温暖地区应不超过,0.5%,，欧洲气体,能量交换合理化协会（,EASEE-gas,）规定氧,含量不超过,0.0l%,。,?,建议在,GB 17820,中对氧含量做出规定，并建,议采纳,Q/SY 30,2002,对长输管道输送的天然,气中的氧含量应小于,0.5%,的指标要求。,氧,含,量,指,标,31,六、国内气质标准分析与建议,?,在,GB 17820-1999,中虽未规定商品天然气中机械杂质,的具体指标，但在第,5,项中明确规定“
21、天然气中固体,颗粒含量应不影响天然气的输送和利用”，此项规,定与,ISO 13686,是一致的。,?,多年来输配系统的运行状况表明，我国输配系统中,天然气固体杂质的含量偏高，其严重程度已达到影,响系统的安全运行，故测定天然气中固体颗粒含量,的有关标准正在制定之中。参照,OCT 5542,的规定，,指标可定为不大于,1.0mg/m,3,。,?,固体杂质指标不仅应规定其含量，也应说明其粒径。,国家标准车用压缩天然气（,GB 18047-2000,）中,规定：压缩天然气中固体颗粒的直径应小于,5,m,。,此项规定对天然气输配系统也是适宜的。,固,体,颗,粒,（,机,械,杂,质,）,指,标,32,六、
22、国内气质标准分析与建议,?,作为民用燃料，天然气应具有可以察觉,的臭味，以便在发生泄漏时及时发现，,避免发生事故。因此，臭味不足的天然,气应添加加臭剂，这是发达国家对民用,天然气已普遍采用的规定。,?,建议,GB 17820-1999,修订时应在正文中,明确天然气加臭的界面和职责，保证天,然气作为民用燃气时的安全使用。,气,味,强,度,指,标,33,六、国内气质标准分析与建议,?,对发热量、总硫、二氧化碳的控制指,标偏高；三类气的指标控制没有实际,意义,?,对水露点的指标要求也较为含糊，增,加了执行难度；,?,没有规定烃露点、氧、固体颗粒的定,量指标；,?,对加臭的界面规定不明确。,国,内,气
23、,质,标,准,存,在,的,问,题,34,六、国内气质标准分析与建议,?,进一步明确本标准的适用范围，明确“本标准,适用于经过处理的管输商品天然气”，,?,标准中气质分一类和二类，现取消三类气。,?,修改了一类气的高位发热量、总硫和二氧化碳,的技术指标；,?,水露点按冬夏两季分别进行了要求；,?,在标准中增加对天然气加臭的要求；,?,在附录中提出了商品天然气作为燃料使用的的,燃气分类表和互换性要求，以保证标准的广泛,适用性。,?,在附录中增加了部分国家或组织对天然气烃露,点的要求。,国,内,天,然,气,气,质,标,准,的,修,订,35,六、国内气质标准分析与建议,GB 17820-1990,天然
24、气的修订,国,内,天,然,气,气,质,标,准,的,修,订,36,七、天然气气质分析测试,?,TC 193,自成立以来共制定、修订,40,多项,ISO,标准、技术规范和技术报告。,?,对管输商品天然气组成及气质指标已形,成较完整的国际分析技术标准，目前正,向天然气上游领域（主要是井口）的取,样、计量和测试标准化扩展。,37,七、天然气气质分析测试,?,天然气组成分析测试,?,天然气发热量分析测试,?,天然气总硫及硫化氢分析测试,?,水露点,/,水含量分析测试,?,烃露点分析测试,38,七、天然气气质分析测试,?,国内外测定天然气组成最常用的方法,是气相色谱法；,?,国外标准主要有两大体系：,?,
25、国际标准化组织,ISO,的系列标准，如,ISO,6974:2000,系列（包括六个部分），,ISO,标准在欧洲应用较多。,?,北美采用的美国材料试验学会,ASTM D,1945-2003,用气相色谱法测定天然气,的标准试验方法和,GPA 2261-2000,用气相色谱法测定天然气及类似气体,混合物标准。,天,然,气,组,成,分,析,测,试,39,七、天然气气质分析测试,?,GB/T 13610-2003,天然气的组成分,析,气相色谱法：非等效采用,ASTM,D 1945-1996,，可测定氦、氢、氧、,氮、二氧化碳、硫化氢、,C,1,C,6,+,?,GB/T 17281-1998,天然气中丁烷
26、至,十六烷烃类的测定,气相色谱法,：,等效采用国际标准,ISO 6975:1986,天然气中丁烷至十六烷烃类的测定,气相色谱法。,天,然,气,组,成,分,析,测,试,40,七、天然气气质分析测试,?,现有的确定天然气发热量的方法可分,为两大类。,?,一类是以气相色谱法测定天然气的组成，,然后由组成计算其发热量（简称色谱法）,?,另一类则是直接以仪器测定天然气的发,热量（简称燃烧法）,?,国内外测定天然气组成最常用的方法,是气相色谱法；,天,然,气,发,热,量,分,析,测,试,41,七、天然气气质分析测试,?,GB/T 11062-1998,天然气,发热量、密度、,相对密度和沃泊指数的计算方法,
27、:,非等效,采用国际标准,ISO 6976:1995,天然气,发热,量、密度和相对密度的计算,;,?,GB/T 12206-2006,城镇燃气热值和相对密,度测定方法规定用容克式水流式流量计,测量燃气热值，用气体相对密度计测量气,体相对密度的方法，适用于高位热值低于,62.8MJ/m,3,的燃气。该标准非等效采用日,本,JISK 2301-1992,燃料气体及天然气,-,分,析方法、试验方法。,天,然,气,发,热,量,分,析,测,试,42,七、天然气气质分析测试,?,ISO,标准和,ASTM,标准中有关天然气,发热量的分析测试标准有：,?,ISO 6976:1995,天然气,由组成计算发,热量
28、、密度、相对密度和沃伯指数,?,ISO 15971:2006,天然气,性质测定,燃,烧性质：发热量和沃泊指数,?,ASTM D 1826-1994,连续式记录热量,计测定天然气发热量的方法标准,?,ASTM 44891-89(2001),用化学当量燃,烧法测定天然气发热量的方法标准,天,然,气,发,热,量,分,析,测,试,43,七、天然气气质分析测试,?,GB/T 11061-1997,天然气中总硫的测定,氧化微库仑法,:GB 11061-89,是非等效采,用,ASTM D 3246-81,制定的，测定范围,1,1000mg/m,3,，对高于此范围的气体，可经,稀释后测定。不适用于在线连续测定
29、。,?,GB/T 19207-2003,天然气中总硫的测定,氢解,-,速率计比色法,:,适用于天然气中总,硫含量的测定，测定范围为,(V/V),为,0.001,10,-6,20,10,-6,，并且可通过稀释将,测定范围扩展到较高浓度。该方法适用于,实验室和在线分析。,天,然,气,总,硫,及,硫,化,氢,分,析,测,试,44,七、天然气气质分析测试,天,然,气,总,硫,及,硫,化,氢,分,析,测,试,45,七、天然气气质分析测试,?,ISO 6326-1:2007,天然气,硫化合物,测定,第,1,部分：一般介绍,?,ISO 6326-3:1998,天然气,硫化合物,测定,第,3,部分：电位法测定
30、硫化氢、,硫醇、硫氧化碳等,?,ISO 6326-5:1998,天然气,硫化合物,测定,第,5,部分：林格奈燃烧法,?,ISO 19739:2004,天然气,用气相色,谱法测定硫化物的含量,天,然,气,总,硫,及,硫,化,氢,分,析,测,试,46,七、天然气气质分析测试,?,GB/T 18619.1-2002,天然气中水含量的测,定,卡尔费休法,-,库仑法：水含量在,5,mg/m,3,5000 mg/m,3,范围，硫化氢和硫醇,总含量低于水含量的,20%,的天然气。,?,GB/T 21069-2007,天然气,高压下水含量,的测定：在压力高于,1MPa,时水含量不小,于,10mg/m,3,的无
31、硫天然气和含有硫化氢的,酸性天然气。,?,SY/T 7507-1997,天然气中水含量的测定,电解法：天然气中水含量体积分数小于,4000,10-6,时水分的测定,水,露,点,及,水,含,量,分,析,测,试,47,七、天然气气质分析测试,?,GB 17820-1998,天然气水露点的测,定,冷却镜面凝析湿度计法：等效采,用国际标准,ISO 6327:1981,天然气,水露点的测定,冷却镜面凝析湿度计法,?,GB 17820-1998,水露点测定范围一般,为,-25,5,。特殊情况下水露点测,定范围也可以更宽。但此法不适合用,于在线测定。,水,露,点,及,水,含,量,分,析,测,试,48,七、天
32、然气气质分析测试,?,国内外烃露点分析方法有计算法和直接测,量法，都未标准化。,?,计算法确定烃露点是根据天然气组成选择,合适的状态方程，依据气液相平衡原理计,算而得。,?,直接测量法确定烃露点是采用非自动目测,冷镜湿度仪。天然气流过冷却的镜面，直,至开始形成烃冷凝物，观察到的露点形成,的那点温度就作为露点温度。,?,国外出现采用“黑斑”技术的光学冷凝测,量原理，可以实现碳氢露点的自动在线测,量。它具有重现性，并能免除操作者的目,测误差和漂移。,天,然,气,烃,露,点,分,析,测,试,49,七、天然气气质分析测试,?,ISO/TC 193,现已发布,ISO 6570:2001,天,然气,潜在液
33、烃的测定,称重法、,ISO,23874:2006,天然气,用于烃露点计算的气,相色谱分析要求、,ISO/TR 11150:2007,天然气,烃露点和烃含量（技术报告）。,?,有关天然气烃露点测定的国际标准正处于,开发阶段，应密切关注其发展动态,。,天,然,气,烃,露,点,分,析,测,试,50,八、天然气物性计算及测定,?,天然气物性（密度、压缩因子等）可采用,计算法和测定法；,51,八、天然气物性计算及测定,?,ISO 6976:1995,天然气,由组成计算发热量、密度、,相对密度和沃伯指数,?,ISO 15971:2006,天然气,性质测定,燃烧性质：发,热量和沃伯指数,?,ISO 15970:2008,天然气,性质测定,容量性质：密,度、压力、温度和压缩因子,?,ISO 12213-1:2006,天然气压缩因子的计算,第,1,部,分：导论和指南,?,ISO 12213-3:2006,天然气压缩因子的计算,的,2,部,分：用摩尔组成进行计算,?,ISO 12213-3:2006,天然气压缩因子的计算,的,3,部,分：用物性值进行计算,
