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科普 | 天然气质量指标有哪些?

2019-08-07


同是原油煉化産品,因密度、燃點、揮發性等指標不同,成品油包含汽油、煤油和柴油等多種類型。同是汽油産品,因辛烷值不同,汽油標號也不同。天然氣産品雖未分類分級,但也包含諸多質量指標。本文介紹天然氣的發熱值、水露點、烴露點等主要質量指標,供讀者參考。

發熱值

发热量是商品天然气经济价值的重要体现,我国相关标准《天然气》(GB17820-2012)要求一类气体高位發熱值不低于36.0 MJ/m3,二类气体高位發熱值不低于31.4 MJ/m3。经对国内主要气田自产气和各进口气源高位發熱值统计分析,多数气源热值范围在36MJ/m3~38MJ/m3,进口LNG热值相对较高,热值高达44.92MJ/m3,吉林油田天然气热值相对较低,热值仅为33.23MJ/m3,最高值比最低值高11.69MJ/m3,相差约35%。另外,玻璃、陶瓷行业等天然气下游用户对天然气热值稳定性要求较高,如果天然气热值突升突降,将会影响产品质量。因此,目前实施的体积计量方式不能体现不同气源单位体积热值的差异,能量计量是天然气精准计量的必然要求,并且天然气热值应尽量保持一定范围内相对稳定。

水露點

水露點是管道天然气一项重要的指标,规定水露點的主要目的是防止液相水的产生。若管道中有游离水的存在,就会降低输气管道的输送能力,增加冰堵事故发生的概率,并使硫化氫、二氧化碳对输气管道和其它设备产生腐蚀作用。由于在一定输气压力下的水露點,与一定条件下的绝对水含量是相互对应的,所以只要规定了水露點,也就是规定了一定条件下的绝对水含量。我国相关标准规定"在最高操作压力条件下,天然气的水露點应比最低环境温度低5℃"。不同地区地温差异较大,根据《1971-2000中国地面气候资料》地面以下1.6米地温统计数据,我国新疆阿尔泰地区冬季地温2.9℃,要求含水量≤102mg/m3;华北地区张家口地区冬季地温1.6℃,要求含水量≤96 mg/m3;东北大兴安岭地区冬季地温-6.2℃,要求含水量≤56 mg/m3。

烴露點

烴露點是长输天然气管道设计过程中的又一重要指标。天然气管道中出现冷凝物会引起测量、自控和过滤装置发生故障,影响管道安全运行。我国相关标准规定"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"。一些凝析气藏具有反凝析现象,规定烴露點时应同时规定压力条件。参照国内外相关标准,一般将烴露點指标分为冬夏两季分别控制,夏季烴露點在交接压力下,不高于-5℃;冬季烴露點在交接压力下,不高于-10℃。

甲烷等烴類組分

天然氣質量指標中,對甲烷、乙烷、丙烷和丁烷含量等一般可不考慮,但隨著天然氣管道鋼級、輸送壓力的不斷提高,管道的延性斷裂成爲了斷裂的主要方式,並已成爲制約高鋼級焊管廣泛應用的瓶頸。在管道止裂控制研究過程發現甲烷含量對管材止裂性能要求有一定影響,甲烷含量越低,對管道止裂性能要求越嚴格。結合中亞天然氣管道、中緬天然氣管道相關協議氣質要求,在進口天然氣管道技術談判時一般將甲烷含量控制在≥92%的指標範圍內。如資源地天然氣實際的甲烷含量達不到要求,可在對擬用管材止裂性能研究分析的基礎上適當放寬此指標要求。

總硫

總硫含量主要是规定商品天然气中有机硫化合物的含量,避免对管道产生腐蚀。我国相关标准规定一类气總硫含量不超过60 mg/m3;美国标准要求總硫含量不超过30mg/m3;俄罗斯标准对總硫含量没有明确规定。

硫化氫

为有效控制H2S对环境和人身健康的危害以及对管道和设备的腐蚀,严格控制商品天然气中H2S含量是国际发展趋势。我国相关标准规定一类气硫化氫含量不超过6mg/m3,欧美国家相关标准对管输天然气硫化氫也多数控制在7mg/m3以下。

硫醇

规定天然气硫醇含量,是因为硫醇对金属管道有一定腐蚀作用。目前国内相关标准对硫醇含量尚未进行规定;欧洲标准规定较为严格,要求硫醇含量≤6mg/m3;美国标准要求硫醇含量≤7mg/m3;俄罗斯相关标准对硫醇含量规定相对宽松,要求硫醇含量≤16 mg/m3。

氧氣

規定商品天然氣中的氧含量,主要是從安全或防腐的角度考慮,避免惡意摻混空氣。不同國家相關標准對氧含量的要求不盡相同,我國相關標准規定氧含量≤0.5%;俄羅斯標准規定氧含量不超過0.5%;歐洲標准要求氧含量不超過0.01%;美國標准要求氧含量不超過0.2%。

二氧化碳

天然氣中的CO2對大氣溫室效應、管道腐蝕以及管道的輸氣效率都有影響,因此從國際發展趨勢來看,對其控制是日趨嚴格。我國相關標准對二氧化碳含量要求≤2.0%;歐洲標准對二氧化碳含量要求≤2.5%;美國標准對二氧化碳含量要求≤3.0%;俄羅斯標准對二氧化碳未作明確要求。

汞含量

汞具有高揮發悱、高毒性、強腐蝕性,會引起天然氣化工中催化劑中毒,含汞的天然氣作爲燃料和化工原料會對環境造成影響,對人體健康帶來危害。另外,汞還會使冷凍劑的鋁質熱交換器迅速腐蝕,對儀器設備的腐蝕性嚴重。爲避免商品天然氣在管輸條件下析出汞,管輸天然氣中汞含量應低于一定濃度。雖然國內外天然氣氣質標准和技術規範中沒有特別針對汞含量做出限制,但美國相關標准對有害物質做出了規定,要求天然氣中不能含有毒和致癌物,相當于間接規定了不能含有汞。荷蘭天然氣生産單位與天然氣用戶之間以天然氣供應合同協議的形式對天然氣中汞含量做出規定,規定商品天然氣中汞含量低于20μg/m3。

雜質與粉塵

天然气中可能存在固体颗粒物质,也称之为粉尘。在天然气的输送过程中,这些颗粒物会沉积在阀门、流量计等设备上,影响管道上各种设备的正常运转,尤其当用气量波动较大时会导致设备磨损越来越严重,甚至会直接影响整个输气管线的安全运行。另外,车用CNG如含雜質與粉塵,将会影响汽车驾驶性能,并对发动机造成一定损伤。我国相关规范对天然气中机械杂质的没有定量规定,但明确规定"天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用",并对固体颗粒的粒径作出了应≤5μm的明确规定。俄罗斯标准规定固体颗粒物含量应≤1 mg/m3。

微量金屬元素含量

一般情況下,天然氣中微量金屬一般不會對管道的輸送、儲存和使用産生不利影響;但在高溫環境下,會對長輸管道的壓氣站和下遊發電廠使用的燃氣輪機産生不利影響。氣體燃料中鈉、鉀、釩和鉛等微量金屬會在燃燒室和渦輪導向葉片等熱通道部件中産生腐蝕,縮短設備使用壽命,甚至引發安全事故。如果燃料氣中同時還含有硫,在高溫下,鈉和鉀的化合物都會與硫反應生成硫酸鹽,一方面對熱通道部件産生腐蝕作用,另一方面還會改變渦輪葉片葉型,降低燃機效率。目前,各國對天然氣中金屬元素的危害不夠重視,天然氣産品標准對顆粒物含量也只進行定性要求,並且直接針對天然氣中金屬元素含量測定技術及標准的研究非常少。建議相關部門今後在天然氣質量控制以及相關標准制定時適當考慮。


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