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科普 | 天然氣質量指標有哪些?

2019-08-07


同是原油煉化產品,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。同是汽油產品,因辛烷值不同,汽油標號也不同。天然氣產品雖未分類分級,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

發熱量是商品天然氣經濟價值的重要體現,我國相關標準《天然氣》(GB17820-2012)要求一類氣體高位發熱值不低于36.0 MJ/m3,二類氣體高位發熱值不低于31.4 MJ/m3。經對國內主要氣田自產氣和各進口氣源高位發熱值統計分析,多數氣源熱值范圍在36MJ/m3~38MJ/m3,進口LNG熱值相對較高,熱值高達44.92MJ/m3,吉林油田天然氣熱值相對較低,熱值僅為33.23MJ/m3,最高值比最低值高11.69MJ/m3,相差約35%。另外,玻璃、陶瓷行業等天然氣下游用戶對天然氣熱值穩定性要求較高,如果天然氣熱值突升突降,將會影響產品質量。因此,目前實施的體積計量方式不能體現不同氣源單位體積熱值的差異,能量計量是天然氣精準計量的必然要求,并且天然氣熱值應盡量保持一定范圍內相對穩定。

水露點

水露點是管道天然氣一項重要的指標,規定水露點的主要目的是防止液相水的產生。若管道中有游離水的存在,就會降低輸氣管道的輸送能力,增加冰堵事故發生的概率,并使硫化氫、二氧化碳對輸氣管道和其它設備產生腐蝕作用。由于在一定輸氣壓力下的水露點,與一定條件下的絕對水含量是相互對應的,所以只要規定了水露點,也就是規定了一定條件下的絕對水含量。我國相關標準規定"在最高操作壓力條件下,天然氣的水露點應比最低環境溫度低5℃"。不同地區地溫差異較大,根據《1971-2000中國地面氣候資料》地面以下1.6米地溫統計數據,我國新疆阿爾泰地區冬季地溫2.9℃,要求含水量≤102mg/m3;華北地區張家口地區冬季地溫1.6℃,要求含水量≤96 mg/m3;東北大興安嶺地區冬季地溫-6.2℃,要求含水量≤56 mg/m3。

烴露點

烴露點是長輸天然氣管道設計過程中的又一重要指標。天然氣管道中出現冷凝物會引起測量、自控和過濾裝置發生故障,影響管道安全運行。我國相關標準規定"在天然氣交接點的壓力和溫度下條件下,天然氣中應不存在液態烴"。一些凝析氣藏具有反凝析現象,規定烴露點時應同時規定壓力條件。參照國內外相關標準,一般將烴露點指標分為冬夏兩季分別控制,夏季烴露點在交接壓力下,不高于-5℃;冬季烴露點在交接壓力下,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,管道的延性斷裂成為了斷裂的主要方式,并已成為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%的指標范圍內。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

總硫含量主要是規定商品天然氣中有機硫化合物的含量,避免對管道產生腐蝕。我國相關標準規定一類氣總硫含量不超過60 mg/m3;美國標準要求總硫含量不超過30mg/m3;俄羅斯標準對總硫含量沒有明確規定。

硫化氫

為有效控制H2S對環境和人身健康的危害以及對管道和設備的腐蝕,嚴格控制商品天然氣中H2S含量是國際發展趨勢。我國相關標準規定一類氣硫化氫含量不超過6mg/m3,歐美國家相關標準對管輸天然氣硫化氫也多數控制在7mg/m3以下。

硫醇

規定天然氣硫醇含量,是因為硫醇對金屬管道有一定腐蝕作用。目前國內相關標準對硫醇含量尚未進行規定;歐洲標準規定較為嚴格,要求硫醇含量≤6mg/m3;美國標準要求硫醇含量≤7mg/m3;俄羅斯相關標準對硫醇含量規定相對寬松,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。不同國家相關標準對氧含量的要求不盡相同,我國相關標準規定氧含量≤0.5%;俄羅斯標準規定氧含量不超過0.5%;歐洲標準要求氧含量不超過0.01%;美國標準要求氧含量不超過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。我國相關標準對二氧化碳含量要求≤2.0%;歐洲標準對二氧化碳含量要求≤2.5%;美國標準對二氧化碳含量要求≤3.0%;俄羅斯標準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,含汞的天然氣作為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。為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準和技術規范中沒有特別針對汞含量做出限制,但美國相關標準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。荷蘭天然氣生產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

天然氣中可能存在固體顆粒物質,也稱之為粉塵。在天然氣的輸送過程中,這些顆粒物會沉積在閥門、流量計等設備上,影響管道上各種設備的正常運轉,尤其當用氣量波動較大時會導致設備磨損越來越嚴重,甚至會直接影響整個輸氣管線的安全運行。另外,車用CNG如含雜質與粉塵,將會影響汽車駕駛性能,并對發動機造成一定損傷。我國相關規范對天然氣中機械雜質的沒有定量規定,但明確規定"天然氣中固體顆粒含量應不影響天然氣的輸送和利用",并對固體顆粒的粒徑作出了應≤5μm的明確規定。俄羅斯標準規定固體顆粒物含量應≤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、儲存和使用產生不利影響;但在高溫環境下,會對長輸管道的壓氣站和下游發電廠使用的燃氣輪機產生不利影響。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產生腐蝕,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產生腐蝕作用,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,天然氣產品標準對顆粒物含量也只進行定性要求,并且直接針對天然氣中金屬元素含量測定技術及標準的研究非常少。建議相關部門今后在天然氣質量控制以及相關標準制定時適當考慮。


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