对天然气推荐性国家标准GB/T 31253的讨论

2014年发布的推荐性国家标准"天然气气体标准物质的验证发热量和密度直接测量法"GB/T 31253是以ISO/TR24094技术报告为基础、以修改采用的方式编制而形成的。基于对上述ISO技术报告的分析,认为GB/T 31253在确认方法、气体标准物质确认程序等方面存在着一些问题并对其进行了讨论和质疑。研究认为:(1)ISO/TR 24094的标题宜修改为"天然气分析——气体标准物质的确认方法",该技术报告不宜转化为推荐性国家标准;(2)VAMGAS研究项目使用的2个多元标准气体混合物是以称量法制备的基准级标准气混合物(PSM),使用的参比热量计(或密度天平)也必须是基准级的,其测量不确定度应优于0.1%,这样才能合理地与PSM进行统计比较;(3)水流式热量计测量天然气发热量的扩展不确定度仅为1.0%(k=2),不能作为天然气发热量测定的基准仪器;(4)天然气能量计量涉及气体体积流量计量、直接法和间接法测定天然气发热量等3种计量技术,其量传、溯源方式、不确定度评定方法及其适用标准各不相同;(5)GB/T 31253及其附录中存在着一系列的计量技术规范(JJF)及标准的误用问题,因而其附录B、D、E皆不能成立。最后建议:撤销GB/T 31253,将ISO/TR 24094以等同采用的方式转化为指导性国家标准。     

西南油气田公司天然气研究院制修订的五项国家标准通过全国天然气标委表决

2012年8月24日,在全国天然气标准化技术委员会三届五次会议暨2012年年会上,由西南油气田公司天然气研究院(以下简称天研院)制订的《天然气(俄语版)》、《天然气气体标准物质验证发热量和密度直接测量》2项国家标准和修订的《天然气的组成分析气相色谱法》、《天然气水露点的测定冷却镜面凝析湿度计法》、《天然气发热量、密度、相对密     

天然气发热量间接测量不确定度评估方法初探

天然气发热量作为天然气的主要使用性能指标,按现代分析计量学要求,发热量值的分析测试需要给出其不确定度。相比使用仪器直接测量天然气发热量值,使用天然气组成计算天然气发热量的间接测量法,也需要进行不确定度评估。使用不确定度传递原则,初步探讨了使用天然气组成及其不确定度进行发热量不确定度评估的方法。并以称量法制备的两元气体标准物质为例,使用气体标准物质的组成不确定度进行发热量不确定度评估,标准物质发热量不确定度为0.1%级别。     

管输压力下实时记录式天然气发热量测定设备的开发

在管输压力下精确测定烃类组分发热量的一种方法及其样机已经开发成功,此设备的价格可允许目前采用间歇式取样的用户实现发热量的在线测定,在每分钟内多次测量、报告和记录体积基发热量。由于吸光池是在接近管道压力的条件下操作,因而管道中天然气的能量流量可以由单位体积基发热量与体积流率的乘积直接输出。利用分光光度计和标准硅CCD检测器在波长约900nm处进行测量,通过其吸收光谱测定天然气组成和发热量。与波长较长的红外吸收光谱相比,此区域内天然气各烃类组分的吸收光谱的线性关系更好。故对C1～C6组分和水分而言,谱图可以更精确地拟合为各组分(以单位体积中分子数量表示的)浓度。然后,将各组分的浓度加和即可得到天然气的体积基发热量。此外,诸如压缩因子、密度和相对密度等参数也可以由测定的体积组成求得。     

天然气发热量测定的溯源性

发热量是商品天然气最重要的技术指标之一,其量值的准确与否关系到天然气全产业链,影响重大。为此,详细介绍了天然气发热量的测定方法及其溯源性。测定天然气发热量有直接测定法与间接测定法,前者属物理化学测量范畴,以谱系学方式溯源;后者属分析化学测量范畴,以标准气混合物(RGM)方式溯源。化学成分量测量溯源链的建立,包括溯源对象与目标、测量方法与比较方法、化学成分测量基(标)准和化学成分测量溯源链的技术模型。热量计测量溯源链的建立,包括参比级(0级)热量计、甲烷纯组分发热量的测定及以参比热量计验证标准气体混合物(RGM)。同时,对相关的国际标准做了较为详尽的追踪报道:ISO 14111是第一个就化学成分测量中的溯源性作出规定的标准化文件,其实质是将分析结果的溯源还原为RGM溯源。为使ISO14111规定的溯源准则更好地应用于能量计量系统的测量不确定度评估,ISO又相继发布了ISO 10723:2012、ISO 14912和ISO15976等一系列国际标准以阐明溯源过程中偏差的检测与处理,为B类不确定度评估奠定了基础。     

中华人民共和国国家标准天然气发热量、密度和相对密度的计算方法

本标准参照采用国际标准ISO 6976-1983(E)《天然气发热量、密度和相对密度的计算》. 1 主题内容与适用范围本标准规定了当已知天然气的摩尔组成时,用各纯组分的物性值计算天然气的发热量[包括高(位)发热量和低(位)发热量]、密度和相对密度的方法. 本标准也描述了由分析方法精密度确定计算发热量的精密度的方法.     

管道结构对分输站混合气发热量测定影响研究

天然气能量计量能够科学合理地反映其使用价值,在天然气国际贸易中占据主导地位,其中对天然气发热量的测定是实现能量计量的关键。目前国内输气站场测定天然气发热量的方法是利用气相色谱仪测定天然气中可燃组分的含量,然后通过计算求出被测气体的发热量。对于存在多股不同气质气源的分输站来说,使气体充分混和是准确测定混合气发热量的关键条件。为此,利用数值模拟的方法,建立了两种不同结构的管道混气模型,分析两种模型对天然气在管道内的混和效果。结果表明,相同条件下,在汇管模型下游直管35D (D为混气直管内径)位置处,混合气体的计算发热量不再发生变化,稳定在893.828 kJ/mol;在T形管模型下游直管35D～80D的范围内,混合气的发热量仍有增长的趋势,说明汇管模型的混气效果要优于T形管模型。该研究成果可为多气源分输站的设计提供一定的指导。     

国产在线气相色谱仪分析天然气组成的适应性研究

目的 在线气相色谱仪是实现天然气能量计量的关键分析设备,开展国产在线气相色谱仪的适应性研究,对打破进口在线气相色谱仪的技术壁垒,实现仪器设备的国产化具有重要意义。方法 采用在线气相色谱仪样机分析气体标准物质及开展现场应用试验,分析评价了样机的有效性、分离度、重复性、准确性及稳定性等技术指标。结果 样机能够有效分析气体中N₂、CO₂、C₁～C₆烃类组分含量,分析周期<2 min;正丁烷和异丁烷的分离度R=2.0,定量重复性RSD_定量≤1.0%;4 h运行稳定性≤3.0%;与进口在线气相色谱仪分析实际天然气样品获得高位发热量的相对偏差≤0.1%。结论 研发的样机基本能够满足天然气能量计量的需要,为我国全面实施天然气能量计量,实现在线气相色谱仪的国产化提供了技术参考。     

天然气物性的直接测定

天然气计量与天然的性参数的测定密切相关。国际标准化组织ＩＳＯ／ＴＣ１９３／ＳＣ２从１９９５年开始进行以仪器仪表直接测定天然气物性参数的标准化工作,包括压力、温度、密度、压缩因子、发热量等九项与天然气计量相关的物性参数,并已形成工作草案。我国近几年也逐步开始对天然气水露点、水含量、发热量等物性参数直接测定方法进行研究和标准化。文章扼要介绍了这些方法的原理、应用范围、仪器和条件、测定程序以及方法精密度     

天然气在线分析系统性能评价标准现场应用

天然气长输管道的A级以上贸易计量站一般均安装在线气相色谱仪测量天然气组成,用于计算发热量、压缩因子等物性参数,以作为贸易结算的依据,色谱仪检测结果的准确性对天然气贸易有重要意义。介绍了天然气在线分析系统性能评价标准在计量站现场的应用情况,说明了气体标准物质配备原则,给出了气相色谱仪有效性、重复性、分离度和一致性的判断方法和具体实例。从标准现场应用的情况来看,部分在线气相色谱仪存在少量组分不符合标准要求一致性的情况,对物性参数计算和体积计算的影响约为0.05%,在当前国内天然气贸易以体积计算为主的情况下,虽然对贸易计量的影响较小,但在未来转向能量计量结算的情况下,需提高组成分析设备的检测准确度。建议至少每2年对气相色谱仪开展一次性能评价,以确保仪器运行正常。     

LNG接收站到港天然气组成预测

LNG贸易交接总发热量的计算需要采用到港天然气组成分析数据,但如果在卸货过程中取样分析故障无法获得较理想的天然气组成,就可以采用推算的预测方法推测到港天然气组成。预测方法是根据天然气组分沸点,建立液相和气相的关系式,根据蒸发率将装港天然气组成进行多次蒸发迭代得到到港天然气的组成。经过对比分析,得出预测法和实际取样分析得到的组成、计算出的单位体积发热量和LNG密度相差较小,预测法具有参考价值,可为LNG接收站接卸过程取样分析结果和买卖双方贸易结算提供参考数据。     

物性值法计算天然气压缩因子适应性分析北大核心CSCD

目的随着能量计量工作的不断推进,业内出现了一些采用物性关联技术对天然气发热量、相对密度等参数进行在线测试的仪器设备,其应用须结合GB/T 17747.3-2011《天然气压缩因子的计算第3部分:用物性值进行计算》推荐的“物性值法”计算工况压缩因子,物性值法在国内外的应用较少,对其适应性和准确度进行分析探讨,可为相关新技术研发和选用提供参考,有利于保障和促进新兴测试手段在天然气能量计量中的有效应用。方法以GB/T 17747.2-2011《天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算》推荐的“详细组成法”计算结果为主要参考,选用了国内典型的149个天然气组成以及部分模拟天然气组成数据,理论对比分析了详细组成法和物性值法计算天然气压缩因子的相对偏差,探讨了用物性值法计算天然气压缩因子的适用性。结果①对于绝大多数不同类型的商品天然气,采用物性值法与详细组成法计算得到的压缩因子的相对偏差在±0.10%以内;②当输入的高位发热量、相对密度满足±0.50%以内的准确度时,采用物性值法与详细组成法计算得到的压缩因子的相对偏差可满足GB/T 18603-2014《天然气计量系统技术要求》中对A、B级计量系统压缩因子0.30%的准确度要求;③对于GB/T 17747.3-2011适用范围内重烃含量相对较高的天然气,物性值法与详细组成法计算得到的压缩因子可能出现接近0.50%的相对偏差。结论对于绝大多数不同类型的商品天然气,采用物性值法计算压缩因子的方法是适应的,但对等效C 2+摩尔分数高于10%的天然气可能出现较大偏差,建议在能量计量系统方案选择过程中,结合详细组成数据开展不同方法计算压缩因子的差异比对分析,为选用技术经济性更佳的方案提供技术支持。     

基于运行仿真的多气源环状管网能量计量方法研究

目的 天然气能量计量的对象是其完全燃烧后产生的总热量,通常采用体积计量值与体积发热量相乘的方法确定天然气的能量值,而体积发热量取决于天然气的组成,即天然气中各组分的摩尔分数。多气源管网中天然气的组成通常随空间位置和时间变化,故管网的每个计量站都需要确定不同时刻输入或输出本站的天然气的体积发热量。国内长输管道的A级计量站均配置了在线气相色谱仪,可以分析天然气发热量,B级和C级计量站可使用仿真方法为天然气发热量赋值,从而降低配置气相色谱仪的投资与运行维护费用。方法 依据面向能量计量的管网仿真理论基础,针对某多气源环状管网,分别使用TGNET和SPS仿真软件建立了具有天然气组分跟踪与发热量计算功能的运行仿真模型。为提高仿真结果准确性,基于历史运行数据校准了仿真模型的管段输气效率这一关键参数。结果 分别应用TGNET和SPS模型对该管网持续48 h的历史运行过程进行了动态仿真,TGNET模型的发热量仿真结果与历史记录值的偏差在0.3%以内。结论 基于运行仿真的多气源环状管网能量计量是一种可行的方法,研究成果为国内天然气能量计量的实施和推广提供了一种可操作的方法。     

基于燃烧法的天然气发热量直接测量不确定度评估

目的 准确测量天然气发热量,实现天然气贸易交接公平准确。方法 以定质量式开放火焰燃烧法为原理设计了一种扩展不确定度优于0.3%(k=2)的天然气发热量直接测量实验台;在发热量理论公式的基础上,建立了天然气发热量测量数学模型,综合考虑经济成本,选定了具有适当技术指标的测量设备,以甲烷为气体样品,对天然气发热量直接测量实验台进行了不确定度评估,确定了该实验台研制的可行性,并分析了各不确定度分量的贡献率。结果 该实验台测量甲烷发热量的不确定度为0.27%(k=2)。结论 满足常用的1.0级及其以下的热值仪的发热量的量值溯源,为实验台搭建奠定了基础。     

天然气中C6+组成不同定量方式对发热量计算结果的影响

天然气的发热量是计算天然气能量的一项主要基础参数,其结果是否准确可靠对能量计量有着重要影响。采用气相色谱法分析天然气的组成,然后通过组成数据计算天然气的发热量是最常用的检测方法,而天然气中重烃组分含量（C_6~+组成）的准确分析又是影响发热量计算结果的重要因素。概述了分析C_6~+组成常用的几种定量方式,通过分析实际天然气样品,讨论比较了C_6~+组成不同定量方式对高位发热量的影响。结果表明：随着天然气中C_6~+含量的增加,不同定量方式对计算发热量结果有明显影响,当天然气中C_6~+摩尔分数大于0.1%时,不同定量方式获得高位发热量的最大偏差可达0.24%。提出了针对重烃含量较高的天然气,选择C_6~+组成定量方式的建议,其结论对我国未来实施天然气能量计量具有参考意义。     

不同参比条件之间天然气物性值的换算系数

根据ISO13443,主要介绍了在不同参比条件下,天然气的体积、密度、相对密度、压缩因子、高位发热量、低位发热量和沃泊指数的换算系数和换算公式,并通过验算,表明ISO13443给出的换算系数和换算公式相互间是一致的.     

混氢天然气管道标准孔板流量计适应性研究

目的 将氢气掺入天然气管道中会改变管道内气体的性质和流动状态,可能会影响标准孔板流量计计量准确度,采用ANSYSY Fluent对混氢天然气管道标准孔板流量计进行适应性研究。方法 比较了不同混氢量的天然气对流出系数、可膨胀系数、相对密度系数、超压缩系数、流速及差压的影响。结果 在303.15 K、3 MPa,混氢量为0%～30%的条件下,随着混氢量的增加,会导致差压上升;导致相对密度系数、可膨胀系数和超压缩系数下降;导致流速上升,使测量流量增加。结论 由于氢气的发热量低于天然气,因此,针对混氢天然气,建议采用能量计量。混氢天然气不会对标准孔板流量计准确度产生较大影响。     

天然气发热量间接测量不确定度评估方法再探——参比条件下天然气压缩因子不确定度评估

前期的研究表明,参比条件下压缩因子不确定度是天然气发热量间接测量不确定度评估过程中引入的一个不确定度来源,并且其不确定度贡献较大。同时,参比条件下的压缩因子不确定度在天然气体积计量等过程中也有所使用。通过对参比条件下压缩因子的计算过程进行分析和推导,获取了参比条件下压缩因子不确定度评估公式,结合各类参考文献,分别对各类不确定度来源做A类或B类评估,形成了一套用于参比条件下压缩因子不确定度的评估方法。通过对天然气组成不确定度变化对参比条件下压缩因子不确定度的影响核算,发现天然气组成不确定度的变化对参比条件下压缩因子不确定度影响较小,超过20倍的组成不确定度变化仅引起压缩因子不确定度数值上的变化。     

靖边气田集气站放空系统运行分析

随着管输天然气和LNG进口量的增加以及国内气源气质复杂化局面的形成,我国天然气贸易按能量进行交接和结算的要求非常迫切。能量计量的基本原则要求,测定发热量的基准方法是燃烧法,是能量计量溯源的基础。重点介绍了国外发热量直接测量技术的最新进展、测量设备的基本原理和其达到的技术水平,比较了国内技术现状与国外水平之间的差距。介绍了发热量赋值模型的基本原理,以流体力学理论为基础,得到了长输管道在海拨高度变化情况下的流动时间计算公式。