天然氣產(chǎn)品質(zhì)量和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展①

羅 勤 姬忠禮 許文曉 陳效紅

（1.中國石油大學(xué)（北京） 2.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院）（3.中國石油天然氣集團(tuán)公司天然氣質(zhì)量控制和能量計量重點實驗室）（4.全國天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處）（5.中國石油天然氣集團(tuán)公司質(zhì)量管理與節(jié)能部）

為促進(jìn)天然氣國際貿(mào)易的順利進(jìn)行和發(fā)展，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1988年成立天然氣技術(shù)委員會（ISO／TC 193）。該技術(shù)委員會主要從事天然氣及天然氣代用品（氣態(tài)燃料）從生產(chǎn)到送交國內(nèi)外最終用戶的各個側(cè)面的術(shù)語、質(zhì)量指標(biāo)、測量方法、取樣、試驗和分析的標(biāo)準(zhǔn)化，并與世界范圍內(nèi)有關(guān)的其他技術(shù)委員會相聯(lián)系，對這些技術(shù)委員會所做與天然氣有關(guān)的工作進(jìn)行認(rèn)可。TC 193自成立以來共制修訂了43項國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO標(biāo)準(zhǔn)）［1］。

1 ISO／TC 193的組織結(jié)構(gòu)

ISO／TC 193秘書處設(shè)在荷蘭國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會（NEN），現(xiàn)有27個投票成員（P成員），29個觀察成員（O成員）［1］。ISO／TC 193 的標(biāo)準(zhǔn)化工作由 TC 193直屬工作組或下設(shè)的分委員會工作組承擔(dān)。

TC 193直屬工作組主要承擔(dān)天然氣產(chǎn)品質(zhì)量和分析測量領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，目前開展活動的有5個工作組（WG）。同時還下設(shè)兩個分委員會，即：SC 1與SC 3，SC 1為天然氣分析測試分委員會，成立于1988年，秘書處設(shè)在荷蘭標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會（NEN），有P成員23個，O成員11個［1］，現(xiàn)開展活動的有8個工作組；SC 3為天然氣上游領(lǐng)域分委員會，成立于1999年，秘書處設(shè)在中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會（SAC），有P成員12個，O成員10個［1］，現(xiàn)開展活動的有4個工作組。我國是TC 193和TC 193／SC 1、TC 193／SC 3的 P成員，承擔(dān)了ISO／TC 193／WG 6甲烷值工作組和ISO／TC 193／SC 1／WG 22硫／庫侖法工作組的召集工作。自2013年6月，正式擔(dān)當(dāng)SC 3秘書處，具體工作由中國石油天然氣集團(tuán)公司（CNPC）負(fù)責(zé)。ISO／TC 193目前的組織結(jié)構(gòu)見圖1。

2 天然氣產(chǎn)品質(zhì)量和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)分析

1998年TC 193制定了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13686《天然氣 質(zhì)量指標(biāo)》，2013年發(fā)布了修訂后的新版標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對在地區(qū)分配系統(tǒng)調(diào)峰處理之前的管輸天然氣涉及的控制參數(shù)（包括組分和物性參數(shù)）及其單位和用做參考的測量方法標(biāo)準(zhǔn)作出了規(guī)定，主要包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、氮、二氧化碳、碳六加等大量組分；氫、氦、氧等少量組分；硫化氫、總硫、硫醇等微量組分；發(fā)熱量、沃泊指數(shù)、相對密度、壓縮因子、露點等物性參數(shù)；顆粒物含量和大小等其他性質(zhì)。但未對這些參數(shù)的數(shù)值或范圍作出具體的規(guī)定，只是在附錄中給出了與健康和安全有關(guān)的參數(shù)的典型數(shù)值，同時指出控制參數(shù)的選擇實際取決于要求這些參數(shù)的用途和目的。圖2列出了ISO 13686：2013所規(guī)定的管輸天然氣質(zhì)量指標(biāo)［2－3］。由圖2可知，這些指標(biāo)概括起來包含三類：一類是與經(jīng)濟(jì)利益密切相關(guān)的各類參數(shù)，如組成、密度與發(fā)熱量等，是計量的關(guān)鍵參數(shù)；一類是與人身安全、環(huán)境衛(wèi)生密切相關(guān)的參數(shù)，如硫化氫、總硫等；一類是涉及管道安全運(yùn)行的參數(shù)，如固體顆粒、水和液態(tài)烴類等。圍繞ISO 13686：2013所規(guī)定的一系列要求（見圖2），ISO／TC 193制定了相應(yīng)的配套試驗方法標(biāo)準(zhǔn)和通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，包括標(biāo)準(zhǔn)參比條件、量值溯源、測試系統(tǒng)性能評價、添味指南、取樣導(dǎo)則、烴類組成分析、雜質(zhì)分析（硫化合物、汞、水、氧、氮、氦、二氧化碳等）、烴含量、發(fā)熱量、密度、壓縮因子和能量測定以及利用組分計算物性（發(fā)熱量、密度、相對密度、沃泊指數(shù)、壓縮因子、聲速等）及不確定度計算等標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)報告，形成了較為完善的管輸天然氣產(chǎn)品和分析測試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。為了促進(jìn)天然氣集輸和處理工藝的發(fā)展，TC 193開展了天然氣上游領(lǐng)域（從井口到進(jìn)入長輸管線前）有關(guān)分配測量、濕氣測量、濕氣取樣、在線氣相色譜等國際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)報告的制訂。ISO已發(fā)布并現(xiàn)行有效的天然氣產(chǎn)品和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)報告分類見圖3。

3 天然氣產(chǎn)品質(zhì)量和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

為了滿足用戶對天然氣產(chǎn)品質(zhì)量新的要求，特別是非常規(guī)天然氣和天然氣代用品發(fā)展對取樣和分析測試技術(shù)新的標(biāo)準(zhǔn)化需求，適應(yīng)天然氣分析測試新技術(shù)的發(fā)展，TC 193加大了對標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)報告的修訂力度，2013年新增3項新工作項目，分別是《天然氣－生物甲烷氣加臭》（制訂）、《天然氣－用電化學(xué)分析方法測定氧含量》（制訂）、《天然氣－上游領(lǐng)域－氣體和冷凝物的分配測量》（修訂）。目前TC 193直屬工作組及SC 1、SC 3下屬的各工作組正在開展的天然氣產(chǎn)品和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目有23項（見表1）［1，4，5］，涉及天然氣代用品加臭、天然氣詞匯、管輸天然氣和上游領(lǐng)域天然氣烴類組成色譜分析、氧和水含量分析、總硫測定、甲烷值和熱力學(xué)參數(shù)計算、濕氣取樣和測量、分配測量。

在2013年TC 193第24屆年會上，德國、荷蘭和中國代表提出了在世界天然氣工業(yè)發(fā)展情況下，特別是不同種類氣體（頁巖氣、氫氣、生物氣體、煤制氣、煤層氣等）進(jìn)入天然氣管網(wǎng)對標(biāo)準(zhǔn)可能產(chǎn)生影響和提出新的標(biāo)準(zhǔn)化需求。例如，荷蘭在一些島上小規(guī)模地在天然氣管網(wǎng)中注入氫氣，法國、德國和中國也啟動了一些天然氣與氫氣混合使用項目。德國限定注入天然氣管網(wǎng)的氫氣不能超過2%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），而法國在一些特定地區(qū)允許氫氣注入量達(dá)到15%［6］。TC 193將關(guān)注非常規(guī)天然氣和天然氣代用品氣質(zhì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，并積極與ISO／TC 255“生物氣體”、ISO／TC 197“氫氣技術(shù)”和 CEN／TC 408“生物甲烷氣”等國際和國家標(biāo)準(zhǔn)化組織保持溝通，協(xié)調(diào)一致［7］。

同時，年會上德國、荷蘭、挪威、中國等國家代表提出新的法律法規(guī)、能量供應(yīng)／能量輸配／能量消費之間的新格局、能量計量新技術(shù)和氣體結(jié)算可能對天然氣能量計量造成新的挑戰(zhàn)。這些新的挑戰(zhàn)隨國家不同而不同，包括大中型氣體測量面臨的新的或正在變化的技術(shù)；質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)被應(yīng)用于本地燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)；使用生物氣（不分離氮氣和氧氣）和氫氣、煤制氣（天然氣管網(wǎng)中H2高于0.2%）的情況。在歐洲，由于能源自由化指令的原因，氣體輸配公司正在面臨大量以收費為目的的能量測定方面新的挑戰(zhàn)。ISO 15112：2011《天然氣－能量測定》在未來將關(guān)注這些挑戰(zhàn)對天然氣能量計量的影響，并納入能量計量的不確定度數(shù)據(jù)［8］。

缺乏在生物氣體應(yīng)用場所評價氣味特征的方法。例如，有些生物氣體含有的臭味化合物散發(fā)出與燃?xì)饧映魟┎煌臍馕?，或者燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)使用新的加臭劑，在這些情況下，標(biāo)準(zhǔn)的缺失尤為突出。不同臭味化合物和不同加臭劑的混合可能導(dǎo)致輸配氣體氣味特征的變化，從而導(dǎo)致加臭出現(xiàn)問題。為此，TC 193自2013年7月，以“生物甲烷氣加臭”為項目名稱開展評價生物甲烷氣氣味特征方法標(biāo)準(zhǔn)制訂，由意大利負(fù)責(zé)編寫草案［7］。

由于尚無微型氣相色譜分析烴類組成的方法標(biāo)準(zhǔn)，TC 193決定由比利時燃?xì)夤荆‵luxys）負(fù)責(zé)編寫草案［9］。

表1 ISO／TC193正在開展的天然氣產(chǎn)品和分析測試技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目Table 1 International standard system revision projects for natural gas quality specification and analysis and test undertaken by ISO／TC193

TC 193正組織修訂ISO 6976：1995，以與美國AGA 5－09《天然氣能量測定》達(dá)成協(xié)調(diào)，同時完成了ISO／DTR 29922“天然氣－由ISO 6976計算物性參數(shù)的支持信息”技術(shù)報告草案［9］。ISO 6976的“輸入”參數(shù)是組分的摩爾分?jǐn)?shù)，“輸出”參數(shù)是表示為SI單位的、參比條件下的物性值。ISO 6976修訂稿的資料性附錄中將包含把這些性質(zhì)從SI單位換算至美國使用的英制單位導(dǎo)則，還包含60℉參比條件（以等效的SI單位給出），以及所有純組分的性質(zhì)和輔助數(shù)據(jù)均以SI單位給出。另外，修訂稿對標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)表進(jìn)行了更改，發(fā)熱量、摩爾質(zhì)量、求和因子及空氣的組成和性質(zhì)都更新至目前可接受的值，還增加了兩個不確定度計算示例［9］。

氧可能影響管道完整性，故對進(jìn)入管道的氧需要設(shè)置限定值，這就需要一個適合的分析氧含量的方法和標(biāo)準(zhǔn)。鑒此，TC 193決定成立SC 1／WG 23“氧氣”工作組負(fù)責(zé)制訂《天然氣－用電化學(xué)分析方法測定氧氣含量》國際標(biāo)準(zhǔn)，適用范圍為天然氣中0～100×10－6（摩爾分?jǐn)?shù)）的氧含量［10］，由荷蘭負(fù)責(zé)。

同時，TC 193計劃啟動修訂ISO／TR 26762：2008《天然氣－上游領(lǐng)域－氣體和冷凝物的分配》，在修訂后期將制訂一項關(guān)于分配測量的國際標(biāo)準(zhǔn)。修訂內(nèi)容包括分離／試井之前的分配、通過組分／質(zhì)量進(jìn)行分配、陸上分配／海上分配等3個方面［11］。

4 結(jié)論及建議

（1）TC 193／WG 5“天然氣加臭”工作組向ISO／TC 193秘書處提出《用嗅覺法評價臭味強(qiáng)度》新工作項目提案（NWIP）并獲得通過。該項目描述了如何建立空氣中加臭劑濃度與其臭味強(qiáng)度的關(guān)系，并給出測定天然氣加臭劑臭味強(qiáng)度的導(dǎo)則及程序。天然氣加臭是便于用戶發(fā)現(xiàn)天然氣泄漏、避免發(fā)生安全事故而采取的一種重要的安全措施，測定加臭劑臭味強(qiáng)度的重要性顯而易見，建議推薦專家參與該標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，同時展開相關(guān)研究，為將來采標(biāo)做好準(zhǔn)備。另外，建議積極關(guān)注評價生物甲烷氣氣味特征方法的新工作項目。

（2）我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 28766－2012《天然氣在線分析系統(tǒng)性能評價》是修改采用ISO 10723：1995制定的。2012年ISO／TC 193發(fā)布了修訂后的ISO 10723：2012《天然氣－分析系統(tǒng)性能評價》。ISO 10723是天然氣交接計量的一項重要配套標(biāo)準(zhǔn)，特別是在當(dāng)前天然氣工業(yè)快速發(fā)展中其重要性凸現(xiàn)。ISO 10723：2012與1995版標(biāo)準(zhǔn)相比有較大差異，建議組織對新版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，及時修訂我國國家標(biāo)準(zhǔn)，保證我國天然氣能量測定的順利實施。

（3）我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 27894.1－2011《天然氣 在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成 第1部分：分析導(dǎo)則》和 GB／T 27894.2－2011《天然氣在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成 第2部分：測量系統(tǒng)的特性和數(shù)理統(tǒng)計》是等同采用ISO 6974－1：2000和ISO 6974－2：2001制訂的。2012年ISO／TC 193出版了修訂后的ISO 6974－1，2，新版標(biāo)準(zhǔn)與老版標(biāo)準(zhǔn)相比，從名稱和內(nèi)容上都有較大的修改，特別是ISO 6974－2：2012修改為專門針對氣相色譜分析的不確定度計算方法，建議組織人員對這兩個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行消化吸收，適時修訂我國標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在天然氣熱力學(xué)性質(zhì)計算方面，SC 1／WG 13“熱力學(xué)性質(zhì)”工作組已經(jīng)出版了ISO 20765第一部分，第二部分已通過投票即將出版；第三部分也已形成草案。我國目前尚沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)對天然氣熱力學(xué)性質(zhì)的計算狀態(tài)方程和方法做出規(guī)定，在這方面的研究進(jìn)行得也較少。隨著我國天然氣產(chǎn)量、貿(mào)易量和處理加工量的不斷增加，在天然氣工業(yè)的準(zhǔn)確計量和化工設(shè)計計算中將大量涉及準(zhǔn)確測定熱力學(xué)參數(shù)，建議對ISO 20765第2、3部分進(jìn)行前期研究，盡快等同采用轉(zhuǎn)化為我國標(biāo)準(zhǔn)，為天然氣各個建設(shè)項目提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，ISO 20765－1正在申請立項轉(zhuǎn)化為我國國家標(biāo)準(zhǔn)。

（5）近年來，能量計量技術(shù)不斷更新，不同種類的氣體進(jìn)入天然氣管網(wǎng)，使天然氣輸配公司面臨新的挑戰(zhàn)。在2013年TC 193／WG 7“能量計量”工作組會上，與會專家對這些新技術(shù)進(jìn)行了討論，表示將適時修訂ISO 15112：2011《天然氣－能量測定》，建議我國對能量計量新技術(shù)及ISO 15112的動態(tài)進(jìn)行積極關(guān)注。

（6）SC 1／WG 20正在修訂ISO 10715：1997《天然氣取樣導(dǎo)則》，召集人為英國“VE Technolo－gy”公司的Jeremy Kignt。該公司開發(fā)了新的取樣技術(shù)，并研制了大量取樣產(chǎn)品，具有取樣快、無污染、具有代表性等優(yōu)點，其研制的“solution in a box（盒子中的解決方案）”產(chǎn)品已在北美和中美洲得到廣泛應(yīng)用。這些新的取樣技術(shù)可能會納入ISO 10715。在我國，中亞、中緬等進(jìn)口天然氣計量交接中，取樣的代表性問題（包括大管徑條件下取樣口的位置、累積取樣等問題）受到各方的關(guān)注，建議組織力量對這些技術(shù)和將要形成的ISO 10715修訂草案進(jìn)行研究。同時，開展現(xiàn)場比對試驗，獲取大管徑條件下取樣代表性數(shù)據(jù)，一方面完善我國的天然氣取樣標(biāo)準(zhǔn)，另一方面在國際標(biāo)準(zhǔn)制訂中提出我國的修改意見。

（7）2013年SC 1年會上，荷蘭代表提出一項新工作項目建議，題目為“天然氣－用電化學(xué)分析方法測定氧氣含量”并成立SC 1／WG 23“氧氣”工作組負(fù)責(zé)該標(biāo)準(zhǔn)的制訂。天然氣中有氧氣存在會影響管道完整性，現(xiàn)有的在線氣相色譜法無法實現(xiàn)氧含量的測定，建議組織跟蹤國外進(jìn)展，開展科技攻關(guān)，為今后采標(biāo)打下基礎(chǔ)。

（8）SC 3／WG 2濕氣測量工作組正在制定的技術(shù)報告草案《封閉管道濕天然氣測量》將作為我國國家標(biāo)準(zhǔn)的參考依據(jù)。SC 3／WG 1開始啟動上游領(lǐng)域分配測量標(biāo)準(zhǔn)的修訂。該標(biāo)準(zhǔn)與天然氣開發(fā)中各方經(jīng)濟(jì)利益緊密相關(guān)。隨著我國海外天然氣開發(fā)的拓展和國內(nèi)天然氣開發(fā)多元化局面的形成，在十二五期間，建設(shè)我國的濕天然氣測試標(biāo)準(zhǔn)裝置，開展上游領(lǐng)域分配測量、濕天然氣測量相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究，組織編制我國天然氣上游領(lǐng)域測量系列標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。

（9）石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會正在組織進(jìn)行油氣術(shù)語和詞匯標(biāo)準(zhǔn)研究及制訂，我國于2008年等同采用ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了《天然氣詞匯》國家標(biāo)準(zhǔn)。建議相關(guān)單位根據(jù)TC 193標(biāo)準(zhǔn)修訂進(jìn)程，適時修訂我國的天然氣詞匯國家標(biāo)準(zhǔn)。

（10）2013年年會上各國專家普遍提及天然氣管網(wǎng)輸送氣體質(zhì)量的改變，不同種類氣體（頁巖氣、氫氣、生物氣體、煤制氣、煤層氣等）進(jìn)入天然氣管網(wǎng)對標(biāo)準(zhǔn)可能提出新的標(biāo)準(zhǔn)化需求，涉及質(zhì)量指標(biāo)、能量測量、質(zhì)量檢測分析方法、上游領(lǐng)域分配物性參數(shù)計算等多個標(biāo)準(zhǔn)化方面。這種情況也正是我國當(dāng)前天然氣工業(yè)高速發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。因此，應(yīng)高度關(guān)注和積極參與國際在此方面的進(jìn)展情況，并組織研究，盡快形成關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ISO／TC 193Secretariat.Report of the Secretariat to the 24th ISO／TC 193Natural Gas Meeting（ISO／TC 193N351）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［2］ISO／TC 193.ISO 13686Natural Gas－Quality designation［S］.ISO，Geneva，2013.

［3］羅勤，李曉紅，許文曉.國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 13686天然氣質(zhì)量指標(biāo)》修訂淺析［J］.石油與天然氣化工，2010，39（1）：68－69，74.

［4］ISO／TC 193／SC 1Secretariat.Report of the Secretariat to the 24th meeting of ISO／TC 193／SC 1Analysis of natural gas Meeting（ISO／TC193N386）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［5］ISO／TC 193／SC 3Secretariat.Report of the Secretariat to the 8th ISO／TC 193／SC 3Upstream Meeting（ISO／TC 193／SC 3 N 0086）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［6］ISO／TC 193／WG 2Quality Designation.Annual report of ISO／TC 193／WG 2（ISO／TC 193／WG 2Doc.N 02／2013）［R］，Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［7］ISO／TC 193Secretariat.Resolutions of the 24th ISO／TC 193 Natural Gas Meeting（ISO／TC 193N358）［R］.the Netherlands，Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［8］ISO／TC 193／WG 7Energy Determination.Annual report of the WG7for the period between October 2011to June 2013 （ISO／TC 193／WG 7Doc.N 344）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［9］ISO／TC 193／SC 1Secretariat.Resolutions of the 24th ISO／TC 193／SC 1Analysis of natural gas Meeting（ISO／TC 193／SC 1N 366）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［10］ISO／TC 193／SC 1secretariat.NWIP Determination of oxygen in natural gas by electrochemical analysis（ISO／TC 193／SC 1N 362）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［11］ISO／TC 193／SC 3secretariat.Resolutions from the 8th Meeting of ISO／TC 193／SC 3（ISO／TC 193／SC 3N089）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.