天然氣質(zhì)量指標(biāo)有哪些？

■ 王保登 王保群

天然氣質(zhì)量指標(biāo)有哪些？

■ 王保登 王保群

同是原油煉化產(chǎn)品，因密度、燃點、揮發(fā)性等指標(biāo)不同，成品油包含汽油、煤油和柴油等多種類型。同是汽油產(chǎn)品，因辛烷值不同，汽油標(biāo)號也不同。天然氣產(chǎn)品雖未分類分級，但也包含諸多質(zhì)量指標(biāo)。本文介紹天然氣的發(fā)熱值、水露點、烴露點等主要質(zhì)量指標(biāo)，供讀者參考。

發(fā)熱值

發(fā)熱量是商品天然氣經(jīng)濟(jì)價值的重要體現(xiàn)，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《天然氣》（GB 17820-2012）要求一類氣體高位發(fā)熱值不低于36.0 MJ/m3，二類氣體高位發(fā)熱值不低于31.4 MJ/m3。經(jīng)對國內(nèi)主要氣田自產(chǎn)氣和各進(jìn)口氣源高位發(fā)熱值統(tǒng)計分析，多數(shù)氣源熱值范圍在36MJ/m3～38MJ/ m3，進(jìn)口LNG熱值相對較高，熱值高達(dá)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(yè)等天然氣下游用戶對天然氣熱值穩(wěn)定性要求較高，如果天然氣熱值突升突降，將會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，目前實施的體積計量方式不能體現(xiàn)不同氣源單位體積熱值的差異，能量計量是天然氣精準(zhǔn)計量的必然要求，并且天然氣熱值應(yīng)盡量保持一定范圍內(nèi)相對穩(wěn)定。

水露點

水露點是管道天然氣一項重要的指標(biāo)，規(guī)定水露點的主要目的是防止液相水的產(chǎn)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(fā)生的概率，并使硫化氫、二氧化碳對輸氣管道和其它設(shè)備產(chǎn)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(yīng)的，所以只要規(guī)定了水露點，也就是規(guī)定了一定條件下的絕對水含量。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“在最高操作壓力條件下，天然氣的水露點應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃”。不同地區(qū)地溫差異較大，根據(jù)《1971-2000中國地面氣候資料》地面以下1.6米地溫統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國新疆阿爾泰地區(qū)冬季地溫2.9℃，要求含水量≤102mg/m3；華北地區(qū)張家口地區(qū)冬季地溫1.6℃，要求含水量≤96 mg/m3；東北大興安嶺地區(qū)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(shè)計過程中的又一重要指標(biāo)。天然氣管道中出現(xiàn)冷凝物會引起測量、自控和過濾裝置發(fā)生故障，影響管道安全運行。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“在天然氣交接點的壓力和溫度下條件下，天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)烴”。一些凝析氣藏具有反凝析現(xiàn)象，規(guī)定烴露點時應(yīng)同時規(guī)定壓力條件。參照國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般將烴露點指標(biāo)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(zhì)量指標(biāo)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(yīng)用的瓶頸。在管道止裂控制研究過程發(fā)現(xiàn)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(yán)格。結(jié)合中亞天然氣管道、中緬天然氣管道相關(guān)協(xié)議氣質(zhì)要求，在進(jìn)口天然氣管道技術(shù)談判時一般將甲烷含量控制在≥92%的指標(biāo)范圍內(nèi)。如資源地天然氣實際的甲烷含量達(dá)不到要求，可在對擬用管材止裂性能研究分析的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬此指標(biāo)要求。

總硫

總硫含量主要是規(guī)定商品天然氣中有機硫化合物的含量，避免對管道產(chǎn)生腐蝕。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一類氣總硫含量不超過60 mg/m3；美國標(biāo)準(zhǔn)要求總硫含量不超過30mg/m3；俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)對總硫含量沒有明確規(guī)定。

硫化氫

為有效控制H2S對環(huán)境和人身健康的危害以及對管道和設(shè)備的腐蝕，嚴(yán)格控制商品天然氣中H2S含量是國際發(fā)展趨勢。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一類氣硫化氫含量不超過6mg/m3，歐美國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對管輸天然氣硫化氫也多數(shù)控制在7mg/m3以下。

硫醇

規(guī)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(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對硫醇含量尚未進(jìn)行規(guī)定；歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定較為嚴(yán)格，要求硫醇含量≤6mg/m3；美國標(biāo)準(zhǔn)要求硫醇含量≤7 mg/m3；俄羅斯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對硫醇含量規(guī)定相對寬松，要求硫醇含量≤16 mg/m3。

氧氣

規(guī)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)對氧含量的要求不盡相同，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氧含量≤0.5%；俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氧含量不超過0.5%；歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求氧含量不超過0.01%；美國標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)、管道腐蝕以及管道的輸氣效率都有影響，因此從國際發(fā)展趨勢來看，對其控制是日趨嚴(yán)格。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對二氧化碳含量要求≤2.0%；歐洲標(biāo)準(zhǔn)對二氧化碳含量要求≤2.5%；美國標(biāo)準(zhǔn)對二氧化碳含量要求≤3.0%；俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)對二氧化碳未作明確要求。

汞含量

汞具有高揮發(fā)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(huán)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(zhì)熱交換器迅速腐蝕，對儀器設(shè)備的腐蝕性嚴(yán)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(yīng)低于一定濃度。雖然國內(nèi)外天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范中沒有特別針對汞含量做出限制，但美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對有害物質(zhì)做出了規(guī)定，要求天然氣中不能含有毒和致癌物，相當(dāng)于間接規(guī)定了不能含有汞。荷蘭天然氣生產(chǎn)單位與天然氣用戶之間以天然氣供應(yīng)合同協(xié)議的形式對天然氣中汞含量做出規(guī)定，規(guī)定商品天然氣中汞含量低于20μg/m3。

雜質(zhì)與粉塵

天然氣中可能存在固體顆粒物質(zhì)，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(shè)備上，影響管道上各種設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，尤其當(dāng)用氣量波動較大時會導(dǎo)致設(shè)備磨損越來越嚴(yán)重，甚至?xí)苯佑绊懻麄€輸氣管線的安全運行。另外，車用CNG如含雜質(zhì)與粉塵，將會影響汽車駕駛性能，并對發(fā)動機造成一定損傷。我國相關(guān)規(guī)范對天然氣中機械雜質(zhì)的沒有定量規(guī)定，但明確規(guī)定“天然氣中固體顆粒含量應(yīng)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(yīng)≤5μm的明確規(guī)定。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定固體顆粒物含量應(yīng)≤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(chǎn)生不利影響；但在高溫環(huán)境下，會對長輸管道的壓氣站和下游發(fā)電廠使用的燃?xì)廨啓C產(chǎn)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(dǎo)向葉片等熱通道部件中產(chǎn)生腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命，甚至引發(fā)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(yīng)生成硫酸鹽，一方面對熱通道部件產(chǎn)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(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物含量也只進(jìn)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(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的研究非常少。建議相關(guān)部門今后在天然氣質(zhì)量控制以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定時適當(dāng)考慮。