中國、ISO和俄羅斯天然氣水露點測定標準方法比對

李曉紅 周理 何斌 曾文平 羅勤 陳正華 沈琳

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.中國石油天然氣質量控制和能量計量重點實驗室

在有液態(tài)水存在的情況下，H2S和CO2對管道及相關設備的腐蝕會加劇，故在管道運行中必須特別關注對水露點和水含量的控制。GB 17820-2018《天然氣》規(guī)定“在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點應比最低環(huán)境溫度低5 ℃”[1]。俄羅斯國家標準未規(guī)定水露點，但全俄行業(yè)標準ОСТ 51.04-1993《工業(yè)和民用天然氣》按不同地區(qū)和季節(jié)規(guī)定了4種不同的指標[2]，分別為-3 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-20 ℃，指標間的差別達到17 ℃，合理地解決了氣質要求與生產成本之間的矛盾。EASEE-gas規(guī)定7 MPa條件下，水露點≤-8℃。德國DVGW G 260:2008《德國法規(guī)慣例守則》規(guī)定水露點的最大值為管道壓力下的地溫。西奧地利天然氣管道規(guī)定6.4 MPa條件下的水露點溫度最大值為-8 ℃。

隨著中亞、中緬、中俄天然氣以及液化天然氣的進入，至2020年，我國天然氣的進口量將突破1200×108m3[2]。2014年5月21日，中俄兩國政府在上海簽署了《中俄東線天然氣合作項目備忘錄》，中國石油天然氣集團公司和俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司簽署了《中俄東線供氣購銷合同》。根據中俄東線雙方商定，從2018年起，俄羅斯開始向中國供氣，計量交接站為俄羅斯東線末站，供氣量逐年增長，最終達到每年380×108m3，累計30年。2015年2月10日～2月12日，中俄雙方在北京舉行了中俄西線供氣協(xié)議第一輪技術談判，計量交接站為俄羅斯西線末站，供氣量為每年300×108m3。

中俄東線購銷協(xié)議和技術協(xié)議已于2014年簽訂。目前，中俄雙方將遵循采用ISO國際標準、俄羅斯標準和/或我國國家標準的順序進行天然氣質量檢測和流量測量。但是，通常同一參數(shù)對應多個檢測標準方法，需要對多個檢測標準方法之間存在的差異進行比對，進而明確選擇哪個標準方法對雙方更為公平合理。在進口天然氣貿易過程中，對水露點/水含量的指標也極為重視。為此，對中國、ISO和俄羅斯天然氣水露點測定標準方法進行了比對，為中俄進口天然氣貿易談判提供技術支持。

1 標準文本比對

中國、ISO、俄羅斯天然氣中水露點檢測標準匯總見表1。

表1 中國、ISO、俄羅斯水露點檢測標準匯總表Table 1 Summary of water dew point detection standards of China, ISO and Russia序號標準編號標準名稱采標情況1ISO 18453:2004[3]Natural gas-Correlation be-tween water content and water dew point2ISO 6327:1981[4]Gas analysis-Determination of the water dew point-Cooled surface condensa-tion hygrometers3GB/T 17283-2014[5]天然氣水露點的測定 冷卻鏡面凝析濕度計法修改采用ISO 6327,擴大了測量范圍4GB/T 22634-2008[6]天然氣水含量與水露點之間的換算修改采用 ISO 18453:20045GOST 20060-1983[7]天然氣———水蒸氣含量和水露點測定方法

中國的國家標準GB/T 17283-2014在技術內容上與ISO 6327-1981相同，只是在“應用領域”中增加了“在特殊環(huán)境下，水露點范圍也可能更寬”的內容。GB/T 22634-2008根據ISO 18453:2004起草，主要技術內容相同。因此，三方標準比對主要就中國標準GB/T 17283-2014和俄羅斯標準GOST 20060-1983進行比對。

GOST 20060-1983包括3種測試方法，即：冷凝法、電解法和吸收法。其中，冷凝法與GB/T 17283-2014的類似，因此把GOST 20060-1983中冷凝法的部分與GB/T 17283-2014比對。

1.1 原理

GOST 20060-1983與GB/T 17283-2014這兩個標準的原理是相同的，都是測定與分析氣體接觸的金屬鏡表面水露點形成和水蒸發(fā)之間的平衡溫度來確定天然氣的水露點。

1.2 應用范圍

GB/T 17283-2014應用的管輸天然氣的水露點范圍為-25～-5 ℃，在特殊環(huán)境下，水露點范圍也可能更寬，沒有明確地規(guī)定壓力范圍，因此也可用于壓力較高、水露點可能更低的壓縮天然氣水露點的測定。GOST 20060-1983規(guī)定了水露點溫度的測量范圍為-40～20 ℃，壓力為10 MPa。

1.3 取樣

GB/T 17283-2014沒有對取樣明確規(guī)定，只要求“除鏡面外，管道和裝置的其他部分的溫度必須高于凝析溫度”。GOST 20060-1983對天然氣水露點測定的取樣作了明確的規(guī)定：在取樣管線中不能冷凝蒸氣和從取樣管線壁解吸蒸氣。為此，取樣管線的溫度應比假定的天然氣水露點的溫度高3 ℃以上。在分析前，取樣管線和儀器管線均用干天然氣吹掃。必要時，取樣管線應進行保溫和加熱。由此可見，在取樣方法上GOST 20060-1983的規(guī)定更為詳細,GB/T 17283-2014和GOST 20060-1983則僅規(guī)定了取樣管線溫度必須高于天然氣的水露點溫度。

1.4 制冷方式

天然氣水露點測定過程的制冷方式通常有4種(見表2)：溶劑蒸發(fā)法、絕熱膨脹法、制冷劑間接制冷法和熱電(珀爾帖)效應法，GB/T 17283-2014中均有體現(xiàn)，GOST 20060-1983中僅有前兩種制冷方式。不論采用哪種制冷方式，只要能將鏡面溫度降到所需溫度即可，制冷方式原理上不會對檢測結果帶來影響。

表2 制冷方式的對比Table 2 Comparison of refrigeration methods制冷方式GB/T 17283-2014GOST 20060-1983溶劑蒸發(fā)法制冷有有絕熱膨脹法制冷有有制冷劑間接制冷有無熱電(珀爾帖)效應制冷有無

1.5 溫度測量

GB/T 17283-2014在進行鏡面溫度測量時，手動測定儀一般采用精密水銀溫度計，自動測定儀則采用熱電探頭，但沒有對溫度計的不確定度作出明確的規(guī)定。GOST 20060-1983規(guī)定采用測量范圍為20～-60 ℃、標度值為0.5 ℃的溫度計。

1.6 壓力測量

GB/T 17283-2014沒有對樣品氣壓力的測量作出規(guī)定，GOST 20060-1983規(guī)定了用膜片氣壓計或СРА型杯式水銀氣壓計測定樣品氣的壓力，并規(guī)定了壓力表的精度等級。

1.7 烴類凝析的影響

當烴露點高于水露點時，烴先于水凝析，烴露點將影響水露點的觀察。GB/T 17283-2014描述了烴露點對水露點的影響，并使用液烴起泡器來輔助觀察。GOST 20060-1983沒有這方面的內容。

1.8 試驗結果的處理

GB/T 17283-2014未明確規(guī)定試驗結果，以幾次測量平均值作為結果，在實際檢測工作中，通常重復測量兩次。GOST 20060-1983規(guī)定了試驗結果的處理,以3次測量為基礎計算冷凝和汽化的平均值,如果3次平均值的偏差不超過3 ℃，則按式(1)計算水露點。相反，則不能使用該方法測定水露點。

td=(t1+t2)/2

(1)

式中：td為樣品氣的水露點，℃；t1為初露溫度，℃；t2為消露溫度，℃。

1.9 誤差來源——操作時的一般注意事項

GB/T 17283-2014分析了試驗過程中的誤差來源以及避免方法,GOST 20060-1983沒有這方面的內容。

1.10 準確度

GB/T 17283-2014規(guī)定了測試的準確度：在-25～5 ℃的測量范圍，當使用自動測定儀時，水露點測量的準確度一般為±1 ℃。使用手動裝置時，測量的準確度取決于烴的含量，在多數(shù)情況下，可以獲得±2 ℃的準確度。GOST 20060-1983沒有準確度的描述。

2 試驗比對

中國和ISO的檢測水露點標準方法一致，中俄兩國標準最主要的區(qū)別是采用的吹掃方式不一致，俄羅斯標準采用干燥后天然氣吹掃，中國標準采用管輸天然氣吹掃。另外，中俄貿易中采用的是俄羅斯VYMPEL公司的在線露點分析儀[8-9]。因此，對中國采用的露點分析儀和俄羅斯VYMPEL公司的露點分析儀開展比對，并對不同吹掃方式也開展了比對。

中國、ISO和俄羅斯三方的水露點檢測標準對再現(xiàn)性均沒有規(guī)定。在中俄天然氣貿易交接過程中，中國采用便攜式露點分析儀對在線露點分析儀的檢測結果進行核對。便攜式露點分析儀的不確定度為±2 ℃，在線露點分析儀的不確定度為±1 ℃，建議初步可以將兩個不確定度合成值作為不同儀器檢測結果一致性的判定依據,如式(2)：

表3 采用水露點發(fā)生器進行比對的結果Table 3 Results of the comparison with water dew point generator被測樣品標準值/℃檢測用露點分析儀檢測方式水露點檢測值/℃第1次第2次第3次平均值檢測值與標準值之差/℃標準水露點發(fā)生器生成的氣體①-30.0Chandler手動未檢出未檢出未檢出未檢出BL手動-30.1-30.1-30.0-30.1-0.1BL自動-30.5-30.6-30.5-30.5-0.5-20.0Chandler手動-19.9-20.0-19.9-19.90.1BL手動-19.6-19.1-19.9-19.50.5BL自動-20.3-20.3-20.4-20.3-0.3-10.0Chandler手動-8.9-8.9-8.8-8.91.1BL手動-9.1-9.0-9.0-9.01.0BL自動-9.3-9.4-9.3-9.30.7注: ①標準水露點發(fā)生器:英國MICHELL公司,型號DG-4。

(2)

2.1 實驗室比對

以MICHELL標準水露點發(fā)生器生成的氣體為氣源，設定發(fā)生器的露點標準值溫度分別為-30.0 ℃、-20.0 ℃和-10.0 ℃，同時采用Chandler(中國常用露點分析儀：美國AMETEK公司，型號Chandler-13-1210，手動目測)和BL(俄羅斯常用露點分析儀：俄羅斯威派公司，型號Hygrovision BL，手動目測和自動檢測兩種方式)露點分析儀檢測水露點，比對結果見表3。在-30.0 ℃條件下，Chandler儀器靈敏度不夠，未能檢測出水露點。其他條件下，Chandler手動目測、BL手動目測和自動檢測的結果之間以及與標準值之間吻合均很好，絕對差值最大為1.1 ℃。說明在沒有其他干擾的情況下，Chandler和BL露點分析儀檢測水露點的結果均是準確可靠的。

2.2 現(xiàn)場試驗比對

2.2.1露點分析儀比對

選擇3個天然氣輸氣站點，完成了水露點現(xiàn)場比對試驗，比對結果見表4。從Chandler手動目測、BL手動目測和自動檢測的比對結果看，在沒有干擾的情況下，檢測結果吻合較好，最大差值不超過2.5 ℃。但在存在干擾(可能是水、醇和烴的干擾)的情況下，Chandler和BL露點儀的測量結果相差較大，最大差值達到6.1 ℃。另外，在試驗過程中水露點和烴露點也存在相互干擾的影響問題。

表4 中國和俄羅斯常用露點分析儀測定水露點比對結果Table 4 Comparison of water dew point results between China and Russia站點代號檢測壓力/MPa檢測用露點分析儀檢測方式水露點檢測值/℃第1次第2次第3次平均值最大差值/℃QBJ站2.7Chandler手動-17.9-17.0-16.8-17.2BL手動-16.7-16.6-16.4-16.6BL自動-17.7-17.5-17.4-17.50.9LN站6.1Chandler手動2.02.22.12.1BL手動8.67.88.18.2BL自動4.84.64.74.76.1HEGS站7.4Chandler手動-17.4-16.9-16.7-17.0BL手動-16.6-16.8-16.6-16.7BL自動-19.0-19.1-19.1-19.12.4

2.2.2吹掃方式比對

由于俄羅斯常用露點分析儀 BL具有自動和手動兩種檢測方式，因此選用該儀器開展不同吹掃方式比對, 比對結果見表5。比對結果表明，兩種不同吹掃方式水露點檢測結果絕對差值不超過0.4 ℃，檢測結果一致性很好。說明采用管輸天然氣或干燥后的管輸天然氣吹掃，對水露點檢測結果沒有明顯影響。

3 結論與建議

(1) 中國(GB/T 17283-2014)和ISO(ISO 6327：1981)檢測水露點標準方法一致，中國、ISO與俄羅斯(GOST 20060-1983)標準最主要的區(qū)別是吹掃方式不同，GB/T 17283-2014是采用管輸天然氣吹掃，GOST 20060-1983是采用干燥后的天然氣吹掃。

表5 不同吹掃方式檢測水露點含量比對結果Table 5 Comparison of water dew point content with different blowing modes站點代號氣源代號檢測壓力/MPa吹掃方式檢測方式水露點檢測值/℃第1次第2次第3次平均值自動與手動平均值管道氣吹掃與干氣吹掃檢測結果差值YL站SXSLG4.2干燥天然氣吹掃自動0.50.40.20.4手動0.40.40.50.40.4管道天然氣吹掃自動0.1-0.4-0.3-0.2手動1.11.11.11.10.50.1YXYL4.3干燥天然氣吹掃自動0.60.80.90.8手動1.31.71.81.51.2管道天然氣吹掃自動0.60.80.80.7手動2.32.32.22.31.50.3CB4.2干燥天然氣吹掃自動-4.9-5.1-4.9-5.0手動-4.7-5.1-5.1-5.0-5.0管道天然氣吹掃自動-5.2-5.1-5.2-5.2手動-5.6-5.4-5.3-5.4-5.3-0.3HEGSXEXYL7.5干燥天然氣吹掃自動-18.2-18.4-18.0-18.2手動-16.7-16.6-16.5-16.6-17.4管道天然氣吹掃自動-18.3-18.9-19.0-18.7手動-16.9-16.8-16.9-16.9-17.8-0.4

(2) 以標準水露點發(fā)生器生成的氣體為氣源，中國常用露點分析儀(Chandler)和俄羅斯常用露點分析儀 BL)檢測結果之間以及與標準值之間吻合均很好，絕對差值最大為1.1 ℃。說明在沒有其他干擾的情況下，中國常用和俄羅斯常用露點檢測水露點的結果均是準確可靠的。

(3) 從中國常用露點分析儀Chandler手動目測、俄羅斯常用露點分析儀BL手動目測和自動檢測的比對試驗結果看，在沒有干擾的情況下，檢測結果吻合較好，最大差值不超過2.5 ℃。但在存在干擾(可能是水、醇和烴的干擾)的情況下，Chandler和BL露點分析儀的測量結果相差較大，最大差值達到6.1 ℃。另外，在試驗過程中水露點和烴露點也存在相互干擾的影響問題。

(4) 建議相關單位繼續(xù)加強水露點測定方面的研究，尤其在醇、烴等存在條件下，可能干擾水露點正確測定方面，開展充分的試驗和論證。