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科普 | 天然气质量指标有哪些?

来源:LNG行业信息    时间:2019-08-21 11:48

   同是原油炼化产品,因密度、燃点、挥发性等指标不同,成品油包含汽油、煤油和柴油等多种类型。同是汽油产品,因辛烷值不同,汽油标号也不同。天然气产品虽未分类分级,但也包含诸多质量指标。本文介绍天然气的发热值、水露点、烃露点等主要质量指标,供读者参考。
  发热值
  发热量是商品天然气经济价值的重要体现,我国相关标准《天然气》(GB17820-2012)要求一类气体高位发热值不低于36.0 MJ/m3,二类气体高位发热值不低于31.4 MJ/m3。经对国内主要气田自产气和各进口气源高位发热值统计分析,多数气源热值范围在36MJ/m3~38MJ/m3,进口LNG热值相对较高,热值高达44.92MJ/m3,吉林油田天然气热值相对较低,热值仅为33.23MJ/m3,最高值比最低值高11.69MJ/m3,相差约35%。另外,玻璃、陶瓷行业等天然气下游用户对天然气热值稳定性要求较高,如果天然气热值突升突降,将会影响产品质量。因此,目前实施的体积计量方式不能体现不同气源单位体积热值的差异,能量计量是天然气精准计量的必然要求,并且天然气热值应尽量保持一定范围内相对稳定。
  水露点
  水露点是管道天然气一项重要的指标,规定水露点的主要目的是防止液相水的产生。若管道中有游离水的存在,就会降低输气管道的输送能力,增加冰堵事故发生的概率,并使硫化氢、二氧化碳对输气管道和其它设备产生腐蚀作用。由于在一定输气压力下的水露点,与一定条件下的绝对水含量是相互对应的,所以只要规定了水露点,也就是规定了一定条件下的绝对水含量。我国相关标准规定"在最高操作压力条件下,天然气的水露点应比最低环境温度低5℃"。不同地区地温差异较大,根据《1971-2000中国地面气候资料》地面以下1.6米地温统计数据,我国新疆阿尔泰地区冬季地温2.9℃,要求含水量≤102mg/m3;华北地区张家口地区冬季地温1.6℃,要求含水量≤96 mg/m3;东北大兴安岭地区冬季地温-6.2℃,要求含水量≤56 mg/m3。
  烃露点
  烃露点是长输天然气管道设计过程中的又一重要指标。天然气管道中出现冷凝物会引起测量、自控和过滤装置发生故障,影响管道安全运行。我国相关标准规定"在天然气交接点的压力和温度下条件下,天然气中应不存在液态烃"。一些凝析气藏具有反凝析现象,规定烃露点时应同时规定压力条件。参照国内外相关标准,一般将烃露点指标分为冬夏两季分别控制,夏季烃露点在交接压力下,不高于-5℃;冬季烃露点在交接压力下,不高于-10℃。
  甲烷等烃类组分
  天然气质量指标中,对甲烷、乙烷、丙烷和丁烷含量等一般可不考虑,但随着天然气管道钢级、输送压力的不断提高,管道的延性断裂成为了断裂的主要方式,并已成为制约高钢级焊管广泛应用的瓶颈。在管道止裂控制研究过程发现甲烷含量对管材止裂性能要求有一定影响,甲烷含量越低,对管道止裂性能要求越严格。结合中亚天然气管道、中缅天然气管道相关协议气质要求,在进口天然气管道技术谈判时一般将甲烷含量控制在≥92%的指标范围内。如资源地天然气实际的甲烷含量达不到要求,可在对拟用管材止裂性能研究分析的基础上适当放宽此指标要求。
  总硫
  总硫含量主要是规定商品天然气中有机硫化合物的含量,避免对管道产生腐蚀。我国相关标准规定一类气总硫含量不超过60 mg/m3;美国标准要求总硫含量不超过30mg/m3;俄罗斯标准对总硫含量没有明确规定。
  硫化氢
  为有效控制H2S对环境和人身健康的危害以及对管道和设备的腐蚀,严格控制商品天然气中H2S含量是国际发展趋势。我国相关标准规定一类气硫化氢含量不超过6mg/m3,欧美国家相关标准对管输天然气硫化氢也多数控制在7mg/m3以下。
  硫醇
  规定天然气硫醇含量,是因为硫醇对金属管道有一定腐蚀作用。目前国内相关标准对硫醇含量尚未进行规定;欧洲标准规定较为严格,要求硫醇含量≤6mg/m3;美国标准要求硫醇含量≤7mg/m3;俄罗斯相关标准对硫醇含量规定相对宽松,要求硫醇含量≤16 mg/m3。
  氧气
  规定商品天然气中的氧含量,主要是从安全或防腐的角度考虑,避免恶意掺混空气。不同国家相关标准对氧含量的要求不尽相同,我国相关标准规定氧含量≤0.5%;俄罗斯标准规定氧含量不超过0.5%;欧洲标准要求氧含量不超过0.01%;美国标准要求氧含量不超过0.2%。
  二氧化碳
  天然气中的CO2对大气温室效应、管道腐蚀以及管道的输气效率都有影响,因此从国际发展趋势来看,对其控制是日趋严格。我国相关标准对二氧化碳含量要求≤2.0%;欧洲标准对二氧化碳含量要求≤2.5%;美国标准对二氧化碳含量要求≤3.0%;俄罗斯标准对二氧化碳未作明确要求。
  汞含量
  汞具有高挥发悱、高毒性、强腐蚀性,会引起天然气化工中催化剂中毒,含汞的天然气作为燃料和化工原料会对环境造成影响,对人体健康带来危害。另外,汞还会使冷冻剂的铝质热交换器迅速腐蚀,对仪器设备的腐蚀性严重。为避免商品天然气在管输条件下析出汞,管输天然气中汞含量应低于一定浓度。虽然国内外天然气气质标准和技术规范中没有特别针对汞含量做出限制,但美国相关标准对有害物质做出了规定,要求天然气中不能含有毒和致癌物,相当于间接规定了不能含有汞。荷兰天然气生产单位与天然气用户之间以天然气供应合同协议的形式对天然气中汞含量做出规定,规定商品天然气中汞含量低于20μg/m3。
  杂质与粉尘
  天然气中可能存在固体颗粒物质,也称之为粉尘。在天然气的输送过程中,这些颗粒物会沉积在阀门、流量计等设备上,影响管道上各种设备的正常运转,尤其当用气量波动较大时会导致设备磨损越来越严重,甚至会直接影响整个输气管线的安全运行。另外,车用CNG如含杂质与粉尘,将会影响汽车驾驶性能,并对发动机造成一定损伤。我国相关规范对天然气中机械杂质的没有定量规定,但明确规定"天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用",并对固体颗粒的粒径作出了应≤5μm的明确规定。俄罗斯标准规定固体颗粒物含量应≤1 mg/m3。
  微量金属元素含量
  一般情况下,天然气中微量金属一般不会对管道的输送、储存和使用产生不利影响;但在高温环境下,会对长输管道的压气站和下游发电厂使用的燃气轮机产生不利影响。气体燃料中钠、钾、钒和铅等微量金属会在燃烧室和涡轮导向叶片等热通道部件中产生腐蚀,缩短设备使用寿命,甚至引发安全事故。如果燃料气中同时还含有硫,在高温下,钠和钾的化合物都会与硫反应生成硫酸盐,一方面对热通道部件产生腐蚀作用,另一方面还会改变涡轮叶片叶型,降低燃机效率。目前,各国对天然气中金属元素的危害不够重视,天然气产品标准对颗粒物含量也只进行定性要求,并且直接针对天然气中金属元素含量测定技术及标准的研究非常少。建议相关部门今后在天然气质量控制以及相关标准制定时适当考虑。

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