【兰格特学习社】第2辑：天然气的组分及分析意义

天然气组分分析是天然气工业中必不可少的环节，利用分析数据可以计算获得天然气的发热量、密度等物性参数。天然气组分分析结果准确与否，直接关系到天然气计量的准确与否，涉及到天然气生产、输送以及用户等各方面的经济利益。

（GB/T 17820-2018 对商品天然气的要求）

(GB/T 37124-2018 对长输管道天然气的要求）

国内外广泛采用气相色谱法对天然气的全组分进行分析，随着天然气工业的发展，计量分析越来越精细化广泛化，在线分析将逐步取代离线分析，热值计量将逐步取代体积计量。

为及时分析监测气质成分及含量，减少杂质对天然气集输、储运、脱硫、计量、使用中带来的负面影响，在线分析仪器被越来越多应用在天然气长输管线中。仪器安装在工业现场，需要为其提供不同程度的安全防护，以确保使用性能并利于维护。行业内最常用的防护设施主要为分析柜（analyser cabinet)和分析小屋（analyser house)。其中分析小屋防护等级最高、功能最齐全，经常用于重要且需经常维护的分析仪器。分析小屋能提供可控制的操作和维护环境，帮助仪器免受外界复杂工况的影响。在环境条件恶劣场合，这种保护形式尤为必要。

（GB/T 28766-2018 中的分析小屋典型布置图）

天然气是一种特殊商品，同时，天然气本身又是一种组成复杂的气体混合物，无法根据其用途来规定有用组分的含量，只能对其中的有害物质和杂质组分严加控制。对照国际标准 ISO 13686 的规定，我们在利用天然气时， 必须考虑三条原则：环境保护、安全卫生和经济效益，而且只有在符合前面两条原则的前提下，才能考虑经济效益。

1、环境效益

商品天然气中的硫化氢和总硫含量是与其环境效益密切相关的重要质量指标，因为保护环境实现可持续发展是我国的基本国策。未完全脱硫的天然气燃烧就会产生二氧化硫SO2，是形成酸雨的成因之一。天然气中经常含有的二氧化碳也是温室气体，其他还可能含有的如汞、放射性气体等杂质若超标，也会对环境造成不利影响。

2、输送安全

天然气中硫化氢、二氧化碳等杂质组分均为金属材料的腐蚀性介质，当输配管道在低于天然气水露点的条件下运行时会出现严重腐蚀。当天然气中硫化氢含量超过20mg/m3时，若其中还含饱和水，管道内壁将发生电化学腐蚀和硫化物腐蚀开裂（SSCC）。电化学腐蚀会导致管壁减薄和点蚀等局部腐蚀破坏，而SSCC的破坏则更大，会造成管道无征兆突然破裂，极度易酿成重大恶性事故。

根据世界各大统计管道事故的组织机构（PMHSA、EGIG、AER、UKOPA等）统计数据，腐蚀一直是造成油气管道发生事故的主要因素。

另外天然气中的有毒气体也会危害生命安全：2003年12月23日，重庆市开县（今开州区）发生特大井喷事故，富含硫化氢的天然气猛烈喷射30多米高，并导致243人因硫化氢中毒死亡、2142人因硫化氢中毒住院治疗、65000人被紧急疏散安置，是石油系统建国以来重大事故。

3、经济效益

商品天然气组分分析对输配系统技术经济的影响主要反映在以下方面：

（1）能量计量----天然气计量包括体积计量、质量计量和热值(能量)计量三种方式。烃类组分的含量决定天然气作为商品的技术经济指标----发热量。目前我国普遍采用体积计量，发热量与经济利益之问的关系尚未凸显出来。但随着天然气能量计量的逐步推广（国家发改委、能源局、住房城乡建设部和市场监管总局2019年5月联合印发《油气管网设施公平开放监管办法》。指出油气管网设施开放后，混输的天然气热值品质不同，采用能量计量方式有利于准确计量、体现公平，减少结算纠纷，有利于天然气行业健康发展和我国天然气市场国际化进程。并且要求暂不具备热值计量条件的，应于办法施行之日起【24】个月内实现热值计量。）发热量测定及其准确性与体积计量的准确性一样，直接与经济利益挂钩。天然气作为民用和车用燃料时，从气质管理的角度还存在发热量的调节和洪泊指数的控制问题。

（2）气质管理----准确测定天然气的各种气质指标也是准确计算天然气物性参数的关键，而后者又是流量计量的基础。目前天然气计量上常用的若干重要物性参数，如密度、压缩因子、等熵指数等皆立足于气体状态方程，通过天然气组分测定数据进行计算，故气质管理与计量管理也是密切相关的。

（3）净化工艺----净化处理是我国天然气生产的一个重要环节，而气质要求则与净化工艺密切相关。实施能量计量后，由于计价方式的改变，商品气中过高的二氧化碳含量将会降低管道的输送能力，并增加输气的动力消耗，这是应引起充分重视的技术经济问题。

（4）输差管理----输差主要指天然气在输送过程中量值出现的偏差。以天然气场站为下游客户供气为例，输差由场站实际供气量与客户接收量的差值以及两者之间管存的变化量构成。天然气流量计量涉及到多个参数，其影响因素比较多。其中计量器具的选型与安装、计量仪表的精度、气体组分和管存计算等因素对计量输差的影响较大。