石油与天然气化工  2019, Vol. 48 Issue (1): 99-103
中国、ISO和俄罗斯天然气水露点测定标准方法比对
李晓红1,2 , 周理1,2 , 何斌1,2 , 曾文平1,2 , 罗勤1,2 , 陈正华1,2 , 沈琳1,2     
1. 中国石油西南油气田公司天然气研究院;
2. 中国石油天然气质量控制和能量计量重点实验室
摘要:水露点是天然气质量控制和管道安全运行的重要指标,也是进口俄罗斯天然气技术协议谈判中重点关注的指标。对中国、ISO和俄罗斯三方的天然气水露点测定标准方法开展了详细的比对,首先是标准文本的比对,其次是采用标准水露点发生器生成的气源,在实验室开展比对,最后是依据中国和俄罗斯两国标准,分别采用两国常用的水露点分析仪,在两国标准规定的不同吹扫条件下,在输气站现场开展了比对。通过比对,明确了三方标准最大的区别是吹扫方式;在无干扰情况下,中国和俄罗斯常用水露点分析仪检测结果准确可靠且相互吻合良好;在存在干扰情况下(可能是醇类或烃类),中国和俄罗斯常用水露点分析仪检测结果差异较大,最大差值达到6.1 ℃。比对结果为进口俄罗斯天然气技术谈判提供了支撑。
关键词天然气    水露点    标准    国际标准化组织    俄罗斯    
Comparative study of standard methods of China, ISO and Russia for determining water dew point of natural gas
Li Xiaohong1,2 , Zhou Li1,2 , He Bin1,2 , Zeng Wenping1,2 , Luo Qin1,2 , Chen Zhenghua1,2 , Shen Lin1,2     
1. Research Institute of Natural Gas Technology of PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, Sichuan, China;
2. Key Laboratory of Natural Gas Quality and Energy Measurement, CNPC, Chengdu, Sichuan, China
Abstract: Water dew point is an important indicator of natural gas quality control and pipelines safe operation, and also a key concern indicator in negotiation of technical agreement for importing Russian natural gas. The paper makes a detailed comparative study on the standard methods of China, ISO and Russia for determining water dew point of natural gas. Firstly, it is the comparison of standard content. Secondly, comparative test was carried out in different laboratories by using the gas source generated by the standard water dew point generator. Finally, according to the standards of China and Russia, the dew point instruments commonly used in the two countries are respectively used to carry out comparative tests at gas transmission stations under different blowing conditions. Through comparative study, it is clear that the biggest difference between the three standards is the blowing mode; in the condition of no interference, the test results of the common water dew point instrument in China and Russia are accurate, reliable and in good agreement with each other; in the presence of interference (possibly alcohols or hydrocarbons), the test results are quite different, the maximum difference is 6.1 ℃. This study provides a support for the technology negotiations of importing Russian natural gas.
Key words: natural gas    water dew point    standard    international standardization organization    Russia    

在有液态水存在的情况下,H2S和CO2对管道及相关设备的腐蚀会加剧,故在管道运行中必须特别关注对水露点和水含量的控制。GB 17820-2018《天然气》规定“在天然气交接点的压力和温度条件下,天然气的水露点应比最低环境温度低5 ℃”[1]。俄罗斯国家标准未规定水露点,但全俄行业标准ОСТ 51.04-1993《工业和民用天然气》按不同地区和季节规定了4种不同的指标[2],分别为-3 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-20 ℃,指标间的差别达到17 ℃,合理地解决了气质要求与生产成本之间的矛盾。EASEE-gas规定7 MPa条件下,水露点≤-8℃。德国DVGW G 260:2008《德国法规惯例守则》规定水露点的最大值为管道压力下的地温。西奥地利天然气管道规定6.4 MPa条件下的水露点温度最大值为-8 ℃。

随着中亚、中缅、中俄天然气以及液化天然气的进入,至2020年,我国天然气的进口量将突破1200×108 m3[2]。2014年5月21日,中俄两国政府在上海签署了《中俄东线天然气合作项目备忘录》,中国石油天然气集团公司和俄罗斯天然气工业股份公司签署了《中俄东线供气购销合同》。根据中俄东线双方商定,从2018年起,俄罗斯开始向中国供气,计量交接站为俄罗斯东线末站,供气量逐年增长,最终达到每年380×108 m3,累计30年。2015年2月10日~2月12日,中俄双方在北京举行了中俄西线供气协议第一轮技术谈判,计量交接站为俄罗斯西线末站,供气量为每年300×108 m3

中俄东线购销协议和技术协议已于2014年签订。目前,中俄双方将遵循采用ISO国际标准、俄罗斯标准和/或我国国家标准的顺序进行天然气质量检测和流量测量。但是,通常同一参数对应多个检测标准方法,需要对多个检测标准方法之间存在的差异进行比对,进而明确选择哪个标准方法对双方更为公平合理。在进口天然气贸易过程中,对水露点/水含量的指标也极为重视。为此,对中国、ISO和俄罗斯天然气水露点测定标准方法进行了比对,为中俄进口天然气贸易谈判提供技术支持。

1 标准文本比对

中国、ISO、俄罗斯天然气中水露点检测标准汇总见表 1

表 1    中国、ISO、俄罗斯水露点检测标准汇总表 Table 1    Summary of water dew point detection standards of China, ISO and Russia

中国的国家标准GB/T 17283-2014在技术内容上与ISO 6327-1981相同,只是在“应用领域”中增加了“在特殊环境下,水露点范围也可能更宽”的内容。GB/T 22634-2008根据ISO 18453:2004起草,主要技术内容相同。因此,三方标准比对主要就中国标准GB/T 17283-2014和俄罗斯标准GOST 20060-1983进行比对。

GOST 20060-1983包括3种测试方法,即:冷凝法、电解法和吸收法。其中,冷凝法与GB/T 17283-2014的类似,因此把GOST 20060-1983中冷凝法的部分与GB/T 17283-2014比对。

1.1 原理

GOST 20060-1983与GB/T 17283-2014这两个标准的原理是相同的,都是测定与分析气体接触的金属镜表面水露点形成和水蒸发之间的平衡温度来确定天然气的水露点。

1.2 应用范围

GB/T 17283-2014应用的管输天然气的水露点范围为-25~-5 ℃,在特殊环境下,水露点范围也可能更宽,没有明确地规定压力范围,因此也可用于压力较高、水露点可能更低的压缩天然气水露点的测定。GOST 20060-1983规定了水露点温度的测量范围为-40~20 ℃,压力为10 MPa。

1.3 取样

GB/T 17283-2014没有对取样明确规定,只要求“除镜面外,管道和装置的其他部分的温度必须高于凝析温度”。GOST 20060-1983对天然气水露点测定的取样作了明确的规定:在取样管线中不能冷凝蒸气和从取样管线壁解吸蒸气。为此,取样管线的温度应比假定的天然气水露点的温度高3 ℃以上。在分析前,取样管线和仪器管线均用干天然气吹扫。必要时,取样管线应进行保温和加热。由此可见,在取样方法上GOST 20060-1983的规定更为详细, GB/T 17283-2014和GOST 20060-1983则仅规定了取样管线温度必须高于天然气的水露点温度。

1.4 制冷方式

天然气水露点测定过程的制冷方式通常有4种(见表 2):溶剂蒸发法、绝热膨胀法、制冷剂间接制冷法和热电(珀尔帖)效应法,GB/T 17283-2014中均有体现,GOST 20060-1983中仅有前两种制冷方式。不论采用哪种制冷方式,只要能将镜面温度降到所需温度即可,制冷方式原理上不会对检测结果带来影响。

表 2    制冷方式的对比 Table 2    Comparison of refrigeration methods

1.5 温度测量

GB/T 17283-2014在进行镜面温度测量时,手动测定仪一般采用精密水银温度计,自动测定仪则采用热电探头,但没有对温度计的不确定度作出明确的规定。GOST 20060-1983规定采用测量范围为20~-60 ℃、标度值为0.5 ℃的温度计。

1.6 压力测量

GB/T 17283-2014没有对样品气压力的测量作出规定,GOST 20060-1983规定了用膜片气压计或СРА型杯式水银气压计测定样品气的压力,并规定了压力表的精度等级。

1.7 烃类凝析的影响

当烃露点高于水露点时,烃先于水凝析,烃露点将影响水露点的观察。GB/T 17283-2014描述了烃露点对水露点的影响,并使用液烃起泡器来辅助观察。GOST 20060-1983没有这方面的内容。

1.8 试验结果的处理

GB/T 17283-2014未明确规定试验结果,以几次测量平均值作为结果,在实际检测工作中,通常重复测量两次。GOST 20060-1983规定了试验结果的处理, 以3次测量为基础计算冷凝和汽化的平均值, 如果3次平均值的偏差不超过3 ℃,则按式(1)计算水露点。相反,则不能使用该方法测定水露点。

$ {t_{\rm{d}}} = \left( {{t_1} + {t_2}} \right)/2 $ (1)

式中:td为样品气的水露点,℃;t1为初露温度,℃;t2为消露温度,℃。

1.9 误差来源——操作时的一般注意事项

GB/T 17283-2014分析了试验过程中的误差来源以及避免方法, GOST 20060-1983没有这方面的内容。

1.10 准确度

GB/T 17283-2014规定了测试的准确度:在-25~5 ℃的测量范围,当使用自动测定仪时,水露点测量的准确度一般为±1 ℃。使用手动装置时,测量的准确度取决于烃的含量,在多数情况下,可以获得±2 ℃的准确度。GOST 20060-1983没有准确度的描述。

2 试验比对

中国和ISO的检测水露点标准方法一致,中俄两国标准最主要的区别是采用的吹扫方式不一致,俄罗斯标准采用干燥后天然气吹扫,中国标准采用管输天然气吹扫。另外,中俄贸易中采用的是俄罗斯VYMPEL公司的在线露点分析仪[8-9]。因此,对中国采用的露点分析仪和俄罗斯VYMPEL公司的露点分析仪开展比对,并对不同吹扫方式也开展了比对。

中国、ISO和俄罗斯三方的水露点检测标准对再现性均没有规定。在中俄天然气贸易交接过程中,中国采用便携式露点分析仪对在线露点分析仪的检测结果进行核对。便携式露点分析仪的不确定度为±2 ℃,在线露点分析仪的不确定度为±1 ℃,建议初步可以将两个不确定度合成值作为不同仪器检测结果一致性的判定依据, 如式(2):

$ 2 \times \sqrt {{1^2} + {2^2}} = 4.48 \approx 4.5℃ $ (2)
2.1 实验室比对

以MICHELL标准水露点发生器生成的气体为气源,设定发生器的露点标准值温度分别为-30.0 ℃、-20.0 ℃和-10.0 ℃,同时采用Chandler(中国常用露点分析仪:美国AMETEK公司,型号Chandler-13-1210,手动目测)和BL(俄罗斯常用露点分析仪:俄罗斯威派公司,型号Hygrovision BL,手动目测和自动检测两种方式)露点分析仪检测水露点,比对结果见表 3。在-30.0 ℃条件下,Chandler仪器灵敏度不够,未能检测出水露点。其他条件下,Chandler手动目测、BL手动目测和自动检测的结果之间以及与标准值之间吻合均很好,绝对差值最大为1.1 ℃。说明在没有其他干扰的情况下,Chandler和BL露点分析仪检测水露点的结果均是准确可靠的。

表 3    采用水露点发生器进行比对的结果 Table 3    Results of the comparison with water dew point generator

2.2 现场试验比对
2.2.1 露点分析仪比对

选择3个天然气输气站点,完成了水露点现场比对试验,比对结果见表 4。从Chandler手动目测、BL手动目测和自动检测的比对结果看,在没有干扰的情况下,检测结果吻合较好,最大差值不超过2.5 ℃。但在存在干扰(可能是水、醇和烃的干扰)的情况下,Chandler和BL露点仪的测量结果相差较大,最大差值达到6.1 ℃。另外,在试验过程中水露点和烃露点也存在相互干扰的影响问题。

表 4    中国和俄罗斯常用露点分析仪测定水露点比对结果 Table 4    Comparison of water dew point results between China and Russia

2.2.2 吹扫方式比对

由于俄罗斯常用露点分析仪BL具有自动和手动两种检测方式,因此选用该仪器开展不同吹扫方式比对, 比对结果见表 5。比对结果表明,两种不同吹扫方式水露点检测结果绝对差值不超过0.4 ℃,检测结果一致性很好。说明采用管输天然气或干燥后的管输天然气吹扫,对水露点检测结果没有明显影响。

表 5    不同吹扫方式检测水露点含量比对结果 Table 5    Comparison of water dew point content with different blowing modes

3 结论与建议

(1) 中国(GB/T 17283-2014)和ISO(ISO 6327:1981)检测水露点标准方法一致,中国、ISO与俄罗斯(GOST 20060-1983)标准最主要的区别是吹扫方式不同,GB/T 17283-2014是采用管输天然气吹扫,GOST 20060-1983是采用干燥后的天然气吹扫。

(2) 以标准水露点发生器生成的气体为气源,中国常用露点分析仪(Chandler)和俄罗斯常用露点分析仪BL)检测结果之间以及与标准值之间吻合均很好,绝对差值最大为1.1 ℃。说明在没有其他干扰的情况下,中国常用和俄罗斯常用露点检测水露点的结果均是准确可靠的。

(3) 从中国常用露点分析仪Chandler手动目测、俄罗斯常用露点分析仪BL手动目测和自动检测的比对试验结果看,在没有干扰的情况下,检测结果吻合较好,最大差值不超过2.5 ℃。但在存在干扰(可能是水、醇和烃的干扰)的情况下,Chandler和BL露点分析仪的测量结果相差较大,最大差值达到6.1 ℃。另外,在试验过程中水露点和烃露点也存在相互干扰的影响问题。

(4) 建议相关单位继续加强水露点测定方面的研究,尤其在醇、烃等存在条件下,可能干扰水露点正确测定方面,开展充分的试验和论证。

参考文献
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中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会.天然气: GB 17820-2012[S].北京: 中国标准出版社, 2012.
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