【中国天然气分类及互换性标准探讨】天然气标准

石油工业技术监督・２０１４年７月

中国天然气分类及互换性标准探讨

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摘要随着我国天然气产业和市场的日趋管网化和互联互通，多种气源接入混输的跨区域大型管网成为发展的必然趋势。在上游多气源天然气供气的大前提下，下游不同用户对不同气质规格的天然气是否能够安全、环保的利用是我们必须面对和研究的重大问题。面对中国多气源和多用户的环境．以什么样的原则建立中国天然气的应用分类和互换性技术规范或准则，是本论文探讨的重．占、。通过借鉴国际上各国这方面研究经验，以及国际上在天然气分类及互换性标准问题方面研究的进展和成果，重点结合我国天然气气质的实际状况，基本掌握了我国天然气的气质现状，对我国天然气分类及互换性标准的建立原则和基本内容提出了建议。

关键词天然气；应用分类；互换性；标准

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１我国天然气分类的现状

我国在天然气产品技术要求和分类方面的标准主要有２个：ＧＢ１７８２０—２０１２《天然气》和ＧＢ／Ｔ

１３６１

碳含量将我国商品天然气分为三类，同时要求民用天然气应符合一类和二类的技术指标。三类可作为工业燃料。１９９９版的标准规定了高位发热量下限值为３１．４ＭＪ／ｍ３。低于ＧＢ／Ｔ１３６１１－２００６的１２Ｔ天然气脱火限（ＥＮ４３７—１９９４（试验气、试验压力和器具分类））Ｇ２３试验气的发热量）１２－３１。主要是考虑了当时我国天然气生产状况制定的。考虑到天然气是矿产资源的特殊属性，在满足国家有关安全卫生等标准的前提下，对于３个类别之外的天然气，供需双方可用合同或协议来确定其具体要求。

根据处理后我国天然气气质现状．２０１２年最新修定的标准中将一类气的指标全面提升，高位发热量下限值从３１．４ＭＪ／ｍ３上调至３６．０ＭＪ／ｍ３、总硫含量从１００ｍｇ／ｍ３下调至６０ｍｇ／ｍ３、二氧化碳含量从３％

１－２００６（城镇燃气分类和基本特性》。此外还有１０６２—１９９８（天然气发热量、密度、相对密度和

与之相关联的天然气组成测试和物性计算标准：

ＧＢ／Ｔｌ

沃泊指数的计算方法》、ＧＢ／Ｔ１３６１０—２００３（天然气的组成分析气相色谱法》。

ＧＢ

１７８２０—２０１２（天然气》规定了天然气的技术

要求、试验方法和检验规则，适用于经过处理的通过管道输送的商品天然气．共限定５项气质指标：高位发热量、总硫、硫化氢、二氧化碳含量和水露点［１１。

ＧＢ

１７８２０—２０１２根据高位发热量、硫含量和二氧化

基金项目：国家质检公益科研专项项目“天然气互换性技术和标准研究”（编号：２０１２１０２３５）

作者简介：周理（１９８１一），男，工程师，现主要从事天然气分析测试及标准化方面的研究工作。

万方数据

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ｓｕＰＥＲｖ．ｓ．。Ｎ。ＮＰＥＴＲ。。ＥｕＭ．Ｎ。ｕｓＴＲＹ

石油工业技术监督・２０１４年７月

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非真正意义上的燃气分类和互换性标准。该标准按照燃气类别及燃烧特性指标（沃泊指数Ｗ和燃烧势

三类

３１．４３５０３５０

一

下调至２％．她表１

表１ＧＢ１７８２０—２０１２天然气技术指标项目

高位发热量／（ＭＪ・ｍ３）≥

一类

３６．０６０６２．０

二类

３１．４２００２０３．０

ＣＰ）分类，并应控制其波动范围，其中天然气作为燃气分成了５类：３Ｔ、４Ｔ、６Ｔ、１０Ｔ、１２Ｔ，具体分类情况见表３。

表３

ＧＢ／Ｔ

总硫（以硫计）／（ｍｇ・ｍ，≤硫化氢／（ｍｇ・ｍ－３１≤

二氧化碳体积分数．ｙ／％水露点ｐＣ

１３６１１－２００６城镇燃气分类１１５１：．１０１．３２５ｋＰａ．十

在交接压力下．水露点应比输送条件下最低环境温度低５℃

注：④本标准中气体体积的标准参比条件是１０１．３２５ｋＰａ，２０气；

（萤当输送条件下，管道管顶埋地温度为ｏｏｃｎ寸，水露点应不高

于一５０ｃ：

③进入输气管道的天然气，水露点的压力应是最高输送压力。

当然，新版标准与发达国家的气质标准还有一些差距，特别是与ＥＡＳＥＥ—ｇａｓ提出的天然气气质指标来看（表２），ＧＢ１７８２０—２０１２缺乏对硫醇、烃露点、粉尘、氧、沃泊指数和臭味强度的定量控制要求。这也与我国天然气气质本身的状况以及我国天然气产业发展的现状密切相关．从标准的层面也不可能短时间与国际发达国家接轨。但总体上都遵循了

ＩＳＯ

注：①３Ｔ、４Ｔ为∥井气，６Ｔ为沼气，其燃烧特性接近大然气；（多２２Ｙ高沃？白指数Ｗ。的下限值８１．８３ＭＪ／ｍ３，为体积分

数（％）Ｃ３Ｈ８＝５５，Ｃ。Ｈ，０＝４５时的计算值。

对于常规天然气（除大量掺混空气和氮气的天然气外），包括绝大部分气化ＬＮＧ，均可归类于１２Ｔ天然气。对于用１２Ｔ的基准气（纯甲烷）作为天然气互换性的基准，将其沃泊指数的上下限作为天然气互换性的范围，这种简单化做法可能导致问题，是不妥当的１４１。因此从真正意义上来讲，我国缺乏天然气互换性标准。

１３６８６的原则，即对与经济利益密切相关的各

类参数、与安全环境卫生密切相关的参数、涉及管道安全运行的参数必须加以严格的控制。

表２ＥＡＳＥＥ—ｇａｓ提出的天然气气质指标及其范围

２国际相关天然气分类及互换性标准及研究动态

国际上这方面研究具代表性的是美国、英国和欧洲。美国天然气的应用历史很长，关于互换性的研究也很深入。美国的互换性标准问题主要是指管道气和ＬＮＧ的互换性，由于美国天然气市场各行业之间自由竞争激烈且势均力敌，若有利益冲突，则很难调和。由此美国联邦能源管理委员会（ＦＥｒｔＣ）倡议，由美国国家天然气委员会（ＮＧＣ）牵头，联合ＬＮＧ、天然气管道、城市燃气、发电、化工、燃气设备生产、天然气处理等行业的近百家企业以及部分政府和科研机

汪：８ｌｋＷ’ｈ一３．６ＭＪ

构组成工作组（简称ＮＧＣ＋），开展了燃气可互换性的研究，评估范围包括美国２６个城市、１６个天然气管输公司、７０００多个气样，于２００５年２月发布了《天然气可互换性及非燃烧应用白皮书》，作为２—３年过渡期内暂行天然气标准指导原则。白皮书对美国近几年天然气行业对气质规格及互换性要求起到了很好指导作用．但还需要进一步论证，特别是对各类燃具天然气组分波动适应性充分数据的掌

ＧＢ／Ｔ１３６１

１－２００６《城镇燃气分类和基本特性》

的燃气分类是借用了欧洲对燃具适用类别的分类标准（ＥＮ４３７：１９９４（（试验气、试验压力和器具分类》和

ＥＮ

３０一ｌ一１：１９９９（（家用燃气灶具》），给出了适用于不

同燃气种类燃具的基准和各种极限条件下测试的试验气（１５℃，１０１．３２５ｋＰａ，干），与ＥＮ４３７的规定相一致ｆ２＿３】。然而ＥＮ４３７只是针对燃具分类测试而言．并

万方数据

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石油工业技术监督・２０１４年７月

握。白皮书发表后，美国的权威燃气研究机构（如ＧＴＩ、ＢＲＮＬ、ＮＥＴＬ、ＥＮＶＩＲＯＮ）、燃烧设备协会（如ＡＨＲＩ）、动力设备和发动机公司（如ＳＤＧＥ、Ｓｉｅｍｅｎｓ）和天然气及ＬＮＧ公司（如ＳｏＣａｌ、ＷＧＬ、ＮＷＰ、ＢＰ、ＣｈｅｖｒｏｎＴｅｘａｃｏ）又持续地进行了大量测试和评估。

英国著名燃气研究机构Ａｄｖａｎｔｉｃａ公司对英国的燃气及燃具做了大量的试验和测定（主要依据欧洲燃具测试标准和达顿图），并对燃气轮机和内燃发动机的燃气质量波动的适应性进行了评估，对英国燃气安全管理规范（ＧＳ（Ｍ）Ｒ）根据国内天然气管输系统制定标准提供依据，在英国乃至欧洲标准的制定中起到了非常重要的作用。

美国和英国的研究和实践经验表明．沃泊指数仍然是表征互换性的最佳判据。ＣＯ排放是限制高沃泊指数的主要因素，美国和英国标准都是据此提出对沃泊指数的上限要求。同时指出对高沃泊指数燃气中掺混２％。４％的氮气可有效地降低和控制燃烧的ＣＯ排放量。对于一般燃具（家用和商用燃具、大部分工业燃烧器、老式燃气轮机和内燃机）对燃气规格（天然气组分）波动不敏感（允许沃泊指数波动－＋１０％）。低排放燃烧设备（如ＤＬＮ燃气轮机和高效精控工业燃烧器）厂商技术指标对沃泊指数或修正沃泊指数有较严格的要求．但从技术角度看ＤＬＮ燃气轮机和各种低ＮＯｘ燃烧器都应能实现对沃泊指数波动具有较大适应性（如±５％）。

欧洲地区天然气管网之间气质规格有较大差异，欧洲燃具分类测试标准ＥＮ４３７为进一步研究制定燃气规格及互换性标准提供了基础。欧洲天然气行业发展要求跨境联网，欧洲合理能源交易协会（ＥＡＳＥＥ—ｇａｓ），以协调各方利益，促进天然气贸易和交接的和谐化为出发点．基于已有的天然气管网和进口ＬＮＧ情况，于２００５年提出能够为欧洲各国接受的较宽泛的ＣＢＰ２００５—００Ｉ／０１《气体质量公共商务准则》。

值得一提的是美国白皮书和欧洲质量标准都是过渡性的，试行期２—３年，并非严格意义上的标准，然而迄今都在指导实践。２００８年ＥＡＳＥＥ—ｇａｓ经微小修订，继续认可实施《气体质量公共商务准则》。美国白皮书迄今也没有得到任何实质性的修订，仍是美国天然气管网和ＬＮＧ接收站运营以及相互间交易的基本依据。

实际上正常运营的管网气质波动范围都远远小于控制域的范围．地方燃气用户希望能维持原有的

低波动性，往往坚持严格的互换性指数要求，而国际天然气和ＬＮＧ供应商则希望能对大多数产品兼容，指出历史上许多管网都经历较大波动而并未造成应用问题，这样构成了博弈的双方。虽然美国的互换性标准已经极大程度的考虑了美国各个行业的利益，但还是遭到各方质疑，博弈仍在进行之中。

３中国天然气应用分类及互换性标准建立原则

我国天然气产业发展迅速，市场巨大，气源范围广，类似欧洲，应借鉴国际的研究经验，建立适应我国的天然气应用分类及互换性标准。建立的基本原则应充分考虑当前和未来天然气市场发展的需求和产业预期，以及气质波动的范围和速度对终端用户燃具可能产生的影响，确定天然气质量规格及互换性要求，保证商品天然气应用安全１５１。

中国石油西南油气田分公司天然气研究院牵头承担的国家质量监督检验总局２０１２～２０１３年度标准科研项目“天然气互换性技术和标准研究”。通过现场取样、实验室分析测试以及发函调研等形式对我国的天然气气质现状进行大量的计算统计，基本掌握了我国天然气气质的现状。

国内天然气供应已经形成多气源、多种类供应的环境（图１、图２）。从气源方面看，既有我国塔里木盆地，准噶尔盆地，柴达木盆地，四川盆地，鄂尔多斯盆地，东海盆地以及松辽盆地等地区的国产气田气（陆上油气田和海上油气田），也有来自中亚（土库曼斯坦）的进口天然气，还有从世界各国进口的液化天然气，同时俄罗斯、缅甸等国天然气也将成为我国天然气供应的来源。从天然气种类看，我国已经形成国产常规气田气、非常规的煤层气、煤制气、页岩气以

图ｌ我国天然气主要气区分布

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万方数据

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峰，并非长输管线的土力气源，ＨＩ－ｉＶ、ＷＩ较低的国产ＬＮＧ量少、且基本不进入长输管线，销售方式比较灵活分散。最后互换盒子中差异最大的为海上气，但这部分气基本都是就近进入当地的城市管网，所以对我国的长输管网没有影响。

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图２我国主要天然气气田分布

诣输一线输二线线线线

及进口天然气和液化天然气的多种类天然气混输的环境。

从气源互换盒子图可看出，国内整体天然气相对稳定，主要差异是由海上天然气引起，常规天然气、进口管道天然气、进口ＬＮＧ、国产ＬＮＧ以及非常规天然气基本稳定在国际互换盒子，对比巴西、印度、西班牙、英国、欧洲以及ＮＧＣ＋，我国天然气沃泊指数以及高位发热量基本落在欧洲互换盒子里（图３）。

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图４我国长输管线互换盒子分布

４探讨

中国天然气分类及互换性研究到底是依据不同类型的燃气具对气质的适应性来规定我国天然气的气质规格和分类，还是根据我国天然气气质的实际状况以及未来的发展趋势来分类从而指导燃气具生产商对于燃气具气质适应性的调整呢？

假设按照第一种情况分类，笔者认为可以将我

国的天然气分为５大类：①一般民用天然气；②工业用天然气：③特殊用天然气；④天然气发电用天然气；⑤内燃机用天然气。

一般民用天然气主要包括家用灶具、热水器，这些燃气具对天然气气质适应性强，中国石油天然气

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研究院委托国家燃气具质量监督检验中心对家用燃气具进行了互换性的测试，根据国家标准ＧＢ／Ｔ

１３６１１规定，及严格的燃气互换性测试实验验证，确

图３我国天然气气源互换盒子分布

从进人我国长输管线互换盒子图来看，虽然我国天然气长输管道众多．但整体进入管网混输后的气质还是比较稳定，变化幅度不大（图４）。

造成气源互换盒子与长输管线互换盒子差异的原因主要有３点：首先我国长输管线的主力气源气质本身比较稳定（“西一线”、“西二线”尤为稳定），气质变化较大的川渝环线沃泊指数为４７．３６～５１．０１ＭＪ／ｍ３。高位发热量为３６．２～３９．９ＭＪ／ｍ３，ＷＩ波动范围也只有３％左右，远低于国际普遍规定的１０％；其次气源中ＨＨＶ、ＷＩ较高的进口ＬＮＧ主要用于调

定一般民用用户的气质互换性技术条件为：沃泊指数允许波动范围不大于１０％。工业用天然气主要包括工业用大锅炉、大灶具等用天然气，虽然对气质要求不高，但也应给出一定的互换性区域．第三类为特殊用户，如玻璃、陶瓷等精细化工用天然气。对天然气气质要求高、气质波动敏感性强，互换性要求最高；天然气发电用大型燃气轮机也属于对天然气气质高敏感度的燃气具，但由于不同厂家设计不同．对气质的要求也不一样，见表４。内燃机用天然气主要

２１

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳＵＰＥＲＶＩＳｌＯＮＩＮＰＥＴＲＯＬＥＵＭＩＮＤＵＳＴＲＹ

万方数据

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包括：天然气汽车、天然气用增压机，这类设备对天然气气质的要求主要是出于安全的考虑。一般天然气汽车要求甲烷含量大于８０％，而我国的天然气增压机大部分要求甲烷含量大于９３％。

然而中国天然气的供气格局已经从最早的单一国内气田气区域供应转变成目前的多气源联网整体调度供应，同时从长输管道供应的天然气在进入城市管网时还可能会与城市自主开发的各类天然气及

表４燃气轮机组对气质的要求

燃气轮机型号

Ｍ７０１Ｆ三菱９Ｆ机型

燃气轮机气质适应性

甲烷组分：２．０ｍ０１％（要求在燃气中的总含量为８５％～９８％之间）

惰性气体组分（Ｎ２＋Ｃ０２）：４．０ｍ０１％

热值：最小值——３５．０ＭＪ／ｋｇ

两¨子ＳＧＴ５—２０００Ｅ９Ｅ机型

设计值范围——３５．０～５０．０１２ＭＪ／ｋｇ沃泊指数允许变化范围——５％设计值

热值范围：３５～５０ＭＪ／ｋｇ沃泊指数范嗣：３６～５０ＭＪ，ｍ３

Ａｌｓｔｏｍ公司的ＧＴｌ３Ｅ２机组热值允许波动范围：５％

沃泊指数允许波动范围：１０％

允许波动变化梯度：０．５％ｓ；Ｈ２组分：５Ｖ０１％；重烃（Ｃ“）组分：２２Ｖ０１％热值范围：１００～３００Ｂｔｕ，无最大值修正沃泊指数（ＭＷＩ）：４０—５４

（；Ｅ公司的Ｓ１０６机组允许变化范围：５％甲烷组分：８５～１００ｍｏｌｅ％

乙烷组分：０一１５ｍｏｌｅ％；丙烷组分：０～１５ｍｏｌｅ％；丁烷及以上（Ｃ“）组分：０～５ｍｏｌｅ％

天然气代用品进行混输，最终输送到城市终端的天然气气质波动情况较上游输送时要大。如图５、６所示，西一线终端出现了波动较大的情况，沃泊指数最大波动为９．２％，高位发热量最大波动为１２．７％。这样大幅度的气质波动不能满足部分终端用户，比如：天然气发电用燃气轮机、精细化工用燃烧器等对天然气气质的适应性。

５２

５

假设根据我国天然气目前的气质现状来分类．

笔者设想是否可以参考国际燃气联盟（ＩＧＵ）的分类

方法，将天然气按照沃伯指数的不同来分类，见表５。

表５国际煤联（ＩＧＵ）燃气分类表

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８．５

按照该方法，我国天然气应该分为几类．各自沃

垒型兰．！！塑堑！

△＝９．２％

伯指数的范围是多少？从图７～图１０沃泊指数与高位发热量以及相对密度构成的互换性区域可以看

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出，国内整体天然气相对稳定．主要差异是由于海上天然气引起，常规天然气、进口管道天然气、进口ＬＮＧ、国产ＬＮＧ以及非常规天然气基本稳定在国际互换盒子，对比巴西、印度、西班牙、英国、欧洲以及ＮＧＣ＋，我国天然气沃泊指数基本落在欧洲互换盒子里。从密度修正碳氢比一沃泊指数图可以更加直观

ＡＨＨＶ＝４．７ｌ△＝１２．７％

图５西一线终端某公司（上海）沃泊指数波动图

ＭＪ／ｍ’

的看出，我国天然气气源气质整体数据呈现出上下两大部分的差异，可以把国内整体天然气分为两大类：一类是沃泊指数为４６．５～５１．５ＭＪ／Ｎｍ３，密度修正碳氢比为０．３２４～０．３３７，另一部类是沃泊指数４８．２～

２００２

２１１０３２００４

２００５２００６２００７２００８２００９２０１０２０１Ｊ

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图６西一线终端某公司（上海）高位发热量波动图

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沃泊指数／（ＭＪ・Ｎｍ。１１

沃泊指数／（ＭＪ・Ｎｍ。）

图７国内天然气管网密度修正碳氢比一沃泊指数图８国内不同气源天然气密度修正碳氢比一沃泊指数

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沃泊指数／（ＭＪ・Ｎｍ－３）

图９国内天然气管网密度修正碳氢比一沃泊指数

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图１０国内天然气管网沃泊指数一燃烧势

５０．９ＭＪ／Ｎｍ３，密度修正碳氢比为０．２９５。０．３０９。同样，也可以由燃烧势与沃泊指数构成的区域将我国的天然气分为两大类：一类是沃泊指数为４６．５～５１．５ＭＪ／Ｎｍ３，燃烧势为３８．４～４１．９．另一类是沃泊指数４８．２～５０．９ＭＪ／Ｎｍ３，燃烧势为３６．１～３７．５。

的沃伯指数整体的变化范围是４２．８～５３．６ＭＪ／ｍ３。目前天然气长输管线内天然气沃伯指数的现状为４６．５。５１．５ＭＪ／ｍ３。总体来看，我国上游天然气的气质波动不大（除部分海上气和石油伴生气），而且品质较高。

５结论

１）按照不同燃气设备对气质的适应性不同对天然气进行分类，虽然针对性很强，但很明显，作为天然气长输管道的供气方很难根据不同燃气具的用户要求针对性的供气，可操作性不高，然而不排除未来天然气供应方式多样化、小型化后，可以避开天然气管道直接供气，而是通过压缩天然气储罐、液化天然气储罐进行针对性的供气，从而满足对不同燃气设备的要求。

２）按照国际燃气联盟（ＩＧＵ）的分类方法对我国天然气分类，结合我国天然气气质的实际情况看，可以将我国天然气分为两类．但分类的技术参数除了沃伯指数外还需增加一个参数（燃烧势或密度修正碳氢比）才能完成分类和限定。

３）如果只考虑沃伯指数，我国天然气现有气源

参考文献：

【ｌ】ＧＢ１７８２０－２０１２天然气【Ｓ】．【２】ＧＢ／Ｔ

１３６１

１－２００６城市燃气分类和基本特性【Ｓ】．

【３］ＢＳＥＮ４３７—２００３＋Ａ１—２００９ＴｅｓｔＧａｓｅｓ－－ＴｅｓｔＰｒｅｓｓｕｒｅ－－

Ａｐｐｌｉａｎｃｅ

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标准问题叨．天然气工业，２０１１，３１（３）：９７—１０１．

本文编辑：路萍收稿日期：２０１４－０２－２１

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ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳＵＰＥＲＶＩＳＩＯＮｌＮＰＥＴＲＯＬＥＵＭＩＮＤＵＳＴＲＹ

万方数据

中国天然气分类及互换性标准探讨

作者：

作者单位：

周理， 郭开华， 龚腾， 许文晓， 皇甫立霞

周理(中山大学工学院,广东广州510006;中国石油西南油气田公司天然气研究院,四川成都610213)， 郭开华,皇甫立霞(中山大学工学院,广东广州,510006)， 龚腾,许文晓(中国石油西南油气田公司天然气研究院,四川成都,610213)

石油工业技术监督

Technology Supervision in Petroleum Industry2014,30(7)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

引用本文格式：周理. 郭开华. 龚腾. 许文晓. 皇甫立霞 中国天然气分类及互换性标准探讨[期刊论文]-石油工业技术监督 2014(7)