天然气产品质量和分析测试技术国际标准化进展①

罗 勤 姬忠礼 许文晓 陈效红

（1.中国石油大学（北京） 2.中国石油西南油气田公司天然气研究院）（3.中国石油天然气集团公司天然气质量控制和能量计量重点实验室）（4.全国天然气标准化技术委员会秘书处）（5.中国石油天然气集团公司质量管理与节能部）

为促进天然气国际贸易的顺利进行和发展，国际标准化组织（ISO）于1988年成立天然气技术委员会（ISO／TC 193）。该技术委员会主要从事天然气及天然气代用品（气态燃料）从生产到送交国内外最终用户的各个侧面的术语、质量指标、测量方法、取样、试验和分析的标准化，并与世界范围内有关的其他技术委员会相联系，对这些技术委员会所做与天然气有关的工作进行认可。TC 193自成立以来共制修订了43项国际标准（ISO标准）［1］。

1 ISO／TC 193的组织结构

ISO／TC 193秘书处设在荷兰国家标准化学会（NEN），现有27个投票成员（P成员），29个观察成员（O成员）［1］。ISO／TC 193 的标准化工作由 TC 193直属工作组或下设的分委员会工作组承担。

TC 193直属工作组主要承担天然气产品质量和分析测量领域内有关基础标准的制定工作，目前开展活动的有5个工作组（WG）。同时还下设两个分委员会，即：SC 1与SC 3，SC 1为天然气分析测试分委员会，成立于1988年，秘书处设在荷兰标准化学会（NEN），有P成员23个，O成员11个［1］，现开展活动的有8个工作组；SC 3为天然气上游领域分委员会，成立于1999年，秘书处设在中国国家标准化管理委员会（SAC），有P成员12个，O成员10个［1］，现开展活动的有4个工作组。我国是TC 193和TC 193／SC 1、TC 193／SC 3的 P成员，承担了ISO／TC 193／WG 6甲烷值工作组和ISO／TC 193／SC 1／WG 22硫／库仑法工作组的召集工作。自2013年6月，正式担当SC 3秘书处，具体工作由中国石油天然气集团公司（CNPC）负责。ISO／TC 193目前的组织结构见图1。

2 天然气产品质量和分析测试技术国际标准分析

1998年TC 193制定了国际标准ISO 13686《天然气 质量指标》，2013年发布了修订后的新版标准。该标准对在地区分配系统调峰处理之前的管输天然气涉及的控制参数（包括组分和物性参数）及其单位和用做参考的测量方法标准作出了规定，主要包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、氮、二氧化碳、碳六加等大量组分；氢、氦、氧等少量组分；硫化氢、总硫、硫醇等微量组分；发热量、沃泊指数、相对密度、压缩因子、露点等物性参数；颗粒物含量和大小等其他性质。但未对这些参数的数值或范围作出具体的规定，只是在附录中给出了与健康和安全有关的参数的典型数值，同时指出控制参数的选择实际取决于要求这些参数的用途和目的。图2列出了ISO 13686：2013所规定的管输天然气质量指标［2－3］。由图2可知，这些指标概括起来包含三类：一类是与经济利益密切相关的各类参数，如组成、密度与发热量等，是计量的关键参数；一类是与人身安全、环境卫生密切相关的参数，如硫化氢、总硫等；一类是涉及管道安全运行的参数，如固体颗粒、水和液态烃类等。围绕ISO 13686：2013所规定的一系列要求（见图2），ISO／TC 193制定了相应的配套试验方法标准和通用基础标准，包括标准参比条件、量值溯源、测试系统性能评价、添味指南、取样导则、烃类组成分析、杂质分析（硫化合物、汞、水、氧、氮、氦、二氧化碳等）、烃含量、发热量、密度、压缩因子和能量测定以及利用组分计算物性（发热量、密度、相对密度、沃泊指数、压缩因子、声速等）及不确定度计算等标准和技术报告，形成了较为完善的管输天然气产品和分析测试技术标准体系。为了促进天然气集输和处理工艺的发展，TC 193开展了天然气上游领域（从井口到进入长输管线前）有关分配测量、湿气测量、湿气取样、在线气相色谱等国际标准和技术报告的制订。ISO已发布并现行有效的天然气产品和分析测试技术国际标准与技术报告分类见图3。

3 天然气产品质量和分析测试技术国际标准化进展

为了满足用户对天然气产品质量新的要求，特别是非常规天然气和天然气代用品发展对取样和分析测试技术新的标准化需求，适应天然气分析测试新技术的发展，TC 193加大了对标准和技术报告的修订力度，2013年新增3项新工作项目，分别是《天然气－生物甲烷气加臭》（制订）、《天然气－用电化学分析方法测定氧含量》（制订）、《天然气－上游领域－气体和冷凝物的分配测量》（修订）。目前TC 193直属工作组及SC 1、SC 3下属的各工作组正在开展的天然气产品和分析测试技术国际标准制修订项目有23项（见表1）［1，4，5］，涉及天然气代用品加臭、天然气词汇、管输天然气和上游领域天然气烃类组成色谱分析、氧和水含量分析、总硫测定、甲烷值和热力学参数计算、湿气取样和测量、分配测量。

在2013年TC 193第24届年会上，德国、荷兰和中国代表提出了在世界天然气工业发展情况下，特别是不同种类气体（页岩气、氢气、生物气体、煤制气、煤层气等）进入天然气管网对标准可能产生影响和提出新的标准化需求。例如，荷兰在一些岛上小规模地在天然气管网中注入氢气，法国、德国和中国也启动了一些天然气与氢气混合使用项目。德国限定注入天然气管网的氢气不能超过2%（摩尔分数，下同），而法国在一些特定地区允许氢气注入量达到15%［6］。TC 193将关注非常规天然气和天然气代用品气质指标和标准的发展，并积极与ISO／TC 255“生物气体”、ISO／TC 197“氢气技术”和 CEN／TC 408“生物甲烷气”等国际和国家标准化组织保持沟通，协调一致［7］。

同时，年会上德国、荷兰、挪威、中国等国家代表提出新的法律法规、能量供应／能量输配／能量消费之间的新格局、能量计量新技术和气体结算可能对天然气能量计量造成新的挑战。这些新的挑战随国家不同而不同，包括大中型气体测量面临的新的或正在变化的技术；质量跟踪系统被应用于本地燃气输配管网；使用生物气（不分离氮气和氧气）和氢气、煤制气（天然气管网中H2高于0.2%）的情况。在欧洲，由于能源自由化指令的原因，气体输配公司正在面临大量以收费为目的的能量测定方面新的挑战。ISO 15112：2011《天然气－能量测定》在未来将关注这些挑战对天然气能量计量的影响，并纳入能量计量的不确定度数据［8］。

缺乏在生物气体应用场所评价气味特征的方法。例如，有些生物气体含有的臭味化合物散发出与燃气加臭剂不同的气味，或者燃气输配系统使用新的加臭剂，在这些情况下，标准的缺失尤为突出。不同臭味化合物和不同加臭剂的混合可能导致输配气体气味特征的变化，从而导致加臭出现问题。为此，TC 193自2013年7月，以“生物甲烷气加臭”为项目名称开展评价生物甲烷气气味特征方法标准制订，由意大利负责编写草案［7］。

由于尚无微型气相色谱分析烃类组成的方法标准，TC 193决定由比利时燃气公司（Fluxys）负责编写草案［9］。

表1 ISO／TC193正在开展的天然气产品和分析测试技术国际标准制修订项目Table 1 International standard system revision projects for natural gas quality specification and analysis and test undertaken by ISO／TC193

TC 193正组织修订ISO 6976：1995，以与美国AGA 5－09《天然气能量测定》达成协调，同时完成了ISO／DTR 29922“天然气－由ISO 6976计算物性参数的支持信息”技术报告草案［9］。ISO 6976的“输入”参数是组分的摩尔分数，“输出”参数是表示为SI单位的、参比条件下的物性值。ISO 6976修订稿的资料性附录中将包含把这些性质从SI单位换算至美国使用的英制单位导则，还包含60℉参比条件（以等效的SI单位给出），以及所有纯组分的性质和辅助数据均以SI单位给出。另外，修订稿对标准中的数据表进行了更改，发热量、摩尔质量、求和因子及空气的组成和性质都更新至目前可接受的值，还增加了两个不确定度计算示例［9］。

氧可能影响管道完整性，故对进入管道的氧需要设置限定值，这就需要一个适合的分析氧含量的方法和标准。鉴此，TC 193决定成立SC 1／WG 23“氧气”工作组负责制订《天然气－用电化学分析方法测定氧气含量》国际标准，适用范围为天然气中0～100×10－6（摩尔分数）的氧含量［10］，由荷兰负责。

同时，TC 193计划启动修订ISO／TR 26762：2008《天然气－上游领域－气体和冷凝物的分配》，在修订后期将制订一项关于分配测量的国际标准。修订内容包括分离／试井之前的分配、通过组分／质量进行分配、陆上分配／海上分配等3个方面［11］。

4 结论及建议

（1）TC 193／WG 5“天然气加臭”工作组向ISO／TC 193秘书处提出《用嗅觉法评价臭味强度》新工作项目提案（NWIP）并获得通过。该项目描述了如何建立空气中加臭剂浓度与其臭味强度的关系，并给出测定天然气加臭剂臭味强度的导则及程序。天然气加臭是便于用户发现天然气泄漏、避免发生安全事故而采取的一种重要的安全措施，测定加臭剂臭味强度的重要性显而易见，建议推荐专家参与该标准的制定工作，同时展开相关研究，为将来采标做好准备。另外，建议积极关注评价生物甲烷气气味特征方法的新工作项目。

（2）我国国家标准GB／T 28766－2012《天然气在线分析系统性能评价》是修改采用ISO 10723：1995制定的。2012年ISO／TC 193发布了修订后的ISO 10723：2012《天然气－分析系统性能评价》。ISO 10723是天然气交接计量的一项重要配套标准，特别是在当前天然气工业快速发展中其重要性凸现。ISO 10723：2012与1995版标准相比有较大差异，建议组织对新版标准进行研究，及时修订我国国家标准，保证我国天然气能量测定的顺利实施。

（3）我国国家标准GB／T 27894.1－2011《天然气 在一定不确定度下用气相色谱法测定组成 第1部分：分析导则》和 GB／T 27894.2－2011《天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成 第2部分：测量系统的特性和数理统计》是等同采用ISO 6974－1：2000和ISO 6974－2：2001制订的。2012年ISO／TC 193出版了修订后的ISO 6974－1，2，新版标准与老版标准相比，从名称和内容上都有较大的修改，特别是ISO 6974－2：2012修改为专门针对气相色谱分析的不确定度计算方法，建议组织人员对这两个标准进行消化吸收，适时修订我国标准。

（4）在天然气热力学性质计算方面，SC 1／WG 13“热力学性质”工作组已经出版了ISO 20765第一部分，第二部分已通过投票即将出版；第三部分也已形成草案。我国目前尚没有专门的标准对天然气热力学性质的计算状态方程和方法做出规定，在这方面的研究进行得也较少。随着我国天然气产量、贸易量和处理加工量的不断增加，在天然气工业的准确计量和化工设计计算中将大量涉及准确测定热力学参数，建议对ISO 20765第2、3部分进行前期研究，尽快等同采用转化为我国标准，为天然气各个建设项目提供基础数据。目前，ISO 20765－1正在申请立项转化为我国国家标准。

（5）近年来，能量计量技术不断更新，不同种类的气体进入天然气管网，使天然气输配公司面临新的挑战。在2013年TC 193／WG 7“能量计量”工作组会上，与会专家对这些新技术进行了讨论，表示将适时修订ISO 15112：2011《天然气－能量测定》，建议我国对能量计量新技术及ISO 15112的动态进行积极关注。

（6）SC 1／WG 20正在修订ISO 10715：1997《天然气取样导则》，召集人为英国“VE Technolo－gy”公司的Jeremy Kignt。该公司开发了新的取样技术，并研制了大量取样产品，具有取样快、无污染、具有代表性等优点，其研制的“solution in a box（盒子中的解决方案）”产品已在北美和中美洲得到广泛应用。这些新的取样技术可能会纳入ISO 10715。在我国，中亚、中缅等进口天然气计量交接中，取样的代表性问题（包括大管径条件下取样口的位置、累积取样等问题）受到各方的关注，建议组织力量对这些技术和将要形成的ISO 10715修订草案进行研究。同时，开展现场比对试验，获取大管径条件下取样代表性数据，一方面完善我国的天然气取样标准，另一方面在国际标准制订中提出我国的修改意见。

（7）2013年SC 1年会上，荷兰代表提出一项新工作项目建议，题目为“天然气－用电化学分析方法测定氧气含量”并成立SC 1／WG 23“氧气”工作组负责该标准的制订。天然气中有氧气存在会影响管道完整性，现有的在线气相色谱法无法实现氧含量的测定，建议组织跟踪国外进展，开展科技攻关，为今后采标打下基础。

（8）SC 3／WG 2湿气测量工作组正在制定的技术报告草案《封闭管道湿天然气测量》将作为我国国家标准的参考依据。SC 3／WG 1开始启动上游领域分配测量标准的修订。该标准与天然气开发中各方经济利益紧密相关。随着我国海外天然气开发的拓展和国内天然气开发多元化局面的形成，在十二五期间，建设我国的湿天然气测试标准装置，开展上游领域分配测量、湿天然气测量相关技术和标准研究，组织编制我国天然气上游领域测量系列标准是非常必要的。

（9）石油工业标准化技术委员会正在组织进行油气术语和词汇标准研究及制订，我国于2008年等同采用ISO标准制定了《天然气词汇》国家标准。建议相关单位根据TC 193标准修订进程，适时修订我国的天然气词汇国家标准。

（10）2013年年会上各国专家普遍提及天然气管网输送气体质量的改变，不同种类气体（页岩气、氢气、生物气体、煤制气、煤层气等）进入天然气管网对标准可能提出新的标准化需求，涉及质量指标、能量测量、质量检测分析方法、上游领域分配物性参数计算等多个标准化方面。这种情况也正是我国当前天然气工业高速发展所面临的挑战。因此，应高度关注和积极参与国际在此方面的进展情况，并组织研究，尽快形成关键技术和标准。

［1］ISO／TC 193Secretariat.Report of the Secretariat to the 24th ISO／TC 193Natural Gas Meeting（ISO／TC 193N351）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［2］ISO／TC 193.ISO 13686Natural Gas－Quality designation［S］.ISO，Geneva，2013.

［3］罗勤，李晓红，许文晓.国际标准《ISO 13686天然气质量指标》修订浅析［J］.石油与天然气化工，2010，39（1）：68－69，74.

［4］ISO／TC 193／SC 1Secretariat.Report of the Secretariat to the 24th meeting of ISO／TC 193／SC 1Analysis of natural gas Meeting（ISO／TC193N386）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［5］ISO／TC 193／SC 3Secretariat.Report of the Secretariat to the 8th ISO／TC 193／SC 3Upstream Meeting（ISO／TC 193／SC 3 N 0086）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［6］ISO／TC 193／WG 2Quality Designation.Annual report of ISO／TC 193／WG 2（ISO／TC 193／WG 2Doc.N 02／2013）［R］，Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［7］ISO／TC 193Secretariat.Resolutions of the 24th ISO／TC 193 Natural Gas Meeting（ISO／TC 193N358）［R］.the Netherlands，Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［8］ISO／TC 193／WG 7Energy Determination.Annual report of the WG7for the period between October 2011to June 2013 （ISO／TC 193／WG 7Doc.N 344）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［9］ISO／TC 193／SC 1Secretariat.Resolutions of the 24th ISO／TC 193／SC 1Analysis of natural gas Meeting（ISO／TC 193／SC 1N 366）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［10］ISO／TC 193／SC 1secretariat.NWIP Determination of oxygen in natural gas by electrochemical analysis（ISO／TC 193／SC 1N 362）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.

［11］ISO／TC 193／SC 3secretariat.Resolutions from the 8th Meeting of ISO／TC 193／SC 3（ISO／TC 193／SC 3N089）［R］.Delft，the Netherlands，June 24－28，2013.