天然气成分热值分析法浅析

焦玉华

摘要：天然气是烃类和少量非烃类混合气体的总称。由于不同产地的天然气，其组成成分和燃烧特性各有差异，即便是相同体积的天然气，其燃烧所产生的能量也各不相同，当前，天然气能量计量与计价已成为国际上最流行的天然气贸易计量与结算方式。天然成分热值分析法作为天然气能量计量的主要分析方法，可有效避免因气源不同引起的热值偏差，准确计量天然气热值，减少贸易结算纠纷，促进天然气行业的健康发展。

关键词：天然气;成分;热值;分析法;行业;发展

天然气成分热值分析法是基于天然气中每个组分对热值所做出贡献的原理进行测试，目的是通过适当的分析方法来测定不同气体组分的摩尔分数。热值可以通过加权不同摩尔分数的气体成分和其相应组分气体的摩尔热值从而计算获得。通过这一原则可以计算出天然气的摩尔热值。目前，国内外天然气成分热值分析方法普遍使用的技术有气相色谱GC法、非分光红外NDIR法和激光拉曼光谱天然气分析法，下面对其工作原理及特性作了分别介绍。

一、气相色谱仪GC法热值分析

GC由气路系统、进样系统、色谱柱、电气系统、检测系统、记录器或数据处理系统组成。其工作原理为：待测混合气体首先被惰性气体（即载气，一般是N2、H2、He等）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来，也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解附，结果在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器，检测器能够将样品组分的存在与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例，当将这些信号放大并记录下来时，就可以形成色谱图，它包含了色谱的全部原始信息。在没有组分流出时，色谱图的记录是检测器的本底信号，即色谱图的基线。

二、CNG天然气加压分析

压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称CNG）是天然气加压（超过3，600磅/平方英寸）到20-25MPa，再经过高压深度脱水并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车辆燃料利用。

天然气的储存方式：

1、地下储气库是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，一般建设在靠近下游天然气用户城市的附近。与地面球罐等方式相比较，地下储气库具有以下优点：储存量大，机动性强，调峰范围广;经济合理，虽然造价高，但是经久耐用，使用年限长达30～50年或更长;安全系数大，安全性远远高于地面设施。

2、天然气储存方式主要有压缩天然气（CNG：15Pa～20MPa）.液化天然气（LNG：沸点-162℃）和吸附天然气（ANG）;CNG是目前車用天然气燃料的主要储存方式，缺点是储气瓶重量重.占用体积大;与液体燃料相比，天然气体积能量密度低，20MPa压力下的CNG燃料仅相当于汽油能量密度的30%。

3、国际上天然气另一储存方式是液化天然气，LNG是对地质开采的天然气通过“三脱”净化处理.实施低温液体处理而成，液化后的体积仅是原气态体积的1/625，LNG的能量密度是CNG的三倍多.能量密度大大提高，但LNG的生产成本相对较高，储存容器的绝热性要求高，这些是制约其发展的因素。

4、吸附式储存天然气（ANG）技术是目前尚处研究阶段的一种天然气储存方式，它用多孔吸附剂填充在储存容器中，在中高压（3.5MPa左右）条件下，利用吸附刑对天然气高的吸附容量来增加天然气的储存密度。ANG作为未来替代CNG的一项新技术将有广阔的发展前景，但由于技术上的不少难点还有持解决，故在目前还尚难进入实用化阶段。

三、掺液化氮掺假行为有什么危害

大幅度降低热值由上述模拟计算可知仅采用甲烷计算热值降幅都在2MJ/m³以上，而如果是正常的LNG降幅将会更大。也就是说以前1立方 LNG 跑的里程，现在跑不了了。

1、如果为车用会导致车动力严重不足，严重者会造成发动机寿命缩短;热值不足导致车用时能量供应不足司机必然会加大油门，如此一来就造成不耐烧、动力不足，且由于LNG与空气混合比例的异常长时间使用必会造成发动机的寿命缩短。

2、工业使用会导致残次品的增多;行业内的人都知道，事实上液氮并非高纯氮，许多工业用户选择LNG的原因就是它远比管道气纯净，而液氮的加入就改变了这种状况，势必会导致残次品的增多。

3、运输与存储造成较大隐患，由于LNG与液氮密度差异较大，从而导致罐内液

体容易分层，而分层会导致 LNG 的翻滚，LNG的翻滚则极易导致罐体超压，隐患可想而知！且这种操作易造成温度的异常分布会导致罐体应力的异常分布，严重时可能会导致罐体被破坏！

四、鉴别正常LNG与掺假的LNG

最精确方便的方法是进行样品检测：有条件的客户可根据自身情况配备相应的天然气成分检测仪。当一车LNG送到时，对照这车LNG原厂的“气质报告”进行取样分析检测，原厂 LNG 通常氮的含量不会超过0.5%，如果检测结果氮含量大于0.5%则很有可能有掺假行为。

1、看温度。通常LNG经过长途运输温度均会有所上升，如果经过长途运输后温度仍然很低能够达到-160℃左右的话，则可能是温度更低的液氮混合后降低了原车LNG的温度，应进一步进行分析检测。高压低温的液尤其要注意。

2、严格控制采购环节。（找靠谱的贸易商）

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随着煤改气政策全面实施，全国范围开展‘禁煤令’。燃煤锅炉逐步淘汰，燃气锅炉数量日益扩大，燃气价格随市场需求不断上涨。在利益的驱使下部分燃气商户为获得可观的经济利润，在LNG中掺入液氮。据业内人士介绍，液氮这种物质原本只是用来调整LNG的固定热值，但由于利润驱使，逐渐变成了一些不法商户牟利的方法。上海烜晟公司针对这一现象为挽回LNG用户损失，研制出一款便携式全自动燃气热值分析仪，可实现对各种燃气中氮、甲烷、乙烷、二氧化碳、丙烷、丁烷、戊烷等成份的一次进样全分析。利用热值工作软件自动计算出被检测气组分含量、高热值、低热值、密度、相对密度、华白数、燃烧势等自动生成报表的一种专用仪器。

参考文献：

[1]常宏岗;中国天然气工业标准化的现状与发展方向[J].石油工业技术监督，2004（07）

[2]郭大鹏.海外油企为何放弃中国天然气[J].中国企业家，2004（12）

[3]王腊梅;中亚，中国天然气陆路供应先锋[J].中国石油和化工（综合版），2007（01）