天然气质量提升对检测技术带来的挑战探思

2021-11-23贾静代宁宁齐丽萍鞠云忠

商品与质量 2021年34期

贾静代宁宁齐丽萍鞠云忠

东营市工业产品检验与计量检定中心山东东营 257091

随着我国经济发展的不断深入，以及经济结构的不断调整，现阶段的中国经历了经济发展的粗放期，开始往纵深的方向发展。再加上化石能源经过近百年的开采和利用，已经面临枯竭的现状。在这样的背景下，如何保证国家的能源安全，以及在保证能源充足的情况下积极应对大气污染、环境保护等问题，是目前我国发展必须面临的问题。天然气作为清洁能源，本身具有清洁、低碳、高能量、储量大、可再生的特点，能够满足我国目前经济转型期的大部分能源需求。

随着天然气产业的迅速发展和市场的广泛认可，国家对天然气产品的质量提出了更加严格的标准要求。并且，世界范围内的油气产品都在不断地提高自身质量，更新迭代，国内天然气产品质量的升级也是势在必行。我国之前修订的国家标准GB17820-2012《天然气》，对于我国天然气中含有的总硫、硫化氢等质量指标都提出了更加明确的技术要求，对于推动天然气产品质量的升级具有十分重要的指导意义。而最新修订的标准GB17820-2018《天然气》已经在2018年全面实施，大大提高了天然气总硫限值的标准要求，从200mg/cm3减少为20mg/cm3。同时还提出应该对相关指标进行连续检测，避免部分环节的产品质量不达标。这样产品质量标准更严并且时间跨度更长的检测要求，对现阶段的天然气产品质量检测技术提出了更高的要求[1]。

除了正常的天然气产品之外，还有许多需要进入长输管道的天然气产品。按照获得天然气的途径分类，可以分为页岩气、煤层气等等。气体来源较为复杂的天然气产品，在进入长输管道之后可能会对管道产生一定的影响，因此更加需要严格的检测标准和精细的检测技术来保证气体运输的安全。在最新修订的GB/T37124-2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》中，就对这样的天然气产品提出了十分具体的要求。如何提高天然气产品相关的检测技术，来达到与检测要求相匹配的程度，成为了行业发展面临的新挑战[2]。基于原有天然气产品质量的检测技术基础，本文对于天然气产品检测的新技术主要集中在氧含量以及总硫含量测定两项。

1 现阶段天然气行业质量现状

1.1 目前有关天然气产品的质量要求越来越高

现阶段，国家对于天然气行业产品质量制定的GB17820-2018《天然气》标准是行业内的最高标准，也是天然气行业各种产品质量必须达到的标准。这项标准经历了不断发展完善的历程。该项标准最初在1999年发布，当时的标准仅对天然气产品中的高位发热量、总硫含量、硫化氢含量、二氧化碳含量和水露点指标提出了技术要求，对于其他方面并未做出十分严格的质量要求。但是随着天然气行业的不断发展以及世界范围内油气产品的更新升级，在2012年对标准进行修订后，对长输管网的管控放宽，一类气和二类气也能够达到进入标准。2018年最新修订的标准，对于天然气产品质量的要求越来越高，对于高位发热量以及总硫含量的限制等指标都做出了更加严格的标准要求。为了赶超国际天然气产品的平均水平，推动我国天然气产业的发展，同时要保证长输管道的安全[3]，都对天然气检测技术提出了更高的标准要求。

最新修订的天然气产品质量标准，除了对总硫含量等限量指标的具体数值作出了规定，还参考了世界范围内对于天然气产品的质量要求标准，引入了瞬时值和连续监测两个概念。目前，全球范围内的普遍规定是，硫化氢含量瞬时值低于15mg/cm3，硫化氢含量在八个小时的时间周期内必须低于150mg/cm3。由于中国的天然气长输管道远远超出世界平均水平，因此在进行相关标准的量化时也进行了实地的考察和结合。例如法国对硫化氢含量的测评以八个小时为周期，而中国以24小时为测评周期，除了进行连续测评的周期更长，我国对于硫化氢含量的瞬时值的标准要求也更加严格。

1.2 现阶段长输管道天然气的质量要求

目前，天然气作为清洁能源中储量较大，来源较广的主力清洁能源，受到了中国乃至世界范围内能源市场的广泛欢迎。中国最初制定的天然气质量指标主要是针对普通天然气产品的质量所制定的相关标准。但是随着中国对于天然气产品的研究越来越深入，而天然气产品本身的来源也较为广泛，当前国内的天然气来源不断增加，例如煤层气、页岩气等等区别于普通天然气的产量日益增加。随着中国对于各种天然气资源开采的技术越来越深入，这些来源广泛的、区别于普通天然气产品的天然气种类产量必然会越来越多。当前，中国天然气供应格局已经悄然发生了改变，从单一的普通天然气产品供应变成了有更多不同种类的天然气产品混杂供应。这些区别于普通天然气产品的天然气，产品的气体构成有所不同，可能会因为本身所含有的其他气体对天然气长输管道造成一定的影响和破坏，也会影响最终天然气供应的质量。因此，经过对多种来源的气体进行调查研究后，国家出台制定了《进入天然气长输管道的气体质量要求》，这项标准符合现阶段中国的天然气供应现状，同时也对各种来源的天然气提出了更加严格的质量准入标准。这项标准的出台，主要是针对能够进入天然气长输管道的页岩气、煤层气等等来源较为广泛的气体，最终目的是为了保证这些来源广泛的气体能够在满足统一的管控标准之后进入长输管道，保证天然气长输管道不遭到破坏，并且能够保证后续用气的质量。考虑到气体含量和构成较为复杂、气体来源广泛的天然气，该项标准除了对天然气必须进行检测的硫含量做了严格标准之外，同时还对气体中所含的一氧化碳等气体也进行了严格的限制，严格保证进入长输管道的气体能够满足用气标准。

2 目前天然气产品质量升级对检测技术提出新的要求

2.1 总硫含量检测技术的现状

现阶段我国对于天然气总硫含量的检测技术还处于较为传统的阶段。通常情况下，总硫含量的检测需要通过工作人员进行现场取样，然后仔细保存后转入实验室进行离线检测。这样的做法存在一定的不足和弊端，例如取样之后，样品中的硫化合物会吸附在容器中，不易被检测仪器发现，从而影响最终检测结果的有效性和准确性。随着国家政策对于天然气产品质量的要求更高，对天然气产品进行质量抽查的频率也随之变高，相关要求也会更加严格。而传统的总硫含量的检测方法不仅耗时较长，耗费人力较多，并且最终的检测结果还存在不够真实的可能性，并不适应现状。进行天然气总硫含量在线检测，不仅具有实时性、实效性，而且最终所得的结果更加准确，耗时也更短。因此，发展天然气总硫含量在线检测技术势在必行，同时相关质量标准也提出了实行天然气总硫含量在线检测的相关建议和指导意见。但是在现阶段天然气总硫含量检测技术的发展状况下，总硫含量在线检测的技术还存在着不成熟的地方。虽然国内外对于天然气总硫含量在线检测的仪器进行了诸多的研发，但是在实际应用的过程中，却还是存在着许多的问题。

2.2 氧含量检测技术的现状

除了总硫含量和硫化合物需要在天然气产品质量的检测中严加关注之外，氧气含量也是需要进行严格检测的指标。这是因为氧气和天然气混合之后，会增加天然气爆炸的概率。另外，氧气与天然气中含有的水结合，会大大加速天然气长输管道的腐蚀。为了保证天然气长输管道的安全，各个国家纷纷出台了对于天然气中氧气含量的检测标准，并且这项标准要求随着天然气检测技术的精进而越来越高。

目前，国外大多采取在线氧气检测仪来检测天然气中的氧气含量。但由于相关技术研发的不到位，国外也并没有统一的关于进行天然气运输过程中氧气含量检测的方法和十分具体的标准，而国内更是尤甚。由于我国对于天然气等能源的研究起步较晚，前期多重视天然气中硫化合物含量的检测，而对天然气中氧气含量的检测重视度偏低。因此，现阶段国内天然气长输管道中并未配备氧气含量在线检测的相关仪器，对于天然气中氧气含量的检测，仍然按照传统的离线检测方法。与进行总硫含量离线检测的步骤相似，氧气含量的离线检测也需要人工现场取样，之后在实验室通过气相色谱法来进行具体的检测。因受到仪器设备等相关因素的限制，使用气相色谱法对氧气含量进行离线检测，通常耗时较长，无法在短时间内获得天然气中氧气含量的具体数据，存在一定的弊病。

3 现阶段天然气产品质量检测的新技术检测探析

3.1 硫化合物及总硫在线检测新技术

3.1.1 GC-uTCD气相色谱微型热导检测技术

传统的总硫含量离线检测技术存在耗时较长、检测结果准确度低等缺陷和不足，国家也大力倡导使用在线检测技术进行天然气硫化合物和总硫含量检测。随着检测技术的更加精进，现阶段对于天然气中硫化合物以及总硫含量进行检测的技术倾向，是将更加简便易携带的检测仪器带至现场进行现场操作。例如新研发的GC-uTCD气相色谱微型热导检测技术，结构上小巧轻便，不仅能够方便地带至现场进行检测而且检测时间短，检测结果准确性高。但是现阶段该项技术还是存在着一定的弊端和不足。由于TCD属于广谱性检测器，对于含硫化合物都有响应，无法选择性对某一项物质进行单独检测，因此检测技术的选择性和专一性还需要进一步提高。

3.1.2 GC-IMS气相离子迁移谱检测技术

2GC-IMS气相离子迁移谱检测技术能够通过气相离子的迁移率来进行各种气体以及化学物质的分析和表征，来达到最终含量检测的目的。该项技术非常适于对天然气特定指标进行质量表征，检测设备本身结构轻便，容易携带，并且在检测效率非常高，检测结果也更加精准，能够对各种同分异构体进行精确地识别。但是该项技术目前仅仅处于理论阶段，尚未正式应用于天然气总硫含量的在线检测，还需要进一步的验证和发展。

3.2 氧含量测定新技术

现阶段天然气中氧气含量检测的新技术是利用电化学原理进行，因为电化学测定法能够对天然气中氧气的含量进行十分准确的测定，还兼具了简单易携带的特点，并且因为相关的仪器已经比较成熟，检测的成本也较低，操作流程简单方便。因此，如果能够对该项技术进行更加深入的研究并且进行推广，就可以在世界范围内的天然气氧气含量检测中进行应用。