ISO／TR 22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀

石油與天然氣化工第44卷第4期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas97ISO/TR22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀唐蒙蔡黎1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院2.中國石油天然氣集團公司天然氣質(zhì)量控制能量計量重點(diǎn)實(shí)驗室摘要介紹了ISO/TR22302:2014的主要內容,包括甲烷值的定義,美國氣體研究院的兩種甲烷值計算方法,給出了方法的限定范圍,給出了36個(gè)歐洲、30個(gè)中國和泰國的天然氣組成計算的甲烷值。討論了同一天然氣組成采用美國氣體研究院兩種方法計算甲烷值時(shí),如果甲烷值之間的差值超過(guò)6個(gè)點(diǎn),那么應該是該天然氣的組成不符合計算方法的限定范圍。ISO/TR22302:2014為甲烷值的應用提供了有利的技術(shù)支持。關(guān)鍵詞天然氣甲烷值組成計算方法中圖分類(lèi)號:TE642文獻標志碼:ADOI:10.3969/ I.Issn.1007-3426.2015.04.020A brief understanding on the ISO /TR 22302Natural Gas-calculation of Methane NumberTang mel(I. Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil& Gasfield Com pany, Cheng du 610213, China)(2. Key Laboratory of Natural Gas Quality and Energy Measurement, CNPC, Chengdu 610213, China)Abstract: This article introduced the main contents of ISO/TR 22302. 2014, including the definition of methane number, two calculation methods of methane number developed by Gas Research Institute (GRI), listed the limitation of two methods and calculated the methane numbers of 36 gasmixtures from European and 30 gas mixtures from China and Thailand. It discussed that if the difference betw een two GRI methods is more than 6, the composition of natural gas should not be in accordance with the limitation of the calculation method. ISO/TR 22302: 2014 gives the technical sup-orts for application of methane num berKey words natural gas, methane number, composition, calculation method2014年6月,ISO發(fā)布了IsO/TR22302:20141技術(shù)報告的背景《天然氣-甲烷值計算》技術(shù)報告。此項技術(shù)報告是2003年,在ISO/TC193召開(kāi)的年會(huì )期間,中國ISO/TC193天然氣技術(shù)委員會(huì )WG6工作組起草的代表團接受了承擔TC193甲烷值工作組召集人的工該工作組是中國專(zhuān)家擔任工作組召集人。這是在天然作。中國石油西南油氣田公司天然氣研究院主導編寫(xiě)氣領(lǐng)域,由中國專(zhuān)家擔任工作組召集人而完成的首個(gè)的《天然氣甲烷值計算》國際技術(shù)報告由國際標準化ISO技術(shù)報告。以下就技術(shù)報告的背景和主要內容進(jìn)組織在中國煤化工這是我國在天然氣標準行解讀和說(shuō)明?；I(lǐng)域CNMH術(shù)報告作者簡(jiǎn)介:唐蒙(1962—)髙工,1983年華東石油學(xué)院畢業(yè),現就職于中國石油西南油氣田公司天然氣研究院。一直從事天然氣分析測試方法研究、標準化及相關(guān)管理工作。作為主要起草人,編寫(xiě)了GB17820、GB13610等多項國家標準,研制了多種天然氣分析用國家一級和二級標準物質(zhì)。Emal:tang@petrochina.com,cn98唐蒙等IsO/TR22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀2015此項技術(shù)報告之所以耗費較長(cháng)的時(shí)間,分歧主要表1MN計算公式各組分的代號和名稱(chēng)為,目前在歐洲主要采用奧地利AVL公司提出的計Table 1 Symbols of different componentsin the mon cal cul ation formul a算方法,但AVL只提供商用軟件,不公開(kāi)其計算模組分代號123型。在北美主要采用美國氣體研究院(GRⅠ提出的計組分名稱(chēng)甲烷乙烷丙烷丁烷二氧化碳算方法。在編制過(guò)程中,起草組在缺少AVL方法的情況下,只能根據歐洲、中國和泰國提供的天然氣組成2.3.2天然氣氫碳比與辛烷值關(guān)聯(lián)式數據,采用GRI的兩種方法計算了甲烷值及其差值,使用氫碳比計算MON的公式如下并指出計算方法的限定范圍。MON=-406.14+508.04R-173.55R+20.17R2技術(shù)報告的主要內容式中,R為氣體燃料氫原子與碳原子數目的比值2.1范圍在GRI用于辛烷值試驗的氣體燃料的源組成數IsO/丌R2302:2014規定了已知氣體摩爾組成據中,重烴組分是丁烷。實(shí)際上,對于真實(shí)氣體,重烴的干天然氣的甲烷值(MN, methane number)的計算可能是C,甚至為C。如果考慮丁烷以上的重烴,方法氫碳比可能不同。不僅需考慮比丁烷輕的烴組分,還美國氣體研究院(GRI方法用來(lái)計算氣體的甲烷應考慮所有烴組分。值(MN)和馬達法辛烷值(MON, motor octane num-23.3天然氣甲烷值與辛烷值的關(guān)聯(lián)式ber),線(xiàn)性關(guān)系適用于甲烷含量高的天然氣抗爆性的使用MON計算MN,以及使用MN計算MON比較和測量。的公式如下2.2定義MN=1.445MON-103.42(3)甲烷值(MN):衡量氣體燃料抗爆性的指標,在標MON=0.679MN+72.3(4)準規定的爆震試驗條件下,具有相同的爆震趨勢的氣式(3)和式(4)不是完全線(xiàn)性的,因此這兩個(gè)關(guān)聯(lián)體燃料具有相同的爆震指標。規定純甲烷作為抗爆性式相互間并不是完全可逆的標準燃料,純甲烷的甲烷值為100,而純氫氣作為不抗24AVL方法爆性標準燃料,純氫氣的甲烷值為θ目前,奧地利AVL公司還開(kāi)發(fā)了一種計算甲烷馬達法辛烷值(MON):對火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機燃料的值的方法。雖然,AVL方法在歐洲得到廣泛的應抗爆值是用 ASTM D2700-2007《火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機燃用,但由于涉及到AVL公司的知識產(chǎn)權,AVL只提料的馬達法辛烷值的試驗方法》規定的標準試驗方法,供商業(yè)軟件,而不公開(kāi)其計算公式。因此,在ISO技在規定條件下的標準發(fā)動(dòng)機試驗中,將該燃料與標準術(shù)報告中就不能提供AVL方法計算的甲烷值。燃料混合物的爆震傾向進(jìn)行比較而測定的。2.5結果表達2.3GRI方法如果已知氣體燃料的摩爾組成,則可計算甲烷值GRI采用 ASTM D2700-2007規定的辛烷值評因為有兩個(gè)不同方程計算辛烷值,所以氣體有兩個(gè)甲定方法計算天然氣燃料的馬達法辛烷值(MON)。以烷值,在計算報告中應報出兩個(gè)結果。對同一個(gè)天然下推導了兩個(gè)數學(xué)關(guān)聯(lián)式來(lái)計算MON氣組成,分別用組成法和氫碳比法計算其甲烷值,如果2.3.1天然氣組成與辛烷值的線(xiàn)性關(guān)聯(lián)式使用天然氣組成計算MON的公式如下cATH兩個(gè)中國煤化工立考慮兩種計算甲烷值方法CNMHGMON=137.78x1+29.948x-18.193x3根據 Jacob Klimstra的報道,大多數歐洲天然氣167.062x+181.233x5+26.994x6(1)的甲烷值為65~10021。在發(fā)動(dòng)機試驗中,如果甲烷式中,x為組分i的摩爾分數值減少約10個(gè)點(diǎn),抗爆性的壓縮比將隨之減少1個(gè)各組分的代號和名稱(chēng)見(jiàn)表1。點(diǎn)。因此,如果兩種天然氣的甲烷值差值超過(guò)了10個(gè)石油與天然氣化工第44卷第4期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas99點(diǎn),就應該考慮這兩種天然氣是否可以互換據GB/13611-2006計算獲得的,這些是ISO/TR2.6 ISO/TR22302附錄信息解讀22302:2014中沒(méi)有給出的數據在 ISO/TR22302:2014的附錄A中,給出了包由表4和表5中的數據可看出,相同氣體用兩種括純甲烷在內的多個(gè)樣品的組成數據和使用組成數據不同方法計算獲取的甲烷值是存在一定偏差的。同計算的氫碳比值(見(jiàn)表2)。表2給出了GRI用于辛烷組分的天然氣采用不同方法計算的甲烷值差值超過(guò)6值評定試驗的氣體燃料源組成數據。表3是使用GRI個(gè)點(diǎn),則說(shuō)明計算法有疑問(wèn),可能是組分的含量超出了法計算MON時(shí),其適用的各組分濃度限值。在此限限定的范圍。表4和表5中甲烷值之間的差值超過(guò)6值內,可使用GR給出的兩種方法進(jìn)行天然氣甲烷值個(gè)點(diǎn),說(shuō)明其組分含量超出了限定的范圍。 ISO/TR的計算。22302:2014對其原因進(jìn)行了分析,甲烷值差值大于6表2GR用于辛烷值評定試驗的氣體燃料源組成數據表436個(gè)歐洲氣體計算的甲烷值、甲烷值差值Table 2 Compositions(mol ar fraction of different沃泊指數及燃氣類(lèi)別fuels used in GR methodTable 4 Methane number. methane number differenceand fuel type of gas calculated fre混合物氫/碳36 European gas samples甲烷乙烷丙烷丁烷CO:氮氣比值樣本甲燒值甲燒值甲烷值差值沃泊指數/燃氣1100.04.00編號組成法氫碳比法(絕對值)(MJ·m-)類(lèi)別95.03.00.50.50.20.83.8990,16.00.70.80.771,4879.3947,1812T485.06.53.01.01.03.53.72385,0886,8349,3912T588.37.81.20.31.80.63.80684,28.53.773.2370.041950,4212T784.28.63.72.53.7283,3649,3412T8814.01.20.72.03.7145678953.8212T25,080.521.7148.6912T1188.911.13.641080.5892.3850,9612T1389.5393.134912T表3GR用于辛烷值試驗的每個(gè)組分的摩爾分數限定值1468.2012TTable 3 Molar fraction limits of different53,5112Tcomponents in GR method1666.9787,7220.7541,4512T組分限定值組分限定值1775,2477.2648.7412T甲烷≥75丁烷及更重組分1869.8180,5410.7341.6112T乙烷氮氣≤3.51995.0650.5612T2184.4886.0849,312T2.7典型氣體組成計算的甲烷值12TISO/TR22302:2014的附錄B給出了部分典型2477,3576,0752,322583.1183.4051,1612T天然氣組成進(jìn)行不同指標計算的計算結果。根據歐2675.78洲、中國和泰國提供的氣體組成數據,分別計算了這些71.325,3249.3621氣體由組成法和氫碳比法獲得的甲烷值,計算了兩種中國煤化工28方法之間甲烷值的差值。根據GB/T13611-2006CNMHG51,28《城鎮燃氣分類(lèi)和基本特性》計算了在101.325kP90322.5495.6850.2715℃條件下的沃泊指數,并由此劃分了燃氣類(lèi)別。3374.9918.045.87計算結果見(jiàn)表4和表5(丁烷以上組分按丁烷計,二氧3540.1459.8919.7543.9010T化碳不計入氫碳比計算)。沃泊指數和燃氣類(lèi)別是根43.510T100唐蒙等IsO/TR22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀2015表530個(gè)中國和泰國氣體計算的甲烷值、表6歐洲氣體甲烷值差值大于6的原因甲烷值差值、沃泊指數及燃氣類(lèi)別Table 6 Reason of methane number difference moreTable 5 Methane number. methane number differencethan 6 calaul ated from European gasWobbe index and fuel type of gas calculated from30 Chinese and Thailand gas samples樣本甲烷值編號差值樣本甲烷值甲烷值甲烷值差值沃泊指數/燃氣7.91y(氮氣)=7.19%編號(組成法)(氫碳比法)(絕對值)(MJ·m3)類(lèi)別1114.04y(氮氣)=10.851.85620.75810.3y(氮氣)=11001%,y(二氧化碳)=4.184%78.1675.762.4052,16212916.28y(氮氣)=9.58%82.0080.89y(氮氣)=9.593435.11y(氧氣)=3.39%,y(氮氣)=13.53%95,772.0449.1912Ty(丁烷)=10793.8796.032.163519.75y(氧氣)=3.39%,y(氮氣)=13.7790,760.18y(丙烷93.072Ty(氧氣)=2.14%6,y氮氣)=16.7%1078.3376,302.0351.8112T1187.2498,7411.5043.2498.67211372.8875,03.132T表7中國和泰國氣體甲烷值差值大于6的原因1477.8778,460,5950,32Table 7 Reason of methane number difference more0.46than 6 calculated from Chinese and Thailand gas10T1781,9380.6351.8812T樣本甲烷值編號差值原因1.36965.1264.480.6412T1111.50y(氮氣)=6,39%,y(二氧化碳)=3.719045,3455,089.7454,47y(氮氣)=17.242182.3178,333.9849,24(丁烷)=6.45%98.01(丁烷)=6.96650,08916,30y(二氧化碳)=22.34%98.113.6221二氧化碳)=23.4690.895.5849.272725.8749.323.432T32GRI給出的兩種計算方法是一致的56.365.2041.6737.65低于10T在發(fā)動(dòng)機試驗中,如果甲烷值減少約10個(gè)點(diǎn),抗低于10爆性的壓縮比將隨之減少1個(gè)點(diǎn)。因此,兩種計算方令注:表4表5中所列沃泊指數和燃氣類(lèi)別是以說(shuō)明盡管組成不法計算的甲烷值若相差不大于6個(gè)點(diǎn),就可認為這兩只有少量的在10T的范圍內種方法是一致的。歐洲的天然氣計算的甲烷值差值超過(guò)6個(gè)點(diǎn)的有個(gè)點(diǎn)的原因列于表6和表7。此外,ISO/丌R2202:9個(gè),全部是氮氣的含量超過(guò)了限定值。其中,有一個(gè)201l4還列出了計算各甲烷值的組成數據(具體數據詳是二氧化碳含量同時(shí)超過(guò)限定值,有3個(gè)是摻混了調見(jiàn)該技術(shù)報告)。峰用的液化石油氣,其特征就是含有較高的丙烷和/或丁烷,同時(shí)還混有接近20%的空氣(氮氣和氧氣)。3討論中國煤化工的甲烷值差值超過(guò)6個(gè)3.1計算方法是有限制的點(diǎn)的CNMH@二氧化碳含量超過(guò)GRI給出的方法有其特定的范圍,其計算公式是1.%、一個(gè)是氮氣的含量大于3.5%、一個(gè)是氮氣和建立在12種混合氣的基礎上進(jìn)行試驗獲得的,見(jiàn)表二氧化碳含量同時(shí)超過(guò)限定值、還有兩個(gè)是丁烷及更2。其中,甲烷摩爾分數不小于75%,氮氣、二氧化碳重組分的含量超過(guò)限定值以及乙烷等烴類(lèi)摩爾分數均有其限定值(見(jiàn)表3)。(下轉第113頁(yè))第44卷第4期方健渤海油田D平臺聚結氣浮除油技術(shù)113間小、生產(chǎn)水處理量大等)的特點(diǎn)而設計,具有高效而質(zhì)含油值在110~130mg/L之間快捷的優(yōu)點(diǎn)。該撬裝采用模塊化設計,在D平臺所占(3)根據聚結氣浮除油室內評價(jià)實(shí)驗結果,利用空間為4.75m×2.63m×5.5m(L×W×H),處理量D平臺現有的空撬塊,設計聚結氣浮除油撬裝設備為500m3h。撬裝設備現場(chǎng)應用的聚結氣浮設計參(4m×2.4m×6m)為3級溶氣設備和2級聚結除油數見(jiàn)表3。設備,第3級溶氣設備處理的生產(chǎn)水進(jìn)入緩沖罐釋放,6結語(yǔ)將注水含油值控制在20mgL以下。(1)基于D平臺生產(chǎn)水處理流程的問(wèn)題和平臺空參考文獻]周建,聚結技術(shù)處理含油污水的實(shí)驗研究[D].山東:中國石油大間狀況以及特點(diǎn)(空間小、處理量大、停留時(shí)間短等),學(xué)(華東),2009在眾多的除油技術(shù)中推薦使用撬裝的聚結除油設備[2]李洪敏,婁世松,張風(fēng)華.聚結氣浮法處理含油污水[J].遼寧石聚結除油原理是將粗?；c氣浮選有機結合在一起,[3]陳雷,祁佩時(shí),王鶴立,粟結除油性能及機理探討門(mén).中國環(huán)境科并對聚結材料和氣泡粒徑這兩個(gè)核心技術(shù)進(jìn)行創(chuàng )新學(xué),2002,22(1):16-19使得該設備能夠對含油污水深度處理。[4]丁慧.含聚采出水純物理除油技術(shù)研究與應用[J].石油工程建設,2011,37(4):62-6(2)針對D平臺生產(chǎn)水處理流程入口水樣(含油5王新強,楊志剛,謝娟.超聲處理含油污泥除油實(shí)驗研究[].石油值為460mg/),開(kāi)展聚結氣浮除油室內評價(jià)實(shí)驗,與天然氣化工,2006,35(3):239-2416]蒲美玲,劉旭輝,基于多孔燒結金屬的油田污水懸浮物處理實(shí)驗并與平臺現用流程的室內實(shí)驗結果進(jìn)行對比。經(jīng)過(guò)2研究[J].石油與天然氣化工,2012,41(1):102-103級溶氣設備和聚結除油設備,出口水質(zhì)含油值在20[7張暉,趙麗,鄭大銃,OPsX型含油污水處理裝置現場(chǎng)試驗口mgL以下;經(jīng)過(guò)3級溶氣設備和聚結除油設備,出口油氣田地面010,29(12):3-4水質(zhì)含油值在10mg以下。使用普通氣浮出口水收稿日期:2014-09-22;編輯鐘國利(上接第100頁(yè))用GRI兩種方法計算的甲烷值差值大于6個(gè)點(diǎn)時(shí),則3.3甲烷值的應用意味著(zhù)天然氣的組成超過(guò)了其限定的范圍。這種情況甲烷值是天然氣作為汽車(chē)燃料時(shí)表征其抗爆性的通常只是在極端條件下才會(huì )出現。這些極端條件主要項指標,它是與汽油辛烷值相對應的指標。甲烷值指天然氣中高含二氧化碳、高含氮氣或混入調峰用的對以天然氣為燃料的汽車(chē)而言并不敏感,如果甲烷值液化石油氣等情況。這時(shí)對汽車(chē)性能可能產(chǎn)生一定的減少約10個(gè)點(diǎn),抗爆性的壓縮比將隨之減少1個(gè)點(diǎn)。影響,其影響的利弊目前還不清楚,在此只是提醒使用因此,對于以天然氣為燃料的汽車(chē),其甲烷值的大小就者,甲烷值也是影響因素之一。不像汽油那樣分成若干個(gè)牌號。這也是甲烷值只采用參考文獻計算法而未開(kāi)發(fā)出類(lèi)似汽油那樣的辛烷值測定方法的1陳賡良,芻議GB18047的修訂(二)兼論對新版sO15403的原因所在[J].石油與天然氣化工,2012,41(6):600-6[2]JACOB K, VITTORIO Q. Classification methods for the knock re一般情況下,天然氣作為汽車(chē)燃料時(shí),其甲烷值是 sistance of gaseous fuels- an attempt tow ards unification [C]穩定的。當采用液化石油氣和空氣作為調峰氣時(shí),可ASTM ICE Fall Conference in Ann Arber, Michigan.1, 1999: 16中國煤化工能會(huì )影響發(fā)動(dòng)機的使用。當氣體中含有較多氮氣和[3]KUCNMHGLISS WILLIAM EEffect ofnatural gas fuels [C]. SAE氧化碳時(shí),這主要是氣源引起的,這類(lèi)氣體如果是區域性的供給應提醒汽車(chē)的制造商和使用此類(lèi)天然氣的[4中國國家標準化管理委員會(huì ),GB/T13611-2006氣分類(lèi)和基本特性[S].北京:中國標準出版社,2006汽車(chē)用戶(hù)注意。對于絕大部分天然氣而言,兩種甲烷值計算法產(chǎn)生的差異不影響車(chē)用天然氣抗爆性。當采收稿日期:2015-01-23;修回日期:2015-04-15;編輯:鐘國利