李曉紅 周理 何斌 曾文平 羅勤 陳正華 沈琳

1.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.中國(guó)石油天然氣質(zhì)量控制和能量計(jì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

在有液態(tài)水存在的情況下，H2S和CO2對(duì)管道及相關(guān)設(shè)備的腐蝕會(huì)加劇，故在管道運(yùn)行中必須特別關(guān)注對(duì)水露點(diǎn)和水含量的控制。GB 17820-2018《天然氣》規(guī)定“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5 ℃”[1]。俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定水露點(diǎn)，但全俄行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ОСТ 51.04-1993《工業(yè)和民用天然氣》按不同地區(qū)和季節(jié)規(guī)定了4種不同的指標(biāo)[2]，分別為-3 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-20 ℃，指標(biāo)間的差別達(dá)到17 ℃，合理地解決了氣質(zhì)要求與生產(chǎn)成本之間的矛盾。EASEE-gas規(guī)定7 MPa條件下，水露點(diǎn)≤-8℃。德國(guó)DVGW G 260:2008《德國(guó)法規(guī)慣例守則》規(guī)定水露點(diǎn)的最大值為管道壓力下的地溫。西奧地利天然氣管道規(guī)定6.4 MPa條件下的水露點(diǎn)溫度最大值為-8 ℃。

隨著中亞、中緬、中俄天然氣以及液化天然氣的進(jìn)入，至2020年，我國(guó)天然氣的進(jìn)口量將突破1200×108m3[2]。2014年5月21日，中俄兩國(guó)政府在上海簽署了《中俄東線天然氣合作項(xiàng)目備忘錄》，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司和俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司簽署了《中俄東線供氣購(gòu)銷合同》。根據(jù)中俄東線雙方商定，從2018年起，俄羅斯開始向中國(guó)供氣，計(jì)量交接站為俄羅斯東線末站，供氣量逐年增長(zhǎng)，最終達(dá)到每年380×108m3，累計(jì)30年。2015年2月10日～2月12日，中俄雙方在北京舉行了中俄西線供氣協(xié)議第一輪技術(shù)談判，計(jì)量交接站為俄羅斯西線末站，供氣量為每年300×108m3。

中俄東線購(gòu)銷協(xié)議和技術(shù)協(xié)議已于2014年簽訂。目前，中俄雙方將遵循采用ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)和/或我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的順序進(jìn)行天然氣質(zhì)量檢測(cè)和流量測(cè)量。但是，通常同一參數(shù)對(duì)應(yīng)多個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，需要對(duì)多個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法之間存在的差異進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而明確選擇哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)雙方更為公平合理。在進(jìn)口天然氣貿(mào)易過程中，對(duì)水露點(diǎn)/水含量的指標(biāo)也極為重視。為此，對(duì)中國(guó)、ISO和俄羅斯天然氣水露點(diǎn)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了比對(duì)，為中俄進(jìn)口天然氣貿(mào)易談判提供技術(shù)支持。

1 標(biāo)準(zhǔn)文本比對(duì)

中國(guó)、ISO、俄羅斯天然氣中水露點(diǎn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)匯總見表1。

表1 中國(guó)、ISO、俄羅斯水露點(diǎn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)匯總表Table 1 Summary of water dew point detection standards of China, ISO and Russia序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱采標(biāo)情況1ISO 18453:2004[3]Natural gas-Correlation be-tween water content and water dew point2ISO 6327:1981[4]Gas analysis-Determination of the water dew point-Cooled surface condensa-tion hygrometers3GB/T 17283-2014[5]天然氣水露點(diǎn)的測(cè)定 冷卻鏡面凝析濕度計(jì)法修改采用ISO 6327,擴(kuò)大了測(cè)量范圍4GB/T 22634-2008[6]天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的換算修改采用 ISO 18453:20045GOST 20060-1983[7]天然氣———水蒸氣含量和水露點(diǎn)測(cè)定方法

中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17283-2014在技術(shù)內(nèi)容上與ISO 6327-1981相同，只是在“應(yīng)用領(lǐng)域”中增加了“在特殊環(huán)境下，水露點(diǎn)范圍也可能更寬”的內(nèi)容。GB/T 22634-2008根據(jù)ISO 18453:2004起草，主要技術(shù)內(nèi)容相同。因此，三方標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)主要就中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17283-2014和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)GOST 20060-1983進(jìn)行比對(duì)。

GOST 20060-1983包括3種測(cè)試方法，即：冷凝法、電解法和吸收法。其中，冷凝法與GB/T 17283-2014的類似，因此把GOST 20060-1983中冷凝法的部分與GB/T 17283-2014比對(duì)。

1.1 原理

GOST 20060-1983與GB/T 17283-2014這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原理是相同的，都是測(cè)定與分析氣體接觸的金屬鏡表面水露點(diǎn)形成和水蒸發(fā)之間的平衡溫度來確定天然氣的水露點(diǎn)。

1.2 應(yīng)用范圍

GB/T 17283-2014應(yīng)用的管輸天然氣的水露點(diǎn)范圍為-25～-5 ℃，在特殊環(huán)境下，水露點(diǎn)范圍也可能更寬，沒有明確地規(guī)定壓力范圍，因此也可用于壓力較高、水露點(diǎn)可能更低的壓縮天然氣水露點(diǎn)的測(cè)定。GOST 20060-1983規(guī)定了水露點(diǎn)溫度的測(cè)量范圍為-40～20 ℃，壓力為10 MPa。

1.3 取樣

GB/T 17283-2014沒有對(duì)取樣明確規(guī)定，只要求“除鏡面外，管道和裝置的其他部分的溫度必須高于凝析溫度”。GOST 20060-1983對(duì)天然氣水露點(diǎn)測(cè)定的取樣作了明確的規(guī)定：在取樣管線中不能冷凝蒸氣和從取樣管線壁解吸蒸氣。為此，取樣管線的溫度應(yīng)比假定的天然氣水露點(diǎn)的溫度高3 ℃以上。在分析前，取樣管線和儀器管線均用干天然氣吹掃。必要時(shí)，取樣管線應(yīng)進(jìn)行保溫和加熱。由此可見，在取樣方法上GOST 20060-1983的規(guī)定更為詳細(xì),GB/T 17283-2014和GOST 20060-1983則僅規(guī)定了取樣管線溫度必須高于天然氣的水露點(diǎn)溫度。

1.4 制冷方式

天然氣水露點(diǎn)測(cè)定過程的制冷方式通常有4種(見表2)：溶劑蒸發(fā)法、絕熱膨脹法、制冷劑間接制冷法和熱電(珀?duì)柼?效應(yīng)法，GB/T 17283-2014中均有體現(xiàn)，GOST 20060-1983中僅有前兩種制冷方式。不論采用哪種制冷方式，只要能將鏡面溫度降到所需溫度即可，制冷方式原理上不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果帶來影響。

表2 制冷方式的對(duì)比Table 2 Comparison of refrigeration methods制冷方式GB/T 17283-2014GOST 20060-1983溶劑蒸發(fā)法制冷有有絕熱膨脹法制冷有有制冷劑間接制冷有無(wú)熱電(珀?duì)柼?效應(yīng)制冷有無(wú)

1.5 溫度測(cè)量

GB/T 17283-2014在進(jìn)行鏡面溫度測(cè)量時(shí)，手動(dòng)測(cè)定儀一般采用精密水銀溫度計(jì)，自動(dòng)測(cè)定儀則采用熱電探頭，但沒有對(duì)溫度計(jì)的不確定度作出明確的規(guī)定。GOST 20060-1983規(guī)定采用測(cè)量范圍為20～-60 ℃、標(biāo)度值為0.5 ℃的溫度計(jì)。

1.6 壓力測(cè)量

GB/T 17283-2014沒有對(duì)樣品氣壓力的測(cè)量作出規(guī)定，GOST 20060-1983規(guī)定了用膜片氣壓計(jì)或СРА型杯式水銀氣壓計(jì)測(cè)定樣品氣的壓力，并規(guī)定了壓力表的精度等級(jí)。

1.7 烴類凝析的影響

當(dāng)烴露點(diǎn)高于水露點(diǎn)時(shí)，烴先于水凝析，烴露點(diǎn)將影響水露點(diǎn)的觀察。GB/T 17283-2014描述了烴露點(diǎn)對(duì)水露點(diǎn)的影響，并使用液烴起泡器來輔助觀察。GOST 20060-1983沒有這方面的內(nèi)容。

1.8 試驗(yàn)結(jié)果的處理

GB/T 17283-2014未明確規(guī)定試驗(yàn)結(jié)果，以幾次測(cè)量平均值作為結(jié)果，在實(shí)際檢測(cè)工作中，通常重復(fù)測(cè)量?jī)纱?。GOST 20060-1983規(guī)定了試驗(yàn)結(jié)果的處理,以3次測(cè)量為基礎(chǔ)計(jì)算冷凝和汽化的平均值,如果3次平均值的偏差不超過3 ℃，則按式(1)計(jì)算水露點(diǎn)。相反，則不能使用該方法測(cè)定水露點(diǎn)。

td=(t1+t2)/2

(1)

式中：td為樣品氣的水露點(diǎn)，℃；t1為初露溫度，℃；t2為消露溫度，℃。

1.9 誤差來源——操作時(shí)的一般注意事項(xiàng)

GB/T 17283-2014分析了試驗(yàn)過程中的誤差來源以及避免方法,GOST 20060-1983沒有這方面的內(nèi)容。

1.10 準(zhǔn)確度

GB/T 17283-2014規(guī)定了測(cè)試的準(zhǔn)確度：在-25～5 ℃的測(cè)量范圍，當(dāng)使用自動(dòng)測(cè)定儀時(shí)，水露點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確度一般為±1 ℃。使用手動(dòng)裝置時(shí)，測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于烴的含量，在多數(shù)情況下，可以獲得±2 ℃的準(zhǔn)確度。GOST 20060-1983沒有準(zhǔn)確度的描述。

2 試驗(yàn)比對(duì)

中國(guó)和ISO的檢測(cè)水露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)方法一致，中俄兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)最主要的區(qū)別是采用的吹掃方式不一致，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)采用干燥后天然氣吹掃，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用管輸天然氣吹掃。另外，中俄貿(mào)易中采用的是俄羅斯VYMPEL公司的在線露點(diǎn)分析儀[8-9]。因此，對(duì)中國(guó)采用的露點(diǎn)分析儀和俄羅斯VYMPEL公司的露點(diǎn)分析儀開展比對(duì)，并對(duì)不同吹掃方式也開展了比對(duì)。

中國(guó)、ISO和俄羅斯三方的水露點(diǎn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)再現(xiàn)性均沒有規(guī)定。在中俄天然氣貿(mào)易交接過程中，中國(guó)采用便攜式露點(diǎn)分析儀對(duì)在線露點(diǎn)分析儀的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。便攜式露點(diǎn)分析儀的不確定度為±2 ℃，在線露點(diǎn)分析儀的不確定度為±1 ℃，建議初步可以將兩個(gè)不確定度合成值作為不同儀器檢測(cè)結(jié)果一致性的判定依據(jù),如式(2)：

表3 采用水露點(diǎn)發(fā)生器進(jìn)行比對(duì)的結(jié)果Table 3 Results of the comparison with water dew point generator被測(cè)樣品標(biāo)準(zhǔn)值/℃檢測(cè)用露點(diǎn)分析儀檢測(cè)方式水露點(diǎn)檢測(cè)值/℃第1次第2次第3次平均值檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值之差/℃標(biāo)準(zhǔn)水露點(diǎn)發(fā)生器生成的氣體①-30.0Chandler手動(dòng)未檢出未檢出未檢出未檢出BL手動(dòng)-30.1-30.1-30.0-30.1-0.1BL自動(dòng)-30.5-30.6-30.5-30.5-0.5-20.0Chandler手動(dòng)-19.9-20.0-19.9-19.90.1BL手動(dòng)-19.6-19.1-19.9-19.50.5BL自動(dòng)-20.3-20.3-20.4-20.3-0.3-10.0Chandler手動(dòng)-8.9-8.9-8.8-8.91.1BL手動(dòng)-9.1-9.0-9.0-9.01.0BL自動(dòng)-9.3-9.4-9.3-9.30.7注: ①標(biāo)準(zhǔn)水露點(diǎn)發(fā)生器:英國(guó)MICHELL公司,型號(hào)DG-4。

(2)

2.1 實(shí)驗(yàn)室比對(duì)

以MICHELL標(biāo)準(zhǔn)水露點(diǎn)發(fā)生器生成的氣體為氣源，設(shè)定發(fā)生器的露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值溫度分別為-30.0 ℃、-20.0 ℃和-10.0 ℃，同時(shí)采用Chandler(中國(guó)常用露點(diǎn)分析儀：美國(guó)AMETEK公司，型號(hào)Chandler-13-1210，手動(dòng)目測(cè))和BL(俄羅斯常用露點(diǎn)分析儀：俄羅斯威派公司，型號(hào)Hygrovision BL，手動(dòng)目測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)兩種方式)露點(diǎn)分析儀檢測(cè)水露點(diǎn)，比對(duì)結(jié)果見表3。在-30.0 ℃條件下，Chandler儀器靈敏度不夠，未能檢測(cè)出水露點(diǎn)。其他條件下，Chandler手動(dòng)目測(cè)、BL手動(dòng)目測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)的結(jié)果之間以及與標(biāo)準(zhǔn)值之間吻合均很好，絕對(duì)差值最大為1.1 ℃。說明在沒有其他干擾的情況下，Chandler和BL露點(diǎn)分析儀檢測(cè)水露點(diǎn)的結(jié)果均是準(zhǔn)確可靠的。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比對(duì)

2.2.1露點(diǎn)分析儀比對(duì)

選擇3個(gè)天然氣輸氣站點(diǎn)，完成了水露點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)，比對(duì)結(jié)果見表4。從Chandler手動(dòng)目測(cè)、BL手動(dòng)目測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)的比對(duì)結(jié)果看，在沒有干擾的情況下，檢測(cè)結(jié)果吻合較好，最大差值不超過2.5 ℃。但在存在干擾(可能是水、醇和烴的干擾)的情況下，Chandler和BL露點(diǎn)儀的測(cè)量結(jié)果相差較大，最大差值達(dá)到6.1 ℃。另外，在試驗(yàn)過程中水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)也存在相互干擾的影響問題。

表4 中國(guó)和俄羅斯常用露點(diǎn)分析儀測(cè)定水露點(diǎn)比對(duì)結(jié)果Table 4 Comparison of water dew point results between China and Russia站點(diǎn)代號(hào)檢測(cè)壓力/MPa檢測(cè)用露點(diǎn)分析儀檢測(cè)方式水露點(diǎn)檢測(cè)值/℃第1次第2次第3次平均值最大差值/℃QBJ站2.7Chandler手動(dòng)-17.9-17.0-16.8-17.2BL手動(dòng)-16.7-16.6-16.4-16.6BL自動(dòng)-17.7-17.5-17.4-17.50.9LN站6.1Chandler手動(dòng)2.02.22.12.1BL手動(dòng)8.67.88.18.2BL自動(dòng)4.84.64.74.76.1HEGS站7.4Chandler手動(dòng)-17.4-16.9-16.7-17.0BL手動(dòng)-16.6-16.8-16.6-16.7BL自動(dòng)-19.0-19.1-19.1-19.12.4

2.2.2吹掃方式比對(duì)

由于俄羅斯常用露點(diǎn)分析儀 BL具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種檢測(cè)方式，因此選用該儀器開展不同吹掃方式比對(duì), 比對(duì)結(jié)果見表5。比對(duì)結(jié)果表明，兩種不同吹掃方式水露點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果絕對(duì)差值不超過0.4 ℃，檢測(cè)結(jié)果一致性很好。說明采用管輸天然氣或干燥后的管輸天然氣吹掃，對(duì)水露點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果沒有明顯影響。

3 結(jié)論與建議

(1) 中國(guó)(GB/T 17283-2014)和ISO(ISO 6327：1981)檢測(cè)水露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)方法一致，中國(guó)、ISO與俄羅斯(GOST 20060-1983)標(biāo)準(zhǔn)最主要的區(qū)別是吹掃方式不同，GB/T 17283-2014是采用管輸天然氣吹掃，GOST 20060-1983是采用干燥后的天然氣吹掃。

表5 不同吹掃方式檢測(cè)水露點(diǎn)含量比對(duì)結(jié)果Table 5 Comparison of water dew point content with different blowing modes站點(diǎn)代號(hào)氣源代號(hào)檢測(cè)壓力/MPa吹掃方式檢測(cè)方式水露點(diǎn)檢測(cè)值/℃第1次第2次第3次平均值自動(dòng)與手動(dòng)平均值管道氣吹掃與干氣吹掃檢測(cè)結(jié)果差值YL站SXSLG4.2干燥天然氣吹掃自動(dòng)0.50.40.20.4手動(dòng)0.40.40.50.40.4管道天然氣吹掃自動(dòng)0.1-0.4-0.3-0.2手動(dòng)1.11.11.11.10.50.1YXYL4.3干燥天然氣吹掃自動(dòng)0.60.80.90.8手動(dòng)1.31.71.81.51.2管道天然氣吹掃自動(dòng)0.60.80.80.7手動(dòng)2.32.32.22.31.50.3CB4.2干燥天然氣吹掃自動(dòng)-4.9-5.1-4.9-5.0手動(dòng)-4.7-5.1-5.1-5.0-5.0管道天然氣吹掃自動(dòng)-5.2-5.1-5.2-5.2手動(dòng)-5.6-5.4-5.3-5.4-5.3-0.3HEGSXEXYL7.5干燥天然氣吹掃自動(dòng)-18.2-18.4-18.0-18.2手動(dòng)-16.7-16.6-16.5-16.6-17.4管道天然氣吹掃自動(dòng)-18.3-18.9-19.0-18.7手動(dòng)-16.9-16.8-16.9-16.9-17.8-0.4

(2) 以標(biāo)準(zhǔn)水露點(diǎn)發(fā)生器生成的氣體為氣源，中國(guó)常用露點(diǎn)分析儀(Chandler)和俄羅斯常用露點(diǎn)分析儀 BL)檢測(cè)結(jié)果之間以及與標(biāo)準(zhǔn)值之間吻合均很好，絕對(duì)差值最大為1.1 ℃。說明在沒有其他干擾的情況下，中國(guó)常用和俄羅斯常用露點(diǎn)檢測(cè)水露點(diǎn)的結(jié)果均是準(zhǔn)確可靠的。

(3) 從中國(guó)常用露點(diǎn)分析儀Chandler手動(dòng)目測(cè)、俄羅斯常用露點(diǎn)分析儀BL手動(dòng)目測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)的比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果看，在沒有干擾的情況下，檢測(cè)結(jié)果吻合較好，最大差值不超過2.5 ℃。但在存在干擾(可能是水、醇和烴的干擾)的情況下，Chandler和BL露點(diǎn)分析儀的測(cè)量結(jié)果相差較大，最大差值達(dá)到6.1 ℃。另外，在試驗(yàn)過程中水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)也存在相互干擾的影響問題。

(4) 建議相關(guān)單位繼續(xù)加強(qiáng)水露點(diǎn)測(cè)定方面的研究，尤其在醇、烴等存在條件下，可能干擾水露點(diǎn)正確測(cè)定方面，開展充分的試驗(yàn)和論證。