楊玉霞，付子航，王成碩，王沛

1.中海石油氣電集團有限責(zé)任公司 技術(shù)研發(fā)中心（北京100028）

2.中海石油氣電集團有限責(zé)任公司 科技部（北京100028）

0 引言

LNG作為商品天然氣的一種特殊形式，以清潔環(huán)保、安全高效、運輸靈活等優(yōu)勢，在天然氣全球貿(mào)易中所占的比重持續(xù)增長。根據(jù)國際天然氣聯(lián)盟（IGU）發(fā)布的2020年年度LNG報告，2019年LNG國際貿(mào)易增長了13%，達到了3.547億t[1]。中國作為能源消耗大國，LNG貿(mào)易量近年來一直呈逐年上升態(tài)勢，自2006年國內(nèi)第一個LNG接收站中海油廣東大鵬LNG投產(chǎn)以來，福建LNG、上海LNG、江蘇LNG、海南LNG、寧波LNG、珠海LNG、大連LNG等一座座LNG接收站陸續(xù)建成投產(chǎn)。

國際范圍內(nèi)不同產(chǎn)地的LNG質(zhì)量指標(biāo)各有差異，且國際LNG標(biāo)準(zhǔn)體系中尚未有統(tǒng)一LNG產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)；同時國產(chǎn)LNG也缺乏具體質(zhì)量檢驗的指標(biāo)種類和指標(biāo)要求，因此有必要對比研究LNG產(chǎn)品的適用范圍與國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計分析中海油LNG接收站近幾年進口LNG的實際氣質(zhì)指標(biāo)、國內(nèi)以海氣（指我國近海油氣田開采的天然氣）和管道氣（指我國陸上油氣田開采的天然氣）等常規(guī)天然氣和以頁巖氣、煤層氣、煤制天然氣及生物質(zhì)天然氣等非常規(guī)天然氣為原料氣的液化廠的LNG出廠控制指標(biāo)，并結(jié)合國內(nèi)LNG運輸公司、各類LNG產(chǎn)品終端用戶對LNG產(chǎn)品質(zhì)量的需求及要求的調(diào)研數(shù)據(jù)，分析LNG產(chǎn)品中的甲烷、C4+烷烴、二氧化碳、氮氣、氧氣、總硫、硫化氫、高位體積發(fā)熱量等指標(biāo)。建立中國統(tǒng)一的LNG產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以滿足我國日益增長且更加多元化的LNG進口需求、為國內(nèi)不同類型氣源生產(chǎn)商品LNG提供了基礎(chǔ)性的質(zhì)量依據(jù)，還為國外LNG行業(yè)提供參考，為進口國際LNG貿(mào)易和交接提供依據(jù)，對LNG行業(yè)健康快速發(fā)展有著重要意義。

1 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對LNG質(zhì)量指標(biāo)的要求

目前國際LNG標(biāo)準(zhǔn)體系中尚未有針對LNG產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進行劃分或規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 19204—2003《液化天然氣的一般特性》等同采用CENB SE N1160：1997"Installations and equipment for liquefied natural gas—General characteristics of liquefied natural gas"。GB/T 19204—2003只是給出液化天然氣（LNG）的一般特性和LNG工業(yè)所用低溫材料方面以及健康和安全方面的指導(dǎo)[2]，未對LNG質(zhì)量指標(biāo)和要求作出具體規(guī)定。

我國在LNG產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求方面的標(biāo)準(zhǔn)只有SN/T 2491—2010《進出口液化天然氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》[3]，另外直接相關(guān)聯(lián)的還有SY/T 6933.1—2013《天然氣液化工廠設(shè)計建造和運行規(guī)范第1部分：設(shè)計建造》[4]。SN/T 2491—2010規(guī)定了進出口液化天然氣的技術(shù)要求、檢驗規(guī)則和質(zhì)量評價方法[3]，根據(jù)主要烴類、二氧化碳、氧、氮、總硫、硫化氫、高熱值及相對密度等10項指標(biāo)，提出一級、二級LNG質(zhì)量指標(biāo)，適用于進出口液化天然氣的質(zhì)量評價，但從指標(biāo)設(shè)置的重合關(guān)系和實踐適用性上，有待討論。SY/T 6933.1—2013規(guī)范了天然氣液化工廠的工藝及其他主要系統(tǒng)在設(shè)計建造方面的技術(shù)要求[4]，其中規(guī)定了原料氣包含水、二氧化碳、硫化氫、總硫、汞、芳香烴、C5+在內(nèi)的7類凈化指標(biāo)，可作為對LNG產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)性依據(jù)。對于非常規(guī)天然氣，如頁巖氣、煤層氣、煤制天然氣及生物質(zhì)天然氣，其氣源特點有所不同，但共同的特點是貧氣特征明顯，尤其煤制天然氣存在一定的氫氣含量，但這些種類的氣源進一步加工制取LNG，均應(yīng)符合SY/T 6933.1—2013的要求。

此外與之相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)還有GB 17820—2018《天然氣》[5]、GB/T 37124—2018《進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量要求》[6]、GB/Z 33440—2016《進入長輸管網(wǎng)天然氣互換性一般要求》[7]、GB/T 33445—2016《煤制合成天然氣》[8]、NB/T 12003—2016《煤制天然氣》[9]等，上述標(biāo)準(zhǔn)從一般商品天然氣氣質(zhì)和進入輸氣管網(wǎng)的天然氣氣質(zhì)要求方面，對LNG的質(zhì)量指標(biāo)提供了符合性的上限要求。

2 LNG樣本質(zhì)量指標(biāo)

2.1 國產(chǎn)LNG質(zhì)量指標(biāo)

經(jīng)過調(diào)研，國內(nèi)部分以常規(guī)天然氣為原料氣的LNG廠家的產(chǎn)品出廠指標(biāo)，如中石油昆侖能源、中石化陜北、新奧能源等LNG產(chǎn)品的組分性質(zhì)見表1。

2.2 進口LNG質(zhì)量指標(biāo)

目前中海油已投運9個LNG接收站，LNG氣源地主要為卡塔爾、澳大利亞、尼日利亞、也門、埃及、俄羅斯、阿曼、安哥拉、赤道幾內(nèi)亞、馬來西亞、印度尼西亞、美國等國家。通過采集中海油近3年進口的400艘船貨（涉及20個國家，30個產(chǎn)地）的LNG產(chǎn)品在裝載港和卸載港的實測質(zhì)量指標(biāo)，并進行統(tǒng)計計算和分析，得出以下結(jié)論：

各氣源地LNG中甲烷的摩爾分?jǐn)?shù)為86.82%～99.91%，高位體積發(fā)熱量為37.06～42.37 MJ/m3；LNG密度（-160℃）變化為420.74～469.03 kg/m3；沃泊指數(shù)變化為49.72～52.60 MJ/m3。本文中使用的計量和燃燒參比條件統(tǒng)一為101.325 kPa，20℃。

3 中國LNG質(zhì)量統(tǒng)一指標(biāo)分析與探討

3.1 中國LNG質(zhì)量統(tǒng)一指標(biāo)

根據(jù)中海油近3年在國際LNG貿(mào)易中LNG的第三方檢測指標(biāo)項目、國際上通常權(quán)威發(fā)布的LNG質(zhì)量指標(biāo)項目、國外LNG接收站準(zhǔn)入要求的LNG質(zhì)量指標(biāo)及相關(guān)專家討論意見，確定以甲烷、C4+烷烴、二氧化碳、氮氣、氧氣、總硫、硫化氫及高位體積發(fā)熱量作為8項質(zhì)量控制指標(biāo)，具體指標(biāo)要求見表2。

表1 國內(nèi)部分LNG液化廠出廠液化天然氣檢測指標(biāo)

表2 液化天然氣質(zhì)量要求

3.2 甲烷含量、高位體積發(fā)熱量

LNG的主要成分是甲烷，高碳烴及非烴類組分較少，相對密度較穩(wěn)定，因此甲烷含量對高位發(fā)熱量和沃泊指數(shù)有直接影響。據(jù)統(tǒng)計，進口LNG和國產(chǎn)LNG中的甲烷摩爾分?jǐn)?shù)基本在86%以上，高位體積發(fā)熱量基本在37～42.4 MJ/m3范圍內(nèi)。參照SN/T 2491—2010《進出口液化天然氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》，建議甲烷摩爾分?jǐn)?shù)的下限為75%。

根據(jù)中海油近3年進口的20個國家、30個產(chǎn)地LNG資源的在載港和卸載港的實際檢測數(shù)據(jù)、國際權(quán)威第三方檢測機構(gòu)提供的國際所有LNG氣質(zhì)數(shù)據(jù)，可以以甲烷含量為基本依據(jù)，劃分為3組：86.0%≤甲烷摩爾分?jǐn)?shù)≤97.5%為常規(guī)組；甲烷摩爾分?jǐn)?shù)＜86.0%的LNG，重?zé)N含量較大，劃為富液組；甲烷摩爾分?jǐn)?shù)＞97.5%的LNG，重?zé)N含量極少，劃為貧液組。中海油已進口的20個國家、30個產(chǎn)地的LNG基本都可劃分入“常規(guī)組”。

對應(yīng)常規(guī)組的高位體積發(fā)熱量范圍為≥38.0～42.4 MJ/m3；貧液組的高位體積發(fā)熱量范圍為37.0～38.0 MJ/m3；富液組則為＞42.4 MJ/m3。

雖然國際貿(mào)易以熱值作為計價依據(jù)，但國際貿(mào)易中對LNG品質(zhì)的質(zhì)量指標(biāo)要求是一系列的，并非完整的質(zhì)量依據(jù)。LNG區(qū)別于氣態(tài)天然氣的一個重要特征是特殊存儲和氣化問題，甲烷是影響氣化率的主要指標(biāo)，因此在甲烷含量和高位體積發(fā)熱量兩個分類指標(biāo)中，考慮以甲烷含量為主要分類指標(biāo)。

C2、C3為增加熱值的組分，國際范圍內(nèi)這兩種組分的變化幅度較大，理論上該范圍也可以更廣，其他國家的LNG接收站的進口LNG質(zhì)量指標(biāo)對其也不做規(guī)定。因此，建議不再對C2、C3的范圍進行界定。

LNG中的C4+烷烴主要包括正丁烷、異丁烷、正戊烷、新戊烷等烴類，其含量過高會引起熱值波動，進而導(dǎo)致互換性變差；且較高的C4+組分含量可能使相關(guān)設(shè)備內(nèi)積液的可能性增大，給生產(chǎn)安全帶來隱患。

SY/T 6933.1—2013的“凈化氣最大允許雜質(zhì)含量”要求C5+含量小于50×10-6，由此制取的LNG中的C5+含量亦受此指標(biāo)控制。根據(jù)實際進口和國產(chǎn)LNG的完整批次檢測數(shù)據(jù)，C5+均為微量，因此建議不再單獨反映該指標(biāo)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且國際上GIIGNL的權(quán)威公布數(shù)據(jù)也不單獨羅列C5+，而是以C4+合并。經(jīng)統(tǒng)計，進口LNG和國內(nèi)生產(chǎn)的LNG的C4+組分摩爾分?jǐn)?shù)均小于2%。其他國家對進口LNG氣質(zhì)的要求為C4+摩爾分?jǐn)?shù)不大于2%，因此C4+摩爾分?jǐn)?shù)建議限定為不大于2%。

3.4 二氧化碳

由于二氧化碳相變溫度較高，低溫時易變成固體析出從而堵塞管道、設(shè)備和閥門，容易造成生產(chǎn)安全事故，因此目前國內(nèi)外液化工廠的天然氣凈化工藝控制二氧化碳含量上限為50 mg/L，國際其他國家對進口LNG氣質(zhì)的要求為100 mg/L，因此二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)限定為不大于0.01 %。

3.5 氮氣

氮氣含量影響LNG熱值，且氮氣含量過高易造成儲罐中LNG分層，提高翻滾事故的風(fēng)險。根據(jù)GB/T 22724—2008《液化天然氣設(shè)備與安裝陸上裝置設(shè)計》[10]和GB/T 19204—2003《液化天然氣的一般特性》，LNG的氮含量（摩爾分?jǐn)?shù)）在1%以下，可有效消除LNG分層，避免翻滾。

另外根據(jù)GIIGNL發(fā)布的《Roll over in LNG Storage Tanks》（2015）[11]關(guān)于儲罐內(nèi)LNG分層（Stratification）和翻滾的結(jié)論之一是LNG中氮的摩爾分?jǐn)?shù)應(yīng)低于1%。SN/T 2491—2010《進出口液化天然氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定氮的摩爾分?jǐn)?shù)不大于1.0%,其他國家對進口LNG氣質(zhì)的要求為氮含量不大于5.0 mg/m3，建議LNG中氮的摩爾分?jǐn)?shù)限定為不大于1.0%。

3.6 氧氣

LNG中氧氣的存在會造成LNG接收站及LNG液化工廠內(nèi)設(shè)備管道的腐蝕以及蒸發(fā)氣的安全問題，一般LNG中含氧量非常低。根據(jù)實際進口LNG氣質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和國際其他國家對進口LNG氣質(zhì)的要求，氧氣摩爾分?jǐn)?shù)基本在0.2%或100 mg/L，按照GB/T 37124—2018《進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量要求》規(guī)定氧氣摩爾分?jǐn)?shù)不高于0.1%，因此，LNG中氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)建議限定為不大于0.1%。

3.7 硫化氫和總硫

天然氣中的硫成分會造成LNG處理設(shè)備的腐蝕、堵塞和損壞，對于LNG而言，由于在凈化和液化工藝階段已對硫化氫進行深度脫除，因此其硫化氫含量一般均小于常規(guī)分析方法的檢測精度，通常報告為未檢出或小于1 mg/m3。根據(jù)SY/T 6933.1—2013的“凈化氣最大允許雜質(zhì)含量”的要求，較寬泛地限定硫化氫摩爾含量不大于3.5 mg/m3，總硫摩爾含量不大于5 mg/m3。因此硫化氫摩爾含量建議限定為不大于3.5 mg/m3。按照國標(biāo)GB 17820—2018《天然氣》中的一類氣和GB/T 37124—2018《進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量要求》的標(biāo)準(zhǔn)，總硫含量不應(yīng)大于20 mg/m3，因此總硫摩爾含量建議也采用不應(yīng)大于20 mg/m3的指標(biāo)。

4 結(jié)論

1）中國LNG質(zhì)量統(tǒng)一指標(biāo)的建立，滿足GB 17820—2018的“天然氣質(zhì)量要求”、GB/T 37124—2018的“進入天然氣長輸管道氣體的質(zhì)量要求”和GB/Z 33440—2016的“天然氣互換性一般要求”，尤其對硫化氫和總硫含量的指標(biāo)要求與國內(nèi)對天然氣潔凈性的趨嚴(yán)要求相一致。

2）通過參考SY/T 6933.1—2013的“凈化氣最大允許雜質(zhì)含量”、GB/T 33445—2016的“煤制合成天然氣技術(shù)指標(biāo)”及NB/T 12003—2016的“煤制天然氣產(chǎn)品技術(shù)要求和試驗方法”，保證具體指標(biāo)與國產(chǎn)常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣為原料氣制取LNG的質(zhì)量指標(biāo)協(xié)調(diào)性一致。

3）建立中國LNG質(zhì)量統(tǒng)一指標(biāo)，能夠充分體現(xiàn)LNG比一般天然氣高熱值、更清潔的基本特性，對于有益擴大LNG的進口利用、指導(dǎo)國內(nèi)生產(chǎn)。

4）中國LNG質(zhì)量統(tǒng)一指標(biāo)的建立，一方面滿足我國日益增長且更加多元化的LNG進口要求，另一方面也可以滿足我國多氣源條件下的天然氣互換性要求。