賈靜 代寧寧 齊麗萍 鞠云忠

東營市工業(yè)產(chǎn)品檢驗與計量檢定中心 山東東營 257091

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的不斷深入，以及經(jīng)濟結構的不斷調整，現(xiàn)階段的中國經(jīng)歷了經(jīng)濟發(fā)展的粗放期，開始往縱深的方向發(fā)展。再加上化石能源經(jīng)過近百年的開采和利用，已經(jīng)面臨枯竭的現(xiàn)狀。在這樣的背景下，如何保證國家的能源安全，以及在保證能源充足的情況下積極應對大氣污染、環(huán)境保護等問題，是目前我國發(fā)展必須面臨的問題。天然氣作為清潔能源，本身具有清潔、低碳、高能量、儲量大、可再生的特點，能夠滿足我國目前經(jīng)濟轉型期的大部分能源需求。

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和市場的廣泛認可，國家對天然氣產(chǎn)品的質量提出了更加嚴格的標準要求。并且，世界范圍內的油氣產(chǎn)品都在不斷地提高自身質量，更新迭代，國內天然氣產(chǎn)品質量的升級也是勢在必行。我國之前修訂的國家標準GB17820-2012《天然氣》，對于我國天然氣中含有的總硫、硫化氫等質量指標都提出了更加明確的技術要求，對于推動天然氣產(chǎn)品質量的升級具有十分重要的指導意義。而最新修訂的標準GB17820-2018《天然氣》已經(jīng)在2018年全面實施，大大提高了天然氣總硫限值的標準要求，從200mg/cm3減少為20mg/cm3。同時還提出應該對相關指標進行連續(xù)檢測，避免部分環(huán)節(jié)的產(chǎn)品質量不達標。這樣產(chǎn)品質量標準更嚴并且時間跨度更長的檢測要求，對現(xiàn)階段的天然氣產(chǎn)品質量檢測技術提出了更高的要求[1]。

除了正常的天然氣產(chǎn)品之外，還有許多需要進入長輸管道的天然氣產(chǎn)品。按照獲得天然氣的途徑分類，可以分為頁巖氣、煤層氣等等。氣體來源較為復雜的天然氣產(chǎn)品，在進入長輸管道之后可能會對管道產(chǎn)生一定的影響，因此更加需要嚴格的檢測標準和精細的檢測技術來保證氣體運輸?shù)陌踩?。在最新修訂的GB/T37124-2018《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》中，就對這樣的天然氣產(chǎn)品提出了十分具體的要求。如何提高天然氣產(chǎn)品相關的檢測技術，來達到與檢測要求相匹配的程度，成為了行業(yè)發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)[2]?；谠刑烊粴猱a(chǎn)品質量的檢測技術基礎，本文對于天然氣產(chǎn)品檢測的新技術主要集中在氧含量以及總硫含量測定兩項。

1 現(xiàn)階段天然氣行業(yè)質量現(xiàn)狀

1.1 目前有關天然氣產(chǎn)品的質量要求越來越高

現(xiàn)階段，國家對于天然氣行業(yè)產(chǎn)品質量制定的GB17820-2018《天然氣》標準是行業(yè)內的最高標準，也是天然氣行業(yè)各種產(chǎn)品質量必須達到的標準。這項標準經(jīng)歷了不斷發(fā)展完善的歷程。該項標準最初在1999年發(fā)布，當時的標準僅對天然氣產(chǎn)品中的高位發(fā)熱量、總硫含量、硫化氫含量、二氧化碳含量和水露點指標提出了技術要求，對于其他方面并未做出十分嚴格的質量要求。但是隨著天然氣行業(yè)的不斷發(fā)展以及世界范圍內油氣產(chǎn)品的更新升級，在2012年對標準進行修訂后，對長輸管網(wǎng)的管控放寬，一類氣和二類氣也能夠達到進入標準。2018年最新修訂的標準，對于天然氣產(chǎn)品質量的要求越來越高，對于高位發(fā)熱量以及總硫含量的限制等指標都做出了更加嚴格的標準要求。為了趕超國際天然氣產(chǎn)品的平均水平，推動我國天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時要保證長輸管道的安全[3]，都對天然氣檢測技術提出了更高的標準要求。

最新修訂的天然氣產(chǎn)品質量標準，除了對總硫含量等限量指標的具體數(shù)值作出了規(guī)定，還參考了世界范圍內對于天然氣產(chǎn)品的質量要求標準，引入了瞬時值和連續(xù)監(jiān)測兩個概念。目前，全球范圍內的普遍規(guī)定是，硫化氫含量瞬時值低于15mg/cm3，硫化氫含量在八個小時的時間周期內必須低于150mg/cm3。由于中國的天然氣長輸管道遠遠超出世界平均水平，因此在進行相關標準的量化時也進行了實地的考察和結合。例如法國對硫化氫含量的測評以八個小時為周期，而中國以24小時為測評周期，除了進行連續(xù)測評的周期更長，我國對于硫化氫含量的瞬時值的標準要求也更加嚴格。

1.2 現(xiàn)階段長輸管道天然氣的質量要求

目前，天然氣作為清潔能源中儲量較大，來源較廣的主力清潔能源，受到了中國乃至世界范圍內能源市場的廣泛歡迎。中國最初制定的天然氣質量指標主要是針對普通天然氣產(chǎn)品的質量所制定的相關標準。但是隨著中國對于天然氣產(chǎn)品的研究越來越深入，而天然氣產(chǎn)品本身的來源也較為廣泛，當前國內的天然氣來源不斷增加，例如煤層氣、頁巖氣等等區(qū)別于普通天然氣的產(chǎn)量日益增加。隨著中國對于各種天然氣資源開采的技術越來越深入，這些來源廣泛的、區(qū)別于普通天然氣產(chǎn)品的天然氣種類產(chǎn)量必然會越來越多。當前，中國天然氣供應格局已經(jīng)悄然發(fā)生了改變，從單一的普通天然氣產(chǎn)品供應變成了有更多不同種類的天然氣產(chǎn)品混雜供應。這些區(qū)別于普通天然氣產(chǎn)品的天然氣，產(chǎn)品的氣體構成有所不同，可能會因為本身所含有的其他氣體對天然氣長輸管道造成一定的影響和破壞，也會影響最終天然氣供應的質量。因此，經(jīng)過對多種來源的氣體進行調查研究后，國家出臺制定了《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》，這項標準符合現(xiàn)階段中國的天然氣供應現(xiàn)狀，同時也對各種來源的天然氣提出了更加嚴格的質量準入標準。這項標準的出臺，主要是針對能夠進入天然氣長輸管道的頁巖氣、煤層氣等等來源較為廣泛的氣體，最終目的是為了保證這些來源廣泛的氣體能夠在滿足統(tǒng)一的管控標準之后進入長輸管道，保證天然氣長輸管道不遭到破壞，并且能夠保證后續(xù)用氣的質量?？紤]到氣體含量和構成較為復雜、氣體來源廣泛的天然氣，該項標準除了對天然氣必須進行檢測的硫含量做了嚴格標準之外，同時還對氣體中所含的一氧化碳等氣體也進行了嚴格的限制，嚴格保證進入長輸管道的氣體能夠滿足用氣標準。

2 目前天然氣產(chǎn)品質量升級對檢測技術提出新的要求

2.1 總硫含量檢測技術的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國對于天然氣總硫含量的檢測技術還處于較為傳統(tǒng)的階段。通常情況下，總硫含量的檢測需要通過工作人員進行現(xiàn)場取樣，然后仔細保存后轉入實驗室進行離線檢測。這樣的做法存在一定的不足和弊端，例如取樣之后，樣品中的硫化合物會吸附在容器中，不易被檢測儀器發(fā)現(xiàn)，從而影響最終檢測結果的有效性和準確性。隨著國家政策對于天然氣產(chǎn)品質量的要求更高，對天然氣產(chǎn)品進行質量抽查的頻率也隨之變高，相關要求也會更加嚴格。而傳統(tǒng)的總硫含量的檢測方法不僅耗時較長，耗費人力較多，并且最終的檢測結果還存在不夠真實的可能性，并不適應現(xiàn)狀。進行天然氣總硫含量在線檢測，不僅具有實時性、實效性，而且最終所得的結果更加準確，耗時也更短。因此，發(fā)展天然氣總硫含量在線檢測技術勢在必行，同時相關質量標準也提出了實行天然氣總硫含量在線檢測的相關建議和指導意見。但是在現(xiàn)階段天然氣總硫含量檢測技術的發(fā)展狀況下，總硫含量在線檢測的技術還存在著不成熟的地方。雖然國內外對于天然氣總硫含量在線檢測的儀器進行了諸多的研發(fā)，但是在實際應用的過程中，卻還是存在著許多的問題。

2.2 氧含量檢測技術的現(xiàn)狀

除了總硫含量和硫化合物需要在天然氣產(chǎn)品質量的檢測中嚴加關注之外，氧氣含量也是需要進行嚴格檢測的指標。這是因為氧氣和天然氣混合之后，會增加天然氣爆炸的概率。另外，氧氣與天然氣中含有的水結合，會大大加速天然氣長輸管道的腐蝕。為了保證天然氣長輸管道的安全，各個國家紛紛出臺了對于天然氣中氧氣含量的檢測標準，并且這項標準要求隨著天然氣檢測技術的精進而越來越高。

目前，國外大多采取在線氧氣檢測儀來檢測天然氣中的氧氣含量。但由于相關技術研發(fā)的不到位，國外也并沒有統(tǒng)一的關于進行天然氣運輸過程中氧氣含量檢測的方法和十分具體的標準，而國內更是尤甚。由于我國對于天然氣等能源的研究起步較晚，前期多重視天然氣中硫化合物含量的檢測，而對天然氣中氧氣含量的檢測重視度偏低。因此，現(xiàn)階段國內天然氣長輸管道中并未配備氧氣含量在線檢測的相關儀器，對于天然氣中氧氣含量的檢測，仍然按照傳統(tǒng)的離線檢測方法。與進行總硫含量離線檢測的步驟相似，氧氣含量的離線檢測也需要人工現(xiàn)場取樣，之后在實驗室通過氣相色譜法來進行具體的檢測。因受到儀器設備等相關因素的限制，使用氣相色譜法對氧氣含量進行離線檢測，通常耗時較長，無法在短時間內獲得天然氣中氧氣含量的具體數(shù)據(jù)，存在一定的弊病。

3 現(xiàn)階段天然氣產(chǎn)品質量檢測的新技術檢測探析

3.1 硫化合物及總硫在線檢測新技術

3.1.1 GC-uTCD氣相色譜微型熱導檢測技術

傳統(tǒng)的總硫含量離線檢測技術存在耗時較長、檢測結果準確度低等缺陷和不足，國家也大力倡導使用在線檢測技術進行天然氣硫化合物和總硫含量檢測。隨著檢測技術的更加精進，現(xiàn)階段對于天然氣中硫化合物以及總硫含量進行檢測的技術傾向，是將更加簡便易攜帶的檢測儀器帶至現(xiàn)場進行現(xiàn)場操作。例如新研發(fā)的GC-uTCD氣相色譜微型熱導檢測技術，結構上小巧輕便，不僅能夠方便地帶至現(xiàn)場進行檢測而且檢測時間短，檢測結果準確性高。但是現(xiàn)階段該項技術還是存在著一定的弊端和不足。由于TCD屬于廣譜性檢測器，對于含硫化合物都有響應，無法選擇性對某一項物質進行單獨檢測，因此檢測技術的選擇性和專一性還需要進一步提高。

3.1.2 GC-IMS氣相離子遷移譜檢測技術

2GC-IMS氣相離子遷移譜檢測技術能夠通過氣相離子的遷移率來進行各種氣體以及化學物質的分析和表征，來達到最終含量檢測的目的。該項技術非常適于對天然氣特定指標進行質量表征，檢測設備本身結構輕便，容易攜帶，并且在檢測效率非常高，檢測結果也更加精準，能夠對各種同分異構體進行精確地識別。但是該項技術目前僅僅處于理論階段，尚未正式應用于天然氣總硫含量的在線檢測，還需要進一步的驗證和發(fā)展。

3.2 氧含量測定新技術

現(xiàn)階段天然氣中氧氣含量檢測的新技術是利用電化學原理進行，因為電化學測定法能夠對天然氣中氧氣的含量進行十分準確的測定，還兼具了簡單易攜帶的特點，并且因為相關的儀器已經(jīng)比較成熟，檢測的成本也較低，操作流程簡單方便。因此，如果能夠對該項技術進行更加深入的研究并且進行推廣，就可以在世界范圍內的天然氣氧氣含量檢測中進行應用。

4 結語

目前，國家和市場對于天然氣產(chǎn)品提出了更高的質量標準，這無疑對天然氣產(chǎn)品質量的相關檢測技術提出了更高的要求。現(xiàn)階段的天然氣檢測技術在總硫含量、硫化合物含量以及氧氣含量等方面的檢測技術都已經(jīng)邁出了前進的步伐，經(jīng)過一定時間的發(fā)展和改進，必定能夠獲得更大的進步。