謝躍輝,韋榮方,蔣斌巍,劉宗玉,劉海洋,楊大珂

1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司油氣計(jì)量中心（四川 成都610041）

2.中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田普光分公司（四川 達(dá)州635000）

3.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司貴陽輸油氣分公司（貴州 貴陽 550081）

1 天然氣取樣的目的

長(zhǎng)輸管道天然氣取樣就是從管道中取出微量天然氣（與管道輸量相比），并對(duì)取出的天然氣（樣氣）進(jìn)行品質(zhì)分析，包括組分分析、水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)測(cè)量、硫化氫含量測(cè)量、總硫含量測(cè)量等。天然氣取樣的目的有：①進(jìn)行氣質(zhì)監(jiān)測(cè)，分為污染物（雜質(zhì)）監(jiān)測(cè)、氣質(zhì)是否滿足交接各方約定和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求監(jiān)測(cè)，以及政府部門質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)。文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)了一種便攜式LNG取樣器，用于監(jiān)管部門對(duì)LNG產(chǎn)品開展質(zhì)量監(jiān)督取樣。②獲得氣質(zhì)組分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行密度、壓縮因子、發(fā)熱值等物性參數(shù)計(jì)算，參與流量（貿(mào)易交接計(jì)量）計(jì)算。中海油文昌9-2/9-3/10-3氣田采用累計(jì)取樣采樣法獲取氣樣，每月送至由買賣雙方認(rèn)可的第三方實(shí)驗(yàn)室分析單位熱值及組分，輸入超聲波流量計(jì)算機(jī)，作為計(jì)量參數(shù)計(jì)算出產(chǎn)量[2]。

通常在一個(gè)位置只設(shè)置一路取樣，部分輸氣量較大或?qū)赓|(zhì)敏感的場(chǎng)站會(huì)在同一位置同時(shí)設(shè)置兩路取樣，一方面互為備用，另一方面可以開展兩路之間的比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。中緬天然氣管道（國(guó)內(nèi)段）瑞麗首站在同一位置同時(shí)設(shè)置在線氣質(zhì)分析設(shè)備和在線自動(dòng)取樣系統(tǒng)[3]。

2 天然氣取樣方法

我國(guó)從20世紀(jì)90年代初開始對(duì)長(zhǎng)輸管道天然氣取樣技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，先后研發(fā)了直接取樣和間接取樣技術(shù)[4]，形成了GB/T 13609—2017《天然氣取樣導(dǎo)則》、GB/T 20603—2006《冷凍輕烴流體液化天然氣的取樣連續(xù)法》、GB/T 30490—2014《天然氣自動(dòng)取樣方法》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。當(dāng)前，在長(zhǎng)輸管道廣泛采用的取樣方法有直接取樣法、間接取樣法。其中直接取樣法應(yīng)用最廣，間接取樣法也得到局部應(yīng)用，其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)比見表1。中緬天然氣管道（國(guó)內(nèi)段）瑞麗首站為了滿足政府機(jī)構(gòu)天然氣檢驗(yàn)需求，在進(jìn)站處除設(shè)置在線氣質(zhì)分析設(shè)備外，還設(shè)置了在線自動(dòng)取樣系統(tǒng)[3]，開展累積取樣；中緬天然氣管道（國(guó)內(nèi)段）分輸量較小的場(chǎng)站還預(yù)留了取點(diǎn)樣口，為間接取樣的推廣奠定了基礎(chǔ)。

表1 天然氣取樣方法特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)比

3 天然氣取樣問題分析及建議

3.1 現(xiàn)有取樣位置設(shè)置不合理

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有取樣位置一般設(shè)置在輸氣站進(jìn)站位置（進(jìn)站ESD閥后、過濾分離器前），部分設(shè)置在過濾分離器下游、流量計(jì)上游位置。在管道互聯(lián)互通大規(guī)模建設(shè)、管網(wǎng)設(shè)施全面公平開放前，多氣源混輸、正反輸工藝較少，一條管道往往只有首站進(jìn)氣，管道沿線沒有新的進(jìn)氣點(diǎn)，管道內(nèi)天然氣沿著一個(gè)方向流動(dòng)（正輸），氣質(zhì)單一且穩(wěn)定，只需在氣體流動(dòng)的位置取樣即可，無需考慮氣體混合和反向流動(dòng)的情況。管道內(nèi)氣體混合、氣體流向頻繁切換成為常態(tài)，現(xiàn)有取樣位置的設(shè)置已不適應(yīng)多氣源混輸、流向頻繁切換的新情況，部分取樣點(diǎn)在某一工藝條件下取不到有代表性的天然氣，取到的是“沒有充分混合均勻的”天然氣或“不流動(dòng)的”天然氣，部分計(jì)量站流量計(jì)處的天然氣與取樣點(diǎn)的天然氣不是一種氣源，氣質(zhì)差異較大。

對(duì)于存在雙氣源或多個(gè)氣源的站場(chǎng)，由于不同氣源的氣質(zhì)組分存在差別。因此，為了保證混合氣氣質(zhì)組分測(cè)定的精確性，必須待氣體混合均勻后方可取樣，故對(duì)于存在兩種或多種氣源的輸氣站場(chǎng)，天然氣取樣點(diǎn)位置的選取尤為重要[8]。多種天然氣混合均勻所需要的長(zhǎng)度與每種天然氣的氣質(zhì)、流速、壓力、溫度混合方式、是否加裝混合器等相關(guān)。目前還沒有理論公式可以計(jì)算不同氣質(zhì)天然氣混合均勻所需的距離，只能按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估測(cè)或者采用模擬軟件進(jìn)行模擬估算[9]。閆文燦[9]對(duì)川氣東送天然氣管道普光首站天然氣混合情況進(jìn)行FLUENT仿真模擬，提出對(duì)于普光首站，建議在距混合點(diǎn)280 m處位置安裝氣相色譜儀。280 m的距離可能已不在輸氣站內(nèi)，需要在站外管道上選擇取樣點(diǎn)，即在站外設(shè)置氣體取樣分析撬（小屋）。

一般情況下，在選擇天然氣取樣位置時(shí)，需要根據(jù)工藝流程和流量計(jì)位置綜合確定，確保流量計(jì)處的天然氣與取樣位置處的天然氣一致，同時(shí)兼顧監(jiān)測(cè)輸氣站進(jìn)口、上載口氣質(zhì)變化情況。必要時(shí)，可以單獨(dú)設(shè)置氣質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣口，專門用于氣質(zhì)監(jiān)測(cè)，不直接用于計(jì)量計(jì)算。當(dāng)需要在站外管道上設(shè)置取樣點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選用自動(dòng)化水平高、穩(wěn)定可靠的氣質(zhì)取樣分析撬或自動(dòng)取樣系統(tǒng)，且管道企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)站外氣質(zhì)取樣分析撬或自動(dòng)取樣系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理。

3.2 現(xiàn)有在線色譜儀分析能力不足

直接取樣法在取樣的同時(shí)進(jìn)行氣質(zhì)分析，配套有在線氣質(zhì)分析設(shè)備，通常為在線色譜儀。因此，直接取樣法的應(yīng)用受制于在線色譜儀的特點(diǎn)。當(dāng)前，長(zhǎng)輸管道配置的在線色譜儀分析到C6+已是基礎(chǔ)能力，但能夠分析到C9+的在線色譜儀較少。與輕組分相比，同樣體積的重組分熱值更大，因此，能夠分析到更重組分的色譜儀測(cè)出的氣質(zhì)組分計(jì)算出的發(fā)熱值更大。夏寶丁[10]提出天然氣中的微量重組分在天然氣發(fā)熱量的計(jì)算中占有較大權(quán)重，重組分體積發(fā)熱量相當(dāng)于甲烷的5～7倍，對(duì)某一樣品而言，全組分的高位發(fā)熱量提高了1.2%左右。

國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等發(fā)布《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》，其中第十三條特別明確了建立天然氣能量計(jì)量計(jì)價(jià)體系的要求，提出：門站等天然氣批發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)以熱量作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)；暫不具備熱值計(jì)量條件的，應(yīng)于《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》實(shí)施之日起24個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱值（能量）計(jì)量。2019年12月9日，國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱國(guó)家管網(wǎng)）正式掛牌成立，國(guó)家管網(wǎng)成立一年多來，致力于促進(jìn)管網(wǎng)互聯(lián)互通、加快管網(wǎng)投資建設(shè)步伐，實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)全面公平開放，真正形成全國(guó)一張網(wǎng)，這在一定程度提高了天然氣能量計(jì)量的緊迫性。

綜上，建議天然氣管道企業(yè)開展在線色譜儀C6+升級(jí)到C9+改造，標(biāo)準(zhǔn)氣體制造企業(yè)開展C9+標(biāo)氣研制工作，新增在線色譜儀應(yīng)選用能夠分析到C9+的最新型號(hào)。

3.3 間接取樣法推廣應(yīng)用不足

中緬天然氣管道（國(guó)內(nèi)段）分輸量較小的場(chǎng)站預(yù)留了取點(diǎn)樣口，但未正式投用開展間接取樣分析工作。與直接取樣法（配置在線氣質(zhì)分析設(shè)備）相比，間接取樣法推廣應(yīng)用存在如下問題：

1）人工間接取樣操作安全風(fēng)險(xiǎn)大，需要人員持證上崗并接受安全培訓(xùn)。

2）間接取樣需要用到氣瓶，符合TSGR0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[11]的氣瓶需按照特種設(shè)備進(jìn)行管理，其運(yùn)輸需要有資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)[12]，大部分輸氣站位置偏僻，這增加了管道企業(yè)的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)和管理成本。

3）天然氣能量計(jì)量尚未全面推廣應(yīng)用，管道企業(yè)、托運(yùn)商、生產(chǎn)者、用戶等對(duì)天然氣發(fā)熱值的關(guān)注還不足，市場(chǎng)需求不強(qiáng)烈，推廣動(dòng)力不足。

雖然以上問題導(dǎo)致間接取樣法推廣不足，但間接取樣法有以下兩個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)：①間接取樣法應(yīng)用靈活、節(jié)省投資，可實(shí)現(xiàn)相互間的比對(duì)；②在分輸量不大、氣質(zhì)變化不大、使用賦值法實(shí)現(xiàn)能量計(jì)量的場(chǎng)所，可以通過間接取樣法對(duì)賦值情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、驗(yàn)證，且取得的樣品可以長(zhǎng)期保存，便于追溯。建議天然氣管道企業(yè)和相關(guān)方開展間接取樣試點(diǎn)，第三方氣質(zhì)分析機(jī)構(gòu)提供技術(shù)支持，共同推廣間接取樣法。

4 結(jié)論

1）當(dāng)前，長(zhǎng)輸管道天然氣取樣以直接取樣法為主，部分管道開展了間接取樣試點(diǎn)，但未全面推廣。

2）取樣位置的確定應(yīng)兼顧計(jì)量和氣質(zhì)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)可以單獨(dú)設(shè)置氣質(zhì)監(jiān)測(cè)用取樣點(diǎn)；場(chǎng)站、樞紐站等取樣位置的確定應(yīng)充分考慮不同天然氣混合均勻所需要的管道距離，必要時(shí)可以通過數(shù)值模擬計(jì)算。

3）建議天然氣管道企業(yè)開展在線色譜儀C6+升級(jí)到C9+改造，開展C9+標(biāo)氣研制工作，新增在線色譜儀應(yīng)選用能夠分析到C9+的最新型號(hào)。

4）間接取樣法應(yīng)用靈活、節(jié)省投資，可實(shí)現(xiàn)相互間的比對(duì)，建議天然氣管道企業(yè)和相關(guān)方開展間接取樣試點(diǎn)，第三方氣質(zhì)分析機(jī)構(gòu)提供技術(shù)支持，共同推廣間接取樣法。