對天然氣質量在線檢測實驗室建設的思考與建議

青青，裴全斌

國家管網集團西氣東輸公司 武漢計量研究中心（湖北 武漢430073）

隨著天然氣產業的快速發展，商品天然氣、頁巖氣、LNG氣化天然氣、煤層氣等進入輸氣管網，逐步形成了多方位、多類別的氣源格局[1]。為滿足用戶對天然氣質量的需求和質量管理體系要求，保障天然氣質量指標準確檢驗,為天然氣市場開發、生產、集輸、銷售服務,各單位安裝大量的天然氣在線檢測設備，但在線檢測設備的選型、使用、溯源等方面均存在亟待解決的問題。通過建立天然氣在線檢測實驗室對在線檢測設備進行量值傳遞，對輸氣管道的氣源及下游供氣口進行氣質檢測，開展天然氣在線檢測技術研究，達到控制天然氣產品質量的目的，保障管網安全運行，為用戶提供合格天然氣產品。

1 天然氣質量指標和檢測方法

1.1 產品標準

目前國內主要的天然氣相關產品為商品天然氣、頁巖氣、液化天然氣、煤層氣、壓縮天然氣、煤制氣等（表1）。

表1 天然氣產品質量指標

1.2 天然氣質量檢測方法標準

天然氣的檢測主要包括組成、物性參數及總硫、硫化氫、水露點、烴露點等6項質量檢測項目的10種檢測方法（表2）。

表2 實驗室實驗方法標準一覽表

2 目前檢測方法存在的問題

目前的檢測存在檢測方法空白、性能評價影響差、質量控制措施弱、技術法規不完善、量值溯源與傳遞不到位等問題，具體表現如下。

2.1 在線檢測方面存在的問題

1）檢測標準。目前的天然氣檢測標準主要集中于實驗室檢測設備以及部分便攜式檢測設備領域，對于在線檢測設備雖在部分檢測標準里有所提及，但主要的驗證實驗均在實驗室開展，現場使用的效果無法評價，專門針對在線檢測設備的標準方法空白。

2）性能評價。目前，雖然已經有了《天然氣分析系統性能評價》的國家標準，但評價方法為ISO轉化，僅針對在線色譜儀開展了驗證實驗，給出了不確定度，對于分析結果的準確度等指標，并未量化。對其他在線設備，如在線水露點儀、在線硫化氫分析儀等，開展評價的可操作性不強。

3）質量控制。與實驗室檢測儀器及設備相比，在線設備均未建立切實可行的質量管理體系，使用方對在線設備的管理程序、數據準確度保證措施等方面差異較大。如在線氣相色譜儀，更關注分析時間、分析穩定性等指標，這些都是實驗室色譜沒有的指標，如果按照實驗室色譜質量控制方式執行，會導致準確度有很大差別。

2.2 在線檢測設備量值溯源方面存在的問題

1）技術法規。除了在線氣相色譜儀（TCD檢測器）發布了計量檢定規程可進行現場檢定以外，其他在線檢測設備如在線水露點儀、在線硫化氫分析儀、在線氣相色譜儀（FPD檢測器）、在線總硫分析儀等在線檢測設備均沒有發布計量檢定規程或技術規范，無法有效開展溯源工作。

2）溯源方式。目前在線水露點儀、在線硫化氫分析儀、在線氣相色譜儀（FPD檢測器）、在線總硫分析儀進行的量值溯源主要方式為送至相關計量檢定機構，在實驗室參考類似的實驗室檢測設備進行檢定校準，檢定校準環境與安裝環境有較大的差別，部分在線設備在實驗室可得到準確檢定校準結果，現場安裝環境下卻表現出較大誤差[2]。比如，在線水露點分析儀，在實驗室采用常壓方式進行校準，得到修正數據，然后在現場高壓條件下使用，修正數據還是常壓修正值，導致測量誤差無法掌握。因此，需要在現場使用條件下校準，獲得現場高壓條件下的修正值[3]。

3）量值傳遞。目前，國內僅有部分計量技術機構建立了在線氣相色譜儀標準裝置，對其他在線設備的檢定校準均無符合現場應用實際的標準裝置，在線檢測設備的量傳無法保證[4]。

因此，有必要建設天然氣在線檢測實驗室，開展天然氣在線檢測設備量傳、數據管理及技術研究工作，確保數據的準確可靠。

3 天然氣在線檢測實驗室建設思路

3.1 實現3個轉變解決3個問題

1）實現實驗室環境到現場使用工況環境的轉變，解決量傳不到的問題。①在天然氣輸氣站或專業計量站設置分析小屋，建設測試臺位，建立計量標準，模擬在線檢測設備現場工況環境，將在線檢測設備的量傳由實驗室環境轉至現場環境；②開展便攜式計量標準的研究工作，變以往的送檢模式為現場檢定，進一步貼近現場使用工況環境。

2）實現計量器具檢定校準合格到保證數據準確的轉變，解決測量不準的問題。①開展在線檢測設備質量控制方法研究，在保證計量器具合格的基礎上，進一步探討保證數據準確可靠的措施；②開展在線檢測和離線檢測結果、在線檢測儀器間檢測結果一致性驗證，確保儀器準確可靠；③開展在線檢測設備的計量性能評價工作。

3）實現被動服務到主動計量測試保障的轉變，解決服務不到位的問題。①開展在線檢測設備維護技術研究工作，對現場使用的在線檢測設備進行維護技術指導；②組織開展技術人員的技術交流與技術培訓。

3.2 達到3個目的

1）建立完整的天然氣在線檢測的量值溯源體系。將天然氣在線檢測設備量值傳遞從傳統的國家計量基準所實現的單位量值通過各等級的計量標準傳遞到工作計量器具，建立在線分析儀器檢定裝置，將量傳范圍延伸到在線檢測參數測量領域，以量值的準確應用為核心，提高量值科學應用的準確性和有效性，以保證應用領域測量結果的可信度。

2）實現天然氣在線檢測設備的全生命周期管理。將計量技術服務融入天然氣儲運設施工藝設計、在線檢測產品選型、采購、安裝、驗收、使用的全過程所有環節。

3）開展天然氣在線檢測設備的全產業鏈服務。從天然氣檢測層次程度、檢測關聯程度、產業資源加工程度、檢測滿足需求程度等方面，全面梳理天然氣在線檢測發展的計量技術需求，確定適應天然氣在線檢測發展技術需求的計量技術服務的重點領域開展技術服務。

3.3 發展目標

1）建立在線檢測設備測試平臺。在線氣相色譜儀標準裝置建立以后，針對在線氣相色譜儀特點開展了檢定工作，掌握了儀器重復性、穩定性及準確度等指標，確保了數據分析準確可靠。因此，有必要在現有在線氣相色譜儀標準裝置的基礎上，建立在線硫化氫、在線水露點及在線總硫計量標準裝置，建設適應現場工況環境的分析小屋，形成完整的在線檢測設備計量測試平臺。

2）建設在線檢測設備實驗室。整合計量測試平臺及現有的實驗室計量技術力量，建設在線檢測設備實驗室。

3）形成天然氣在線檢測服務體系。加強與中國計量科學研究院在檢定校準、測試、技術規范制修訂、檢測技術研究等方面的合作，形成完整的服務體系。

4 結束語

對現有的天然氣質量檢測指標進行了分析，指出了在技術法規、溯源方法及量值傳遞方面存在的問題，提出了建設天然氣在線檢測實驗室的總體思路、解決問題的方法、達到的目的及建設發展目標，為實驗室的建設提供了參考。