天然氣成分熱值分析法淺析

焦玉華

摘要：天然氣是烴類(lèi)和少量非烴類(lèi)混合氣體的總稱(chēng)。由于不同產(chǎn)地的天然氣，其組成成分和燃燒特性各有差異，即便是相同體積的天然氣，其燃燒所產(chǎn)生的能量也各不相同，當(dāng)前，天然氣能量計(jì)量與計(jì)價(jià)已成為國(guó)際上最流行的天然氣貿(mào)易計(jì)量與結(jié)算方式。天然成分熱值分析法作為天然氣能量計(jì)量的主要分析方法，可有效避免因氣源不同引起的熱值偏差，準(zhǔn)確計(jì)量天然氣熱值，減少貿(mào)易結(jié)算糾紛，促進(jìn)天然氣行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：天然氣;成分;熱值;分析法;行業(yè);發(fā)展

天然氣成分熱值分析法是基于天然氣中每個(gè)組分對(duì)熱值所做出貢獻(xiàn)的原理進(jìn)行測(cè)試，目的是通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治龇椒▉?lái)測(cè)定不同氣體組分的摩爾分?jǐn)?shù)。熱值可以通過(guò)加權(quán)不同摩爾分?jǐn)?shù)的氣體成分和其相應(yīng)組分氣體的摩爾熱值從而計(jì)算獲得。通過(guò)這一原則可以計(jì)算出天然氣的摩爾熱值。目前，國(guó)內(nèi)外天然氣成分熱值分析方法普遍使用的技術(shù)有氣相色譜GC法、非分光紅外NDIR法和激光拉曼光譜天然氣分析法，下面對(duì)其工作原理及特性作了分別介紹。

一、氣相色譜儀GC法熱值分析

GC由氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱、電氣系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、記錄器或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其工作原理為：待測(cè)混合氣體首先被惰性氣體（即載氣，一般是N2、H2、He等）帶入色譜柱，柱內(nèi)含有液體或固體固定相，由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。但由于載氣是流動(dòng)的，這種平衡實(shí)際上很難建立起來(lái)，也正是由于載氣的流動(dòng)，使樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解附，結(jié)果在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。當(dāng)組分流出色譜柱后，立即進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器能夠?qū)悠方M分的存在與否轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，而電信號(hào)的大小與被測(cè)組分的量或濃度成比例，當(dāng)將這些信號(hào)放大并記錄下來(lái)時(shí)，就可以形成色譜圖，它包含了色譜的全部原始信息。在沒(méi)有組分流出時(shí)，色譜圖的記錄是檢測(cè)器的本底信號(hào)，即色譜圖的基線。

二、CNG天然氣加壓分析

壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡(jiǎn)稱(chēng)CNG）是天然氣加壓（超過(guò)3，600磅/平方英寸）到20-25MPa，再經(jīng)過(guò)高壓深度脫水并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車(chē)輛燃料利用。

天然氣的儲(chǔ)存方式：

1、地下儲(chǔ)氣庫(kù)是將長(zhǎng)輸管道輸送來(lái)的商品天然氣重新注入地下空間而形成的一種人工氣田或氣藏，一般建設(shè)在靠近下游天然氣用戶(hù)城市的附近。與地面球罐等方式相比較，地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)存量大，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，調(diào)峰范圍廣;經(jīng)濟(jì)合理，雖然造價(jià)高，但是經(jīng)久耐用，使用年限長(zhǎng)達(dá)30～50年或更長(zhǎng);安全系數(shù)大，安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面設(shè)施。

2、天然氣儲(chǔ)存方式主要有壓縮天然氣（CNG：15Pa～20MPa）.液化天然氣（LNG：沸點(diǎn)-162℃）和吸附天然氣（ANG）;CNG是目前車(chē)用天然氣燃料的主要儲(chǔ)存方式，缺點(diǎn)是儲(chǔ)氣瓶重量重.占用體積大;與液體燃料相比，天然氣體積能量密度低，20MPa壓力下的CNG燃料僅相當(dāng)于汽油能量密度的30%。

3、國(guó)際上天然氣另一儲(chǔ)存方式是液化天然氣，LNG是對(duì)地質(zhì)開(kāi)采的天然氣通過(guò)“三脫”凈化處理.實(shí)施低溫液體處理而成，液化后的體積僅是原氣態(tài)體積的1/625，LNG的能量密度是CNG的三倍多.能量密度大大提高，但LNG的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，儲(chǔ)存容器的絕熱性要求高，這些是制約其發(fā)展的因素。

4、吸附式儲(chǔ)存天然氣（ANG）技術(shù)是目前尚處研究階段的一種天然氣儲(chǔ)存方式，它用多孔吸附劑填充在儲(chǔ)存容器中，在中高壓（3.5MPa左右）條件下，利用吸附刑對(duì)天然氣高的吸附容量來(lái)增加天然氣的儲(chǔ)存密度。ANG作為未來(lái)替代CNG的一項(xiàng)新技術(shù)將有廣闊的發(fā)展前景，但由于技術(shù)上的不少難點(diǎn)還有持解決，故在目前還尚難進(jìn)入實(shí)用化階段。

三、摻液化氮摻假行為有什么危害

大幅度降低熱值由上述模擬計(jì)算可知僅采用甲烷計(jì)算熱值降幅都在2MJ/m3以上，而如果是正常的LNG降幅將會(huì)更大。也就是說(shuō)以前1立方 LNG 跑的里程，現(xiàn)在跑不了了。

1、如果為車(chē)用會(huì)導(dǎo)致車(chē)動(dòng)力嚴(yán)重不足，嚴(yán)重者會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)壽命縮短;熱值不足導(dǎo)致車(chē)用時(shí)能量供應(yīng)不足司機(jī)必然會(huì)加大油門(mén)，如此一來(lái)就造成不耐燒、動(dòng)力不足，且由于LNG與空氣混合比例的異常長(zhǎng)時(shí)間使用必會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命縮短。

2、工業(yè)使用會(huì)導(dǎo)致殘次品的增多;行業(yè)內(nèi)的人都知道，事實(shí)上液氮并非高純氮，許多工業(yè)用戶(hù)選擇LNG的原因就是它遠(yuǎn)比管道氣純凈，而液氮的加入就改變了這種狀況，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致殘次品的增多。

3、運(yùn)輸與存儲(chǔ)造成較大隱患，由于LNG與液氮密度差異較大，從而導(dǎo)致罐內(nèi)液

體容易分層，而分層會(huì)導(dǎo)致 LNG 的翻滾，LNG的翻滾則極易導(dǎo)致罐體超壓，隱患可想而知！且這種操作易造成溫度的異常分布會(huì)導(dǎo)致罐體應(yīng)力的異常分布，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致罐體被破壞！

四、鑒別正常LNG與摻假的LNG

最精確方便的方法是進(jìn)行樣品檢測(cè)：有條件的客戶(hù)可根據(jù)自身情況配備相應(yīng)的天然氣成分檢測(cè)儀。當(dāng)一車(chē)LNG送到時(shí)，對(duì)照這車(chē)LNG原廠的“氣質(zhì)報(bào)告”進(jìn)行取樣分析檢測(cè)，原廠 LNG 通常氮的含量不會(huì)超過(guò)0.5%，如果檢測(cè)結(jié)果氮含量大于0.5%則很有可能有摻假行為。

1、看溫度。通常LNG經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸溫度均會(huì)有所上升，如果經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸后溫度仍然很低能夠達(dá)到-160℃左右的話，則可能是溫度更低的液氮混合后降低了原車(chē)LNG的溫度，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行分析檢測(cè)。高壓低溫的液尤其要注意。

2、嚴(yán)格控制采購(gòu)環(huán)節(jié)。（找靠譜的貿(mào)易商）

天然氣成分檢測(cè)儀，天然氣中氮?dú)獾目诵牵瑹嶂捣治觯∽屇愕挠脷鉄o(wú)后顧之憂！

隨著煤改氣政策全面實(shí)施，全國(guó)范圍開(kāi)展‘禁煤令’。燃煤鍋爐逐步淘汰，燃?xì)忮仩t數(shù)量日益擴(kuò)大，燃?xì)鈨r(jià)格隨市場(chǎng)需求不斷上漲。在利益的驅(qū)使下部分燃?xì)馍虘?hù)為獲得可觀的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，在LNG中摻入液氮。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，液氮這種物質(zhì)原本只是用來(lái)調(diào)整LNG的固定熱值，但由于利潤(rùn)驅(qū)使，逐漸變成了一些不法商戶(hù)牟利的方法。上海烜晟公司針對(duì)這一現(xiàn)象為挽回LNG用戶(hù)損失，研制出一款便攜式全自動(dòng)燃?xì)鉄嶂捣治鰞x，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種燃?xì)庵械⒓淄椤⒁彝椤⒍趸肌⒈椤⒍⊥椤⑽焱榈瘸煞莸囊淮芜M(jìn)樣全分析。利用熱值工作軟件自動(dòng)計(jì)算出被檢測(cè)氣組分含量、高熱值、低熱值、密度、相對(duì)密度、華白數(shù)、燃燒勢(shì)等自動(dòng)生成報(bào)表的一種專(zhuān)用儀器。

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