摘 要:GB 17820《天然氣》規定了通過(guò)管道輸送的商品天然氣的技術(shù)要求、試驗方法和檢驗規則。本文根據渦街流量計商品天然氣離線(xiàn)檢測流程，將天然氣離線(xiàn)分析質(zhì)量控制過(guò)程分為 4 個(gè)，詳細分析了影響各過(guò)程質(zhì)量的因素，并結合工作實(shí)際，重點(diǎn)分析了工作中易忽略的因素，并確定了各過(guò)程的質(zhì)量控制點(diǎn)及技術(shù)要求。

1 前言

GB 17820 －2018《天然氣》［1］ 規定了通過(guò)管道輸送的商品天然氣的技術(shù)要求、試驗方法和檢驗規則，見(jiàn)表1 所示。

除水露點(diǎn)外，其它 4 項技術(shù)指標都可通過(guò)在線(xiàn)取樣、離線(xiàn)分析的方式測定，標準中雖然規定了試驗方法和檢驗規則，但在實(shí)際分析過(guò)程中，影響分析數據質(zhì)量的因素仍有很多，基于過(guò)程控制原理，分析天然氣技術(shù)指標每個(gè)檢測過(guò)程的影響因素，采取質(zhì)量控制措施，提高天然氣離線(xiàn)分析質(zhì)量。

2 天然氣離線(xiàn)檢測流程

天然氣質(zhì)量離線(xiàn)檢測流程見(jiàn)圖 1 所示，即現場(chǎng)人工取樣、實(shí)驗室儀器分析、數據處理、報告編制四個(gè)過(guò)程。

3 過(guò)程及影響因素分析

天然氣質(zhì)量離線(xiàn)分析的質(zhì)量控制過(guò)程可分為樣品取樣與運輸、樣品分析、數據處理及證書(shū)編制等 4 個(gè)過(guò)程，在各個(gè)過(guò)程中影響天然氣分析質(zhì)量的主要因素如下:

3． 1 樣品取樣與運輸

取樣的主要作用是獲得足夠的有代表性的氣體樣品，該過(guò)程的控制目標就是獲取并確保樣品的代表性，影響取樣代表性的主要因素:

(1)取樣點(diǎn)氣源流動(dòng)性。長(cháng)輸管道內的商品天然氣的流動(dòng)狀態(tài)可能是層流或紊流，特殊情況下可能存在二相流，取樣要求氣體充分均勻，在取樣系統中應避免層流出現，在取樣系統和氣體管道內，紊流是有利的，因為紊流可使流體混合均勻。如果是二相流，則認為樣品不具有代表性。

(2)取樣探頭位置。一是探頭的安裝位置。GB/T13609 ［3］ 實(shí)驗數據結果表明，對于試驗的單相無(wú)凝析的天然氣，取樣探頭距離在 5D 到 20D 的范圍內，天然氣各個(gè)組分的分析結果均滿(mǎn)足 GB/T 13610 － 2014 的再現性要求;二是探頭的插入位置。ISO 10715 － 1997 ［2］的 8． 1． 3“定位與安裝”中指出“取樣探頭插入管中，在管直經(jīng) 1/3 處取樣”。GB/T 18604 －2014 ［4］ “用氣體超聲流量計測量天然氣流量”8． 2． 5 中要求:“溫度計和取樣器插入深度宜為 1/3D，對于大口經(jīng)流量計(DN300及以上)，插入深度應不超過(guò) 125mm。應注意避免高速氣流引起測溫套的共振”。

(3)取樣頻率。渦街流量計天然氣組成隨時(shí)間、氣源的變化而變化，取樣頻率取決于氣流以往的物性情況和預期(系統性)的變化。取樣頻率可用統計方法來(lái)確定，在某個(gè)特定的時(shí)間周期內應采集的樣品數為 n，計算樣品數的公式可見(jiàn)式 ［4］ (1):

(4)取樣方法。目前天然氣離線(xiàn)分析的樣品取樣通常采用充氣排空法現場(chǎng)取點(diǎn)樣的方式，圖 2 為其示意圖。

(5)運輸過(guò)程。樣品運輸過(guò)程中影響因素主要有幾方面，一是凝析，即樣品容器內的樣品在運輸過(guò)程中可能發(fā)生部分凝析，特別是在有重組分存在的樣品中;二是吸附和解吸，即天然氣中可能含有幾種強吸附效應的組分，在測定痕量重烴或雜質(zhì)時(shí)應特別注意;三是泄露和擴散，即微漏可影響痕量組分的分析，即使在高壓下，水或大氣中的氧也可能擴散到管子或容器中。在氫氣存在時(shí)應特別注意;四是反應和化學(xué)吸附，即取樣設備中使用的材料也可能催化樣品的反應，例如在含有痕量硫化氫、水和及羰基硫化合物的混合物中。

3． 2 實(shí)驗室儀器分析

以色譜法分析天然氣組成為例，其分析流程如圖 3所示，影響因素分析如下:

(1)熱機。熱機的目的是減少色譜儀器本身穩定性能的影響，色譜處在穩定狀態(tài)下測試的數據才有參考性。

(2)標氣。標氣是分析樣氣的基礎，直接影響樣品分析的質(zhì)量，是影響分析樣品準確性的決定性因素。

(3)樣氣。shou先是凝析，即樣品在運輸、存貯、進(jìn)樣過(guò)程中可能發(fā)生部分凝析，在進(jìn)樣前一定要確保樣品不發(fā)生凝析，特別是在有重組分存在的樣品中;其次是泄漏和擴散，即樣品在運輸、存貯、進(jìn)樣過(guò)程中可能發(fā)生泄漏或擴散，進(jìn)樣前一定要確保容器沒(méi)有泄漏和擴散。

(4)吹掃過(guò)程。通過(guò)吹掃降低不同氣體、不同組分以及操作過(guò)程中混入空氣對檢測結果的影響。

3． 3 數據處理

數據處理在手工計算的方式下，極大可能發(fā)生計算錯誤的問(wèn)題。

3． 3 證書(shū)編制

證書(shū)編制過(guò)程在手工編制的方式下，極大可能發(fā)生漏項、錯項等問(wèn)題。

4 質(zhì)量控制點(diǎn)及要求

質(zhì)量控制點(diǎn)與第三部分中質(zhì)量控制過(guò)程一致，影響分析結果質(zhì)量的因素主要有兩項，即樣品取樣與運輸、樣品分析。數據處理及證書(shū)編制過(guò)程可通過(guò)管理措施消除，本文不予討論。

4． 1 樣品取樣與運輸過(guò)程

(1)確認取樣點(diǎn)氣源流動(dòng)特性。取樣前確認取樣點(diǎn)氣源#好在紊流狀態(tài)，在層流或二相流狀態(tài)下獲得的樣品對結果影響較大，應避開(kāi)，取樣前確認流過(guò)取樣點(diǎn)的氣體是主干線(xiàn)流經(jīng)的氣流，避免在死氣處取樣。

(2)確定取樣點(diǎn)位置。長(cháng)輸管道天然氣基本可視為單相無(wú)凝析充分混合均勻的天然氣，只要取樣探頭在距離阻流元件 5D 到 20D 的范圍內，可不考慮插入位置的影響，多氣源混輸時(shí)，取樣點(diǎn)應保證混氣混合充分均勻。

(3)確定取樣頻率的合理性�？筛鶕�氣源變化情況，由式(1)計算得出。對于氣源變動(dòng)較大，如 LNG 混合外輸的情況，應采用累積取樣法或安裝自動(dòng)采樣器。

(4)合理確定取樣方法。對一定時(shí)間段氣源穩定的渦街流量計氣取樣時(shí)，可采用抽氣排空法。對含有重組分的天然氣取樣時(shí)，可采用保濕保壓法。對變化頻繁的氣源取樣時(shí)，宜采用累積取樣法或自動(dòng)采樣法。

(5)科學(xué)選取取樣器和運輸。一是對于痕量硫化合物分析時(shí)，宜采用特殊材料取樣器，消除吸附和解吸、反應和化學(xué)吸附的影響;二是樣品運輸及存貯過(guò)程中要防止樣品凝析，消除樣氣凝析對檢測結果的影響;三是樣品運輸及存貯過(guò)程中要防止容器泄漏，在取樣前、取樣后及分析前都要進(jìn)行樣品驗漏操作，消除泄漏和擴散對檢測結果的影響。

4． 2 實(shí)驗室樣品氣分析

(1)分析儀器狀態(tài)控制。對分析儀器充分熱機，以確保分析儀器處在穩定狀態(tài)。以用色譜法分析天然氣組成為例，要求熱機 4 小時(shí)后，用載氣來(lái)觀(guān)察基線(xiàn)，當基線(xiàn)為平行于時(shí)間軸的直線(xiàn)時(shí)，認為色譜儀處在穩定狀態(tài)，可進(jìn)行下步工作。

(2)標氣狀態(tài)控制。一是標氣為有證二級標準物質(zhì);二是對標氣進(jìn)樣分析，取三次連續分析數據，計算各組分的重復性，滿(mǎn)足標準 GB/T 13610 要求方可進(jìn)樣分析。

(3)樣氣控制。一是連接樣氣與分析儀器后，要進(jìn)行驗漏，確保樣氣連接管路無(wú)泄漏，減少空氣擴散對檢沒(méi)結果的影響;二是檢查樣氣是否有凝析，特別對含有重組分的樣氣進(jìn)行分析時(shí)尤其要注意，必要時(shí)對樣氣進(jìn)行加溫處理，加熱時(shí)間和溫度應足以保證任何凝析烴在開(kāi)始分析前全部重新氣化。

(4)合理吹掃時(shí)間。進(jìn)樣前后要有充分的吹掃時(shí)間，以減少空氣擴散及不同氣體、不同組分的干擾。例如以吹掃時(shí)間不充分、空氣擴散到氣路中的情況分析:在 IC － gas －2015 － 01 天然氣組成分析實(shí)驗室間比對中，本試驗室 N 2 比對 Z 值為 3． 05，結果不滿(mǎn)意，數據顯示結果為偏高，如圖 4 所示。

分析過(guò)程:進(jìn)標氣→吹掃→標氣校準→更換進(jìn)樣氣→吹掃→樣氣分析。原因分析:每次進(jìn)樣都需要單好對進(jìn)樣系統進(jìn)行

充分的吹掃，保證氣體管路及定量環(huán)被樣品充分置換。標氣分析后，需手動(dòng)切換到進(jìn)樣氣，中間有空氣混入。本次實(shí)驗中，由于樣品量小，在實(shí)驗過(guò)程中縮短了吹掃減壓閥體及進(jìn)樣管路的時(shí)間。根據比對結果可見(jiàn)，上述操作過(guò)程可能存在導致 N 2 含量分析偏高的可能。改進(jìn)措施:在進(jìn)樣口前，加裝閥門(mén)控制，縮短進(jìn)樣管路暴露空氣的長(cháng)度，可相應減少吹掃時(shí)間。在 IC －gas －2017 －01 天然氣組成分析實(shí)驗室間比對中，本試驗室 N 2 比對 Z 值為 －0． 76，結果滿(mǎn)意。

5 結論及建議

通過(guò)對渦街流量計商品天然氣檢測過(guò)程進(jìn)行劃分，并對各過(guò)程影響檢測結果的因素進(jìn)行了分析，確定了檢測過(guò)程控制點(diǎn)和技術(shù)要求，得出如下結論:

(1)樣品取樣與運輸。一是探頭位置對取樣的影響是有爭議的，但根據 GB/T 13609 －2017，對于單相無(wú)凝析的充分混合均勻的天然氣，取樣探頭距離在 5D 到20D 的范圍內，可不考慮插入位置的影響;二是流過(guò)取樣點(diǎn)的天然氣應處在紊流狀態(tài)，不應是死氣;三是樣品取樣及運輸過(guò)程中，應避免凝析、泄漏等。

(2)實(shí)驗室樣品分析。一是樣品分析前應確保分析儀器處于穩定狀態(tài);二是樣品分析前應確保樣品無(wú)泄漏、無(wú)凝析現象發(fā)生;三是樣品分析過(guò)程中應確保充分的吹掃時(shí)間。