迄今為止，在我國(guó)有關(guān)天然氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)中還沒有將天然氣的燃燒特性作為質(zhì)量的重要指標(biāo)。隨著西氣東輸工程的進(jìn)展、海上天然氣大規(guī)模的開發(fā)、LNG工程的啟動(dòng)以及從國(guó)外陸上（如俄羅斯）進(jìn)口天然氣的可能，我國(guó)已進(jìn)入了城市天然氣工程的大發(fā)展時(shí)期。與此相適應(yīng)的規(guī)模較大的跨市跨省的區(qū)域性天然氣主干管網(wǎng)也將相繼形成。為了天然氣大規(guī)模利用的可靠和安全，也為了城市天然氣市場(chǎng)的良好發(fā)展，還為了將來同國(guó)際市場(chǎng)接軌的需要，完全有必要不失時(shí)機(jī)地制訂較完善的我國(guó)城市天然氣質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
本文旨在論述將天然氣燃燒特性作為重要質(zhì)量指標(biāo)的必要性，進(jìn)而分析我國(guó)天然氣質(zhì)量規(guī)范的沿革，在參考國(guó)際上對(duì)城市天然氣質(zhì)量提出的各種指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的建議方案，供有關(guān)方面參考。
一、燃燒特性是城市天然氣質(zhì)量的重要指標(biāo)
天然氣是一種以甲烷為主要可燃成分的可燃性氣體。在通常情況下，只要它具有可以燃燒的性能就可作為氣體燃料進(jìn)入市場(chǎng)，資源得到了合理和充分的使用。但是，“城市天然氣”已經(jīng)不是上述廣義上理解的天然氣，它作為氣體燃料進(jìn)入城市時(shí)，應(yīng)滿足城市各類用戶對(duì)氣體燃料的各種要求。在城市天然氣質(zhì)量方面，除了從輸配、計(jì)量、用具、環(huán)保和安全方面提出的質(zhì)量要求外，更重要的是從必須保持燃燒的穩(wěn)定性而提出的燃燒特性指標(biāo)。燃燒特性指標(biāo)應(yīng)包括熱負(fù)荷、火焰穩(wěn)定、完全燃燒以及可靠的點(diǎn)火等內(nèi)容。為此，要控制天然氣發(fā)熱量和組成的變化范圍，使其不產(chǎn)生黃焰、回火、離焰、結(jié)炭等不正常燃燒，并使用具的熱負(fù)荷變化處在允許的范圍內(nèi)。由于城市天然氣用戶少則幾萬戶、幾十萬戶，多則可達(dá)幾百萬戶，我們不可能要求如此眾多的用戶去調(diào)節(jié)用具來適應(yīng)天然氣氣質(zhì)的變化，更不可能要求用戶去改動(dòng)或更換用具。對(duì)于天然氣用戶來說，唯一可能做的是要求氣源質(zhì)量的變化必須保證在可以安全可靠使用的范圍。顯然，這種做法不同于將天然氣簡(jiǎn)單地用作燃料，并非所有開采出的天然氣都能向城市天然氣管網(wǎng)輸送。
由于天然氣的成因和地質(zhì)條件的不同，不同地域開采的天然氣它們的發(fā)熱量和組分的差異較大。至今還沒有一種類型的燃具，不經(jīng)改動(dòng)或調(diào)整就可適用所有種類的天然氣并能保持正常的燃燒。目前國(guó)際上慣用的方法是首先將可利用的天然氣按發(fā)熱量和燃燒特性指標(biāo)進(jìn)行分類，并提出每一種類別天然氣不產(chǎn)生黃焰、回火、離焰和結(jié)炭等不正常燃燒的界限指標(biāo)。同一類別的天然氣之間具有互換性。每一種類的天然氣，應(yīng)使用與之相適應(yīng)的一種類別的用具，從而保證用戶對(duì)燃燒穩(wěn)定的要求。對(duì)于剛開始使用天然氣的城市來說，首先要確定所供的天然氣屬于哪一種類別，然后按這種類別去選擇適用的用具，從而保證用戶對(duì)穩(wěn)定燃燒的要求。此后，要求所供天然氣氣源的變化限定在這種類別天然氣的界限指標(biāo)內(nèi)。對(duì)于已經(jīng)供氣的城市，在使用天然氣的替代氣源（如SNG）或者發(fā)展新的氣源時(shí)，則必須要求它們屬于同一種類別的氣源。此外，在跨市跨省的大型天然氣主干管網(wǎng)發(fā)展時(shí)，只有使用同種類別的天然氣，它們的管網(wǎng)才能連通。簡(jiǎn)而言之，一張管網(wǎng)只能用同一種類別的天然氣。對(duì)于一個(gè)城市來說，一張管網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)的、合理的?！ 「鲊?guó)采用的城市天然氣燃燒特性的指標(biāo)是不完全相同的。例如法國(guó)，采用德爾布（Dellourg）法，用華白數(shù)和燃燒勢(shì)進(jìn)行分類并界定穩(wěn)定燃燒的變動(dòng)范圍。在美國(guó)，則采用韋弗（Weaver）指數(shù)法，它考慮了脫火指數(shù)、回火指數(shù)、黃焰指數(shù)、熱負(fù)荷因數(shù)、引射因數(shù)和CO生成指數(shù)等因素。在英國(guó)則有二維判別法和三維判別法。我國(guó)在GB/T 13611-92中，參考了法國(guó)德爾布的方法，采用了華白數(shù)和燃燒勢(shì)兩種指數(shù)。不管采用何種方法或何種指標(biāo)，都是用來確定天然氣的類別，并界定該類別天然氣在與之適應(yīng)的用具上保持穩(wěn)定燃燒和熱負(fù)荷的變化范圍。在我國(guó)人工制氣供氣的多年實(shí)踐中，已按GB/T 13611-92中的分類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
二、我國(guó)天然氣質(zhì)量規(guī)范的沿革
（一）SY7514-88《天然氣》
1988年7月4日頒布的SY 7514-88《天然氣》是屬于我國(guó)石油工業(yè)部的部頒標(biāo)準(zhǔn)。它是“適用于氣田、油田采出經(jīng)礦場(chǎng)分離和（或）處理后用管線送至用戶，并按產(chǎn)品類別分別作為民用燃料、工業(yè)原料和工業(yè)燃料的天然氣。”在SY 7514-88中提出對(duì)天然氣的技術(shù)要求見下表：
SY 7514-88將天然氣按高位發(fā)熱量的不同分成A組和B組。按此標(biāo)準(zhǔn)，只要天然氣的發(fā)熱量大于14.65 MJ/m3（3500Kcal/m3）就可視作為發(fā)熱量合格的天然氣，這樣的分類雖然太于寬松，但至少已認(rèn)識(shí)到發(fā)熱量相差很大的天然氣是不屬于同類型的天然氣。天然氣進(jìn)一步細(xì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的依據(jù)是它們的總硫、硫化氫和二氧化碳的含量。很明顯，它是主要按天然氣的輸送要求而劃分的，同時(shí)也兼顧了對(duì)人體的危害。用機(jī)械分離和目測(cè)的方法來標(biāo)明是否夾帶游離水是一種不夠嚴(yán)格的做法，它也未考慮在輸送和使用過程中因環(huán)境溫度變化可能產(chǎn)生的冷凝水和烴類物質(zhì)。總之，該標(biāo)準(zhǔn)是在天然氣尚未大規(guī)模地進(jìn)入城市以及用戶尚未對(duì)天然氣提出嚴(yán)格的要求時(shí)制訂的，它沒有考慮到對(duì)城市天然氣燃燒特性的要求。
（二）GB 17820—1999
在SY 7514—88執(zhí)行了十年后，總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，由中國(guó)石油天然氣集團(tuán)提出經(jīng)四川石油管理局天然氣研究院起草制定了新的天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17820—1999，它是“參考ISO13686：1998《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》和國(guó)外有關(guān)天然氣的的管輸規(guī)范，按硫和二氧化硫含量對(duì)天然氣進(jìn)行分類，提出了天然氣的技術(shù)要求，以保證輸氣管道的安全運(yùn)行和天然氣的安全使用，有利于提高環(huán)境質(zhì)量，適應(yīng)我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展要求。”它提出的技術(shù)指標(biāo)如下表：
該標(biāo)準(zhǔn)“適用于氣田、油田采出經(jīng)預(yù)處理后通過管道輸送的商品天然氣”。它對(duì)天然氣的提法要比SY 7514—88泛指的天然氣嚴(yán)格，是“商品天然氣”。既然明確是“商品”，它必須有穩(wěn)定的質(zhì)量指標(biāo)來滿足市場(chǎng)的要求，否則商品天然氣的市場(chǎng)就沒有保證。
同SY 7514—1988相比，該標(biāo)準(zhǔn)作了許多修改和提高。： 1、取消按高位發(fā)熱量分為A組和B組的分類。顯然，由于B組的發(fā)熱量（3500~7500Kcal/m3）太低，不適宜作為城市天然氣使用。 2、在按硫和二氧化碳含量的分類中，取消了原來的第四類，即硫含量大于480 mg/m3。由于它的含量過高，因此不能作為“商品天然氣”。 3、對(duì)總硫的含量要求比以前嚴(yán)格： Ⅰ類氣從≤150 mg/m3改為≤100mg/m3 Ⅱ類氣從≤270 mg/m3改為≤200mg/m3 Ⅲ類氣從≤480 mg/m3改為≤460mg/m3 4、對(duì)硫化氫含量Ⅰ類氣和Ⅱ類氣的要求稍有變化，從<6 mg/m3和<20mg/m3改為≤6mg/m3和≤20mg/m3；Ⅲ類氣則從實(shí)測(cè)改為≤460mg/m3。 5、水分從“無游離水”的要求改為用水露點(diǎn)作為指標(biāo)，提出了“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度下，水露點(diǎn)比最低環(huán)境溫度低5°C”的要求。 6、在第五條“輸送、儲(chǔ)存和使用”中，提出了“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)烴”、“天然氣中固體顆粒含量應(yīng)不影響天然氣的輸送和利用”。但是它尚未用烴露點(diǎn)作指標(biāo)來防止因環(huán)境溫度變化時(shí)烴類物的析出，同時(shí)也未提出天然氣中限制天然氣中固體顆粒含量的指標(biāo)。
雖然上述改進(jìn)比SY 7514—88有很大提高，但從城市天然氣質(zhì)量要求來看，仍存在根本性的不足： 1、對(duì)天然氣的分類應(yīng)按它的發(fā)熱量和燃燒特性指標(biāo)（例如華白指數(shù)和燃燒勢(shì)）來分類，屬同一類的天然氣之間具有互換性。多氣源供氣時(shí)，必須是要供同一類的天然氣，已供的天然氣發(fā)生質(zhì)量變化時(shí)，不能超出同一類天然氣的界限。GB 17820—1999按硫和二氧化碳含量的分類不能滿足城市天然氣對(duì)穩(wěn)定燃燒的要求，更沒有考慮將天然氣的燃燒特性列作質(zhì)量的重要指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人在1999年“天然氣工業(yè)”上發(fā)表的《天然氣互換性及其標(biāo)準(zhǔn)化》文章中指出：“隨著天然氣資源多樣化，用戶不斷增加，用途日益廣泛，其組成變化時(shí)對(duì)燃燒性質(zhì)的影響已經(jīng)受到普遍關(guān)注，故應(yīng)盡快對(duì)天然氣的互換性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化”；“ISO 13868、GB/T 13611等均可作為商品天然氣分類的參考”；“應(yīng)開展對(duì)天然氣燃燒勢(shì)的分析研究，從而為我國(guó)天然氣的分類和互換性的標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)”。 2、GB 17820中提出的技術(shù)指標(biāo)不夠完善，沒有提出烴露點(diǎn)、不飽和烴含量、碳五及碳五以上高烴含量、氧含量及一氧化碳含量、固體顆粒含量等重要指標(biāo)。當(dāng)然作為互換性判別指標(biāo)如華白指數(shù)和燃燒勢(shì)，也應(yīng)納入分類的技術(shù)指標(biāo)。 3、GB 17820提出的標(biāo)準(zhǔn)參比條件為101.325Kpa，20°C，在我國(guó)的天然氣工業(yè)系統(tǒng)中執(zhí)行該參比條件，但是在城市天然氣系統(tǒng)中并不都執(zhí)行此參比條件。例如上海東海天然氣的商品貿(mào)易中執(zhí)行的是101.3 Kpa，15.5°C；香港地區(qū)執(zhí)行的是101.325 Kpa，15°C；GB/T 13611—92和GB 13612—92中的參比條件為“干氣，0°C，101.3 Kpa”。在國(guó)際上，ISO 13443—1996《標(biāo)準(zhǔn)天然氣參比條件》中采用101.325 Kpa，288.15K（即15°C）。在ISO統(tǒng)計(jì)的一些國(guó)家中，天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件的壓力均選用101.325Kpa，而溫度的選用都有很大的不同。采用0°C的有以法國(guó)、德國(guó)、奧地利、比利時(shí)、丹麥、匈牙利、印度、印度尼西亞、意大利、日本、荷蘭、西班牙、瑞士、和南斯拉夫、巴西等十五個(gè)國(guó)家，采用15°C的有英國(guó)、美國(guó)、阿根廷、澳大利亞、加拿大、埃及、芬蘭、伊朗、新西蘭、挪威、巴基斯坦、愛爾蘭等十二個(gè)國(guó)家。俄羅斯和捷克則采用20°C和0°C，羅馬尼亞采用15°C和0°C。GB 17820的要求同香港中華煤氣公司進(jìn)口南海天然氣時(shí)提出的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)，它已不適應(yīng)天然氣市場(chǎng)的現(xiàn)狀。
（三）、GB/T13611—92《城市燃?xì)夥诸悺?br> 由于我國(guó)城市氣體燃料使用已有一百多年的歷史，在對(duì)城市氣體燃料使用的燃燒特性要求方面積累了長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)是由建設(shè)部提出，由中國(guó)市政工程華北院起草的按表示氣體燃燒特性的指標(biāo)——華白數(shù)和燃燒勢(shì)進(jìn)行分類的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中關(guān)于天然氣的分類如下表：
上述分類及其燃燒特性指標(biāo)已考慮了在燃燒時(shí)防止產(chǎn)生黃焰及不完全燃燒、回火和脫火的界限條件。（分類中的“4T”是指礦井氣，“6T”是指液化石油氣混空氣，不宜包括在城市天然氣的分類指標(biāo)中）三、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布的天然氣質(zhì)量指標(biāo) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的“ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)”于1993年7月15日發(fā)出“ISO/CD13868《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》”文件，作為草案在ISO各成員之間傳閱并要求返回意見。當(dāng)時(shí)的四川石油管理局天然氣研究所作為“ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)”在我國(guó)的技術(shù)歸口單位，對(duì)該草案表示了贊成意見。按ISO的規(guī)定，在至少75%的成員投贊成票后才可予以公布。1998年5月1日，正式公布了由ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)制定的ISO 13868《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)給出了天然氣質(zhì)量的各種參數(shù)、計(jì)量單位及ISO相關(guān)的分析試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。除了正文外，還附錄了一些國(guó)家天然氣質(zhì)量規(guī)范實(shí)例、互換性判斷方法、冷凝曲線、加臭等參考資料。其質(zhì)量指標(biāo)的具體內(nèi)容如下： 1、質(zhì)量指標(biāo)的參比條件： 壓力 101.325 Kpa（1 atm） 溫度 288.15K（15°C） 2、質(zhì)量參數(shù)：（1）天然氣組成 a. 主要組成：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷類、戊烷類、已烷加，氮?dú)?、二氧化碳?！ . 少量組成：氫氣、不飽和烴、氧氣、一氧化碳、氦氣?！ . 微量組成：硫化氫、硫醇、二烷基硫醚、羰基硫、總硫、水。（2）天然氣性質(zhì) a. 物理性質(zhì)：發(fā)熱量、華白指數(shù)、密度、相對(duì)密度、壓縮因子、水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)?！ . 其它性質(zhì)：從技術(shù)上講，天然氣不應(yīng)含有液態(tài)形式的水和烴類物、不應(yīng)含有影響輸送和使用的固體顆粒物以及不應(yīng)含有影響輸送和使用的其它氣體。四、現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的建議方案 根據(jù)我國(guó)SY 7514—88、GB 17820—1999、GB/T 13611—92和GB 13612—92多年實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，參考已正式公布的ISO 13443、ISO 13686文件及其所附歐洲、英、美、法、德有關(guān)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的資料，考慮到現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣工業(yè)的現(xiàn)狀，建議我國(guó)“城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)”的方案如下：
關(guān)于建議方案的說明如下： 1、本方案參照GB/T 13611—92，對(duì)天然氣進(jìn)行分類。GB/T 13611—92中的4T是用于礦井氣，6T是用于液化石油氣混空氣。由于它們的發(fā)熱量較低，因此不宜列入城市天然氣的范圍。“液化石油氣混空氣”的發(fā)熱量也可以配得較高而成為代用天然氣（SNG），此時(shí)可按它的華白數(shù)和燃燒勢(shì)來歸入上述的類別。 2、英、法、德等歐洲國(guó)家將天然氣分為發(fā)熱量較高的H類和發(fā)熱量較低的L類。
其中的L類同GB/T 13611—92中的10T類相接近，H類則同12T、13T相接近。由于12T和13T的華白數(shù)和CP變化的部分范圍中有重疊，因此是否可以將12T和13T合成一類，要進(jìn)行專題研究。目前仍宜參照GB/T 13611—92進(jìn)行分類，建議有關(guān)方面立題對(duì)此進(jìn)行研究。
3、方案中華白數(shù)W和燃燒勢(shì)CP的計(jì)算方法采用GB/T 13611—92中規(guī)定的方法，今后在正式編制城市天然氣質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)作正文納入。本方案未規(guī)定天然氣的發(fā)熱量及其變化范圍，因?yàn)榘l(fā)熱量已在分類用的華白數(shù)的計(jì)算中體現(xiàn)出來。同樣，本方案對(duì)天然氣的組分和密度及其變化范圍也未作規(guī)定，因?yàn)樗苍诜诸愑玫娜A白數(shù)和燃燒勢(shì)的計(jì)算中體現(xiàn)出來。當(dāng)然，為了明了一些，也可以規(guī)定一個(gè)天然氣的發(fā)熱量及其變化范圍，例如35.6~46.0 MJ/m3。
4、為了充分利用天然氣的資源，對(duì)于發(fā)熱量稍低于35.6 MJ/m3的天然氣，可以考慮再列一個(gè)如“9T”之類的規(guī)定，使其得到利用。當(dāng)然，對(duì)此也應(yīng)立題進(jìn)行研究。主要是取決于我國(guó)該類天然氣的數(shù)量和產(chǎn)地。
5、本方案對(duì)天然氣組分中重?zé)N（C4及C4以上）、不飽和烴和芳香烴的含量未作規(guī)定。它們的含量以及同時(shí)含有的氫、氧和二氧化碳對(duì)燃燒會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響。國(guó)外對(duì)此有所研究，有些國(guó)家對(duì)此也有要求。從我國(guó)現(xiàn)狀出發(fā)，只要控制了烴露點(diǎn)，重?zé)N問題可以暫不考慮。至于對(duì)燃燒和點(diǎn)火產(chǎn)生的影響，留待專題研究。
6、本方案對(duì)硫化氫含量的規(guī)定是采納GB 13611—92中的規(guī)定，對(duì)總硫（以硫計(jì)）含量的規(guī)定是采納GB 17820—1999中的規(guī)定。
7、本方案中二氧化碳的含量采納GB 17820—1999中的規(guī)定，氧氣含量的采納GB 13612—92中的規(guī)定。它們的存在，在高壓天然氣中會(huì)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，因此必須作為指標(biāo)加以控制。如果考慮到我國(guó)的實(shí)際情況而用戶對(duì)此并不十分介意時(shí)，也可適當(dāng)放寬，在方案的指標(biāo)前可加一個(gè)“宜”字，留有靈活執(zhí)行的余地。
8、本方案對(duì)于氮?dú)馕醋骱康囊?guī)定，它同二氧化碳和氧帶來的對(duì)發(fā)熱量和重度的影響都在華白數(shù)和燃燒勢(shì)中得到體現(xiàn)，至于對(duì)點(diǎn)火和燃燒的影響則暫不考慮。
9、本方案的水露點(diǎn)和注2、注3均采納GB 17820—1999中的規(guī)定。對(duì)于烴露點(diǎn)的規(guī)定主要考慮在輸配過程中避免因環(huán)境溫度的變化而導(dǎo)致烴類物質(zhì)的冷凝析出。
10、本方案的注1采納了GB/T 13611—92和GB 13612—92中的規(guī)定。這主要是因?yàn)樵谝话俣嗄甑某鞘忻簹夤I(yè)中均采納了該標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的技術(shù)資料（教科書、專業(yè)技術(shù)書和文獻(xiàn)）中的論述和計(jì)算都采納該標(biāo)準(zhǔn)。如果要采納以20°C作標(biāo)準(zhǔn)則需換算，引起不必要的麻煩或誤解。
11、雖然在GB 13612—92中對(duì)焦油和灰塵提出應(yīng)小于10mg/m3的指標(biāo)，但是只要滿足在注3中提出的固體顆粒的大小和含量不影響輸送和利用，本方案就不再另作規(guī)定。
結(jié) 論
1、天然氣的燃燒特性應(yīng)作為城市天然氣質(zhì)量的重要指標(biāo)?，F(xiàn)有的質(zhì)量指標(biāo)中尚需增加烴露點(diǎn)和氧含量等指標(biāo)。
2、為了適應(yīng)城市天然氣的大發(fā)展，有必要不失時(shí)機(jī)地制訂較完善的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
3、根據(jù)現(xiàn)行的有關(guān)天然氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并參考國(guó)際上的有關(guān)資料，本文提出了我國(guó)現(xiàn)階段“城市天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”的建議方案，僅供有關(guān)方面參考。
（ 來自 上海天然氣管網(wǎng)有限公司 作者：張寶隆 ）
本文旨在論述將天然氣燃燒特性作為重要質(zhì)量指標(biāo)的必要性，進(jìn)而分析我國(guó)天然氣質(zhì)量規(guī)范的沿革，在參考國(guó)際上對(duì)城市天然氣質(zhì)量提出的各種指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的建議方案，供有關(guān)方面參考。
一、燃燒特性是城市天然氣質(zhì)量的重要指標(biāo)
天然氣是一種以甲烷為主要可燃成分的可燃性氣體。在通常情況下，只要它具有可以燃燒的性能就可作為氣體燃料進(jìn)入市場(chǎng)，資源得到了合理和充分的使用。但是，“城市天然氣”已經(jīng)不是上述廣義上理解的天然氣，它作為氣體燃料進(jìn)入城市時(shí)，應(yīng)滿足城市各類用戶對(duì)氣體燃料的各種要求。在城市天然氣質(zhì)量方面，除了從輸配、計(jì)量、用具、環(huán)保和安全方面提出的質(zhì)量要求外，更重要的是從必須保持燃燒的穩(wěn)定性而提出的燃燒特性指標(biāo)。燃燒特性指標(biāo)應(yīng)包括熱負(fù)荷、火焰穩(wěn)定、完全燃燒以及可靠的點(diǎn)火等內(nèi)容。為此，要控制天然氣發(fā)熱量和組成的變化范圍，使其不產(chǎn)生黃焰、回火、離焰、結(jié)炭等不正常燃燒，并使用具的熱負(fù)荷變化處在允許的范圍內(nèi)。由于城市天然氣用戶少則幾萬戶、幾十萬戶，多則可達(dá)幾百萬戶，我們不可能要求如此眾多的用戶去調(diào)節(jié)用具來適應(yīng)天然氣氣質(zhì)的變化，更不可能要求用戶去改動(dòng)或更換用具。對(duì)于天然氣用戶來說，唯一可能做的是要求氣源質(zhì)量的變化必須保證在可以安全可靠使用的范圍。顯然，這種做法不同于將天然氣簡(jiǎn)單地用作燃料，并非所有開采出的天然氣都能向城市天然氣管網(wǎng)輸送。
由于天然氣的成因和地質(zhì)條件的不同，不同地域開采的天然氣它們的發(fā)熱量和組分的差異較大。至今還沒有一種類型的燃具，不經(jīng)改動(dòng)或調(diào)整就可適用所有種類的天然氣并能保持正常的燃燒。目前國(guó)際上慣用的方法是首先將可利用的天然氣按發(fā)熱量和燃燒特性指標(biāo)進(jìn)行分類，并提出每一種類別天然氣不產(chǎn)生黃焰、回火、離焰和結(jié)炭等不正常燃燒的界限指標(biāo)。同一類別的天然氣之間具有互換性。每一種類的天然氣，應(yīng)使用與之相適應(yīng)的一種類別的用具，從而保證用戶對(duì)燃燒穩(wěn)定的要求。對(duì)于剛開始使用天然氣的城市來說，首先要確定所供的天然氣屬于哪一種類別，然后按這種類別去選擇適用的用具，從而保證用戶對(duì)穩(wěn)定燃燒的要求。此后，要求所供天然氣氣源的變化限定在這種類別天然氣的界限指標(biāo)內(nèi)。對(duì)于已經(jīng)供氣的城市，在使用天然氣的替代氣源（如SNG）或者發(fā)展新的氣源時(shí)，則必須要求它們屬于同一種類別的氣源。此外，在跨市跨省的大型天然氣主干管網(wǎng)發(fā)展時(shí)，只有使用同種類別的天然氣，它們的管網(wǎng)才能連通。簡(jiǎn)而言之，一張管網(wǎng)只能用同一種類別的天然氣。對(duì)于一個(gè)城市來說，一張管網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)的、合理的?！ 「鲊?guó)采用的城市天然氣燃燒特性的指標(biāo)是不完全相同的。例如法國(guó)，采用德爾布（Dellourg）法，用華白數(shù)和燃燒勢(shì)進(jìn)行分類并界定穩(wěn)定燃燒的變動(dòng)范圍。在美國(guó)，則采用韋弗（Weaver）指數(shù)法，它考慮了脫火指數(shù)、回火指數(shù)、黃焰指數(shù)、熱負(fù)荷因數(shù)、引射因數(shù)和CO生成指數(shù)等因素。在英國(guó)則有二維判別法和三維判別法。我國(guó)在GB/T 13611-92中，參考了法國(guó)德爾布的方法，采用了華白數(shù)和燃燒勢(shì)兩種指數(shù)。不管采用何種方法或何種指標(biāo)，都是用來確定天然氣的類別，并界定該類別天然氣在與之適應(yīng)的用具上保持穩(wěn)定燃燒和熱負(fù)荷的變化范圍。在我國(guó)人工制氣供氣的多年實(shí)踐中，已按GB/T 13611-92中的分類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
二、我國(guó)天然氣質(zhì)量規(guī)范的沿革
（一）SY7514-88《天然氣》
1988年7月4日頒布的SY 7514-88《天然氣》是屬于我國(guó)石油工業(yè)部的部頒標(biāo)準(zhǔn)。它是“適用于氣田、油田采出經(jīng)礦場(chǎng)分離和（或）處理后用管線送至用戶，并按產(chǎn)品類別分別作為民用燃料、工業(yè)原料和工業(yè)燃料的天然氣。”在SY 7514-88中提出對(duì)天然氣的技術(shù)要求見下表：
SY 7514-88將天然氣按高位發(fā)熱量的不同分成A組和B組。按此標(biāo)準(zhǔn)，只要天然氣的發(fā)熱量大于14.65 MJ/m3（3500Kcal/m3）就可視作為發(fā)熱量合格的天然氣，這樣的分類雖然太于寬松，但至少已認(rèn)識(shí)到發(fā)熱量相差很大的天然氣是不屬于同類型的天然氣。天然氣進(jìn)一步細(xì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的依據(jù)是它們的總硫、硫化氫和二氧化碳的含量。很明顯，它是主要按天然氣的輸送要求而劃分的，同時(shí)也兼顧了對(duì)人體的危害。用機(jī)械分離和目測(cè)的方法來標(biāo)明是否夾帶游離水是一種不夠嚴(yán)格的做法，它也未考慮在輸送和使用過程中因環(huán)境溫度變化可能產(chǎn)生的冷凝水和烴類物質(zhì)。總之，該標(biāo)準(zhǔn)是在天然氣尚未大規(guī)模地進(jìn)入城市以及用戶尚未對(duì)天然氣提出嚴(yán)格的要求時(shí)制訂的，它沒有考慮到對(duì)城市天然氣燃燒特性的要求。
（二）GB 17820—1999
在SY 7514—88執(zhí)行了十年后，總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，由中國(guó)石油天然氣集團(tuán)提出經(jīng)四川石油管理局天然氣研究院起草制定了新的天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17820—1999，它是“參考ISO13686：1998《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》和國(guó)外有關(guān)天然氣的的管輸規(guī)范，按硫和二氧化硫含量對(duì)天然氣進(jìn)行分類，提出了天然氣的技術(shù)要求，以保證輸氣管道的安全運(yùn)行和天然氣的安全使用，有利于提高環(huán)境質(zhì)量，適應(yīng)我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展要求。”它提出的技術(shù)指標(biāo)如下表：
該標(biāo)準(zhǔn)“適用于氣田、油田采出經(jīng)預(yù)處理后通過管道輸送的商品天然氣”。它對(duì)天然氣的提法要比SY 7514—88泛指的天然氣嚴(yán)格，是“商品天然氣”。既然明確是“商品”，它必須有穩(wěn)定的質(zhì)量指標(biāo)來滿足市場(chǎng)的要求，否則商品天然氣的市場(chǎng)就沒有保證。
同SY 7514—1988相比，該標(biāo)準(zhǔn)作了許多修改和提高。： 1、取消按高位發(fā)熱量分為A組和B組的分類。顯然，由于B組的發(fā)熱量（3500~7500Kcal/m3）太低，不適宜作為城市天然氣使用。 2、在按硫和二氧化碳含量的分類中，取消了原來的第四類，即硫含量大于480 mg/m3。由于它的含量過高，因此不能作為“商品天然氣”。 3、對(duì)總硫的含量要求比以前嚴(yán)格： Ⅰ類氣從≤150 mg/m3改為≤100mg/m3 Ⅱ類氣從≤270 mg/m3改為≤200mg/m3 Ⅲ類氣從≤480 mg/m3改為≤460mg/m3 4、對(duì)硫化氫含量Ⅰ類氣和Ⅱ類氣的要求稍有變化，從<6 mg/m3和<20mg/m3改為≤6mg/m3和≤20mg/m3；Ⅲ類氣則從實(shí)測(cè)改為≤460mg/m3。 5、水分從“無游離水”的要求改為用水露點(diǎn)作為指標(biāo)，提出了“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度下，水露點(diǎn)比最低環(huán)境溫度低5°C”的要求。 6、在第五條“輸送、儲(chǔ)存和使用”中，提出了“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)烴”、“天然氣中固體顆粒含量應(yīng)不影響天然氣的輸送和利用”。但是它尚未用烴露點(diǎn)作指標(biāo)來防止因環(huán)境溫度變化時(shí)烴類物的析出，同時(shí)也未提出天然氣中限制天然氣中固體顆粒含量的指標(biāo)。
雖然上述改進(jìn)比SY 7514—88有很大提高，但從城市天然氣質(zhì)量要求來看，仍存在根本性的不足： 1、對(duì)天然氣的分類應(yīng)按它的發(fā)熱量和燃燒特性指標(biāo)（例如華白指數(shù)和燃燒勢(shì)）來分類，屬同一類的天然氣之間具有互換性。多氣源供氣時(shí)，必須是要供同一類的天然氣，已供的天然氣發(fā)生質(zhì)量變化時(shí)，不能超出同一類天然氣的界限。GB 17820—1999按硫和二氧化碳含量的分類不能滿足城市天然氣對(duì)穩(wěn)定燃燒的要求，更沒有考慮將天然氣的燃燒特性列作質(zhì)量的重要指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人在1999年“天然氣工業(yè)”上發(fā)表的《天然氣互換性及其標(biāo)準(zhǔn)化》文章中指出：“隨著天然氣資源多樣化，用戶不斷增加，用途日益廣泛，其組成變化時(shí)對(duì)燃燒性質(zhì)的影響已經(jīng)受到普遍關(guān)注，故應(yīng)盡快對(duì)天然氣的互換性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化”；“ISO 13868、GB/T 13611等均可作為商品天然氣分類的參考”；“應(yīng)開展對(duì)天然氣燃燒勢(shì)的分析研究，從而為我國(guó)天然氣的分類和互換性的標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)”。 2、GB 17820中提出的技術(shù)指標(biāo)不夠完善，沒有提出烴露點(diǎn)、不飽和烴含量、碳五及碳五以上高烴含量、氧含量及一氧化碳含量、固體顆粒含量等重要指標(biāo)。當(dāng)然作為互換性判別指標(biāo)如華白指數(shù)和燃燒勢(shì)，也應(yīng)納入分類的技術(shù)指標(biāo)。 3、GB 17820提出的標(biāo)準(zhǔn)參比條件為101.325Kpa，20°C，在我國(guó)的天然氣工業(yè)系統(tǒng)中執(zhí)行該參比條件，但是在城市天然氣系統(tǒng)中并不都執(zhí)行此參比條件。例如上海東海天然氣的商品貿(mào)易中執(zhí)行的是101.3 Kpa，15.5°C；香港地區(qū)執(zhí)行的是101.325 Kpa，15°C；GB/T 13611—92和GB 13612—92中的參比條件為“干氣，0°C，101.3 Kpa”。在國(guó)際上，ISO 13443—1996《標(biāo)準(zhǔn)天然氣參比條件》中采用101.325 Kpa，288.15K（即15°C）。在ISO統(tǒng)計(jì)的一些國(guó)家中，天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件的壓力均選用101.325Kpa，而溫度的選用都有很大的不同。采用0°C的有以法國(guó)、德國(guó)、奧地利、比利時(shí)、丹麥、匈牙利、印度、印度尼西亞、意大利、日本、荷蘭、西班牙、瑞士、和南斯拉夫、巴西等十五個(gè)國(guó)家，采用15°C的有英國(guó)、美國(guó)、阿根廷、澳大利亞、加拿大、埃及、芬蘭、伊朗、新西蘭、挪威、巴基斯坦、愛爾蘭等十二個(gè)國(guó)家。俄羅斯和捷克則采用20°C和0°C，羅馬尼亞采用15°C和0°C。GB 17820的要求同香港中華煤氣公司進(jìn)口南海天然氣時(shí)提出的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)，它已不適應(yīng)天然氣市場(chǎng)的現(xiàn)狀。
（三）、GB/T13611—92《城市燃?xì)夥诸悺?br> 由于我國(guó)城市氣體燃料使用已有一百多年的歷史，在對(duì)城市氣體燃料使用的燃燒特性要求方面積累了長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)是由建設(shè)部提出，由中國(guó)市政工程華北院起草的按表示氣體燃燒特性的指標(biāo)——華白數(shù)和燃燒勢(shì)進(jìn)行分類的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中關(guān)于天然氣的分類如下表：
上述分類及其燃燒特性指標(biāo)已考慮了在燃燒時(shí)防止產(chǎn)生黃焰及不完全燃燒、回火和脫火的界限條件。（分類中的“4T”是指礦井氣，“6T”是指液化石油氣混空氣，不宜包括在城市天然氣的分類指標(biāo)中）三、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布的天然氣質(zhì)量指標(biāo) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的“ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)”于1993年7月15日發(fā)出“ISO/CD13868《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》”文件，作為草案在ISO各成員之間傳閱并要求返回意見。當(dāng)時(shí)的四川石油管理局天然氣研究所作為“ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)”在我國(guó)的技術(shù)歸口單位，對(duì)該草案表示了贊成意見。按ISO的規(guī)定，在至少75%的成員投贊成票后才可予以公布。1998年5月1日，正式公布了由ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì)制定的ISO 13868《天然氣質(zhì)量指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)給出了天然氣質(zhì)量的各種參數(shù)、計(jì)量單位及ISO相關(guān)的分析試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。除了正文外，還附錄了一些國(guó)家天然氣質(zhì)量規(guī)范實(shí)例、互換性判斷方法、冷凝曲線、加臭等參考資料。其質(zhì)量指標(biāo)的具體內(nèi)容如下： 1、質(zhì)量指標(biāo)的參比條件： 壓力 101.325 Kpa（1 atm） 溫度 288.15K（15°C） 2、質(zhì)量參數(shù)：（1）天然氣組成 a. 主要組成：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷類、戊烷類、已烷加，氮?dú)?、二氧化碳?！ . 少量組成：氫氣、不飽和烴、氧氣、一氧化碳、氦氣?！ . 微量組成：硫化氫、硫醇、二烷基硫醚、羰基硫、總硫、水。（2）天然氣性質(zhì) a. 物理性質(zhì)：發(fā)熱量、華白指數(shù)、密度、相對(duì)密度、壓縮因子、水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)?！ . 其它性質(zhì)：從技術(shù)上講，天然氣不應(yīng)含有液態(tài)形式的水和烴類物、不應(yīng)含有影響輸送和使用的固體顆粒物以及不應(yīng)含有影響輸送和使用的其它氣體。四、現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的建議方案 根據(jù)我國(guó)SY 7514—88、GB 17820—1999、GB/T 13611—92和GB 13612—92多年實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，參考已正式公布的ISO 13443、ISO 13686文件及其所附歐洲、英、美、法、德有關(guān)城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)的資料，考慮到現(xiàn)階段我國(guó)城市天然氣工業(yè)的現(xiàn)狀，建議我國(guó)“城市天然氣質(zhì)量指標(biāo)”的方案如下：
關(guān)于建議方案的說明如下： 1、本方案參照GB/T 13611—92，對(duì)天然氣進(jìn)行分類。GB/T 13611—92中的4T是用于礦井氣，6T是用于液化石油氣混空氣。由于它們的發(fā)熱量較低，因此不宜列入城市天然氣的范圍。“液化石油氣混空氣”的發(fā)熱量也可以配得較高而成為代用天然氣（SNG），此時(shí)可按它的華白數(shù)和燃燒勢(shì)來歸入上述的類別。 2、英、法、德等歐洲國(guó)家將天然氣分為發(fā)熱量較高的H類和發(fā)熱量較低的L類。
其中的L類同GB/T 13611—92中的10T類相接近，H類則同12T、13T相接近。由于12T和13T的華白數(shù)和CP變化的部分范圍中有重疊，因此是否可以將12T和13T合成一類，要進(jìn)行專題研究。目前仍宜參照GB/T 13611—92進(jìn)行分類，建議有關(guān)方面立題對(duì)此進(jìn)行研究。
3、方案中華白數(shù)W和燃燒勢(shì)CP的計(jì)算方法采用GB/T 13611—92中規(guī)定的方法，今后在正式編制城市天然氣質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)作正文納入。本方案未規(guī)定天然氣的發(fā)熱量及其變化范圍，因?yàn)榘l(fā)熱量已在分類用的華白數(shù)的計(jì)算中體現(xiàn)出來。同樣，本方案對(duì)天然氣的組分和密度及其變化范圍也未作規(guī)定，因?yàn)樗苍诜诸愑玫娜A白數(shù)和燃燒勢(shì)的計(jì)算中體現(xiàn)出來。當(dāng)然，為了明了一些，也可以規(guī)定一個(gè)天然氣的發(fā)熱量及其變化范圍，例如35.6~46.0 MJ/m3。
4、為了充分利用天然氣的資源，對(duì)于發(fā)熱量稍低于35.6 MJ/m3的天然氣，可以考慮再列一個(gè)如“9T”之類的規(guī)定，使其得到利用。當(dāng)然，對(duì)此也應(yīng)立題進(jìn)行研究。主要是取決于我國(guó)該類天然氣的數(shù)量和產(chǎn)地。
5、本方案對(duì)天然氣組分中重?zé)N（C4及C4以上）、不飽和烴和芳香烴的含量未作規(guī)定。它們的含量以及同時(shí)含有的氫、氧和二氧化碳對(duì)燃燒會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響。國(guó)外對(duì)此有所研究，有些國(guó)家對(duì)此也有要求。從我國(guó)現(xiàn)狀出發(fā)，只要控制了烴露點(diǎn)，重?zé)N問題可以暫不考慮。至于對(duì)燃燒和點(diǎn)火產(chǎn)生的影響，留待專題研究。
6、本方案對(duì)硫化氫含量的規(guī)定是采納GB 13611—92中的規(guī)定，對(duì)總硫（以硫計(jì)）含量的規(guī)定是采納GB 17820—1999中的規(guī)定。
7、本方案中二氧化碳的含量采納GB 17820—1999中的規(guī)定，氧氣含量的采納GB 13612—92中的規(guī)定。它們的存在，在高壓天然氣中會(huì)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，因此必須作為指標(biāo)加以控制。如果考慮到我國(guó)的實(shí)際情況而用戶對(duì)此并不十分介意時(shí)，也可適當(dāng)放寬，在方案的指標(biāo)前可加一個(gè)“宜”字，留有靈活執(zhí)行的余地。
8、本方案對(duì)于氮?dú)馕醋骱康囊?guī)定，它同二氧化碳和氧帶來的對(duì)發(fā)熱量和重度的影響都在華白數(shù)和燃燒勢(shì)中得到體現(xiàn)，至于對(duì)點(diǎn)火和燃燒的影響則暫不考慮。
9、本方案的水露點(diǎn)和注2、注3均采納GB 17820—1999中的規(guī)定。對(duì)于烴露點(diǎn)的規(guī)定主要考慮在輸配過程中避免因環(huán)境溫度的變化而導(dǎo)致烴類物質(zhì)的冷凝析出。
10、本方案的注1采納了GB/T 13611—92和GB 13612—92中的規(guī)定。這主要是因?yàn)樵谝话俣嗄甑某鞘忻簹夤I(yè)中均采納了該標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的技術(shù)資料（教科書、專業(yè)技術(shù)書和文獻(xiàn)）中的論述和計(jì)算都采納該標(biāo)準(zhǔn)。如果要采納以20°C作標(biāo)準(zhǔn)則需換算，引起不必要的麻煩或誤解。
11、雖然在GB 13612—92中對(duì)焦油和灰塵提出應(yīng)小于10mg/m3的指標(biāo)，但是只要滿足在注3中提出的固體顆粒的大小和含量不影響輸送和利用，本方案就不再另作規(guī)定。
結(jié) 論
1、天然氣的燃燒特性應(yīng)作為城市天然氣質(zhì)量的重要指標(biāo)?，F(xiàn)有的質(zhì)量指標(biāo)中尚需增加烴露點(diǎn)和氧含量等指標(biāo)。
2、為了適應(yīng)城市天然氣的大發(fā)展，有必要不失時(shí)機(jī)地制訂較完善的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
3、根據(jù)現(xiàn)行的有關(guān)天然氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并參考國(guó)際上的有關(guān)資料，本文提出了我國(guó)現(xiàn)階段“城市天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”的建議方案，僅供有關(guān)方面參考。
（ 來自 上海天然氣管網(wǎng)有限公司 作者：張寶隆 ）
