ISO／TR 22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀

石油與天然氣化工第44卷第4期CH EM ICAL ENGINEERING OF OIL & GAS97ISO/TR 22302《天然氣-甲烷值計算》的解讀唐蒙'2蔡黎'21.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院2.中國石油天然氣集團公司天然氣質(zhì)量控制能量計量重點(diǎn)實(shí)驗室摘要介紹了ISO/TR 22302 :2014的主要內容,包括甲烷值的定義,美國氣體研究院的兩種甲烷值計算方法,給出了方法的限定范圍,給出了36個(gè)歐洲、30個(gè)中國和泰國的天然氣組成計算的甲烷值。討論了同一天然氣組成采用美國氣體研究院兩種方法計算甲烷值時(shí),如果甲烷值之間的差值超過(guò)6個(gè)點(diǎn),那么應該是該天然氣的組成不符合計算方法的限定范圍。ISO/TR 22302 :2014 為甲烷值的應用提供了有利的技術(shù)支持。關(guān)鍵詞天然氣 甲烷值組成計算方法中圖分類(lèi)號:TE642文獻標志碼:A DOI: 10 .3969/j .issn .1007-3426.2015 .04 .020A brief understanding on the ISO/TR 22302Natural Gas calculation of Methane NumberTang Meng'2，Cai Li(1. Research Institute of N atural Gas Technology，PetroChina Southwest Oil& Gasfield Com pany .Chengdu 610213，China)(2. Key Laboratory of Natural Gas Quality and Energy Measurement, CN PC, Chengdu 610213. China)Abstract : This article introduced the main contents of ISO /TR 22302 :2014, ineluding the defini-tion of methane number，tw o calculation methods of methane number developed by Gas Research In-stitute (GRI), listed the limitation of two methods and calculated the methane numbers of 36 gasmix tures from European and 30 gas mix tures from China and Thailand . It discussed that if the differ-ence between two GRI methods is more than 6，the composition of natural gas should not be in ac-cordance with the limitation of the calculation method . ISO /TR 22302 :2014 gives the technical sup-ports for application of methane number .Key words : natural gas, methane number，composition, calculation method2014年6月,ISO發(fā)布了ISO/TR 22302 :20141技術(shù)報告的背景《天然氣-甲烷值計算》技術(shù)報告。此項技術(shù)報告是2003年,在ISO/TC 193 召開(kāi)的年會(huì )期間,中國ISO/TC 193天然氣技術(shù)委員會(huì )WG6工作組起草的，代表團接受了承擔TC 193甲烷值工作組召集人的工該工作組是中國專(zhuān)家擔任工作組召集人。這是在天然作。中國石油西南油氣田公司天然氣研究院主導編寫(xiě)氣領(lǐng)域,由中國專(zhuān)家擔任工作組召集人而完成的首個(gè)的《天然氣甲烷值計算》國際技術(shù)報告由國際標準化ISO技術(shù)報告。以下就技術(shù)報告的背景和主要內容進(jìn)組織在瑞士日內瓦正式發(fā)布。這是我國在天然氣標準行解讀和說(shuō)明?；I(lǐng)域主導編寫(xiě)的首份國際技術(shù)報告。作者簡(jiǎn)介:唐蒙(1962 - ) ,高工,1983年華東石油學(xué)院畢業(yè),現就職于中國石油西南油氣田公司天然氣研究院。- - 直從事天然98唐蒙等ISO/TR 22302《天然氣甲烷值計算》的解讀2015 .此項技術(shù)報告之所以耗費較長(cháng)的時(shí)間,分歧主要表1 MON計算公式各組分的代號 和名稱(chēng)為,目前在歐洲主要采用奧地利AVL公司提出的計Table 1 Symbols of different componentsin the MON calculation formula算方法,但AVL只提供商用軟件,不公開(kāi)其計算模組分代號1_2._3_46型。在北美主要采用美國氣體研究院(GRI )提出的計組分名稱(chēng) 甲烷乙烷丙烷丁烷 二氧化碳氮氣算方法。在編制過(guò)程中,起草組在缺少AVL方法的情況下，只能根據歐洲、中國和泰國提供的天然氣組成2.3.2天然氣氫碳比與 辛烷值關(guān)聯(lián)式數據,采用CRI的兩種方法計算了甲烷值及其差值，使用氫碳比計算MON的公式如下:并指出計算方法的限定范圍。MON=-406.14+508.04R- -173 .55R十20.17R*(2)2技術(shù)報告的主要 內容式中,R為氣體燃料氫原子與碳原子數目的比值。2.1范圍在GRI用于辛烷值試驗的氣體燃料的源組成數ISO/TR 22302 :2014規定了已知氣體摩爾組成據中,重烴組分是丁烷。實(shí)際上,對于真實(shí)氣體，重烴的干天然氣的甲烷值( M N ,methane number )的計算可能是Ct，甚至為Ca。如果考慮丁烷以上的重烴，方法。氫碳比可能不同。不僅需考慮比丁烷輕的烴組分,還美國氣體研究院(GRI)方法用來(lái)計算氣體的甲烷應考慮所有烴組分。值(MN )和馬達法辛烷值(M ON ,motor octane num-2.3.3天然氣甲烷值與 辛烷值的關(guān)聯(lián)式ber),線(xiàn)性關(guān)系適用于甲烷含量高的天然氣抗爆性的使用MON計算MN ,以及使用MN計算MON比較和測量。的公式如下:2.2定義MN=1.445MON - -103.42(3)甲烷值(MN ):衡量氣體燃料抗爆性的指標,在標MON=0.679MN+72.3(4)準規定的爆震試驗條件下,具有相同的爆震趨勢的氣式(3 )和式(4 )不是完全線(xiàn)性的,因此這兩個(gè)關(guān)聯(lián)體燃料具有相同的爆震指標。規定純甲烷作為抗爆性式相互間并不是完全可逆的。標準燃料,純甲烷的甲烷值為100 ,而純氫氣作為不抗2.4 AVL方法爆性標準燃料,純氫氣的甲烷值為0。目前,奧地利AVL公司還開(kāi)發(fā)了一一種計算甲烷馬達法辛烷值(MON ) :對火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機燃料的值的方法”。雖然,AVL方法在歐洲得到廣泛的應抗爆值是用ASTM D 2700 -2007《火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機燃用,但由于涉及到AVL公司的知識產(chǎn)權,AVL只提料的馬達法辛烷值的試驗方法》規定的標準試驗方法,供商業(yè)軟件,而不公開(kāi)其計算公式。因此,在ISO技在規定條件下的標準發(fā)動(dòng)機試驗中,將該燃料與標準術(shù)報告中就不能提供A VL方法計算的甲烷值。燃料混合物的爆震傾向進(jìn)行比較而測定的。2.5結果表達2.3 GRI方法如果已知氣體燃料的摩爾組成,則可計算甲烷值。GRI采用ASTM D 2700 -2007規定的辛烷值評因為有兩個(gè)不同方程計算辛烷值,所以氣體有兩個(gè)甲定方法計算天然氣燃料的馬達法辛烷值(M0N)。以烷值,在計算報告中應報出兩個(gè)結果。對同一一個(gè)天然下推導了兩個(gè)數學(xué)關(guān)聯(lián)式來(lái)計算MON。氣組成，分別用組成法和氫碳比法計算其甲烷值，如果2.3.1天然氣組成 與辛烷值的線(xiàn)性關(guān)聯(lián)式兩個(gè)結果相差超過(guò)10個(gè)點(diǎn),則應考慮兩種計算甲烷值使用天然氣組成計算MON的公式如下:方法是可疑的。MON=137.78xu十29.948x2一18.193x3根據Jacob Klimstra的報道，大多數歐洲天然氣167.062x1+ 181.233xs+ 26.994x6的甲烷值為65~ 1002。在發(fā)動(dòng)機試驗中，如果甲烷石油與天然氣化工第44卷第4期CH EM ICAL ENGINEERING OF OIL & GAS99點(diǎn)，就應該考慮這兩種天然氣是否可以互換叮。據GB/T 13611- -2006計算獲得的,這些是ISO/TR22302 :2014中沒(méi)有給出的數據。2.6 ISO/TR 22302附錄信息解讀在ISO/TR 22302 :2014的附錄A中,給出了包由表4和表5中的數據可看出,相同氣體用兩種括純甲烷在內的多個(gè)樣品的組成數據和使用組成數據不同方法計算獲取的甲烷值是存在一-定 偏差的。同- -計算的氫碳比值(見(jiàn)表2)。表2給出了GRI用于辛烷組分的天然氣采用不同方法計算的甲烷值差值超過(guò)6值評定試驗的氣體燃料源組成數據。表3是使用GRI個(gè)點(diǎn),則說(shuō)明計算法有疑問(wèn),可能是組分的含量超出了法計算MON時(shí),其適用的各組分濃度限值。在此限限定的范圍。表4和表5中甲烷值之間的差值超過(guò)6值內,可使用GRI給出的兩種方法進(jìn)行天然氣甲烷值個(gè)點(diǎn) ,說(shuō)明其組分含量超出了限定的范圍。ISO/TR的計算。22302 :2014對其原因進(jìn)行了分析,甲烷值差值大于6表2 GRI用于辛烷值評 定試驗的氣體燃料源組成數據表436個(gè)歐洲氣體計算的甲烷值、甲烷值差值、Table2 Compositions (molar fraction) of dffrent沃泊指數及燃氣類(lèi)別fuels used in GRI methodTable4 Methane number , methane number difference ,Wobbe index and fuel type of gas calculated fromy/%氫/碳混合物36 European gas samples比值甲烷乙烷丙烷丁烷CO2氮氣樣本甲烷值甲烷值差值沃泊指數)100 .04.00編號組成法氫碳比法(絕對值)(MJ.m-9) 類(lèi)別95.03.00.50.50.20.8 3.8984.1885 .901.7250.0212T0.1 6.0 0.7 0.80.71.7 3.8271.4879.397.9147.1885.06.53.0 1.01.03.5 3.7285.08 .86 .831.7549 .3988.37.81.20.31.80.6 3.8078.1074.743.3650.1484.28.5 3.72.5 3.7273 .2370.043.1950.4284.28.63.781.5083 .36.1.8649.3482.1 14.0 1.22.0 3.7166.05 .0.5653 .8275.025.03.33874.7873.291.4952 .523.48g78.8180.521.7148 .6911 88 .911.13.641080.5880.010.5751.53_1292.53.51.00.5_ 153.87170 .5684.6014.0443.7510T1291.0392 .38.1.3550 .961389 .53.93.133.6049 .65表3GRI用于辛烷值試驗的每個(gè)組分的摩爾分數限定值1468 .2066.771.4353 .53Table 3 Molar fraction limits of different1567.8366 .970.8653.51components in GRI method(y% )1687.7220.7541.45組分限定值1775.2477 .262.0248.74甲烷≥75丁烷及更重組分≤1.01869.8180 .5410.7341.611995.0698.57 .3.5150.56乙烷≤14≤3.52092 .7396.2150.23≤25 iCO:≤1.82184.4886.081.6049 .322266 .6671 .86.5.2049 .382.7典型氣體組成計算的 甲烷值2374.4171.243.1751.982477 .3576.07.1.2852 .32ISO/TR 22302 :2014的附錄B給出了部分典型2583.1183.400.2951.16天然氣組成進(jìn)行不同指標計算的計算結果。根據歐2675.7874 .561.2252 .43洲、中國和泰國提供的氣體組成數據,分別計算了這些2791 .0592 .7750.85 .2866 .0071.32 .5.3249.36氣體由組成法和氫碳比法獲得的甲烷值,計算了兩種2980 .3496.6216.2842 .76方法之間甲烷值的差值。根據GB/T 13611 - 20063072 .0783.8811.8144.163174.2672.152.11《城鎮燃氣分類(lèi)和基本特性》計算了在101 .325 kPa、3292.5495.683.1450.27 .15°C條件下的沃泊指數，并由此劃分了燃氣類(lèi)別3374.9975 .900.9149.503418 .0453.1535.1145 .87100唐蒙等ISO/TR 22302《天然氣甲烷值計算》的解讀2015 .表5 30個(gè)中 國和泰國氣體計算的甲烷值、表6歐洲氣體甲烷值差值大于6的原因甲烷值差值、沃泊指數及燃氣類(lèi)別Table 6 Reason of methane number difference moreTable 5 Methane number , methane number diftrence .than 6 caloulated from European gasWobbe index and fuel type of gas calculated from樣本甲烷值30 Chinese and Thailand gas samples編號差值原因甲烷值甲烷值差值 沃泊指數/ 燃氣7.91y(氮氣)=7.19%編號(組成法) (氫碳比法) (絕對值)(MJ.m~3)類(lèi)別14.04y(氮氣)=10.8%1620.75y(氮氣)=14 .351%182.01.80.711.3051.8512T74 .5372 .382.1552.5410.73y(氮氣)=11.01% .,y(二氧化碳)=4.184%78.1675.762.4052.162916.28y(氮氣)=9.58%82 .0080.891.1151.7:3011.81y(氮氣)=9 .85%91.4692 .65.1.1950.003435 .11y(氧氣)=3 39% ,y(氮氣)=13 .53%，93.7395.772.0449.19y(T烷)=10 77%93.8796.032.1649.10y(氧氣)=3.39% ,y(氮氣)=13.77%，3519 .7590.58 .90.760.1849.71y(丙烷)=11 .18%93.0796.062.9949.38y(氧氣)=2.14% ,y(氮氣)= 16.57%，l0 78.3376.302.0351 .813632.83y(丁烷)8.48%87 .2498.7411.5043 .2410T12 95.4398 .673.2450.2813 72.8875.0351.13表7中國和泰國氣體甲烷值差值大于6的原因77 .8778.46 .0.5950.32Table 7 Reason of methane number difference more15 77.3577 .810.46than 6 calculated from Chinese and Thailand gas52.2073.1120.9141.25樣本甲烷值1781.93.80 .6351.8818 81.1379.771.3651.9519 65.1264.480.6452.951111.50 y(氨氣)=6.39% ,y(二氧化碳)=3 .71%20 45 .3455 .089.7454.4716 20.91y(氮氣)=17.24%282.3178 .333.9849.2420y(丁烷)=6 .45%2 94.3798 .013.6450.2012T .2723.43y(T烷)= 6.966%94.5797 .9150 .0816.30y(二氧化碳)= 22.34%24 94.4998.113.6250.1412.48x(二氧化碳)= 23.46%25 90 .8996.475.5849.2792.4696.774.3147.872725.87.49.3C57 .363.2 GRI 給出的兩種計算方法是一致的61.5656 .365.2041.67在發(fā)動(dòng)機試驗中，如果甲烷值減少約10個(gè)點(diǎn),抗71.6855.38 .37.65低于10T65.32 .52 .8437.87爆性的壓縮比將隨之減少1個(gè)點(diǎn)。因此,兩種計算方注:表4、表5中所列沃泊指數和燃氣類(lèi)別是以說(shuō)明盡管組成不法計算的甲烷值若相差不大于6個(gè)點(diǎn),就可認為這兩同,但大部分的天然氣按組分計算燃氣類(lèi)別,都是在12T的范圍內，只有少量的在10T的范圍內。種方法是- -致的。歐洲的天然氣計算的甲烷值差值超過(guò)6個(gè)點(diǎn)的有個(gè)點(diǎn)的原因列于表6和表7。此外,ISO/TR 22302 :9個(gè),全部是氮氣的含量超過(guò)了限定值。其中,有一個(gè)2014還列出了計算各甲烷值的組成數據(具體數據詳是二氧化碳含量同時(shí)超過(guò)限定值,有3個(gè)是摻混了調見(jiàn)該技術(shù)報告)。峰用的液化石油氣,其特征就是含有較高的丙烷和/或丁烷,同時(shí)還混有接近20%的空氣(氮氣和氧氣)。3討論中國和泰國的天然氣計算的甲烷值差值超過(guò)6個(gè)3.1 計算方法是有限制的點(diǎn)的有6個(gè)。其中,有兩個(gè)是二氧化碳含量超過(guò)GRI給出的方法有其特定的范圍,其計算公式是:1.8%、一個(gè)是氮氣的含量大于3.5%、-一個(gè)是氮氣和建立在12種混合氣的基礎上進(jìn)行試驗獲得的,見(jiàn)表二氧化碳含量同時(shí)超過(guò)限定值、還有兩個(gè)是丁烷及更第44卷第4期方健渤海油田D平臺聚結-氣浮除油技術(shù)113間小、生產(chǎn)水處理量大等)的特點(diǎn)而設計,具有高效而質(zhì)含油值在110~130mg/L之間?？旖莸膬?yōu)點(diǎn)。該撬裝采用模塊化設計,在D平臺所占(3)根據聚結氣浮除油室內評價(jià)實(shí)驗結果,利用空間為4.75mX2.63 mX5.5 m(LX WX H),處理量D平臺現有的空撬塊,設計聚結-氣浮除油撬裝設備為500m^/h。撬裝設備現場(chǎng)應用的聚結-氣浮設計參(4mX2.4mX6m)為3級溶氣設備和2級聚結除油數見(jiàn)表3。設備,第3級溶氣設備處理的生產(chǎn)水進(jìn)入緩沖罐釋放,將注水含油值控制在20 mg/L以下。6結語(yǔ)參考文獻(1)基于D平臺生產(chǎn)水處理流程的問(wèn)題和平臺空[1]周建.聚結技術(shù)處理含油污水的實(shí)驗研究[D].山東:中國石油大間狀況以及特點(diǎn)(空間小、處理量大、停留時(shí)間短等)，學(xué)(華東), 2009.在眾多的除油技術(shù)中推薦使用撬裝的聚結除油設備。[2]李洪敏.婁世松.張鳳華.聚結-氣浮法處理含油污水[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報, 2009 .29<4);1-3.聚結除油原理是將粗?；c氣浮選有機結合在一-起 ,[3]陳雷.祁佩時(shí)，王鶴立.聚結除油性能及機理探討[].中國環(huán)境科并對聚結材料和氣泡粒徑這兩個(gè)核心技術(shù)進(jìn)行創(chuàng )新，學(xué)，2002, 22(1);16-19.[4]T慧.含聚采出水純物理除油技術(shù)研究與應用[J].石油工程建設。使得該設備能夠對含油污水深度處理。2011. 37(4): 62-66.(2)針對D平臺生產(chǎn)水處理流程入口水樣(含油[5]王新強,楊志剛,謝娟.超聲處理含油污泥除油實(shí)驗研究[J].石油值為460mg/L),開(kāi)展聚結氣浮除油室內評價(jià)實(shí)驗,與天然氣化工，2006，35(3): 239-241.并與平臺現用流程的室內實(shí)驗結果進(jìn)行對比。經(jīng)過(guò)2[6]蒲美玲，劉旭輝.基于多孔燒結金屬的油田污水懸浮物處理實(shí)驗研究[J].石油與天然氣化工, 2012, 41(1); 102-103.級溶氣設備和聚結除油設備,出口水質(zhì)含油值在20[7]張暉.趙麗，鄭大鏡.OPS-X型含油污水處理裝置現場(chǎng)試驗[J].油氣田地面工程.2010.29(12): 3-4. .mg/L以下;經(jīng)過(guò)3級溶氣設備和聚結除油設備,出口水質(zhì)含油值在10 mg/L以下。使用普通氣浮出口水收稿日期:2014-09-22 ;編輯:鐘國利(上接第100頁(yè))用GRI兩種方法計算的甲烷值差值大于6個(gè)點(diǎn)時(shí),則3.3甲烷值的應用意味著(zhù)天然氣的組成超過(guò)了其限定的范圍。這種情況甲烷值是天然氣作為汽車(chē)燃料時(shí)表征其抗爆性的通常只是在極端條件下才會(huì )出現。這些極端條件主要一項指標,它是與汽油辛烷值相對應的指標。甲烷值指天然氣中高含二氧化碳、高含氮氣或混人調峰用的對以天然氣為燃料的汽車(chē)而言并不敏感,如果甲烷值液化石油氣等情況。這時(shí)對汽車(chē)性能可能產(chǎn)生- -定的減少約10個(gè)點(diǎn),抗爆性的壓縮比將隨之減少1個(gè)點(diǎn)。影響,其影響的利弊目前還不清楚,在此只是提醒使用因此,對于以天然氣為燃料的汽車(chē),其甲烷值的大小就者,甲烷值也是影響因素之一- 。不像汽油那樣分成若干個(gè)牌號。這也是甲烷值只采用計算法而未開(kāi)發(fā)出類(lèi)似汽油那樣的辛烷值測定方法的[1]陳賡良.芻議GB 18047的修訂(二)兼論對新版IS0 15403的認識[J].石油與天然氣化工，2012. 41(6): 600-604 .原因所在。[2]JAC0B K, VITTORIO Q . lasification methods for the knock re-一般情況下 ,天然氣作為汽車(chē)燃料時(shí),其甲烷值是sistance of gaseous fuels-an attempt tow ards unification [ C ].ASTM ICE Fall Conference in Ann Arber , Michigan, 11.1999: 16-穩定的。當采用液化石油氣和空氣作為調峰氣時(shí),可20.能會(huì )影響發(fā)動(dòng)機的使用。當氣體中含有較多氮氣和二[3] KUBESH JHON KING STEVEN R. LISS WILIAM E. Efeet ofgas composition on octane number of natural gas fuels[c]. SAE !氧化碳時(shí),這主要是氣源引起的,這類(lèi)氣體如果是區域922359. 1992.性的供給,應提醒汽車(chē)的制造商和使用此類(lèi)天然氣的[4]中國國家標準化管理委員會(huì ). CB/T 13611- -2006 城鎮燃氣分類(lèi)和基本特性[S].北京:中國標準出版社.2006.