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陈赓良 的个人博客

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刍议商品天然气气质标准(三 )学习GB17820第三版报批稿的体会

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强制性国家标准“天然气”(GB17820)首次发布于1999年,2012年进行了第一次修订。为适应当前天然气工业发展迅速的大好形势,全国天然气标准化技术委员会决定对该标准再次修订,并于2017年12月发布了报批稿及其编制说明。

此次修订涉及很多学习国外先进经验和/采用国外先进标准的问题,这当然非常必要,本来这就是全国标准化技术委员会标委会成立近20年来赖以生存与前进的主要动力!但同样必须时刻牢记在心是:唯有实事求是地结合国情来学习与采标,才能实干兴邦;否则恐怕要空谈误国!下文就此问题谈一些笔者的肤浅认识,错误与不当之处,敬请指正。

一.标准是以科学、技术和实践经验的综合为基础

在这一年多时间学习GB/17820第三版报批稿及编制说明的过程中,深感有必要重温一下在GB/T3935.1中对标准所规定的如下定义:

“标准是对重复性事物和概念所做的统一规定,它以科学、技术和实践经验的综合为基础,经过有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定的形式发布,作为共同遵守的准则和依据”。

按上述定义对照下面摘录自报批稿第16页的这段文字,在毫无技术基础及实践经验的(醇胺法+分子筛法)“1+1”组合式脱水脱硫醇工艺,是否能在过渡期中达到既定目标尚吉凶未卜之时,根据什么制定“下一步目标”?!笔者的管见是:产品标准与行政文件应是有所区别的吧?

[此次修订,将进入长输管道的天然气定为一类气,实质将GB 17820-2012版的二类气总硫200 mg/m3的指标进行了大幅度的提高(提高了10倍),对含硫天然气的处理提出了更严格的要求。为达到要求,天然气生产装置将进行升级改造,并且需要留出2-3年的过渡期。同时需指出,总硫的下一步的目标是8 mg/m3。]  

报批稿第14页提出涉及系统输配气系统安全生产与居民安全用气的“瞬时值”是很有前瞻性的;但随后就制定了4.6节的规定就未免操之过急而犯了缺乏根据、信口雌黄之大忌!对此,笔者在刍议(二)已经详细说明,此处不再重复。

[ 法国的规定是“硫化氢含量的瞬时值必须低于15mg/m3;硫化氢含量不能连续8小时超过12mg/m3;任何一个8天周期内,硫化氢的平均含量必须低于7mg/m3;总硫含量的瞬时值必须低于150mg/m3”。参考法国的做法,本标准4.6条规定:“对于一类气,如果总硫或硫化氢不符合表1的规定,应对总硫和硫化氢进行连续监测,总硫和硫化氢的瞬时值应分别不大于30mg/m3和10mg/m3,并且总硫和硫化氢不能连续8小时分别大于20 mg/m3和6 mg/m3。]

二.只有坚持实事求是思想才能理解正确理解外国经验  

[ 总硫指标从1981年法国的150 mg/m3到EN的20 mg/m3,进而到德国DVGW的6 mg/m3,表明了燃料向更加环保、清洁的方向发展的趋势。目前总硫指标为6 mg/m3到8 mg/m3是最严格的,目前全世界只有德国提出了其行业标准GVGW G 260,最新的欧盟EN16726-2016提出的是20 mg/m3。 ]

反复研读报批稿及其编制说明第13页上列文字会给人以错觉。

(1)首先给人的错觉是似乎当前欧洲国家都已经按CEN标准的要求,把总硫含量的限值从150mg/m3降到了20mg/m3。事实并非如此!表1摘录自欧洲能源监管理事会(CEER)2016年发布的成员国气质报告,所示数据说明向CEER申报的11个成员国中,没有一个国家采用CEN标准规定的20mg/m3!天然气工业相当发达的法国和意大利,目前仍采用150mg/m3的总硫限值。

表1    欧洲主要产气和用气国家商品天然气总硫含量的限值

(2)确实,在表2中有总硫含量限值为6mg/m3的指标,但为什么不译出其对象是“除加臭剂外没有含硫组分”的天然气这个关键性的定语呢?!从这个定语来推测,此指标仅是适用于不含硫的商品天然气,6mg/m3这个限值指标很可能是为含硫加臭剂预留的。另一个令人费解的问题是:为什么不译出那个非常重要的注解c?笔者不懂德语,但连猜带蒙也可大致明白注解c的意思是“在特殊情况下,总硫限值可为30 mg/m3,硫醇限值16 mg/m3,H2S+COS的限值10 mg/m3”。搞清了上述两条“钢鞭”的由来,笔者也明白了为什么表1中没有哪个国家去理会那个CEN标准规定20mg/m3的“先进”指标 。只要适合我国国情与天然气脱硫醇技术的发展水平,为什么不可以是30~50 mg/m3?!

(3)若实事求是地综合评价,GB17820-2012是个编制得较好的气质标准。它虽然只规定了5项技术指标,但从保护环境、安全卫生等要求看,基本涵盖了ISO13686—2013规定的商品天然气气质指标主要内容。同时,GB 17820—2012大幅度地提高了进入长输管道一类气的高位发热量,并降低了CO2和总硫含量等杂质组分含量指标的限值,对保障用户安全用气与保护大气环境起到重要作用,也确保了中亚、中缅管道和西气东输二线等长输管道与城镇燃气管网安全、平稳运行。GB 17820—2012中一类气的指标限值与欧美天然气工业发达国家大致相当;但二类气,尤其是三类气的总硫限值指标则明显偏高。因此,报批稿提出取消三类气、将二类气总硫限值由200 mg/m3降至100 mg/m3的建议完全正确。

表2   德国DVGW G 260-2013规定的天然气总硫含量限值  


(4)若结合国情实事求是地评价报批稿,笔者不揣冒昧地认为:为我国安全平稳输气和供气发挥了巨大作用的GB17820,现已被修订得“面目全非”了!这样评价决非危言耸听,至少可以列举以下两点理由。

a)从环保与安全角度考虑,强制性国家标准GB17820规定的5项技术指标中最关键的是硫化氢含量与水露点/水含量两项。但报批稿中删除了水露点/水含量指标,而为“在天然气交接点的压力和温度条件下,天然气中应不存在液态水和液态烃”这样一个(似是而非的)定性描述所取代。这样的技术指标如何能指导输配气系统和/或天然气净化厂的生产?!且迄今为止在世界各国的气质标准中还没有找到不设置水露点/水含量指标的先例。


b)报批稿编制说明第16页的上列这段莫明其妙的文字,根本不能说明取消水露点/水含量指标的理由。不设置水露点/水含量指标的GB17820还能是强制性标准?!为什么各国专家还在深入研究如何建立水露点测定仪测定结果的溯源问题以改善其不确定度评估?凡此种种疑问,令人十分困惑。

(5)若以实事求是的态度来探讨报批稿规定的一系列仲裁试验方法,笔者认为它们存在下列诸多原则性的问题。例如:

*无视化学分析测量的的溯源准则;

*颠倒绝对方法与比较方法在溯源链上的层次;

*混淆化学分析与物性测定的不确定评估方法;

*从化学计量学的角度审视,报批稿规定了一系列错误的仲裁试验方法!

三.在结合国情学习国外先进经验的基础上提几点建议

今年6月在美国华盛顿闭幕的第27届世界天然气大会及国务院于8月份发布的“促进天然气协调稳定发展的若干意见”中,均再次重申了天然气是优质高效、绿色清洁的低碳能源,并将成为未来发展的主要能源。今年8月国家发展和改革委员会又发布了“油气管网设施公平开放监管办法”(征求意见稿),明确提出在我国全面推广能量计量的要求,并规定了24个月的过渡期。在天然气工业面临如此大好发展形势的背景下,从加强商品天然气气质管理角度,结合当前GB17820的修订,笔者建议宜在以下几个方面及时做好前期准备工作。

(1)建议关注硫化氢和总硫含量瞬时值测定及其应用

a)澳大利亚能源市场经营者协会(AEMO)于2017年9月1日发布的“气体质量指南”中对瞬时值的测定及其应用作了较详尽的说明。该文件指出,测定瞬时值目的是为输配系统经营者解决短时间内气质指标偏离规定标准值时提供有关信息,以便采取相应措施。因此,瞬时值是一项属于输配气系统进行安全生产管理时使用的重要指标;与商品天然气的气质管理也有一定关联。

b)AEMO制订上述指南时,参考了一系列国内外有关的标准与规范,计有澳大利亚国家标准(AS)3个,美国ASTM标准1个,ISO标准/技术报告3个,美国NACE推荐做法1个,以及AEMO自编技术指南1个。由此可见,未经大量调研及试验难以出合理的规定,建议有关部门早作准备。

(3)测定偏离标准值的瞬时值后,必须按其偏离的程度与持续时间作出必要的应对措施;表3所示为AEMO在其“气体质量指南”中提供的有关信息。  

表3     与最大瞬时值相对应技术措施


(2)建议考虑高位发热量等3项指标的波动范围、检测频率与公告周期

对于实施能量计量和计价的输配系统,与经济利益直接相关的高位发热量、相对密度和沃泊指数等3项技术指标在气质标准中的重要性是不言而喻的。从国外实施能量计量和计价的经验看,这3项是今后最可能引起争议且仲裁相当困难的技术指标。主要原因是必须涉及对整个输配网络系统(用蒙特卡洛法)进行不确定度评估的问题,而我国目前尚未开展有关研究。

就提高我国气质管理水平而言,必须结合国情合理地规定高位发热量等3项气质指标的波动范围、监测频率和公告周期,从而体现输配系统气质管理的公平开放与先进性是势在必行的。故建议在此次修订过程中预先做好技术准备。

表4给出了一个有代表性的示例。

表4    法国若干气质指标规定的限值及其监测频率和公告周期

(3)建议参照表5所示来制订商品天然气的沃泊指数指标

由于GB/Z33440存在原则性错误,应从报批稿删除。笔者建议:宜参照表5所示内容,做好制订商品天然气沃泊指数国家标准的准备工作。

表5   若干欧洲国家沃泊指数波动范围、监测频率和公告周期


四.认识与建议

(1)关于水露点/水含量指标的检测

按GB/T17283规定的冷却镜面法测得的结果,必须与相对湿度测量进行比对才能建立溯源关系,且目前对其不确定度的评估尚未开展全面研究。

根据中国实验室认可委员会(CNAS)发布的“量值溯源要求”规定,量值溯源应视为测量结果可信性的基础 ,因而也是不确定度评估的基础,并要求在满足国际标准的同时,也要符合中国量值溯源体系的要求。GB/T17283系等同采用ISO6327 ,其第7章虽规定了准确度,但未阐明溯源关系,故不符合我国法规规定的量值溯源要求。因此,从溯源性的角度考虑,GB/T17283规定的冷却镜面法不具备作为基准方法或仲裁方法的条件。

必须注意:当商品天然气的烃露点高于水露点,或两者温度很接近时,冷却镜面法测得的水露点数据绝对偏差甚大,很难达到GB/T17283规定的绝对偏差≤20C的要求。在西气东输管道首站,以冷却镜面法测定的水露点数据与美国AMETEK公司出品的在线式3050-OLV型微量水分分析仪测量数据的比较分析,从取得的49套数据看,绝对偏差≤20C的数据仅27套,占比仅为55.1%。绝对偏差如此之大的测定方法如何能作为仲裁方法?!

俄罗斯国家标准GOST20060规定了两种方法分别测定水露点和水含量,然后将水含量换算为水露点以资校核。建议我国国家标准也规定两种方法:冷却镜法测定水露点,电解法测定水含量。然后通过GB/T22634将水含量换算成水露点进行校核。因此,仲裁方法应选电解法。

(2)关于GB/T13610作为组成分析的仲裁方法

报批稿4.1节规定,在GB/T13610与GB/T27894两者之间必须选择GB/T13610作为仲裁方法;此项规定缺乏根据。

仲裁分析的含义是不同单位对(例行)分析结果有争议时,要求有资质的第三方进行准确分析以判断原分析结果的可靠性。由此可见,选择仲裁分析和/或测量方法的选择应由第三方决定。

GB/T13610和GB/T27894两者都属于比较方法范畴,测量不确定度都取决于外标用的标准气混合物(RGM),前者并无任何优势。总体而言,前者的规定较为灵活;后者的规定较为具体。

另一个必须充分重视的问题是:修改采用ISO6976的GB/T27894中还包括天然气组成分析的测量精密度和扩展不确定度要求,以及发热量及相对密度计算结果的不确定度评估等重要内容,后者对即将在我国推广的天然气能量计量和计价极具参考价值。基于以上认识,笔者认为GB/T27894至少比GB/T13610更具备作为仲裁方法的条件。

还应特别注意:当前ISO发布的分析方法标准都要求说明测量不确定度,ISO6976也不例外。但GB17820中规定的硫化氢含量、总硫含量和二氧化碳含量等的测定方法均采自美国ASTM标准,后者迄今尚未规定不确定度要求。当然,采用标准物质定量(溯源)不一定都需要对方法标准进行不确定度评估。但测定微量硫化氢的方法则要涉及现场设施的安全、环保监测仪器校准,并进行符合性试验,此时就必须进行不确定度评估。

建议在对上述问题尚未认识清楚之前,在报批稿中仍延用GB/T17820-2012中4.1节的规定,不必规定仲裁方法。

(3)关于CO2测定测定的结果的仲裁方法

基于上述(2)同样理由,也不能选择GB/T13610作为CO2测定结果的仲裁方法。因为GB/T13610是气相色谱法,属比较(相对)方法范畴;而当前常用于大气环境质量分析的滴定法则是公认的、较成熟的、较准确的测定气体中CO2的基准(绝对)方法。该法先以氢氧化钡溶液吸收气体中的CO2,然后以草酸标准溶液反滴定。建议考虑采用氢氧化钡容量滴定法作为CO2测定结果的仲裁方法。

(4)建议举行GB17820有关分析测试方法及其仲裁试验方法的专题研讨会,以明确规定仲裁试验方法的基本原则,统一对化学测量结果不确定度评估的认识。(如果有的话,也可以纠正笔者上述认识中存在的错误。)

后记:岁月匆匆,自参加ISO/TC193第2届年会至今已快30年了!不知不觉之间余已是个“尚能吃饭”的耄耋翁了。当下唯一欣慰的是还能胡诌几篇博文供广大读者一笑。

近接通知,全国天然气标准化技术委员会2018年会即将在成都召开。余远在异国他乡,非常想念多年不见的黄院士、石总、邱总等老领导,以及曾筚路蓝缕地携手合作了20年的晓明、广月、夏芳和福元等诸多挚友。特此利用天然气工业杂志个人博客栏目提供的交流平台,向诸位老领导、老朋友及全体与会代表敬奉3篇博文。盼诸位不吝赐教,甚至是批判也衷心欢迎。

预祝2018年会圆满成功!

祝各位领导和代表身体健康!诸事胜意!


2018年11月5日

美国  加州  对萝莎

刚写完最后一个字,忽尔又想起已作古多年的老领导海元主任;愿他老人家在天之灵保佑GB17820多灾多难的修订工作得以在今年完成!