摘要  新版IS0 15403-1-2006和IS0／TR l5403-2-2006對(duì)車用壓縮天然氣(CNG)的質(zhì)量要求和質(zhì)量規(guī)范作了全面修訂。為此，參照新版ISO文件的規(guī)定，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制訂原則、標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、CNG中的水露點(diǎn)指標(biāo)、潛在的腐蝕性化合物指標(biāo)、液態(tài)重?zé)N含量指標(biāo)、油分含量指標(biāo)的分析與比較，對(duì)GB l8047-2000《車用壓縮天然氣》的修訂提出了以下建議：①制訂CNG質(zhì)量指標(biāo)首先應(yīng)考慮社會(huì)效益；②應(yīng)說(shuō)明此標(biāo)準(zhǔn)的適用對(duì)象是包括加氣站設(shè)計(jì)、操作人員在內(nèi)的整個(gè)CNGV產(chǎn)業(yè)的有關(guān)人員，同時(shí)還要說(shuō)明制訂質(zhì)量指標(biāo)的3個(gè)主要目的；③將水含量(而不是水露點(diǎn))指標(biāo)修訂為“在最高操作壓力為25 MPa，環(huán)境溫度不低于-l3℃的工況下，CNG中的水含量應(yīng)低于30 mg／m³”，并按GB／T 22634-2008規(guī)定的方法來(lái)關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的關(guān)系；④將硫化氫含量指標(biāo)修訂為不大于6 mg／m³；⑤對(duì)GB l8047-2000中5．2的表述改為“在可能出現(xiàn)的最低溫度下，壓縮天然氣中的液態(tài)烴含量應(yīng)不大于l％(摩爾分?jǐn)?shù))”，并考慮按“天然氣中潛在烴含量測(cè)定”(IS0 6570-2004)的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定；⑥對(duì)CNG中油分含量指標(biāo)加以說(shuō)明，盡快建立天然氣中油分的檢測(cè)方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點(diǎn)。

關(guān)鍵詞  CNG CNGV ISO 15403-1-2006   IS0／TR l5403-2-2006   GB l8047-2000修訂  建議

近年來(lái)，天然氣汽車(CNGV)已成為舉世矚目的新興產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，以天然氣為燃料的熱電聯(lián)供系統(tǒng)和使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)站都得以迅速發(fā)展，因此，作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的天然氣質(zhì)量指標(biāo)受到了普遍重視。鑒于此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織天然氣技術(shù)委員會(huì)(IS0／TC l93)于2006年發(fā)布了新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“天然氣——作為車用壓縮燃料的質(zhì)量要求”(ISO 15403-1-2006)和技術(shù)報(bào)告“天然氣——作為車用壓縮燃料的質(zhì)量規(guī)范”(IS0／TR l5403-2-2006)，同時(shí)宣布撤銷“天然氣——作為車用壓縮燃料的質(zhì)量要求”(ISO 15403-2000)。

新版IS0 15403-1-2006對(duì)CNG燃料的技術(shù)要求分為3個(gè)部分：氣體組成要求、燃燒性質(zhì)要求和駕駛性能要求。除對(duì)駕駛性能要求僅提出“必須避免在CNGV燃料系統(tǒng)中形成液相水”外，對(duì)其他2個(gè)方面的要求均作了諸多修訂。為此，筆者擬根據(jù)ISO新發(fā)布的這2個(gè)文件，談一下對(duì)修訂GB l8047-2000有關(guān)天然氣氣質(zhì)組成要求(指標(biāo))的認(rèn)識(shí)。

1 基本原則

在全國(guó)天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC／TC 244)已發(fā)布的30多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，GB l7820-1999和GB18047-2000是僅有的2項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，故首先有必要討論一下將這2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的原因^[1]。

天然氣作為新興的清潔能源，不僅與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)，也與千家萬(wàn)戶的生活息息相關(guān)，因而天然氣是一種特殊商品。同時(shí)，天然氣本身又是一種組成復(fù)雜的氣體混合物，無(wú)法根據(jù)其用途來(lái)規(guī)定有用組分的含量，只能對(duì)其中的有害物質(zhì)和雜質(zhì)組分嚴(yán)加控制^[2-3]。

當(dāng)前世界各國(guó)在制訂商品天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通常必須考慮的基本原則有3條：環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于GB l8047-2000而言，除高位發(fā)熱量外的其他5項(xiàng)指標(biāo)皆屬于環(huán)境保護(hù)和安全衛(wèi)生范疇(HSE)的指標(biāo)，它們是此標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵所在。作為商品的壓縮天然氣，其質(zhì)量指標(biāo)首先應(yīng)考慮的是社會(huì)效益，其次才是經(jīng)濟(jì)效益，沒(méi)有前者就談不上后者。這也是當(dāng)前世界各國(guó)制訂涉及HSE管理產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基本原則，CNGV這樣風(fēng)險(xiǎn)甚高的產(chǎn)業(yè)在制、修訂氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，更有必要重申這條基本原則^[4]。

2 標(biāo)準(zhǔn)的范圍

GB l8047-2000第1章所規(guī)定的范圍過(guò)于簡(jiǎn)單，并沒(méi)有完全闡明該標(biāo)應(yīng)涉及的一系列基本理念與適用范圍。例如，在新版ISO 15403-1-2006中至少闡明了以下重要信息：

1)就應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)的人員而論，該標(biāo)準(zhǔn)并非僅向加氣站的設(shè)計(jì)、操作人員提供有關(guān)壓縮天然氣燃料的信息，它也同樣向CNGV的生產(chǎn)廠商、操作者及CNGV產(chǎn)業(yè)的(包括管理機(jī)構(gòu)在內(nèi)的)其他相關(guān)人員提供成功開(kāi)發(fā)和操作CNGV過(guò)程中有關(guān)燃料的信息。

2)就該標(biāo)準(zhǔn)適用的設(shè)備而論，不僅僅是車載的儲(chǔ)氣瓶，還應(yīng)包括加氣過(guò)程中所有與燃料天然氣接觸的設(shè)備，以及CNG在使用過(guò)程中從儲(chǔ)氣瓶出口閥流出至發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程中所有與燃料天然氣接觸的零部件。因此，GB l8047-2000所規(guī)定的指標(biāo)與針對(duì)(民用)商品天然氣的GB l7820-1999并無(wú)必然聯(lián)系，必須以各自產(chǎn)業(yè)的安全運(yùn)行為出發(fā)點(diǎn)來(lái)考慮問(wèn)題。

3)ISO 15403-1-2006明確指出，制訂此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主要目的有3個(gè)：①為CNGV及其相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障；②為CNGV燃料系統(tǒng)的所有零部件不受燃料中腐蝕性物質(zhì)、有毒物質(zhì)和其他固體或液體雜質(zhì)的影響提供保障；③為CNGV在所有氣候與駕駛條件下均具有良好的運(yùn)行性能提供保障。

3 水含量(水露點(diǎn))

GB l8047-2000對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)定為：在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)，在最高操作壓力下，水露點(diǎn)不應(yīng)高于-13℃；當(dāng)最低氣溫低于-8℃時(shí)，水露點(diǎn)應(yīng)比最低氣溫低5℃。此指標(biāo)是根據(jù)ISO 15403-2000的規(guī)定提出的，也是合理的。但規(guī)定的指標(biāo)太過(guò)具體，沒(méi)有考慮到中國(guó)地域遼闊，南北方之間的環(huán)境溫度相差甚遠(yuǎn)。

新版ISO 15403-1-2006中不再規(guī)定具體的水露點(diǎn)指標(biāo)，僅指出：“非常低的水露點(diǎn)是壓縮天然氣(CNG)唯一的、最重要的安全要求”，并規(guī)定“在加氣站出口處CNG的水露點(diǎn)應(yīng)充分地低于加氣站及所有汽車將運(yùn)行環(huán)境的最低溫度”。

同時(shí)，在新版ISO／TR l5403-2-2006的附錄E中列出了如圖l所示的不同壓力和溫度下天然氣中的飽和含水量，此圖是根據(jù)“天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)”(GB／T 22634-2008、ISO 18453-2004)制作的。圖1表明：天然氣中含水量小于30 mg／m³時(shí)，在25 MPa高壓下，其水露點(diǎn)低于-l3℃。這對(duì)于中國(guó)大部分地區(qū)均適用。

綜上所述，從新版ISO 15403-1-2006及其技術(shù)報(bào)告(ISO／TR l5403-2-2006)對(duì)水含量(水露點(diǎn))的規(guī)定中可歸納出如下認(rèn)識(shí)：

1)加氣站的經(jīng)營(yíng)者可以按當(dāng)?shù)氐木唧w情況自行確定最低環(huán)境溫度，并據(jù)此確定相應(yīng)的CNG水露點(diǎn)指標(biāo)及脫水工藝方法。

2)根據(jù)圖l所示數(shù)據(jù)，建議將水含量(而不是水露點(diǎn))指標(biāo)修訂為“在最高操作壓力為25 MPa，環(huán)境溫度不低于-13℃的工況下，CNG中的水含量應(yīng)低于30mg／m³’，并使用測(cè)定水含量的方法來(lái)確認(rèn)CNG是否達(dá)到深度脫水的要求。

3)不言而喻，諸如GB／T l7283-1998規(guī)定的冷卻鏡面法之類的水露點(diǎn)檢驗(yàn)方法不再使用，更不能作為檢驗(yàn)水含量(水露點(diǎn))指標(biāo)的仲裁方法；新版ISO／TR l54030202006建議按ISO l8453-2004規(guī)定的方法來(lái)關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的關(guān)系。

4 潛在的腐蝕性化合物

新版ISO 15403-1-2006關(guān)于組成性質(zhì)一節(jié)中，提出了“潛在的腐蝕性化合物”這個(gè)概念，此類化合物總共列舉了7種：H₂S、有機(jī)硫化合物(以硫計(jì)的總硫含量)、硫醇、C0₂、游離O₂、乙二醇(甲醇)(水合物抑制劑)。并認(rèn)為在加氣站的工況條件下不需要加注水合物抑制劑，故不考慮乙二醇和甲醇。從新版ISO 15403-1-2006和IS0／TR l5403-2-2006對(duì)其他5種潛在的腐蝕性化合物的表述及其推薦的控制指標(biāo)來(lái)分析，可以歸納出如下認(rèn)識(shí)：

1)所謂“潛在的”含義是“在沒(méi)有液相水存在的條件下，這些化合物均無(wú)腐蝕性”。因而新版ISO／TR 15403-2-2006制訂CNV質(zhì)量控制指標(biāo)的基本前提是：必須深度脫水以防止CNG在加氣過(guò)程及使用過(guò)程中形成液相水。

2)除非使用不銹鋼材料，否則此類化合物的存在將可能導(dǎo)致加氣站及CNGV所有高壓貯氣鋼瓶、管道、閥門、調(diào)節(jié)器和噴射器產(chǎn)生腐蝕；如果有液相水存在，任何量的此類化合物均將增加對(duì)金屬材料的腐蝕。為防止脫水裝置一旦失效而形成液相水，新版ISO／TR l5403-2-2006建議對(duì)此類化合物規(guī)定限值(指標(biāo))。

3)目前全球范圍內(nèi)所積累的T業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)尚不足以制訂CNG質(zhì)量指標(biāo)的ISO標(biāo)準(zhǔn)，故以技術(shù)報(bào)告(TR)形式推薦這些限值數(shù)據(jù)(參見(jiàn)表1)，且這些數(shù)據(jù)大多參照德國(guó)國(guó)家技術(shù)規(guī)范(DVWM)260／l中第2族民用天然氣的指標(biāo)提出。

4)全球范同內(nèi)天然氣的組成千變?nèi)f化，即使同一個(gè)國(guó)家內(nèi)的天然氣組成也可能相去甚遠(yuǎn)，故試圖通過(guò)處理裝置達(dá)到上述限值要求是很困難、也很費(fèi)錢的。但另一方面也說(shuō)明，應(yīng)利用進(jìn)入城鎮(zhèn)的民用天然氣為原料氣，再進(jìn)一步處理并加工成CNG。

5)表1所示數(shù)據(jù)表明，當(dāng)以民用天然氣作為加工CNG的原料氣時(shí)，通常在加氣站內(nèi)可以不再對(duì)原料氣中的腐蝕性化合物作進(jìn)一步處理。同時(shí)，2012年9月1日實(shí)施的新版GB l7820-2012中對(duì)一類天然氣(除硫醇外)的所有指標(biāo)已經(jīng)基本達(dá)到新版ISO／TR 15403-2-2006的要求，只是在使用二類天然氣作為民用氣的地區(qū)，建議仍在加氣站內(nèi)設(shè)置一個(gè)固體脫硫劑處理裝置。

5 液態(tài)重?zé)N含量

由于調(diào)峰等原因可能在民用天然氣中帶人較多量的丙烷、丁烷，它們?cè)诠夤芫W(wǎng)中處于氣態(tài)，但在CNG的工況下可能形成液態(tài)重?zé)N。從安全角度考慮，CNG中的液態(tài)重?zé)N會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞、橡膠元件失效，從而影響汽車的安全運(yùn)行。

根據(jù)“壓縮天然氣汽車燃料推薦做法”(SAEJ1616-1994)的規(guī)定，新版ISO 15403-1-2006推薦在可能達(dá)到的最低環(huán)境溫度和最高操作(或儲(chǔ)存)壓力下，CNG中冷凝液態(tài)烴的總量應(yīng)不超過(guò)1％(摩爾分?jǐn)?shù))。壓力在6 000～10 000 kPa范圍內(nèi)要求冷凝液態(tài)烴總量不超過(guò)l％時(shí)，不同溫度下CNG中相應(yīng)的最大丙烷和丁烷含量分別如圖2、3所示。

綜上所述，建議對(duì)GB l8047-2000的5．2進(jìn)行修訂，將其表述改為“在可能出現(xiàn)的最低溫度下，壓縮天然氣中的液態(tài)烴含量應(yīng)不大于l％(摩爾分?jǐn)?shù))”，并考慮按“天然氣中潛在烴含量測(cè)定”(ISO 65702004)的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定。

6 油分含量

在歐美進(jìn)行的大量試驗(yàn)表明，由加氣站壓縮機(jī)帶入CNG中的少量油分對(duì)燃料系統(tǒng)具有潤(rùn)滑作用，但帶入的油分量過(guò)多則是有害的，因?yàn)榇罅坑头謺?huì)堵塞燃料系統(tǒng)的部件，并逐漸積累在CNG鋼瓶中。

新版ISO／TR l5403-2-2006根據(jù)西班牙OEM燃?xì)夤镜慕?jīng)驗(yàn)，建議將油分含量控制在70～200 g／m³的范圍內(nèi)，并建議加氣站操作人員應(yīng)注意壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的使用，發(fā)現(xiàn)任何用量的增加均要檢查原因。

國(guó)內(nèi)的加氣站也常有CNG中油分含量過(guò)多的現(xiàn)象出現(xiàn)，故建議在修訂GB l8047-2000時(shí)應(yīng)對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)加以說(shuō)明。由于當(dāng)前沒(méi)有合適的油分測(cè)定方法，更不可能進(jìn)行在線測(cè)定，因而建議盡快建立天然氣中油分的檢測(cè)方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點(diǎn)。筆者認(rèn)為，近期文獻(xiàn)報(bào)道的以紫外分光光度法測(cè)定天然氣中油含量的方法頗具參考價(jià)值^[5]。

7 結(jié)論與建議

1)制訂CNG質(zhì)量指標(biāo)首先應(yīng)考慮的是社會(huì)效益，其次才是經(jīng)濟(jì)效益，沒(méi)有前者就談不上后者。這也是當(dāng)前世界各國(guó)制訂涉及HSE管理的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基本原則，因而近年來(lái)商品天然氣中有關(guān)硫化氫、總硫和水露點(diǎn)(水含量)指標(biāo)的總體發(fā)展態(tài)勢(shì)是日趨嚴(yán)格。

2)城市燃?xì)夂?span lang="EN-US">CNG車用燃料是兩種完全不同的產(chǎn)業(yè)，故其氣質(zhì)指標(biāo)也是根據(jù)產(chǎn)業(yè)各自的特點(diǎn)而定，兩者并無(wú)必然的聯(lián)系。鑒于此，修訂時(shí)建議在第一章(范圍)增加2個(gè)內(nèi)容：①應(yīng)說(shuō)明此標(biāo)準(zhǔn)適用的對(duì)象是包括加氣站設(shè)計(jì)、操作人員在內(nèi)的整個(gè)CNGV產(chǎn)業(yè)的有關(guān)人員；②應(yīng)說(shuō)明制訂質(zhì)量指標(biāo)的3個(gè)主要目的。

3)建議將水含量(而不是水露點(diǎn))指標(biāo)修訂為“在最高操作壓力為25 MPa，環(huán)境溫度不低于-13℃的工況下，CNG中的水含量應(yīng)低于30 mg／m³，并建議按GB／T 22634-2008規(guī)定的的方法來(lái)關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的關(guān)系。

4)建議將硫化氫含量指標(biāo)修訂為不大于6 mg／m³，這對(duì)于川渝以外地區(qū)均不存在問(wèn)題，而在四川、重慶等尚未供應(yīng)一類氣的地區(qū)則仍需要在加氣站內(nèi)建設(shè)固體法脫硫裝置，建此裝置后就很容易達(dá)到上述指標(biāo)。

5)建議對(duì)GB l8047-2000的5．2進(jìn)行修訂，將其表述改為“在可能出現(xiàn)的最低溫度下，壓縮天然氣中的液態(tài)烴含量應(yīng)不大于l％(摩爾分?jǐn)?shù))”，并考慮按“天然氣巾潛在烴含量測(cè)定”(ISO 6570-2004)的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定。

6)國(guó)內(nèi)加氣站常有CNG中油分含量過(guò)多的現(xiàn)象出現(xiàn)，故建議在修訂GB l8047-2000時(shí)應(yīng)對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)加以說(shuō)明，建議盡快建立天然氣中油分的檢測(cè)方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳賡良．對(duì)修訂GB l8047的認(rèn)識(shí)[J]．石油與天然氣化工，2010，39(4)：344-349．

[2] 陳賡良．對(duì)天然氣分析中測(cè)量不確定度評(píng)定的認(rèn)識(shí)[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(5)：70-73．

[3] 陳賡良．對(duì)商品天然氣烴露點(diǎn)指標(biāo)的認(rèn)識(shí)[J]．天然氣工業(yè)，2009，29(4)：l25-128．

[4] 常宏崗．天然氣氣質(zhì)管理與能量計(jì)量EM]．北京：石油工業(yè)出版社，2008．

[5] 徐梅，鄒林虎．天然氣中油含量的測(cè)定[J]．川化，2011(4)：40-41．

本文作者：陳賡良

作者單位：中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院