液化天然气取样单元性能评价方法及应用

崔巍

摘要：液化天然气是现代工业生产中的重要能源，其在社会经济发展中起到至关重要的作用。在液化天然气计量结算及应用中，应重视天然气的取样及单元性能评价。本文在阐述液化天然气取样预处理方法的基础上，就其单元性能评价方法的应用要点展开分析，期望能准确判断液化天然气的性能，为天然气的贸易结算和应用奠定良好基础。

关键词：液化天然气；预处理；取样方法；性能评价

前言

天然气是极为重要的化石燃料，其在现代工业生产及社会生活中起到至关重要的作用。在2019年，我国成为世界天然气进口第一大国，在天然气进口贸易中，能量计量结算是最基本的结算方式，该方式能减少不同起源地液化天然气物性差异对计量计价的影响。在实际计量中，应重视液化天然气的取样和单元性能评价。

一、液化天然气取样预处理方法

（一）取样预处理方法

取样预处理是液化天然气计量计价工作开展的基础，在液化天然气取样中，若温度、压力等要素发生变化，则液化天然气会沸腾气化，这会造成天然气总能量的变化。故而应重视取样预处理方式的合理选择。在ISO8943-2007规范中，针对液化天然气取样预处理，提出两种取样方式，一是连续取样，二是间歇取样。就连续取样而言，其多在全速卸料的稳定过程中实施取样，并且在取样过程中，要求按照一定比例，连续性地将天然气收集到储气罐，随后通过分装将天然气样品保存在钢瓶，为不同组分天然气的性能分析奠定良好条件。而就间歇取样是将天然气直接收集到样品钢瓶，在间歇取样过程中，要求重视取样时间间隔控制，同时需进行取样量的精准管理。从液化天然气预处理过程来看，两种取样方式不仅在取样流程、控制方式上有所差异，而且在硬件设备配套存在较大差异。值得注意的是，两者在液化天然气性能评价方式选择中具有一致性^[1]。

（二）取样预处理单元性能影响因素

液化天然气连续取样及单元性能评价分析中，以进入分析仪器为界限，将之前的操作内容均划归到取样预处理阶段。结合工程实践可知，影响取样预处理单元性能的因素包括：其一，温度会造成液化天然气气化，引起取样量的变化，对此在气化器之前的取样管线设计中，应重视一体化绝热设计，要求通过持续保冷措施，抑制液化天然气气化。其二，在液化天然气中，除轻烃、重烃外，惰性气体的泡点温度具较大差异，这使得在进入气化器后，液化天然气会发生局部先气化问题。针对这一问题，应重视气化器结构、功率的系统控制，要求在这些指标的控制下，能确保正确的热传递和变迁，消除死区内重烃组分残留，保证液化天然气全组分瞬时气化。

二、基于取样预处理的单元性能评价方法应用

（一）实时数据评价

液化天然气取样预处理中，重视实时数据评价方法应用，能实现取样过程中参数偏差的实时采集，继而为预处理单元本体性能评价奠定良好基础。就实施采集数据参数而言，其不仅包含气化器的入口温度和出口温度，而且涉及气化器加热温度以及出口处的流量。就气化器入口温度而言，其需要在考虑实际情况的基础上，按照冷度计算精准计算，该环节中，应重视最低温度阈值的设计，确保液化天然气的冷量不会发生变化。气化器出口处的温度相对较高，且高于液化天然气泡点温度10℃^[2]。在取样预处理及单元性能评价中，针对气化功率检查，应重视气化器加热温度控制，通常加热温度需结合热交换的实际情况来确定。气化器出口处流量控制中，除考虑取样点压力、气化后压力外，还需要重视取样管线尺寸的系统控制，确保这些参数满足设计要求。然后结合实施数据的监测结构，验算气化前后流量变化情况，判断气化天然气是否全部气化。

（二）实验室离线色谱评价

作为液化天然气单元性能评价的重要方式，实验室离线色谱法在接收站贸易结算中应用广泛，采用该方法，能实现取样系统性能的有效评价。在实验室离线色谱评价中，一方面，应重视标准气标定色谱分析仪的合理使用，要求该分析仪具备有效标定证书，其在设备使用前，其2次标定和验证的重复性均满足GPA2261要求。另一方面，按照不少于2次的要求对取样钢瓶收集的样品进行分析，在满足重复性检测要求的基础上，需重视样品单位体积发热量与货源地实施情况的对比。分析两者发热量的偏差。此外， 针对样品单位体积发热量频繁持续超出偏差的情况，应在考虑计算参数的同时，对取样预处理单元的性能进行再次评估。

（三）在线色谱评价

在线色谱分析是实时监测卸载液化天然气品质的一种方式。该方法下，需重视取样周期内大量组分数据的系统分析与评价，然后需利用这些数据分析取样预处理单元的修正误差。其一，使用在线色谱分析仪之前，要求采用标准气对设备进行标定和验证；其二，进行取样周期内的实时分析；其三，在完成取样分析后，需在排除异常数据的基础上，进行样品组分不确定度的准确计算，基于该不确定度结构，可实现取样预处理单元的系统误差的有效评价。

（四）主要评价参数

取样预处理单元性能评价中，不论是在线色谱评价，还是离线色谱评价，其在具体评价中，均需要考虑标准偏差、重复性和不确定度三个参数^[3]。

就标准偏差而言，其在一定程度上衡量了数值相对于平均值的离散程度。在液化天然气取样预处理性能评价中，计算该指标，能实现预处理单元温度、流量等指标稳定性的控制。针对离线取样分析方法下的取样预处理性能评价，在重复性参数控制中，要求参数重复度满足GPA2261规定；而在在线色谱分析中，考虑到测试样品数量众多，在重复度分析中，应对样品数量所表现出来的自由度进行有效分析，并且需考虑其与归一化组分物质量分数的标准偏差。受测量误差影响，液化天然气在取样预处理性能评价中存在一定的测量误差，该误差会造成评价结果的不确定性。在液化天然气取样预处理性能评价中，针对不确定的控制分析，应考虑取样周期、样品气实时组分数据差异等因素，尽可能地减少取样分析及评价的不确定度，提升单元性能评价方法的实际应用效果。

三、基于取样预处理单元性能评价的结果分析处理

完成液化天然气取样预处理单元性能评价后，还需要重视其评价结构的有效处理。通常在离线测量模式下，针对其评价结果，可使用艾默生、安捷伦等主流色谱分析仪进行组分分析，实现数据的标定处理。另外、ABB组分分析法也是较为常用的离线测量结果分析方式。取样预处理单元性能在线评价时，针对具体的评价结构，可在考虑取样周期内组分平均值、标准偏差的基础上，对评价结构的重复性和不确定度进行计算，实现取样预处理单元性能评价结果数据的深层次处理，为液化天然气的计量计价提供有效依据。

结术语

规范开展液化天然气取样预处理单元性能评价，能为天然气的计量计价和贸易实现创造有利条件。新时期，人们只有充分认识到液化天然气取样预处理单元性能评价的必要性，结合项目实际，合理选择评价方法，这样才能做到对天然气取样预处理单元性能的准确把控，确保液化天然气计量计价和贸易结算工作的有序开展。

参考文献

[1]刘冰，田靖，邢楠.液化天然气取样单元性能评价方法及应用研究[J].天然气化工（C1化学与化工）,2021,46(1):34-37,89.

[2]刘再斌，石坤，管坚，等.液化天然气汽车加注装置检验与评价[J].低温与特气，2021,39(2):37-41.

[3]陈兴，叶超，奉宁琛.LNG加注船C型舱优化方案设计[J].中国舰船研究，2020,15(2):76-81.