摘要  新版IS0 15403-1-2006和IS0／TR l5403-2-2006對車用壓縮天然氣(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，通過對標準制訂原則、標準適用范圍、CNG中的水露點指標、潛在的腐蝕性化合物指標、液態(tài)重?zé)N含量指標、油分含量指標的分析與比較，對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)量指標首先應(yīng)考慮社會效益；②應(yīng)說明此標準的適用對象是包括加氣站設(shè)計、操作人員在內(nèi)的整個CNGV產(chǎn)業(yè)的有關(guān)人員，同時還要說明制訂質(zhì)量指標的3個主要目的；③將水含量(而不是水露點)指標修訂為“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)定的方法來關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點之間的關(guān)系；④將硫化氫含量指標修訂為不大于6 mg／m³；⑤對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％(摩爾分數(shù))”，并考慮按“天然氣中潛在烴含量測定”(IS0 6570-2004)的規(guī)定進行測定；⑥對CNG中油分含量指標加以說明，盡快建立天然氣中油分的檢測方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點。

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，天然氣汽車(CNGV)已成為舉世矚目的新興產(chǎn)業(yè)。同時，以天然氣為燃料的熱電聯(lián)供系統(tǒng)和使用燃氣發(fā)動機的壓縮機站都得以迅速發(fā)展，因此，作為內(nèi)燃發(fā)動機燃料的天然氣質(zhì)量指標受到了普遍重視。鑒于此，國際標準化組織天然氣技術(shù)委員會(IS0／TC l93)于2006年發(fā)布了新版國際標準“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CNG燃料的技術(shù)要求分為3個部分：氣體組成要求、燃燒性質(zhì)要求和駕駛性能要求。除對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，對其他2個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個文件，談一下對修訂GB l8047-2000有關(guān)天然氣氣質(zhì)組成要求(指標)的認識。

1 基本原則

在全國天然氣標準化技術(shù)委員會(SAC／TC 244)已發(fā)布的30多項國家標準中，GB l7820-1999和GB18047-2000是僅有的2項強制性標準，故首先有必要討論一下將這2項標準規(guī)定為強制性標準的原因^[1]。

天然氣作為新興的清潔能源，不僅與國民經(jīng)濟的發(fā)展密切相關(guān)，也與千家萬戶的生活息息相關(guān)，因而天然氣是一種特殊商品。同時，天然氣本身又是一種組成復(fù)雜的氣體混合物，無法根據(jù)其用途來規(guī)定有用組分的含量，只能對其中的有害物質(zhì)和雜質(zhì)組分嚴加控制^[2-3]。

當前世界各國在制訂商品天然氣氣質(zhì)標準時，通常必須考慮的基本原則有3條：環(huán)境保護、安全衛(wèi)生和經(jīng)濟效益。對于GB l8047-2000而言，除高位發(fā)熱量外的其他5項指標皆屬于環(huán)境保護和安全衛(wèi)生范疇(HSE)的指標，它們是此標準作為強制性國家標準的關(guān)鍵所在。作為商品的壓縮天然氣，其質(zhì)量指標首先應(yīng)考慮的是社會效益，其次才是經(jīng)濟效益，沒有前者就談不上后者。這也是當前世界各國制訂涉及HSE管理產(chǎn)品質(zhì)量標準的基本原則，CNGV這樣風(fēng)險甚高的產(chǎn)業(yè)在制、修訂氣質(zhì)標準時，更有必要重申這條基本原則^[4]。

2 標準的范圍

GB l8047-2000第1章所規(guī)定的范圍過于簡單，并沒有完全闡明該標應(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)用此標準的人員而論，該標準并非僅向加氣站的設(shè)計、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(包括管理機構(gòu)在內(nèi)的)其他相關(guān)人員提供成功開發(fā)和操作CNGV過程中有關(guān)燃料的信息。

2)就該標準適用的設(shè)備而論，不僅僅是車載的儲氣瓶，還應(yīng)包括加氣過程中所有與燃料天然氣接觸的設(shè)備，以及CNG在使用過程中從儲氣瓶出口閥流出至發(fā)動機點火過程中所有與燃料天然氣接觸的零部件。因此，GB l8047-2000所規(guī)定的指標與針對(民用)商品天然氣的GB l7820-1999并無必然聯(lián)系，必須以各自產(chǎn)業(yè)的安全運行為出發(fā)點來考慮問題。

3)ISO 15403-1-2006明確指出，制訂此國際標準的主要目的有3個：①為CNGV及其相關(guān)設(shè)備的安全運行提供保障；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行性能提供保障。

3 水含量(水露點)

GB l8047-2000對此項指標的規(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，水露點不應(yīng)高于-13℃；當最低氣溫低于-8℃時，水露點應(yīng)比最低氣溫低5℃。此指標是根據(jù)ISO 15403-2000的規(guī)定提出的，也是合理的。但規(guī)定的指標太過具體，沒有考慮到中國地域遼闊，南北方之間的環(huán)境溫度相差甚遠。

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

同時，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，在25 MPa高壓下，其水露點低于-l3℃。這對于中國大部分地區(qū)均適用。

綜上所述，從新版ISO 15403-1-2006及其技術(shù)報告(ISO／TR l5403-2-2006)對水含量(水露點)的規(guī)定中可歸納出如下認識：

1)加氣站的經(jīng)營者可以按當?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水露點指標及脫水工藝方法。

2)根據(jù)圖l所示數(shù)據(jù)，建議將水含量(而不是水露點)指標修訂為“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’，并使用測定水含量的方法來確認CNG是否達到深度脫水的要求。

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檢驗方法不再使用，更不能作為檢驗水含量(水露點)指標的仲裁方法；新版ISO／TR l54030202006建議按ISO l8453-2004規(guī)定的方法來關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點之間的關(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”這個概念，此類化合物總共列舉了7種：H₂S、有機硫化合物(以硫計的總硫含量)、硫醇、C0₂、游離O₂、乙二醇(甲醇)(水合物抑制劑)。并認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來分析，可以歸納出如下認識：

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

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建議對此類化合物規(guī)定限值(指標)。

3)目前全球范圍內(nèi)所積累的T業(yè)運行數(shù)據(jù)尚不足以制訂CNG質(zhì)量指標的ISO標準，故以技術(shù)報告(TR)形式推薦這些限值數(shù)據(jù)(參見表1)，且這些數(shù)據(jù)大多參照德國國家技術(shù)規(guī)范(DVWM)260／l中第2族民用天然氣的指標提出。

4)全球范同內(nèi)天然氣的組成千變?nèi)f化，即使同一個國家內(nèi)的天然氣組成也可能相去甚遠，故試圖通過處理裝置達到上述限值要求是很困難、也很費錢的。但另一方面也說明，應(yīng)利用進入城鎮(zhèn)的民用天然氣為原料氣，再進一步處理并加工成CNG。

5)表1所示數(shù)據(jù)表明，當以民用天然氣作為加工CNG的原料氣時，通常在加氣站內(nèi)可以不再對原料氣中的腐蝕性化合物作進一步處理。同時，2012年9月1日實施的新版GB l7820-2012中對一類天然氣(除硫醇外)的所有指標已經(jīng)基本達到新版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，它們在供氣管網(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會導(dǎo)致壓縮機損壞、橡膠元件失效，從而影響汽車的安全運行。

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推薦在可能達到的最低環(huán)境溫度和最高操作(或儲存)壓力下，CNG中冷凝液態(tài)烴的總量應(yīng)不超過1％(摩爾分數(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l％時，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GB l8047-2000的5．2進行修訂，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％(摩爾分數(shù))”，并考慮按“天然氣中潛在烴含量測定”(ISO 65702004)的規(guī)定進行測定。

6 油分含量

在歐美進行的大量試驗表明，由加氣站壓縮機帶入CNG中的少量油分對燃料系統(tǒng)具有潤滑作用，但帶入的油分量過多則是有害的，因為大量油分會堵塞燃料系統(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燃氣公司的經(jīng)驗，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)注意壓縮機潤滑油的使用，發(fā)現(xiàn)任何用量的增加均要檢查原因。

國內(nèi)的加氣站也常有CNG中油分含量過多的現(xiàn)象出現(xiàn)，故建議在修訂GB l8047-2000時應(yīng)對此項指標加以說明。由于當前沒有合適的油分測定方法，更不可能進行在線測定，因而建議盡快建立天然氣中油分的檢測方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點。筆者認為，近期文獻報道的以紫外分光光度法測定天然氣中油含量的方法頗具參考價值^[5]。

7 結(jié)論與建議

1)制訂CNG質(zhì)量指標首先應(yīng)考慮的是社會效益，其次才是經(jīng)濟效益，沒有前者就談不上后者。這也是當前世界各國制訂涉及HSE管理的產(chǎn)品質(zhì)量標準的基本原則，因而近年來商品天然氣中有關(guān)硫化氫、總硫和水露點(水含量)指標的總體發(fā)展態(tài)勢是日趨嚴格。

2)城市燃氣和CNG車用燃料是兩種完全不同的產(chǎn)業(yè)，故其氣質(zhì)指標也是根據(jù)產(chǎn)業(yè)各自的特點而定，兩者并無必然的聯(lián)系。鑒于此，修訂時建議在第一章(范圍)增加2個內(nèi)容：①應(yīng)說明此標準適用的對象是包括加氣站設(shè)計、操作人員在內(nèi)的整個CNGV產(chǎn)業(yè)的有關(guān)人員；②應(yīng)說明制訂質(zhì)量指標的3個主要目的。

3)建議將水含量(而不是水露點)指標修訂為“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)定的的方法來關(guān)聯(lián)天然氣水含量與水露點之間的關(guān)系。

4)建議將硫化氫含量指標修訂為不大于6 mg／m³，這對于川渝以外地區(qū)均不存在問題，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到上述指標。

5)建議對GB l8047-2000的5．2進行修訂，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％(摩爾分數(shù))”，并考慮按“天然氣巾潛在烴含量測定”(ISO 6570-2004)的規(guī)定進行測定。

6)國內(nèi)加氣站常有CNG中油分含量過多的現(xiàn)象出現(xiàn)，故建議在修訂GB l8047-2000時應(yīng)對此項指標加以說明，建議盡快建立天然氣中油分的檢測方法，并在加氣站深度脫水裝置與貯氣鋼瓶之間設(shè)置取樣點。

參考文獻

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

[2] 陳賡良．對天然氣分析中測量不確定度評定的認識[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(5)：70-73．

[3] 陳賡良．對商品天然氣烴露點指標的認識[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定[J]．川化，2011(4)：40-41．

本文作者：陳賡良

作者單位：中國石油西南油氣田公司天然氣研究院