GBT 13609-1999天然气取样导则

前言本标准是根据国际标准化组织天然气取样导则对进行修订的本标准等效采用国际标准本标准在编写格式上与一致本标准与第一版相比在技术内容方面第一版只有取点样的内容本次修订根据增加了定义取样的安全要求技术因素取样用材料取样设备的准备直接取样取累积样等内容与相比在内容上有较大的增加中引用了工业用化学产品采样安全通则由于中已有一章取样的安全要求因此本次修订未引用本标准采标时删去了提示的附录停留时间的计算准则和提示的附录参考文献本标准自实施之日起同时代替本标准的附录至附录都是提示的附录本标准由中国石油天然气集团公司提出本标准由中国石油工业标准化技术委员会天然气专业标准化技术委员会归口并负责解释本标准起草单位中国石油天然气集团公司四川石油管理局天然气研究院本标准主要起草人唐蒙陈荣松吴敏初本标准于年月首次发布前言国际标准化组织是由各国家标准化机构成员组成的世界性的联合会制定国际标准的工作通常由技术委员会完成对技术委员会提出的项目感兴趣的每个成员都有权参加与保持联系的各政府和非政府的国际组织也可以参加此项工作所有电工技术方面的标准化工作与国际电工委员会保持密切的合作由技术委员会通过的标准草案交各成员进行表决要求至少有的成员同意才能作为国际标准正式发布国际标准由天然气技术委员会天然气分析分委员会制定本国际标准的附录至附录是提示的附录中华人民共和国国家标准天然气取样导则代替国家质量技术监督局批准实施引言本标准提供了与已处理的天然气取样各方面有关的导则除非另外说明本标准中的所有压力均以表压给出压力可高至气体组成和物性的测定很大程度上取决于取样技术取样系统的设计结构安装及维护以及样品的转移和运输条件都是至关重要的这些导则包括取样原则取样方法和取样设备的选择本标准可用于那些未将取样作为一个分析步骤进行描述的情况本标准集中描述取样系统和步骤对于用这些系统和步骤获得的样品的分析可用于许多方面包括计算确定气流的发热量鉴定气流中存在的污染物由组成情况来判断气流是否符合合同规定的技术指标警告使用本标准可能涉及带来危险的材料操作过程和设备本标准并不意味指明了伴随标准使用所带来的所有安全问题本标准的使用者有责任建立合适的安全和健康措施并在使用之前明确应用上的限制或法规上的限制所有的取样活动应遵守国家和当地的安全法规范围本标准的目的在于提供一个简明的导则用于对经过处理的天然气气源中有代表性样品的采集和处理它还包括取样应考虑的原则探头的位置以及取样设备处理和设计的各项导则本标准涉及点取样组合取样累积取样和连续取样系统本标准考虑了气流中氧硫化氢空气氮二氧化碳等组分本标准不包括液相或多相流体的取样如果存在痕量液体例如甘醇和压缩机油则被视为干扰杂质而非取样气体的一部分应将它们除去以保护取样及分析设备不被污染本标准可用于交接计量系统和输配计量系统定义本标准采用如下定义直接取样在取样介质与分析单元直接相连接的情况下的取样移动活塞气瓶移动活塞气瓶是一种内部装有一个可移动活塞的容器活塞用来隔离样品与缓冲气体活塞两边的压力保持平衡流量比累积取样器流量比累积取样器是在一定的时间间隔内以与气源管道气流流量成比例的速率采集样品的取样器高压天然气高压天然气是指气体压力在以上的天然气烃露点烃露点是指在给定压力下烃类蒸气开始凝析时的温度累积取样器累积取样器采集一系列点样并汇集成一个组合样品间接取样在取样介质与分析单元没有直接相连的情况下进行的取样液体分离器样品管道内用来收集析出液体的一种装置低压天然气是指压力在之间的天然气吹扫时间用样品气吹扫装置所用的时间代表性样品将被取的天然气视为一个均匀的整体时与其具有相同组成的样品就是代表性样品停留时间样品通过装置所用的时间反凝析反常行为描述了烃类气体混合物如天然气的非理想的相性质反凝析是指烃类气体混合物在一个特定的压力和温度下将生成重烃的液相在相同温度下压力高于或低于此特定压力时混合物仍保持单相的气体状态见样品容器当需要间接取样时用来收集气体样品的容器取样导管用来将气样传输到取样点的导管它可能还包括为运输及分析样品作准备而需要的装置取样探头插入气体管道另一端与取样导管相连接的装置取样点能够从其中采集到有代表性样品的气流内的一个部位点样点样是指在规定时间在规定地点从气流采集的具有规定体积的样品传输导管用来将待分析的样品从取样点引导到分析单元的管道水露点水露点是指在给定压力下水蒸气开始发生凝析时的温度取样原则取样方法取样的主要作用是获得足够量的有代表性的气体样品取样主要分为直接取样和间接取样取样的分类示意图见图直接取样方法中样品直接从气源输送到分析单元间接取样方法中样品在转移到分析单元之前被贮存在容器内间接取样方法的主要类型有取点样和取累积样由天然气分析获得的所需的数据可分为两种基本类型平均值和限定值图直接和间接取样方法分类示意图平均值一个典型的例子是发热量气体交接过程中要求给出时间或流量的平均发热量一般由商业协议确定求平均值的时间周期和方法限定值大多数的天然气交接合同中包括关于气体组成和气体性质技术指标的限定值可以采用直接取样经常也需要采用间接取样取样频率本条给出了建立取样频率的准则取样频率基本上是一个经验性的问题气流过去的物性情况和预期系统性的变化决定取样频率一般来说管输天然气组成在每日每周每月每半年或每个季节会发生变化组成也会因气体处理装置和气藏的变化而发生变化在选择取样间隔时应考虑与环境和操作方面相关的所有因素在本段所用统计方法应与经验上的判断相符合在此要求的取样频率是指为获得有意义的结果在某个特定的时间周期内应采集的样品数计算样品数的公式如下式中要求的误差限样品数标准偏差因子见附录的表这个公式可用迭代法来解初始值是个估计值用于计算出的修正值再用此值计算出新的值误差限样品数和标准偏差是在同一时间周期内获得的误差限误差限有两种不同的情况一种情况与平均值的确定有关在大多数天然气交接合同中这些值都作为准确度指标给出另一种情况与限定值的确定有关天然气交接合同规定了各种限制但很少给出准确度的指标这种情况下最新的测定值或过去一年的平均值与限定值之差便可作为误差限样品数样品数是指在一确定的时间周期内所采集样品的数目它与累积取样的各种分样品是相同的因子因子只适用有限体积样品它可从标准统计表中查到其值取决于置信度一般为和自由度自由度在此处取值为测量次数减即示例测定月平均发热量应采集的样品数天然气交接合同中要求的月平均值的误差限估计的一个月内的变化情况第一次估算取当自由度为单侧置信度为相当于两侧置信度为查表得第一次迭代取重新计算当自由度为单侧置信度为相当于两侧置信度为查表得第二次迭代取重新计算当自由度为单侧置信度为相当于两侧置信度为查表得示例测定总硫应采集的样品数上次测定值为合同限定值为天然气交接合同中限定值与上次测定值之差过去一年中点样的标准偏差当取为置信水平为时查表得重新计算表明个样品不够所以要取个样品取样的安全要求总则取样以及样品处理应当遵循国家和企业有关的各种安全法规如果没有合适的规程应建立详细的操作规程也应当建立设备的详细说明有关人员应接受适当的培训使之达到能够承担必要责任的水平人员负责取样的部门和班组人员应确知能在有关的安全规程之内完成取样执行取样和安装取样设备的人员应经过必要的培训使之能够估计出潜在的危险以上人员应有权制止不适当的或不安全的取样或取样设备的安装设备用于高压天然气取样的设备应定期进行检查和检定相关文件应齐全有效取样设备的设计应满足有关的取样条件如压力温度腐蚀性流量化学相容性振动热膨胀与收缩等玻璃容器不能在压力下使用在运输和存放过程中气瓶上应装有盖帽气瓶应永久性地标明其容积工作压力和试验压力气瓶的试验压力应至少是工作压力的倍在运输与存放过程中要保护气瓶不被损坏应为各种不同型号气瓶设计运输箱气瓶上还应配有提供相关信息的标签并防止标签磨损脱落气瓶及其附件应定期进行检查并试漏固定的传输和取样导管应正确保管有可能破裂的连接处应便于试漏气体出口应安装双重的截止阀和泄压阀当气瓶不用时应装好盖帽应限制高压软管的使用严格按照产品说明进行安全操作传输导管能被固体或液体污染物堵塞所以在再打开这些管道时应采取特别保护措施这种操作只能由具有取样资格的合格人员来进行传输导管的切断阀应尽可能靠近气源安装取样探头应配备一个切断阀取样使用的相关的电气设备应获得批准应避免使用可能产生静电的设备应避免使用可能产生火花的设备或工具易燃性为了防止火灾或爆炸在气体处于可燃烧浓度天然气约为的区域内应遵循下列限制禁用明火禁止吸烟禁止使用可能产生火花的设备与工具禁止使用操作温度高于气体混合物自燃点的设备天然气自燃点一般高于禁止使用能与气体剧烈反应的化学试剂禁止发动火花点火式马达应充分通风以防止可燃性气体大量聚积传输导管的吹扫应直接引向安全区如开阔地带人工取点样时在取样地点释放的气体应限制到最小量与取样点相关的要害地点应使用气体检测器应备有便于得到的手动或自动灭火设备取样人员应经过在发生火灾时能做出正确的反应的培训个人防护装备应配备必需的个人防护装备不同地方对防护装备的需求不尽相同但应考虑到以下因素气体中含有毒或刺激性组分如硫化氢氡汞芳香烃等时要求使用防毒面罩供应新鲜空气配备防护手套及有害组分监测器对于高压气取样可能需要使用护目镜和面罩还应使用压力表来显示系统压力使用泄漏检测器来检查系统是否泄漏为了防火操作人员应穿戴防火服围裙连衣裤实验服另外还应配备烟雾防护面罩运输含有带压气样的取样瓶运输时应遵循有关法规气瓶应装在运输箱内保护起来否则可能损坏气瓶本身及阀压力表等运输过程中还应防止气瓶的温度剧烈变化避免造成超压或样品凝析装运箱还应按规定配有合适的标记技术因素流动特性管道内的流动可能是层流也可能是紊流然而在取样系统中应避免层流出现层流可以是单相或多相的大多数气流是单相紊流当流体接近饱和状态时气体管道中也可能产生两相紊流例如从气液分离器出来的流体接近气体露点管道温度下降将会造成凝析的发生从而产生两相流从配气站出来的天然气可能发生管道内的气体没有完全混和均匀的情况如果组成不是完全均匀的用静态混合器能够提高其均匀性层流层流在通常情况下不会在气体管道内出现因为气体的低粘度和高流速足以保证不会产生层流然而取样系统的设计应避免层流的产生紊流通常在取样系统和气体管道内紊流是有利的因为紊流可使流体混合均匀两相流本标准的各项导则中没有涉及两相气液混合物的取样问题而且在任何时候都应尽可能避免目前的天然气取样技术还不能以合理的准确度解决这个问题凝析与再气化天然气凝析行为相当复杂图给出了天然气压力温度相图的示例曲线的形状取决于气体组成如图所示在临界点和正常的操作条件之间相边界是一个复杂的函数当调节气体压力或温度进入相边界时就可能发生反凝析图天然气压力和温度的相图示例样品开始分析之前至少应加热至比样品源温度高出如果不知道样品源温度时则应将样品至少加热至为了确保可能存在的凝析物再气化应加热如果需要加热时间可以更长凝析问题示例图给出了关于如何产生凝析问题的示例管道内气压为如果初始温度为将气体等温膨胀即降低压力它就会沿着图中的竖线接近分析时的压力气体在处于稳定的单相状态并且继续保持这种状态直至处于两相区的边界上在和压力较低的之间是气体与凝析液体共存的两相区在这个区域内气相和液相的相对数量以及它们的组成是连续变化的在低于一直到的压力下流体以气相再次出现与此相反对一个初始压力为的气瓶等温充气至当压力经过时瓶内会出现两相理论上在这两相又会重新合二为一但这个过程相当慢而且从两相共存的气瓶内放出的任何气样都不具有代表性而且气样的放出还会改变保留在瓶内样品的组成采用带压移动活塞气瓶使样品保持在不发生凝析的条件下是避免产生凝析的一种方法事实上在膨胀过程中由于焦耳汤普森效应气体温度会降低图表示某气体的相态该气体的初始温度为初始压力为膨胀后在压力下将冷却到以下该气体将经过两相区从而发生凝析要想在到达分析压力时不进入两相区初始温度应达到样品采集之后的凝析样品容器内的样品在运输过程或在实验室等候分析的过程中有可能发生部分凝析高压气体样品容器和与分析单元相连的管道在分析之前都应进行加热加热时间和温度应足以保证任何凝析烃在开始分析前全部重新气