天然气标准物质与能量计量

　　0　前言

　　合理利用天然气要求对天然气进行精确、实时、经济地计量显得尤其重要。天然气计量的方式主要有两种———体积计量(或质量计量)和能量计量。目前,国际上实行能量计量的有北美、西欧、中东国家及东南亚部分国家,实行体积计量的以前华约国家为主,我国目前也主要采用体积计量[1]。在天然气贸易计量中,以能量计量进行贸易结算是最公平的方法。随着市场经济的完善、天然气供需矛盾的逐渐突出以及壳牌等外资企业的不断进入,我国天然气计量与国际接轨已经成为必须面对的现实,实行能量计量已迫在眉睫。天然气能量计量分为直接测定和间接测定。目前,天然气能量计量大多采用间接测定技术,即天然气的能量计量是流量计量、发热量计量和组成分析三部分的组合[2]。其中组成分析步骤需要定时定量取得天然气气样,利用气相色谱仪分析天然气组成。因此,需要研制专门的天然气气体标准物质,可以为实现天然气能量计量提供基础保障。

　　1　天然气标准物质研制

　　1·1　天然气标准物质的制备

　　称重法[3]是目前国际上公认的制备气体标准物质的主要方法。称重法配气时不需要对气体的压力、黏度和温度等参数进行校正,也不受气体状态函数P、V、T的影响,可以直接溯源到基本量质量的测量,因此配制的气体标准物质量值准确可靠。本实验室采用最新国际标准ISO 6142[3]指导,配制了高、低热值两种典型的模拟天然气标准物质(表1)。

　　1·2　不确定度评估与合成

　　对称重法而言,气体标准物质的不确定度主要包括组分气纯度引入的不确定度u1、稀释气纯度引入的不确定度u2以及称量过程引入的不确定度u3三个部分[4]。在向用户提供模拟天然气标准物质之前,实验室对其稳定性进行了考察。通过为期1年的考察,对模拟天然气各组分浓度值的变化进行统计处理,结果表明模拟天然气标准物质的组分浓度在一年内的变化不超过0·3%。将该变动影响作为稳定性引入的不确定度u4,并计入合成不确定度。则合成标准不确定度uc可以表示为:

　　那么,对于天然气各组分的扩展不确定度可以表示为:

　　本实验室研制的高、低热值模拟天然气标准物质的组成和扩展不确定度见表1。

　　2　实验室间比对

　　为了考察本课题建立在质量称量基础上制备的天然气气体标准物质量值的准确性和可比性,我实验室与中国石油天然气总公司西南油田天然气研究院进行了量值比对。我们将一瓶用称量法制备的标准气体作为盲样发给天然气研究院,该院使用自己的标准对我们的样品进行检测。比对结果表明(表2),我实验室研制的模拟天然气标准物质与天然气研究院的标准在不确定度范围内吻合。