陳賡良

中國石油西南油氣田分公司 天然氣研究院 （四川 成都 610213）

天然氣分析的溯源準則

陳賡良

中國石油西南油氣田分公司 天然氣研究院 （四川 成都 610213）

隨著國家標準“天然氣能量的測定”（GB/T 22723-2008）的發(fā)布，天然氣能量計量的實施已經(jīng)進入倒計時階段；與此同時，該標準實際上也明確了在實施能量計量之后，商品天然氣的發(fā)熱量與其體積流量一樣，都將屬于法制計量范疇。但就法制計量的要求而論，當前尚缺少一個有關(guān)天然氣分析溯源準則的國家標準，建議盡快建立并發(fā)布。

天然氣 能量計量 溯源性 標準氣混合物 法制計量

隨著國家標準 “天然氣能量的測定”（GB/T 22723-2008）的發(fā)布，天然氣能量計量的實施已經(jīng)進入倒計時階段；與此同時，該標準實際上也明確了在實施能量計量之后，商品天然氣的發(fā)熱量與其體積流量一樣，都將屬于法制計量范疇。根據(jù)我國計量法的規(guī)定，法制計量項目的計器量具（特別是計量基準和標準）、計量方法和測量不確定度必須有明確的規(guī)定和具體要求，并由政府或其授權(quán)的機構(gòu)根據(jù)法制、技術(shù)和行政的需要進行強制管理。經(jīng)各有關(guān)單位多年努力，我國實施天然氣能量計量的主要技術(shù)準備工作已基本完成。但筆者認為就進行法制計量而論，當前尚缺少一個有關(guān)天然氣分析溯源（準則）的國家標準。

1 國際標準“天然氣分析的溯源準則”（ISO 14111）的要點

國際標準化組織天然氣技術(shù)委員會（ISO/TC 193）早在1996年就發(fā)布了國際標準“天然氣分析溯源準則”（ISO 14111），其核心就是規(guī)定了天然氣組成分析的溯源（或量傳）利用標準氣混合物（RGM）進行，即將天然氣組成分析結(jié)果的溯源還原為RGM的溯源。該標準同時規(guī)定，從現(xiàn)場用工作標準氣混合物（3級）溯源至SI制單位（0級）的結(jié)構(gòu)層次分為如圖1所示的三個級別[1]：即工作標準氣混合物（代號WRM）→二級標準氣混合物 （代號CRM）→基準標準氣混合物（代號PSM）。很明顯，此標準氣混合物溯源的層次結(jié)構(gòu)與國際標準化組織標準物質(zhì)委員會（ISO/REMCO）發(fā)布的化學(xué)計量溯源圖給出的理想情況下的溯源方式相一致（見圖2），因而它也是當前國外在化學(xué)計量中利用氣體標準物質(zhì)進行溯源的通用方式。

圖1 天然氣分析溯源鏈的層次結(jié)構(gòu)

同時應(yīng)注意：圖1和圖2所示與包括物理計量在內(nèi)的（標準物質(zhì)）量值溯源（或傳遞）圖的形式有所不同 （見圖3）[2]，后者中只使用兩個級別的標準物質(zhì)，故很有必要以標準的形式對天然氣分析溯源鏈予以明確。然而迄今為止，此種溯源方式及其層次結(jié)構(gòu)我國尚未以國家標準的文件形式發(fā)布。

2 “標準物質(zhì)管理辦法”不能替代溯源準則國家標準

我國1987年7月發(fā)布的 “標準物質(zhì)管理辦法”應(yīng)屬于計量法的子法，是指導(dǎo)各類標準物質(zhì)研制與應(yīng)用的法律法規(guī)性文件。雖然該文件中也提及對一級標準物質(zhì)和二級標準物質(zhì)的總體要求，但此處的“一級”和 “二級”僅僅是指對各種類別有證標物（CRM）的分級原則，因而在該管理辦法中并未規(guī)定CRM的定值、準確度和具體應(yīng)用的有關(guān)要求，后者同樣應(yīng)在天然氣分析（專用的）溯源準則國家標準中進一步明確。例如，英國國家物理實驗室（NPL）發(fā)布氣體標準物質(zhì)溯源鏈中，將第二層次（二級標準氣混合物）又分為兩個檔次（見表1），天然氣分析用的多組分RGM屬于該層次的第一檔，命名為基準參比氣體混合物（PRGM），總不確定度0.3%～0.5%。

從表1所示也可以看出：CRM作為一個代號在不同的場合具有不同涵義。它可以在廣泛的意義上代表“有證標準物質(zhì)”；也可以代表圖1所示的第二層次的標準氣混合物，或者代表第三層次上的工作標準氣混合物（見表1）。這些命名方式也需要在有關(guān)國家標準予以規(guī)定。

表1 英國的氣體標準物質(zhì)溯源鏈

3 標準物質(zhì)工作導(dǎo)則（3）的有關(guān)規(guī)定

從計量學(xué)的角度看，溯源性是一致性和準確性的技術(shù)歸宗。因而我國2008年發(fā)布的國家標準標準樣品工作導(dǎo)則（3）規(guī)定：所有有證RGM必須采用計量學(xué)上有效 （測量）程序測定其一個或多個規(guī)定特性，并在其附有的證書中提供規(guī)定的特性值及其不確定度和計量溯源性的陳述。因此，作為天然氣分析（專用）溯源準則國家標準，必須按ISO 14111的原則及我國有關(guān)天然氣計量技術(shù)規(guī)范及分析方法標準的規(guī)定，對諸如被測量的范圍、要求的不確定、選擇的測量方法、溯源鏈的結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵性技術(shù)要求做出相應(yīng)的規(guī)定。

目前國際上對各個級別的天然氣分析用多組分RGM要求達到的不確定度水平為：PSM級優(yōu)于0.1%；CRM級優(yōu)于0.5%；WRM級在2.5%～3.0%范圍。例如，NPL研制的供商品天然氣（以氣相色譜法）測定發(fā)熱量使用的多組分RMG共有10個組分（8個烴類組分，加上N2和CO2）。在其附有的證書中說明，該多組分RGM以稱量法制備，同時列出所有10個組分的特性值及測量其不確定度（見表2）[3]。比如（某編號鋼瓶的）甲烷組分的特性值為摩爾分數(shù)0.912 4，在置信度為 95%時的擴展不確定度為0.02%（包含因子k=2）。由此可見，對此類多組分RGM定值時不允許使用“平衡值”概念，尤其像甲烷這樣對RGM的總不確定度貢獻值起決定性作用的組分，必須標明其不確定度。因此，諸如此類的技術(shù)要求皆應(yīng)在溯源準則中予以明確。

表2 多組分RGM有關(guān)組分的不確定度*

4 有證RGM的命名應(yīng)規(guī)范化

在國家標準“天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求”（GB/T 18603-2001）的附錄A（標準的附錄）中已明確規(guī)定A級計量站發(fā)熱量的測量準確度應(yīng)達到0.5%；而在即將發(fā)布的新版GB/T 18603（報批稿）的附錄B中，在線儀器發(fā)熱量測量的準確度仍為0.5%，而對離線儀器和賦值則放寬至0.6%。按GB/T 18603的規(guī)定，現(xiàn)場應(yīng)用于校準在線氣相色譜儀的多組分RGM必須溯源至準確度優(yōu)于0.5%的CRM。

由于我國尚未發(fā)布天然氣分析（專用的）溯源準則，故對RGM溯源體系中各級標準氣的命名容易發(fā)生混淆。目前在很多天然氣組成分析報告中，均將認證編號為GBW 06306～GBW 06308的3種（天然氣分析用）RGM命名為一級標準氣（見表3）。其原因是根據(jù)標準物質(zhì)管理辦法，它們在國家授證時其準確度達到了國內(nèi)最高水平（1%）。但按ISO 14111的規(guī)定，PSM（基準級或一級RGM）是指“能對特定組成提供最準確水平量值復(fù)現(xiàn)的RGM”，而這3種RGM就其達到的不確定度水平而論，僅是第三層次上的工作標準氣混合物（WRM）。至于第一層次上的基準標準氣混合物（PSM），目前我國尚未研制與保存。但應(yīng)指出，在國家標準 “天然氣詞匯”（GB/T 20604）中已經(jīng)明確地給出了PSM、CRM和WRM三者的定義，而且這些定義均與ISO 14111及國際慣例相一致。

表3 天然氣分析用一級標準氣混合物

5 結(jié)論與建議

（1）天然氣分析溯源準則規(guī)定了溯源鏈的結(jié)構(gòu)層次，是實施天然氣能量計量必須的配套（國家）標準。

（2）1987年發(fā)布的“標準物質(zhì)管理辦法”應(yīng)屬于計量法的子法，是指導(dǎo)各類標準物質(zhì)研制與應(yīng)用的法律法規(guī)性文件，但它不能替代溯源準則國家標準。

（3）由于我國尚未發(fā)布天然氣分析（專用的）溯源準則，故對RGM溯源體系中各級標準氣的命名容易發(fā)生混淆。

（4）為了規(guī)范天然氣組成分析的不確定度評定，以及RGM的研制與應(yīng)用，從而保證商品天然氣發(fā)熱量測定達到法制計量的要求，建議盡快建立并發(fā)布天然氣分析溯源準則國家。

[1]常宏崗,羅勤,陳賡良.天然氣氣質(zhì)管理與能量計量[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[2]黃黎明,陳賡良,張福元,等,天然氣能量計量理論與實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010.

[3]陳賡良,趙榆.研制多元標準氣混合物的相關(guān)問題討論[J].天然氣工業(yè),2011,31(2):94.

With the issuance of national standard about“determination of natural gas energy”(GB/T 22723-2008),the implementation of natural gas energy measurement has stepped into the countdown stage.Meanwhile,this standard has defined that calorific value of commercial natural gas will belong to legal metrology domain just like the volume value after the implementation of energy measurement.As far as the demand of legal metrology is concerned,there is a lack of one national standard about the tracing standard of natural gas analysis at present,so it is suggested to establish and publish it as quickly as possible.

natural gas;energy measurement;traceability;compound of standard gas；legal metrology

陳賡良（1940-），男，教授級高工，主要從事天然氣處理與加工科研工作。

黃永場

2011-04-18