朱華東 羅 勤 遲永杰唐 蒙 陳正華 周 理

（1．中國石油西南油氣田公司天然氣研究院）

（2．中國石油天然氣集團公司天然氣質量控制和能量計量重點實驗室）

根據(jù)國家能源局發(fā)布的《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用 “十二五”規(guī)劃》，2015年煤層氣產(chǎn)量達到160×108m3，新增煤層氣探明地質儲量1 000×109m3，建成山西沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地［1－2］。另外，加快管網(wǎng)等基礎設施建設，在沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣及豫北地區(qū)建設13條輸氣管道，總長度2 054 k m。

2009年，中國石油天然氣集團公司率先在山西沁水將地面開采的煤層氣送入西氣東輸主干線，年產(chǎn)6×108m3［3－4］，實現(xiàn)煤層氣與天然氣共輸共用。隨著我國煤層氣工業(yè)的發(fā)展，大部分的煤層氣將通過輸氣管線進行輸送。為確保煤層氣安全生產(chǎn)、集輸及計量貿易交接，保證長輸管道的安全平穩(wěn)運行及煤層氣用戶的利益，有必要制定管輸煤層氣標準。

1 煤層氣標準現(xiàn)狀

國外在煤層氣勘探開發(fā)領域有一些技術要求或環(huán)保法律法規(guī)，但尚未見到針對煤層氣制定的管輸煤層氣質量標準，一般是將煤層氣處理，使其符合天然氣標準，再通過天然氣管道輸送。

我國頒布的GB／T 26127－2010《車用壓縮煤層氣》和GB 26569－2011《民用煤層氣（煤礦瓦斯）》兩項標準內容均包含：范圍，規(guī)范性引用文件，術語和定義，質量要求，試驗方法，標識、輸送和使用。標準對煤層氣的發(fā)熱量、H2S含量、總硫含量和水含量等進行了規(guī)定和限制。其中，GB／T 26127－2010為推薦性國家標準，適用范圍為壓力不大于20 MPa的作為車用燃料的壓縮煤層氣，不包括煤礦瓦斯，在其術語和定義中指定了煤層氣為賦存在煤層及圍巖中以CH4為主要成分的天然氣體，并說明在該標準中特指在開采過程中從圍巖及煤層中涌入鉆井的以CH4為主要成分的天然氣。而GB 26569－2011為強制性國家標準，適用范圍為民用的煤層氣（煤礦瓦斯），涵蓋了煤層氣和煤礦瓦斯。因此，在其術語和定義中分別說明了煤層氣和煤礦瓦斯的概念，煤層氣的定義與GB／T 26127－2010中一致，煤礦瓦斯則指煤炭開采過程中從煤層及圍巖中涌入采掘空間或管路內的天然氣體。

比較分析兩項標準的技術指標（見表1）可知，從CH4含量及發(fā)熱量技術指標看，GB／T 26127－2010規(guī)定的車用壓縮煤層氣符合GB 26569－2011規(guī)定的民用煤層氣（煤礦瓦斯）的一類和二類氣要求，不同的是GB 26569－2011包含CH4含量較低的煤礦瓦斯，即三類和四類氣，且對H2S及總硫含量要求更為嚴格。值得注意的是，兩項標準中均未將CO2和O2含量作為限制性指標。

管輸煤層氣通過天然氣管網(wǎng)輸送，其氣質應符合GB 17820－2012《天然氣》，其技術指標列于表2。煤層氣在經(jīng)濟利益、安全衛(wèi)生和環(huán)境保護3方面均應符合管輸天然氣的相關要求，對比煤層氣的兩項標準及 GB 17820－2012，發(fā)現(xiàn) GB／T 26127－2010的高位發(fā)熱量指標符合GB 17820－2012，符合GB／T 26127－2010的煤層氣適合通過天然氣管網(wǎng)輸送。因此，“管輸煤層氣標準”的制定主要依據(jù)GB 17820－2012和 GB／T 26127－2010。

表1 GB／T 26127－2010與GB 26569－2011技術指標對照Table 1 Comparisons of technical indexes of GB／T 26127－2010 and GB 26569－2011

表2 GB 17820－2012的主要技術指標Table 2 Main technical indexes of GB 17820－2012

2 我國煤層氣氣質現(xiàn)狀

煤層氣主要由CH4構成，次要組分為其他烴類（C＋2）、N2和CO2，微量組分有Ar、H2、H2S、SO2、CO 等［5］。D．D．Rice［6］認為世界各地煤層氣的組分差異很大，CH4和C＋2組分通常是煤層氣的主要組分，并含少量 N2和CO2。張新民［1，7］等曾對中國不同地質時代和不同煤級的358個井田或礦井中的6 000多個氣樣進行統(tǒng)計，得到中國煤層氣的組成范圍：主要成分為CH4，含少量C＋2、CO2和N2，CH4摩爾分數(shù)一般為83%～99%；C＋2摩爾分數(shù)隨煤級的不同而變化，平均為0．01%～1．3%；CO2摩爾分數(shù)一般小于3%；N2摩爾分數(shù)一般小于10%。鄭貴強等［8］發(fā)現(xiàn)我國部分地區(qū)煤層氣中含有微量O2（見表3）。

表3 我國部分地區(qū)煤層氣氣體組分表Table 3 CBM constituents of some regions in China

表3數(shù)據(jù)表明，我國煤層氣一般含有CH4、C2H6、CO2、N2、H2S，可能含有 O2。其中主要組分為CH4，一般在83%以上，含少量C2H6、CO2和N2，一般含有微量的H2S，可能含有O2。

3 管輸煤層氣標準制定建議

3．1 CH4含量及高位發(fā)熱量

我國煤層氣中CH4摩爾分數(shù)一般在83%以上，只含有少量C2H6，參考GB 17820－2012、Q／SY 30－2002《天然氣長輸管道氣質要求》和GB／T 26127－2010中高位發(fā)熱量指標，建議將管輸煤層氣分為兩類，其中一類氣的高位發(fā)熱量為不小于36．0 MJ／m3，二類氣的高位發(fā)熱量為不小于31．4 MJ／m3。由于煤層氣中幾乎不含C2＋，且C2H6含量很少，可將煤層氣的發(fā)熱量近似看成僅有CH4貢獻，根據(jù)GB／T 11062－1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法》，計算得到一類氣和二類氣的對應CH4摩爾分數(shù)指標分別為不小于95%和不小于83%。另外，考慮到煤層氣中少量的C2H6對發(fā)熱量的貢獻，CH4值與發(fā)熱量指標可能發(fā)生矛盾。因此，應注明當CH4含量指標與發(fā)熱量指標發(fā)生矛盾時，以CH4含量指標為分類依據(jù)。

3．2 CO2

盡管GB／T 26127－2010和GB 26569－2011均未規(guī)定CO2指標，考慮到CO2為溫室氣體，且存在于煤層氣中，建議在管輸煤層氣中限制CO2含量。GB 17820－2012規(guī)定其一類氣中CO2摩爾分數(shù)不大于2%，二類氣不大于3%，我國煤層氣中CO2摩爾分數(shù)很小，一般小于3%。因此，在“管輸煤層氣標準”中建議沿用GB 17820－2012的指標。

3．3 H2S和總硫

GB 17820－2012規(guī)定其一類氣和二類氣的H2S質量濃度分別不高于6 mg／m3和20 mg／m3，目前掌握的數(shù)據(jù)表明煤層氣中H2S質量濃度小，一般小于20 mg／m3。因此，建議在“管輸煤層氣標準”中沿用GB 17820－2012指標，以滿足當前環(huán)境要求?？偭蚝渴荋2S和有機硫化合物的總稱，分析數(shù)據(jù)表明，我國煤層氣中硫化物含量很低［8，10］，且?guī)缀醪缓袡C硫。因此，在制定管輸標準時，建議只規(guī)定H2S的含量指標，SO2指標可不予考慮。

3．4 O2

我國不同地區(qū)煤層氣含氧量情況相差較大，從目前掌握的數(shù)據(jù)看，煤層氣中O2摩爾分數(shù)為0～1．21%。盡管 GB／T 26127－2010和GB 26569－2011未規(guī)定O2指標，但是對于長輸天然氣管道，從安全或防腐的角度考慮，為避免惡意摻混空氣，應嚴格要求其O2含量，例如：俄羅斯標準GOST 5542－1987《工業(yè)及民用燃料天然氣》規(guī)定O2體積分數(shù)不超過1%，全俄行業(yè)標準ОСТ51．04－1993則規(guī)定在溫暖地區(qū)應不超過0．5%（摩爾分數(shù)）；歐洲氣體能量交換合理化協(xié)會（EASEE－gas）的“公共商務準則”（CBP）規(guī)定O2摩爾分數(shù)不應超過0．01%；德國燃氣與水工業(yè)協(xié)會DVGW G260：2008規(guī)定濕氣輸氣管道O2體積分數(shù)不應超過0．5%，干氣輸氣管道O2體積分數(shù)不應超過3%；燃氣安全管理條例（Gas Safety Management Regulations）GSMR1996規(guī)定O2摩爾分數(shù)不應超過0．2%。結合我國煤層氣含氧情況，建議“管輸煤層氣標準”要求O2摩爾分數(shù)不大于0．2%。

3．5 水露點

只要有游離水的存在，就會降低輸氣管道的輸送能力并使H2S、CO2對輸氣管道和其他設備產(chǎn)生腐蝕作用。從技術上講，在整個輸氣的壓力溫度下都不應含有液態(tài)的水和烴類，從輸氣管道設計的要求來看，同樣如此。國外一般規(guī)定了一定壓力下的水露點或絕對水含量，由于在一定輸氣壓力下的水露點與一定條件下的絕對水含量是相互對應的，所以事實上只要規(guī)定了水露點，也就是規(guī)定了一定條件下的絕對水含量。煤層氣要進入天然氣管網(wǎng)，必須考慮管網(wǎng)輸送安全，因此“管輸煤層氣標準”在水露點指標上建議沿用GB 17820－2012要求，即在交接點壓力下，水露點應比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5℃。

3．6 顆粒物

煤層氣來自于煤層，混雜有一定量的煤粉及其他顆粒物，煤層氣進入天然氣長輸管網(wǎng)前必須過濾去除這些顆粒物，以保障天然氣管道和壓縮機組的安全運行。因此，應對煤層氣中顆粒物含量及粒徑進行要求。GB 17820－2012中未規(guī)定商品天然氣中機械雜質的具體指標，但在第5章中明確規(guī)定“天然氣中固體顆粒含量應不影響天然氣的輸送和利用”，此項規(guī)定與ISO 13686－1998《天然氣質量指標》和EASEE－gas的CBP以及國外多數(shù)長輸管道的規(guī)定是一致的，即對顆粒物等雜質的控制一般只做定性的控制要求。俄羅斯國家標準GOST 5542－1987《工業(yè)及民用燃料天然氣》規(guī)定固體顆粒物質量濃度應不大于1 mg／m3。GB 18047－2000《車用壓縮天然氣》對固體顆粒的粒徑做出了應不大于5 μm的明確規(guī)定。結合俄羅斯國家標準和我國相關標準的規(guī)定，建議“管輸煤層氣標準”要求顆粒物質量濃度不大于1 mg／m3，且不能影響天然氣的輸送和利用。

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