建立中国LNG质量统一指标的分析与探讨

杨玉霞，付子航，王成硕，王沛

1.中海石油气电集团有限责任公司 技术研发中心（北京100028）

2.中海石油气电集团有限责任公司 科技部（北京100028）

0 引言

LNG作为商品天然气的一种特殊形式，以清洁环保、安全高效、运输灵活等优势，在天然气全球贸易中所占的比重持续增长。根据国际天然气联盟（IGU）发布的2020年年度LNG报告，2019年LNG国际贸易增长了13%，达到了3.547亿t[1]。中国作为能源消耗大国，LNG贸易量近年来一直呈逐年上升态势，自2006年国内第一个LNG接收站中海油广东大鹏LNG投产以来，福建LNG、上海LNG、江苏LNG、海南LNG、宁波LNG、珠海LNG、大连LNG等一座座LNG接收站陆续建成投产。

国际范围内不同产地的LNG质量指标各有差异，且国际LNG标准体系中尚未有统一LNG产品质量指标的标准；同时国产LNG也缺乏具体质量检验的指标种类和指标要求，因此有必要对比研究LNG产品的适用范围与国内外相关标准，统计分析中海油LNG接收站近几年进口LNG的实际气质指标、国内以海气（指我国近海油气田开采的天然气）和管道气（指我国陆上油气田开采的天然气）等常规天然气和以页岩气、煤层气、煤制天然气及生物质天然气等非常规天然气为原料气的液化厂的LNG出厂控制指标，并结合国内LNG运输公司、各类LNG产品终端用户对LNG产品质量的需求及要求的调研数据，分析LNG产品中的甲烷、C4+烷烃、二氧化碳、氮气、氧气、总硫、硫化氢、高位体积发热量等指标。建立中国统一的LNG产品质量标准，不仅可以满足我国日益增长且更加多元化的LNG进口需求、为国内不同类型气源生产商品LNG提供了基础性的质量依据，还为国外LNG行业提供参考，为进口国际LNG贸易和交接提供依据，对LNG行业健康快速发展有着重要意义。

1 国内外相关标准对LNG质量指标的要求

目前国际LNG标准体系中尚未有针对LNG产品质量指标进行划分或规定的标准。GB/T 19204—2003《液化天然气的一般特性》等同采用CENB SE N1160：1997"Installations and equipment for liquefied natural gas—General characteristics of liquefied natural gas"。GB/T 19204—2003只是给出液化天然气（LNG）的一般特性和LNG工业所用低温材料方面以及健康和安全方面的指导[2]，未对LNG质量指标和要求作出具体规定。

我国在LNG产品质量指标要求方面的标准只有SN/T 2491—2010《进出口液化天然气质量评价标准》[3]，另外直接相关联的还有SY/T 6933.1—2013《天然气液化工厂设计建造和运行规范第1部分：设计建造》[4]。SN/T 2491—2010规定了进出口液化天然气的技术要求、检验规则和质量评价方法[3]，根据主要烃类、二氧化碳、氧、氮、总硫、硫化氢、高热值及相对密度等10项指标，提出一级、二级LNG质量指标，适用于进出口液化天然气的质量评价，但从指标设置的重合关系和实践适用性上，有待讨论。SY/T 6933.1—2013规范了天然气液化工厂的工艺及其他主要系统在设计建造方面的技术要求[4]，其中规定了原料气包含水、二氧化碳、硫化氢、总硫、汞、芳香烃、C5+在内的7类净化指标，可作为对LNG产品质量指标的基础性依据。对于非常规天然气，如页岩气、煤层气、煤制天然气及生物质天然气，其气源特点有所不同，但共同的特点是贫气特征明显，尤其煤制天然气存在一定的氢气含量，但这些种类的气源进一步加工制取LNG，均应符合SY/T 6933.1—2013的要求。

此外与之相关联的标准还有GB 17820—2018《天然气》[5]、GB/T 37124—2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》[6]、GB/Z 33440—2016《进入长输管网天然气互换性一般要求》[7]、GB/T 33445—2016《煤制合成天然气》[8]、NB/T 12003—2016《煤制天然气》[9]等，上述标准从一般商品天然气气质和进入输气管网的天然气气质要求方面，对LNG的质量指标提供了符合性的上限要求。

2 LNG样本质量指标

2.1 国产LNG质量指标

经过调研，国内部分以常规天然气为原料气的LNG厂家的产品出厂指标，如中石油昆仑能源、中石化陕北、新奥能源等LNG产品的组分性质见表1。

2.2 进口LNG质量指标

目前中海油已投运9个LNG接收站，LNG气源地主要为卡塔尔、澳大利亚、尼日利亚、也门、埃及、俄罗斯、阿曼、安哥拉、赤道几内亚、马来西亚、印度尼西亚、美国等国家。通过采集中海油近3年进口的400艘船货（涉及20个国家，30个产地）的LNG产品在装载港和卸载港的实测质量指标，并进行统计计算和分析，得出以下结论：

各气源地LNG中甲烷的摩尔分数为86.82%～99.91%，高位体积发热量为37.06～42.37 MJ/m3；LNG密度（-160℃）变化为420.74～469.03 kg/m3；沃泊指数变化为49.72～52.60 MJ/m3。本文中使用的计量和燃烧参比条件统一为101.325 kPa，20℃。

3 中国LNG质量统一指标分析与探讨

3.1 中国LNG质量统一指标

根据中海油近3年在国际LNG贸易中LNG的第三方检测指标项目、国际上通常权威发布的LNG质量指标项目、国外LNG接收站准入要求的LNG质量指标及相关专家讨论意见，确定以甲烷、C4+烷烃、二氧化碳、氮气、氧气、总硫、硫化氢及高位体积发热量作为8项质量控制指标，具体指标要求见表2。

表1 国内部分LNG液化厂出厂液化天然气检测指标

表2 液化天然气质量要求

3.2 甲烷含量、高位体积发热量

LNG的主要成分是甲烷，高碳烃及非烃类组分较少，相对密度较稳定，因此甲烷含量对高位发热量和沃泊指数有直接影响。据统计，进口LNG和国产LNG中的甲烷摩尔分数基本在86%以上，高位体积发热量基本在37～42.4 MJ/m3范围内。参照SN/T 2491—2010《进出口液化天然气质量评价标准》，建议甲烷摩尔分数的下限为75%。

根据中海油近3年进口的20个国家、30个产地LNG资源的在载港和卸载港的实际检测数据、国际权威第三方检测机构提供的国际所有LNG气质数据，可以以甲烷含量为基本依据，划分为3组：86.0%≤甲烷摩尔分数≤97.5%为常规组；甲烷摩尔分数＜86.0%的LNG，重烃含量较大，划为富液组；甲烷摩尔分数＞97.5%的LNG，重烃含量极少，划为贫液组。中海油已进口的20个国家、30个产地的LNG基本都可划分入“常规组”。

对应常规组的高位体积发热量范围为≥38.0～42.4 MJ/m3；贫液组的高位体积发热量范围为37.0～38.0 MJ/m3；富液组则为＞42.4 MJ/m3。

虽然国际贸易以热值作为计价依据，但国际贸易中对LNG品质的质量指标要求是一系列的，并非完整的质量依据。LNG区别于气态天然气的一个重要特征是特殊存储和气化问题，甲烷是影响气化率的主要指标，因此在甲烷含量和高位体积发热量两个分类指标中，考虑以甲烷含量为主要分类指标。

C2、C3为增加热值的组分，国际范围内这两种组分的变化幅度较大，理论上该范围也可以更广，其他国家的LNG接收站的进口LNG质量指标对其也不做规定。因此，建议不再对C2、C3的范围进行界定。

LNG中的C4+烷烃主要包括正丁烷、异丁烷、正戊烷、新戊烷等烃类，其含量过高会引起热值波动，进而导致互换性变差；且较高的C4+组分含量可能使相关设备内积液的可能性增大，给生产安全带来隐患。

SY/T 6933.1—2013的“净化气最大允许杂质含量”要求C5+含量小于50×10-6，由此制取的LNG中的C5+含量亦受此指标控制。根据实际进口和国产LNG的完整批次检测数据，C5+均为微量，因此建议不再单独反映该指标的质量标准，而且国际上GIIGNL的权威公布数据也不单独罗列C5+，而是以C4+合并。经统计，进口LNG和国内生产的LNG的C4+组分摩尔分数均小于2%。其他国家对进口LNG气质的要求为C4+摩尔分数不大于2%，因此C4+摩尔分数建议限定为不大于2%。

3.4 二氧化碳

由于二氧化碳相变温度较高，低温时易变成固体析出从而堵塞管道、设备和阀门，容易造成生产安全事故，因此目前国内外液化工厂的天然气净化工艺控制二氧化碳含量上限为50 mg/L，国际其他国家对进口LNG气质的要求为100 mg/L，因此二氧化碳摩尔分数限定为不大于0.01 %。

3.5 氮气

氮气含量影响LNG热值，且氮气含量过高易造成储罐中LNG分层，提高翻滚事故的风险。根据GB/T 22724—2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》[10]和GB/T 19204—2003《液化天然气的一般特性》，LNG的氮含量（摩尔分数）在1%以下，可有效消除LNG分层，避免翻滚。

另外根据GIIGNL发布的《Roll over in LNG Storage Tanks》（2015）[11]关于储罐内LNG分层（Stratification）和翻滚的结论之一是LNG中氮的摩尔分数应低于1%。SN/T 2491—2010《进出口液化天然气质量评价标准》规定氮的摩尔分数不大于1.0%,其他国家对进口LNG气质的要求为氮含量不大于5.0 mg/m3，建议LNG中氮的摩尔分数限定为不大于1.0%。

3.6 氧气

LNG中氧气的存在会造成LNG接收站及LNG液化工厂内设备管道的腐蚀以及蒸发气的安全问题，一般LNG中含氧量非常低。根据实际进口LNG气质统计数据和国际其他国家对进口LNG气质的要求，氧气摩尔分数基本在0.2%或100 mg/L，按照GB/T 37124—2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》规定氧气摩尔分数不高于0.1%，因此，LNG中氧气的摩尔分数建议限定为不大于0.1%。

3.7 硫化氢和总硫

天然气中的硫成分会造成LNG处理设备的腐蚀、堵塞和损坏，对于LNG而言，由于在净化和液化工艺阶段已对硫化氢进行深度脱除，因此其硫化氢含量一般均小于常规分析方法的检测精度，通常报告为未检出或小于1 mg/m3。根据SY/T 6933.1—2013的“净化气最大允许杂质含量”的要求，较宽泛地限定硫化氢摩尔含量不大于3.5 mg/m3，总硫摩尔含量不大于5 mg/m3。因此硫化氢摩尔含量建议限定为不大于3.5 mg/m3。按照国标GB 17820—2018《天然气》中的一类气和GB/T 37124—2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》的标准，总硫含量不应大于20 mg/m3，因此总硫摩尔含量建议也采用不应大于20 mg/m3的指标。

4 结论

1）中国LNG质量统一指标的建立，满足GB 17820—2018的“天然气质量要求”、GB/T 37124—2018的“进入天然气长输管道气体的质量要求”和GB/Z 33440—2016的“天然气互换性一般要求”，尤其对硫化氢和总硫含量的指标要求与国内对天然气洁净性的趋严要求相一致。

2）通过参考SY/T 6933.1—2013的“净化气最大允许杂质含量”、GB/T 33445—2016的“煤制合成天然气技术指标”及NB/T 12003—2016的“煤制天然气产品技术要求和试验方法”，保证具体指标与国产常规天然气和非常规天然气为原料气制取LNG的质量指标协调性一致。

3）建立中国LNG质量统一指标，能够充分体现LNG比一般天然气高热值、更清洁的基本特性，对于有益扩大LNG的进口利用、指导国内生产。

4）中国LNG质量统一指标的建立，一方面满足我国日益增长且更加多元化的LNG进口要求，另一方面也可以满足我国多气源条件下的天然气互换性要求。