摻氫管輸天然氣質(zhì)量與計量技術(shù)指南范圍本文件提供了管道輸送的摻氫天然氣的取樣與組成測定、分析與計量設(shè)備選用以及流量計算方面的指導(dǎo)和建議，并給出了與需考慮要點有關(guān)的信息。本文件適用于氫含量（體積分數(shù)）不超過10.0%（xH2≤10vol%）的、氫氣和天然氣已經(jīng)過充分混合并均勻的摻氫天然氣。氫含量（體積分數(shù)）本文件適用于交接計量系統(tǒng)和輸配計量系統(tǒng)中摻氫天然氣的質(zhì)量分析與流量計量。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB17820天然氣GB/T11060.1天然氣含硫化合物的測定第1部分：用碘量法測定硫化氫含量GB/T11060.2天然氣含硫化合物的測定第2部分：用亞甲藍法測定硫化氫含量GB/T11060.3天然氣含硫化合物的測定第3部分：用乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測法測定硫化氫含量GB/T11060.4天然氣含硫化合物的測定第4部分：用氧化微庫侖法測定總硫含量GB/T11060.5天然氣含硫化合物的測定第5部分：用氫解-速率計比色法測定總硫含量GB/T11060.8天然氣含硫化合物的測定第8部分：用紫外熒光光度法測定總硫含量GB/T11060.10天然氣含硫化合物的測定第10部分：用氣相色譜法測定硫化合物GB/T11062天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法GB/T13609天然氣取樣導(dǎo)則GB/T13610天然氣的組成分析氣相色譜法GB/T17283天然氣水露點的測定冷卻鏡面凝析濕度計法GB/T17747.2天然氣壓縮因子的計算第2部分：用摩爾組成進行計算GB/T17747.3天然氣壓縮因子的計算第3部分：用物性值進行計算GB/T18603天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T18604-2023用氣體超聲流量計測量天然氣流量GB/T19205天然氣標準參比條件GB/T20604天然氣詞匯GB/T21391用渦輪流量計測量天然氣流量GB/T21446-2008用標準孔板流量計測量天然氣流量GB/T22634天然氣水含量與水露點之間的換算GB/T27894.6天然氣在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成第6部分：用三根毛細管色譜柱測定氫、氦、氧、氮、二氧化碳和C1至C8的烴類GB/T28473（所有部分）工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用溫度變送器GB/T30491.1天然氣熱力學(xué)性質(zhì)計算第1部分：輸配氣中的氣相性質(zhì)GB/T30491.2天然氣熱力學(xué)性質(zhì)計算第2部分：擴展應(yīng)用范圍的單相（氣相、液相和稠密相）流體性質(zhì)GB/T30500-2014氣體超聲流量計使用中檢驗聲速檢驗法GB/T37124進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量要求SY/T6658用旋進旋渦流量計測量天然氣流量SY/T6659用科里奧利質(zhì)量流量計測量天然氣流量SY/T6660用旋轉(zhuǎn)容積式流量計測量天然氣流量SY/T7552天然氣貿(mào)易計量用流量計選用指南JJF1004流量計量名詞術(shù)語及定義JJF1183溫度變送器校準規(guī)范JJG882壓力變送器JJG1003流量積算儀術(shù)語和定義GB/T18603、GB/T20604、JJF1004界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

摻氫天然氣hydrogencompressednaturalgas(HCNG)氫氣以特定體積比例與天然氣摻混后形成的氣體?？傮w原則除符合GB17820、GB/T37124和GB/T18603對管輸天然氣質(zhì)量和計量的基本要求外，摻氫管輸天然氣的質(zhì)量和計量還需考慮以下因素；對于未受影響的部分，可繼續(xù)參照相應(yīng)的方法標準和技術(shù)規(guī)范執(zhí)行：摻氫對天然氣氣體質(zhì)量的影響；摻氫對取樣和分析設(shè)備的影響；摻氫對流量計和配套儀表的影響；摻氫對流量計算涉及的物性參數(shù)算法的影響。質(zhì)量分析取樣用于摻氫天然氣的取樣系統(tǒng)的設(shè)計和操作符合GB/T13609、GB/T30490（針對累積取樣系統(tǒng)）以及GB/T18603的有關(guān)內(nèi)容。氫氣的密度約為天然氣的1/8，輸送管道和取樣系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生分層現(xiàn)象，導(dǎo)致氫氣和天然氣混合的不均勻。離線/在線取樣口宜設(shè)置于主管道上氣體流動并充分混合的區(qū)域；必要時，可在取樣口前加裝靜態(tài)混合器。取樣時確保足夠高的流速（形成湍流），以獲取均勻的氣樣。氫氣易泄漏，取樣系統(tǒng)（管線、閥門、接頭、密封件等）宜針對氫氣作專門的設(shè)計和密封性優(yōu)化；同時對管道和設(shè)備進行定期泄漏檢查，以盡可能避免微漏對氫氣以及痕量組分測定分析的影響。分析方法發(fā)熱量摻氫天然氣的發(fā)熱量以其高位發(fā)熱量為準。高位發(fā)熱量的計算按照GB/T11062執(zhí)行，其所依據(jù)的組成的測定按照GB/T13610執(zhí)行，標準參比條件以GB/T19205為準。氫氣摻氫天然氣中氫氣含量的測定宜采用氣相色譜法，按照GB/T13610或GB/T27894.6執(zhí)行；當(dāng)氫氣含量高于0.5%時，宜按照GB/T13610。仲裁試驗以GB/T13610為準。有實時監(jiān)測氫氣濃度的需要時，宜優(yōu)先選用在線氣相色譜法，此類情況包括但不限于：摻氫比例可能頻繁波動（如：上游摻混工藝不穩(wěn)定、多氣源切換）、下游用戶或終端設(shè)備對氫含量敏感。在線測量不經(jīng)濟，且氫氣含量和發(fā)熱量在取樣周期內(nèi)的波動能夠維持在協(xié)議約定的限值以內(nèi)時，可選用離線氣相色譜法。由于氫氣（H2）與氦氣（He）的導(dǎo)熱系數(shù)較為接近，基于熱導(dǎo)原理工作的氣相色譜儀不宜以He為載氣，否則其熱導(dǎo)檢測器（TCD）難以區(qū)分氫氣和氦氣，因而難以測定樣品中的氫氣含量。氬氣（Ar）的導(dǎo)熱系數(shù)與氫氣和氦氣差異較大，宜選用Ar作為色譜儀分析通道載氣。氣相色譜儀的分離檢測流程中宜額外增加一路，專門用于氫氣濃度的分析?？偭驌綒涮烊粴庵锌偭蚝康臏y定可按照GB/T11060.4、GB/T11060.5、GB/T11060.8或GB/T11060.10執(zhí)行，仲裁試驗以GB/T11060.8為準。硫化氫摻氫天然氣中硫化氫含量的測定可按照GB/T11060.1、GB/T11060.2、GB/T11060.3或GB/T11060.10執(zhí)行，仲裁試驗以GB/T11060.1為準。二氧化碳、一氧化碳、氧氣摻氫天然氣中二氧化碳含量、一氧化碳含量、氧氣含量的測定可按照GB/T13610或GB/T27894.6執(zhí)行，仲裁試驗以GB/T13610為準。水露點摻氫天然氣水露點的測定按照GB/T17283執(zhí)行；對于已知壓力下的水露點，可按照GB/T22634將其換算到水含量再換算至其他壓力下的水露點。仲裁試驗以GB/T17283為準。流量測量流量計氫氣摻入對流量計的影響概要氫氣摻入對流量計的影響主要源于其對天然氣物性和流動行為的改變以及自身活潑的理化性質(zhì)。6.1.3和6.1.4涵蓋這些影響在儀表特性、安裝條件、使用與維護方面的具體體現(xiàn)，并給出有關(guān)的專門說明。不同型式的流量計因其測量原理、設(shè)計結(jié)構(gòu)、制造材質(zhì)等的不同，受氫氣影響的因素、程度及應(yīng)對措施不同。對傳感器的影響流量計的傳感器（探頭或可動件）通?；诒粶y介質(zhì)的某些物理屬性或流動行為工作，而這些屬性和行為會隨介質(zhì)性質(zhì)的變化而變化。氫氣與天然氣間的物性差異極大，氫氣摻入將顯著改變天然氣的關(guān)鍵物性參數(shù)（如：密度、粘度、聲速等），傳感器的性能表現(xiàn)可能受到影響。對計算模型和流量算法的影響流量計內(nèi)置的計算模型和流量算法是基于其測量原理，并根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)進行確立、標定和優(yōu)化的。由于氫氣摻入將顯著改變天然氣的物性，針對天然氣設(shè)計的流量計在用于摻氫天然氣測量時，需評估其模型和算法的適用性，并作出對應(yīng)的調(diào)整。對入口速度分布的影響氫氣和天然氣的密度差異使得氫氣摻入會改變天然氣的流動狀態(tài)。摻氫天然氣相比于天然氣，經(jīng)過擾流件（如：單彎管、U型管、不同平面的雙彎管等）后產(chǎn)生的非對稱速度分布和渦流現(xiàn)象更為嚴重。對于速度分布要求的敏感性較高的流量計，需采取相應(yīng)措施以確保其入口的氣流為充分發(fā)展。對零部件的影響流量計的測量性能與傳感器、電子元件、內(nèi)襯、密封件等核心零部件的功能完整性和性能穩(wěn)定性密切相關(guān)。這些零部件通常由金屬或聚合物材料制成，而氫氣的理化性質(zhì)高度活潑，可能與這些材料發(fā)生物理化學(xué)交互作用，致使其機械性能、電學(xué)性能、表面性質(zhì)、幾何結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，導(dǎo)致的后果包括但不限于探頭功能失效、可動件位移受阻、信號滯后或漂移、表體內(nèi)流道光潔度降低。選用基本原則流量計選用的一般原則、要求和方法可參照SY/T7552，并結(jié)合6.1.1進行分析比較，經(jīng)綜合評價后選用適宜的流量計。所選用流量計的準確度符合GB/T18603的有關(guān)內(nèi)容。可供選用的主要流量計類型用于摻氫管輸天然氣計量的流量計宜選擇標準孔板流量計、超聲流量計、渦輪流量計、旋轉(zhuǎn)容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計。安裝與使用標準孔板流量計選用標準孔板流量計時，安裝和使用符合GB/T21446。氫氣可能引起節(jié)流件的微小裂紋或孔蝕（氫脆或氫腐蝕），導(dǎo)致其幾何尺寸發(fā)生改變，孔板流出系數(shù)因而變化。因此，需注意定期檢查并記錄孔板的外觀和尺寸狀況。有條件的情況下，宜選用氫耐受性強的合金所制成的孔板。安裝時，上游直管段宜長于GB/T21446-2008要求的最低長度。超聲流量計概要選用超聲流量計時，安裝和使用符合GB/T18604和GB/T30500。此外，還需考慮氫氣摻入對超聲換能器、理論聲速算法和流量計安裝的影響。超聲換能器氫氣摻入對超聲換能器的影響主要體現(xiàn)在下列3個方面：氫氣中聲速約為天然氣的3倍，故摻氫天然氣中聲速較天然氣有所升高。由于超聲流量計基于測量順流/逆流聲波的傳播時間差來測算氣體流速，聲速變化將直接影響該時間差的計算；摻氫天然氣中較高的聲速可能引起超聲換能器所發(fā)出的聲波束形狀的變化，影響其聲學(xué)指向性；還可能加劇由聲學(xué)效應(yīng)帶來的噪聲信號，并加大這些噪聲信號與目標信號疊加后的復(fù)雜程度；氫氣中超聲波的衰減特性與天然氣不同，故摻氫天然氣中超聲波的傳輸效果和信號強度將受到影響，可能導(dǎo)致信號接收質(zhì)量的下降。在本文件限定的氫氣含量范圍內(nèi)，預(yù)計上述a)、b)、c)因素對于超聲換能器性能的影響處于可接受的程度。盡管如此，使用前仍需注意向制造廠咨詢超聲換能器和信號處理單元的選型和技術(shù)參數(shù)（如：阻尼材料、工作頻率、發(fā)射角、時間分辨率、聲學(xué)方向性、聲耦合與解耦方案、信號處理算法等）能否滿足摻氫天然氣的測量要求。理論聲速算法理論聲速計算軟件程序可采用GB/T30491.1給出的計算方法（基于AGA8-92DC方程）或GB/T30491.2給出的計算方法（基于GERG-2008方程）。注：GB/T30500-2014中推薦的理論聲速算法與GB/T30491.1給出的等同，均源自AGA8-92DC方程。AGA8-92DC方程對天然氣聲速計算推薦的氫含量上限為10%，而GERG-2008為40%。因此，當(dāng)氫氣含量高于10%時，為盡可能減小由算法本身引起的計算誤差對聲速偏差符合性判斷的干擾，理論聲速計算宜按照GB/T30491.2執(zhí)行。流量計安裝安裝時，上游直管段宜長于GB/T18604-2023要求的最低長度。渦輪流量計選用渦輪流量計時，安裝和使用符合GB/T21391。氫氣的密度約為天然氣的1/8，故摻氫天然氣的密度較天然氣有所下降。由于介質(zhì)密度會影響渦輪的軸承運動特性，密度降低可能導(dǎo)致葉輪在低流速下難以啟動或響應(yīng)遲緩，從而產(chǎn)生負偏差。因此，使用前需注意向制造廠咨詢?nèi)~輪和信號轉(zhuǎn)換單元的選型和技術(shù)參數(shù)能否滿足摻氫天然氣的測量要求，并注意避免流量計長期在低流速工況下運行。旋轉(zhuǎn)容積式流量計選用旋轉(zhuǎn)容積式流量計時，安裝和使用符合SY/T6660。旋轉(zhuǎn)容積式流量計在低流速下，氣體可能沿旋轉(zhuǎn)元件相切處的間隙泄漏，導(dǎo)致流量測得值偏低。測量摻氫天然氣時，因氫氣的粘度顯著低于天然氣，上述效應(yīng)容易加劇從而產(chǎn)生負偏差。因此，使用前需注意向制造廠咨詢旋轉(zhuǎn)元件的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計能否滿足摻氫天然氣的測量要求，并注意避免流量計長期在低流速工況下運行?？评飱W利質(zhì)量流量計選用科里奧利質(zhì)量流量計時，安裝和使用符合SY/T6659。使用時需注意參照制造廠的隨機文件，選擇摻氫天然氣適用的氣體模型進行壓力修正和可壓縮性修正。維護除遵循產(chǎn)品說明書和相應(yīng)方法標準的指導(dǎo)外，宜向制造廠咨詢該款流量計在摻氫天然氣介質(zhì)中長期使用時的維護是否需要作額外的考慮。一些通用的維護措施包括但不限于：利用探頭工作的流量計，可在探頭表面施加惰性、致密的耐氫防護涂層，隔絕氫氣與基體材料的直接接觸；利用可動件工作的流量計，需注意使用與氫氣高度兼容的潤滑劑，以防其被氫氣稀釋或發(fā)生化學(xué)變化致使?jié)櫥阅苁В槐眢w密封件和元器件灌封膠使用耐氫滲透和溶脹的材料，以防氫氣滲透致使元件/電路信號失真；表體內(nèi)襯可施加惰性、致密的耐氫防護涂層，以防流道因氫腐蝕產(chǎn)生裂紋和表面粗糙度增大。由氫氣侵蝕導(dǎo)致的性能退化往往是漸進且累積的。必要時，可適當(dāng)縮短流量計的送檢/送校周期，以及時發(fā)現(xiàn)并量化使用過程中產(chǎn)生的性能偏差（如：測量誤差增大、重復(fù)性下降、量程范圍縮小等）。為盡可能確保流量計能在預(yù)期的時間間隔內(nèi)維持所規(guī)定的計量性能，宜采取適當(dāng)措施對其性能開展核查和監(jiān)控，如：設(shè)置核查流量計、自診斷或其他由制造廠推薦的有效方法。另可采取主/旁路交替輪換的方式減輕每臺流量計在富氫介質(zhì)中的工作負荷，以變相延長其維持所需性能的時間間隔。實流校準流量計宜使用摻氫天然氣或常規(guī)天然氣為介質(zhì)進行實流校準。有條件的情況下，宜優(yōu)先選用摻氫天然氣。使用摻氫天然氣為介質(zhì)進行的實流校準，宜采用下述的或與之等效的組分點×流量點組合校準方法，以充分反映流量計在不同氫含量和流量下的測量性能，并在最終的校準結(jié)果中予以體現(xiàn)或補償：在特定的氫含量區(qū)間內(nèi)梯度選取多個氫組分點，并按照這些氫組分配置一系列氫含量各異的摻氫天然氣。依次用該系列摻氫天然氣作為介質(zhì)，在設(shè)定的流量點下對流量計進行測試。其中，氫含量區(qū)間（最小氫含量xH2?m因生產(chǎn)工藝的變化，需要流量計在比上次校準時所設(shè)定的xH2?max配套儀表壓力（差壓）傳感器用于摻氫天然氣計量的壓力（差壓）傳感器的技術(shù)指標、安裝與使用、測試與校準符合JJG882、GB/T18603及其他相關(guān)標準和規(guī)范。壓力（差壓）傳感器通常依靠測壓元件（主要由金屬或半導(dǎo)體材料構(gòu)成）產(chǎn)生的力學(xué)-電學(xué)響應(yīng)來工作。在摻氫天然氣環(huán)境下長期運行，這些部件可能受到氫氣的侵蝕致使其響應(yīng)特性失效或產(chǎn)生偏移，進而導(dǎo)致壓力的測量結(jié)果失準。因此，使用前需注意向制造廠咨詢測壓元件的選型和儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計（如：隔離膜片和導(dǎo)壓介質(zhì)）能否耐受或隔絕氫氣分子的影響。溫度傳感器用于摻氫天然氣計量的溫度傳感器的技術(shù)指標、安裝與使用、測試與校準符合GB/T28473（所有部分）、JJF1183、GB/T18603及其他相關(guān)標準和規(guī)范。氫氣的熱導(dǎo)率約為天然氣的6倍，故摻氫天然氣的熱導(dǎo)率較天然氣有所升高。更高的熱導(dǎo)率下測溫元件的對溫度變化的響應(yīng)可能過快，從而容易受到局部擾動的影響（如：湍流引起的溫度脈動、調(diào)壓閥的節(jié)流效