一,、天然氣熱值調(diào)控的必要性

目前，國際天然氣貿(mào)易多采用熱值計價方式,，以美元/百萬英熱（$/MMBtu）為計量單位,；而我國天然氣終端用戶結(jié)算則多采用體積計價方式，以元/立方米（RMB/m3）為單位,。在這種情況下,，當進口的液化天然氣（LNG）或管道天然氣的熱值高于國內(nèi)標準熱值時，若仍以體積計量且不采取合適的熱值調(diào)控措施,，就會導致燃氣公司進口天然氣的成本價格高,，而銷售天然氣的價格相對較低，從而增加企業(yè)成本,，不利于公司的長期經(jīng)營和發(fā)展,。

如果組分和熱值差異較大的天然氣同時進入管網(wǎng)，可能會引發(fā)一系列問題,。首先,，不同方位的用戶燃具由于所用氣源不同，實際熱負荷會存在差異,；其次,，管網(wǎng)內(nèi)氣源的“分界面"動態(tài)變化，會使部分用戶使用的氣源種類頻繁切換,，導致燃具燃燒不穩(wěn)定,。此外，盡管用戶同網(wǎng)同價,，但由于天然氣熱值不同,，結(jié)算會變得不準確,，部分消費者的利益可能受到損害。對于陶瓷,、玻璃及顯像管生產(chǎn)等行業(yè)等對溫度穩(wěn)定性要求高的特殊用戶來說,，熱值變化的氣源還會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此,，要求進入管網(wǎng)的天然氣具有相同的熱值和燃燒特性,，采用合理工藝對熱值進行調(diào)控是十分必要且重要的。

2024年7月,，中國標準化協(xié)會城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設施分會立項,，北京市煤氣熱力工程設計院有限公司牽頭編制的《城鎮(zhèn)燃氣熱值管理控制工程技術(shù)規(guī)程》（T/CAS 893-2024）獲批發(fā)布，該標準提出通過按照一定配比混合高,、低熱值或無熱值氣體進行摻混調(diào)控,，以使城鎮(zhèn)燃氣熱值穩(wěn)定在符合規(guī)范及用戶需求范圍內(nèi)。為實現(xiàn)這一目標,，實時監(jiān)測摻混后的天然氣熱值至關(guān)重要,，以便為前端摻混調(diào)控提供準確的數(shù)據(jù)支撐，從而實現(xiàn)燃氣摻混的精準控制,。

二、天然氣熱值調(diào)控方法

天然氣熱值調(diào)控是通過按一定比例混合高,、低熱值或無熱值氣體,，將天然氣熱值調(diào)整至目標值。具體而言,，若要升高天然氣熱值,，可向其中摻入液化石油氣（LPG）、輕烴氣體等高熱值氣體,；若要降低天然氣熱值,，則可摻入氮氣、空氣或其他低熱值氣體（如混煤制氣,、沼氣等）,；此外還可采用輕烴分離法，分離出天然氣中的乙烷,、丙烷等高熱值組分,，從而降低熱值，但該方法在國內(nèi)應用較少,。目前,，高壓氮氣注入法在天然氣行業(yè)內(nèi)較為常見，其工藝流程大致為：空分氮氣經(jīng)壓縮后進入靜態(tài)混合器,，與LNG氣化天然氣或管道天然氣混合,，經(jīng)熱值調(diào)控后的混合天然氣最終輸送給用戶,。

降低熱值工藝流程圖

該工藝在靜態(tài)混合器出口處安裝熱值分析儀,，可實時在線監(jiān)測混合氣的組成成分及熱值,。控制器會自動采集混合天然氣的熱值數(shù)據(jù),，并判斷其是否符合調(diào)控要求,。若不符合，控制器便會調(diào)整調(diào)節(jié)閥的相對開度,，進而調(diào)整進入靜態(tài)混合器的氮氣流量,，以此來調(diào)整混合天然氣的熱值，確保熱值達到穩(wěn)定統(tǒng)一的標準,，再將其輸送給終端用戶,。

三、熱值測量挑戰(zhàn)

天然氣熱值調(diào)控工藝中,，熱值測量是核心環(huán)節(jié)，直接決定調(diào)控的準確性和后續(xù)工藝的穩(wěn)定性,。然而,，實際應用中面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)，涉及氣源成分復雜性,、熱值動態(tài)波動,、熱值調(diào)控速度、現(xiàn)場工況復雜等多方面,。以下是熱值測量的主要挑戰(zhàn)及分析：

氣源成分復雜多變：天然氣來源多樣,，包括常規(guī)氣田、頁巖氣,、煤層氣,、LNG等，成分差異大,，主要包含甲烷,、乙烷、丙烷,、惰性氣體等,，這使得熱值發(fā)生變化；此外,，部分氣源還含有雜質(zhì),，如二氧化碳、氮氣,、硫化氫等,，可能干擾熱值測量,。

熱值動態(tài)波動頻繁：由于不同氣源在調(diào)控過程中相互混合，熱值會隨時間快速變化,，同時用戶端負荷波動也會引發(fā)熱值需求的動態(tài)調(diào)整,。而傳統(tǒng)間歇式測量方式（如每日抽樣）無法捕捉實時變化，導致調(diào)整滯后,，因此需要采用在線式監(jiān)測設備實時監(jiān)測熱值數(shù)據(jù),。

熱值調(diào)控速度：由于不同氣源在調(diào)控過程中相互混合，熱值會隨時間快速變化,，因此熱值儀的響應速度將直接影響到熱值的控制,，響應速度越快，越及時對熱值控制就越容易,，調(diào)質(zhì)出的天然氣的熱值精確度就越高,。

現(xiàn)場工況復雜：環(huán)境條件變化頻繁，包括溫度,、壓力,、濕度的波動，設備容易受到外界干擾,，導致數(shù)據(jù)漂移或誤報,。為此，熱值監(jiān)測設備需具備強大的抗干擾能力,，能夠在惡劣條件下長期穩(wěn)定運行,，并定期進行校準和維護，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性,。

四,、燃氣熱值調(diào)控綜合解決方案

四方光電（武漢）儀器有限公司依托其先進的核心氣體傳感器技術(shù)和豐富的熱值在線監(jiān)測設備現(xiàn)場應用經(jīng)驗，推出了一套專業(yè)的燃氣熱值調(diào)控解決方案,。該方案運用熱值儀及超聲波流量計,，并結(jié)合激光拉曼光譜（LRD）、非分光紅外（NDIR）,、可調(diào)諧半導體激光吸收光譜（TDLAS）,、超聲波等多種技術(shù)體系，實現(xiàn)了對摻混燃氣成分,、熱值及流量的同步監(jiān)測,。助力燃氣公司精確控制工藝流程，提升生產(chǎn)效率,，確保生產(chǎn)過程的安全性,，并為前端摻混調(diào)控提供準確的數(shù)據(jù)支撐，從而實現(xiàn)燃氣摻混的精準控制,。

燃氣熱值調(diào)控綜合解決方案

四方儀器的熱值儀產(chǎn)品系列豐富多樣,，能夠滿足不同客戶的多樣化應用需求。其中,，高配版本的熱值儀采用了先進的激光拉曼光譜技術(shù),，可同時在線測量多組分氣體，預處理系統(tǒng)簡單,，維護成本低,，無需載氣、色譜柱等輔材,，且具備秒級的快速響應能力,，可以替代在線色譜儀。而中低配版本的熱值儀則運用了TDLAS和NDIR技術(shù),，對于CH4,、CnHm等氣體的測量結(jié)果準確無誤，響應速度快,，足以滿足絕大部分現(xiàn)場應用的實際需求,。

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產(chǎn)品亮點

五,、應用案例

5.1 海南某燃氣公司天然氣調(diào)控熱值監(jiān)測項目

本項目合作方為海南一家擁有多座天然氣站的燃氣公司,，其上游供應的天然氣包括沼氣、液化天然氣（LNG）和壓縮天然氣（CNG）等,；由于曾因燃氣熱值波動大導致大型用戶投訴，該公司決定在燃氣站實施摻混調(diào)控并精確監(jiān)測混合后管道中的天然氣組分濃度和熱值,，在對比評估進口燃燒式熱值儀的高昂成本后,，最終選擇了四方儀器的Gasboard-3500紅外氣體分析儀（防爆型），該設備不僅滿足熱值測量和響應速度的高標準要求,，還顯著降低了采購和維護成本,，實現(xiàn)了成本控制與經(jīng)濟效益的雙贏。

現(xiàn)場圖片