GB/T 13609-1999 天然气取样导则

GB/T13609-1999

前言

本标准是根据国际标准化组织ISO10715:1997《天然气取样导则》对GB/T13609-1992进行修订

的，本标准等效采用国际标准ISO10715:1997，本标准在编写格式上与ISO10715:1997一致。

本标准与第一版相比，在技术内容方面，第一版只有取点样的内容，本次修订，根据ISO10715:

1997，增加了定义、取样的安全要求、技术因素、取样用材料、取样设备的准备、直接取样、取累积样等内

容。与GB/T13609-1992相比，在内容上有较大的增加。GB/T13609-1992中引用了GB3723-1983

《工业用化学产品采样安全通则》，由于ISO10715:1997中已有一章“取样的安全要求”.因此，本次修订

未引用GB3723-1983。本标准采标时，删去TISO10715:1997提示的附录H“停留时间的计算准则”

和提示的附录J“参考文献”。

本标准自实施之日起，同时代替GB/T13609-1992,

本标准的附录A至附录G都是提示的附录。

本标准由中国石油天然气集团公司提出。

本标准由中国石油工业标准化技术委员会天然气专业标准化技术委员会归口并负责解释。

本标准起草单位:中国石油天然气集团公司四川石油管理局天然气研究院。

本标准主要起草人:唐蒙、陈荣松、吴敏初。

本标准于1992年8月首次发布。

cB/T13609-1999

ISO前言

ISO(国际标准化组织)是由各国家标准化机构(ISO成员)组成的世界性的联合会。制定国际标准

的工作通常由ISO技术委员会完成。对技术委员会提出的项目感兴趣的每个成员都有权参加。与ISO

保持联系的各政府和非政府的国际组织，也可以参加此项工作。所有电工技术方面的标准化工作，ISO

与IEC(国际电工委员会)保持密切的合作。

由技术委员会通过的标准草案交各成员进行表决，要求至少有75%的成员同意，才能作为国际标

准正式发布。

国际标准ISO10715由ISO/TC193天然气技术委员会SCl天然气分析分委员会制定。

本国际标准的附录A至附录J是提示的附录

中华人民共和国国家标准

GB/T13609-1999

egvISO10715:1997

天然气取样导则代替GB/T13609-1992

Naturalgas-Samplingguidelines

0引官

本标准提供了与已处理的天然气取样各方面有关的导则。除非另外说明，本标准中的所有压力均以

表压给出，压力可高至15MPa

气体组成和物性的测定很大程度上取决于取样技术。取样系统的设计、结构、安装及维护，以及样品

的转移和运输条件都是至关重要的。

这些导则包括取样原则、取样方法和取样设备的选择。

本标准可用于那些未将取样作为一个分析步骤进行描述的情况。本标准集中描述取样系统和步骤

对于用这些系统和步骤获得的样品的分析，可用于许多方面，包括计算确定气流的发热量，鉴定气流中

存在的污染物，由组成情况来判断气流是否符合合同规定的技术指标。

警告—使用本标准可能涉及带来危险的材料、操作过程和设备。本标准并不意味指明了伴随标准

使用所带来的所有安全问题。本标准的使用者有责任建立合适的安全和健康措施并在使用之前明确应

用上的限制或法规上的限制。

所有的取样活动应遵守国家和当地的安全法规

1范围

本标准的目的在于提供一个简明的导则，用于对经过处理的天然气气源中有代表性样品的采集和

处理。它还包括取样应考虑的原则、探头的位置以及取样设备处理和设计的各项导则。

本标准涉及点取样、组合取样(累积取样)和连续取样系统。

本标准考虑了气流中氧、硫化氢、空气、氮、二氧化碳等组分。

本标准不包括液相或多相流体的取样。

如果存在痕量液体，例如甘醇和压缩机油，则被视为干扰杂质，而非取样汽体的一部分，应将它们除

去，以保护取样及分析设备不被污染。

本标准可用于交接计量系统和输配计量系统。

2定义

本标准采用如下定义。

2.1直接取样directsampling

在取样介质与分析单元直接相连接的情况下的取样。

2.2移动活塞气瓶floating-pistoncylinder

移动活塞气瓶是一种内部装有一个可移动活塞的容器，活塞用来隔离样品与缓冲气体。活塞两边的

压力保持平衡。

2.3流量比累积取样器flow-proportionalincrementalsampler

国家质f技术监仔局1999一05一17批准‘1999-12一01实施

GB/'r13609-1999

流量比累积取样器是在一定的时间间隔内，以与气源管道气流流量成比例的速率采集样品的取样

2S.4a

高压天然气hig卜pressurenaturalgas

高压天然气是指气体压力在0.2MPa以上的天然气。

25.烃露点hydrocarbondewpoint

烃露点是指在给定压力下，烃类蒸气开始凝析时的温度。

肠累积取样器incrementalsampler

累积取样器采集一系列点样并汇集成一个组合样品。

27间接取样indirectsampling

在取样介质与分析单元没有直接相连的情况下进行的取样。

洲液体分离器liquidseparator

样品管道内用来收集析出液体的一种装置。

八

，3

.

L低压天然气low-pressurenaturalgas

是指压力在0^-0.2MPa之间的天然气。

乃月n

.

‘

L.1U吹扫时间purgingtime

用样品气吹扫装置所用的时间。

，‘月

.卫

….es

L代表性样品representativesample

将被取的天然气视为一个均匀的整体时，与其具有相同组成的样品就是代表性样品。

八月C

1.乙

﹄.停留时间residencetime

样品通过装置所用的时间。

八月八

产.」

.

~反凝析retrogradecondensation

反常行为描述了烃类气体混合物，如天然气的非理想的相性质。反凝析是指烃类气体混合物在一个

特定的压力和温度下将生成重烃的液相，在相同温度下，压力高于或低于此特定压力时，混合物仍保持

单相的气体状态(见5.2),

2.14样品容器samplecontainer

当需要间接取样时，用来收集气体样品的容器。

2.15取样导管sampleline

用来将气样传输到取样点的导管。它可能还包括为运翰及分析样品作准备而需要的装置。

2.16取样探头sampleprobe

插人气体管道，另一端与取样导管相连接的装it.

2.17取样点samplepoint

能够从其中采集到有代表性样品的气流内的一个部位。

2.18点样、potsample

点样是指在规定时间在规定地点从气流采集的具有规定体积的样品。

2.19传输导管transferline

用来将待分析的样品从取样点引导到分析单元的管道。

2.20水露点waterdewpoint

水露点是指在给定压力下水燕气开始发生凝析时的温度。

3取样原则

3.1取样方法

取样的主要作用是获得足够量的有代表性的气体样品。

取样主要分为直接取样和间接取样，取样的分类示意图见图1,

Gs/T13609-1999

直接取样方法中，样品直接从气源输送到分析单元。

间接取样方法中，样品在转移到分析单元之前被贮存在容器内。

间接取样方法的主要类型有取点样和取累积样。

由天然气分析获得的所需的数据可分为两种基本类型:平均值和限定值。

图1直接和间接取样方法分类示意图

3.1.1平均值

一个典型的例子是发热量。气体交接过程中要求给出时间或流盘的平均发热量。一般由商业协议

确定求平均值的时间周期和方法。

3.1.2限定值

大多数的天然气交接合同中包括关于气体组成和气体性质技术指标的限定值.可以采用直接取样，

经常也需要采用间接取样。

3.2取样频率

本条给出了建立取样频率的准则。取样频率基本上是一个经验性的问题。气流过去的物性情况和

预期(系统性)的变化决定取样频率。

一般来说，管输天然气组成在每日、每周、每月、每半年或每个季节会发生变化。组成也会因气体处

理装置和气藏的变化而发生变化。在选择取样间隔时应考虑与环境和操作方面相关的所有因素。

在本段所用统计方法应与经验上的判断相符合。

在此要求的取样频率是指为获得有意义的结果，在某个特定的时间周期内应采集的样品数。

计算样品数的公式如下:

n/l，一‘·音

式中:d-要求的误差限;

n—样品数;

s-标准偏差;

t—t因子(见附录G的表G1),

这个公式可用迭代法来解。初始t值是个估计值，用于计算出:的修正值、再用此n值计算出新的t

值。误差限、样品数和标准偏差是在同一时间周期内获得的。

3.2.1误差限

误差限有两种不同的情况。一种情况与平均值的确定有关。在大多数天然气交接合同中，这些值都

作为准确度指标给出。

另一种情况与限定值的确定有关。天然气交接合同规定了各种限制，但很少给出准确度的指标。这

种情况下，最新的测定值或过去一年的平均值与限定值之差便可作为误差限。

3.2.2样品数

样品数是指在一确定的时间周期内所采集样品的数目。它与累积取样的各种分样品是相同的。

Ga/T13609-1999

r因子

I2一‘

因子只适用有限体积样品，它可从标准统计表中查到。其值取决于置信度(一般为95%)和“自由

度”。自由度在此处取值为测量次数减1，即((n-1),

示例1:测定月平均发热量应采集的样品数

d=0.4%(天然气交接合同中要求的月平均值的误差限)

s=0.6%(估计的一个月内的变化情况)

第一次估算，取n=7o

当自由度为6，单侧置信度为。.975(相当于两侧置信度为。95)，查表G1得:t=2.45

刀’一“2.45X00..46

n=14

第一次迭代，取n=14，重新计算;

当自由度为13，单侧置信度为。.975(相当于两侧置信度为。.95),查表G1得:t=2.16

nv2=2.16X06..466

n=11

第二次迭代，取n=11，重新计算

当自由度为10，单侧置信度为。.975(相当于两侧置信度为0.95)，查表G1得:t=2.23

n'/2=2.23X_00.._46

n=11

示例2:测定总硫应采集的样品数

上次测定值为20mg/m'，合同限定值为50mg/m',

d=30mg/m'(天然气交接合同中限定值与上次测定值之差)

s=10mg/m'(过去一年中)点样的标准偏差

当(。一1)取为2,置信水平为95%时，查表G1得:t=4.30

n'/2一4-30X韶

n=2

重新计算表明2个样品不够，所以要取3个样品。

4取样的安全要求

4.1总则

取样以及样品处理应当遵循国家和企业有关的各种安全法规。

如果没有合适的规程，应建立详细的操作规程，也应当建立设备的详细说明。

有关人员应接受适当的培训，使之达到能够承担必要责任的水平。

4.2人员

负责取样的部门和班组人员应确知能在有关的安全规程之内完成取样。

执行取样和安装取样设备的人员应经过必要的培训，使之能够估计出潜在的危险。

以上人员应有权制止不适当的或不安全的取样或取样设备的安装。

4.3设备

用于高压天然气取样的设备应定期进行检查和检定。

相关文件应齐全有效。

取样设备的设计应满足有关的取样条件，如压力、温度、腐蚀性、流t、化学相容性、振动、热膨胀与

Gs/T13609一1999

收缩等

玻璃容器不能在压力下使用

在运输和存放过程中气瓶上应装有盖帽。

气瓶应永久性地标明其容积、工作压力和试验压力。

气瓶的试验压力应至少是工作压力的1.5倍。

在运输与存放过程中要保护气瓶不被损坏。应为各种不同型号气瓶设计运输箱。

气瓶上还应配有提供相关信息的标签，并防止标签磨损脱落。

气瓶及其附件应定期进行检查并试漏。

固定的传输和取样导管应正确保管。有可能破裂的连接处应便于试漏。气体出口应安装双重的截

止阀和泄压阀。当气瓶不用时，应装好盖帽。

应限制高压软管的使用，严格按照产品说明进行安全操作。传输导管能被固体或液体污染物堵塞，

所以在“再打开”这些管道时应采取特别保护措施。这种操作只能由具有取样资格的合格人员来进行。

传输导管的切断阀应尽可能靠近气源安装。取样探头应配备一个切断阀

取样使用的相关的电气设备应获得批准。

应避免使用可能产生静电的设备。

应避免使用可能产生火花的设备或工具。

4.4易燃性

为了防止火灾或爆炸，在气体处于可燃烧浓度(天然气约为4环-i6%)的区域内，应遵循下列限

制:

禁用明火。

禁止吸烟。

禁止使用可能产生火花的设备与工具

禁止使用操作温度高于气体混合物自燃点的设备，天然气自燃点一般高于400'C,

禁止使用能与气体剧烈反应的化学试剂。

禁止发动火花点火式马达。

应充分通风，以防止可燃性气体大量聚积。

传输导管的吹扫应直接引向“安全区，’(如开阔地带)。人工取(点)样时，在取样地点释放的气体应限

制到最小量。

与取样点相关的要害地点应使用气体检测器。

应备有便于得到的手动或自动灭火设备。

取样人员应经过在发生火灾时能做出正确的反应的培训。

4.5个人防护装备

应配备必需的个人防护装备。不同地方对防护装备的需求不尽相同，但应考虑到以下因素:

气体中含有毒或刺激性组分(如硫化氢、氛、汞、芳香烃等)时，要求使用防毒面罩，供应新鲜空气，配

备防护手套及有害组分监侧器。

对于高压气取样，可能需要使用护目镜和面罩。还应使用压力表来显示系统压力，使用泄漏检测器

来检查系统是否泄漏。

为了防火，操作人员应穿戴防火服(围裙、连衣裤、实验服)。另外还应配备烟雾防护面罩。

4.6运输

含有带压气样的取样瓶运输时应遵循有关法规。

气瓶应装在运输箱内保护起来，否则可能损坏气瓶本身及阀、压力表等。

运输过程中还应防止气瓶的温度剧烈变化，避免造成超压或样品凝析。

装运箱还应按规定配有合适的标记。

GB/T13609-1999

5技术因素

5.1流动特性

管道内的流动可能是层流，也可能是紊流。然而，在取样系统中应避免层流出现。层流可以是单相

或多相的。大多数气流是单相紊流。当流体接近饱和状态时气体管道中也可能产生两相紊流。

例如，从气液分离器出来的流体接近气体露点，管道温度下降将会造成凝析的发生，从而产生两相

流。

从配气站出来的天然气可能发生管道内的气体没有完全混和均匀的情况。

如果组成不是完全均匀的，用静态混合器能够提高其均匀性。

5.1.1层流

层流在通常情况下不会在气体管道内出现，因为气体的低粘度和高流速足以保证不会产生层流。然

而，取样系统的设计应避免层流的产生。

5.1.2紊流

通常，在取样系统和气体管道内，紊流是有利的，因为紊流可使流体混合均匀。

5.1.3两相流

本标准的各项导则中没有涉及两相(气液)混合物的取样问题，而且在任何时候都应尽可能避免。

目前的天然气取样技术还不能以合理的准确度解决这个问题。

5.2凝析与再气化

天然气凝析行为相当复杂。图z给出了天然气压力温度相图的示例。曲线的形状取决于气体组成。

如图2所示，在临界点和正常的操作条件之间，相边界是一个复杂的函数。当调节气体压力或温度

进人相边界时，就可能发生“反凝析”。

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·一·—由35℃开怡冷却

——由25.C开怕冷却

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图2天然气压力和温度的相图示例

Gs/T13609-1999

样品开始分析之前至少应加热至比样品源温度高出1o0c。如果不知道样品源温度时，则应将样品

至少加热至100'C，为了确保可能存在的凝析物再气化，应加热2h，如果需要，加热时间可以更长

5.2.1凝析问题示例

图2给出了关于如何产生凝析问题的示例。管道内气压为Po，如果初始温度为一1o0c，将气体等温

膨胀(即降低压力)，它就会沿着图中的竖线接近分析时的压力P,。气体在P。处于稳定的单相状态，并

且继续保持这种状态直至P-P，处于两相区的边界上。在P:和压力较低的P3之间是气体与凝析液体

共存的两相区。在这个区域内，气相和液相的相对数量，以及它们的组成是连续变化的。在低于P3，一直

到P}的压力下，流体以气相再次出现。

与此相反，对一个初始压力为P}的气瓶等温充气至Po，当压力经过P。时，瓶内会出现两相理论上

在P2这两相又会重新合二为一，但这个过程相当慢，而且从两相共存的气瓶内放出的任何气样都不具

有代表性，而且气样的放出还会改变保留在瓶内样品的组成。

采用带压移动活塞气瓶，使样品保持在不发生凝析的条件下，是避免产生凝析的一种方法。

事实上，在膨胀过程中，由于焦耳一汤普森效应，气体温度会降低。图2表示某气体的相态。该气体

的初始温度为25'C，初始压力为10MPa,膨胀后，在压力P3下将冷却到一10`C以下，该气体将经过两相

区，从而发生凝析。要想在到达P,(分析压力)时不进人两相区，初始温度应达到35Co

5.2.2样品采集之后的凝析

样品容器内的样品在运输过程或在实验室等候分析的过程中有可能发生部分凝析。高压气体样品

容器和与分析单元相连的管道，在分析之前都应进行加热。加热时间和温度应足以保证任何凝析烃在开

始分析前全部重新气化。

5.2.3取样探头处的滴落

取样导管内的液体重烃或凝析物滴回到主气流后，会降低气体测得量的发热量。这种现象可由记录

图上的日夜正弦波效应得到证实。由于白天较热，记录的发热量较高，而夜间温度较低，记录的发热量也

较低。

5.2.4加热和保温

为了避免出现凝析，取样系统的样品处理装置的温度在任何压力下都应高于气体的露点。而且如图

2阮示，气体还应进行预热。·

5.3吸附和解吸

某些气体组分被吸附到固体表面或从固体表面解吸的过程称为吸附效应。有些气体组分和固体之

间的吸引力是纯物理性的，它取决于参与此过程的各种材料的性质。

天然气中可能含有几种强吸附效应的组分。在测定痕量重烃或杂质时应特