一、天然氣熱值調控的必要性

目前，國際天然氣貿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標準熱值時，若仍以體積計量且不采取合適的熱值調控措施，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，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，管網內氣源的“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，盡管用戶同網同價，但由于天然氣熱值不同，結算會變得不準確，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品質量。因此，要求進入管網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控是十分必要且重要的。

2024年7月，中國標準化協會城鎮(zhèn)基礎設施分會立項，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。為實現這一目標，實時監(jiān)測摻混后的天然氣熱值至關重要，以便為前端摻混調控提供準確的數據支撐，從而實現燃氣摻混的精準控制。

二、天然氣熱值調控方法

天然氣熱值調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，但該方法在國內應用較少。目前，高壓氮氣注入法在天然氣行業(yè)內較為常見，其工藝流程大致為：空分氮氣經壓縮后進入靜態(tài)混合器，與LNG氣化天然氣或管道天然氣混合，經熱值調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據，并判斷其是否符合調控要求。若不符合，控制器便會調整調節(jié)閥的相對開度，進而調整進入靜態(tài)混合器的氮氣流量，以此來調整混合天然氣的熱值，確保熱值達到穩(wěn)定統一的標準，再將其輸送給終端用戶。

三、熱值測量挑戰(zhàn)

天然氣熱值調控工藝中，熱值測量是核心環(huán)節(jié)，直接決定調控的準確性和后續(xù)工藝的穩(wěn)定性。然而，實際應用中面臨多重技術挑戰(zhàn)，涉及氣源成分復雜性、熱值動態(tài)波動、熱值調控速度、現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，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)調整。而傳統間歇式測量方式（如每日抽樣）無法捕捉實時變化，導致調整滯后，因此需要采用在線式監(jiān)測設備實時監(jiān)測熱值數據。

熱值調控速度：由于不同氣源在調控過程中相互混合，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，調質出的天然氣的熱值精確度就越高。

現場工況復雜：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，導致數據漂移或誤報。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，以確保數據的準確性和可靠性。

四、燃氣熱值調控綜合解決方案

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和豐富的熱值在線監(jiān)測設備現場應用經驗，推出了一套專業(yè)的燃氣熱值調控解決方案。該方案運用熱值儀及超聲波流量計，并結合激光拉曼光譜（LRD）、非分光紅外（NDIR）、可調諧半導體激光吸收光譜（TDLAS）、超聲波等多種技術體系，實現了對摻混燃氣成分、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，提升生產效率，確保生產過程的安全性，并為前端摻混調控提供準確的數據支撐，從而實現燃氣摻混的精準控制。

燃氣熱值調控綜合解決方案

四方儀器的熱值儀產品系列豐富多樣，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，可同時在線測量多組分氣體，預處理系統簡單，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，對于CH4、CnHm等氣體的測量結果準確無誤，響應速度快，足以滿足絕大部分現場應用的實際需求。

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產品亮點

五、應用案例

5.1 海南某燃氣公司天然氣調控熱值監(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，實現了成本控制與經濟效益的雙贏。

現場圖片