一、天然气热值调控的必要性

目前，国际天然气贸易多采用热值计价方式，以美元/百万英热（$/MMBtu）为计量单位；而我国天然气终端用户结算则多采用体积计价方式，以元/立方米（RMB/m³）为单位。在这种情况下，当进口的液化天然气（LNG）或管道天然气的热值高于国内标准热值时，若仍以体积计量且不采取合适的热值调控措施，就会导致燃气公司进口天然气的成本价格高，而销售天然气的价格相对较低，从而增加企业成本，不利于公司的长期经营和发展。

如果组分和热值差异较大的天然气同时进入管网，可能会引发一系列问题。首先，不同方位的用户燃具由于所用气源不同，实际热负荷会存在差异；其次，管网内气源的“分界面”动态变化，会使部分用户使用的气源种类频繁切换，导致燃具燃烧不稳定。此外，尽管用户同网同价，但由于天然气热值不同，结算会变得不准确，部分消费者的利益可能受到损害。对于陶瓷、玻璃及显像管生产等行业等对温度稳定性要求高的特殊用户来说，热值变化的气源还会影响产品质量。因此，要求进入管网的天然气具有相同的热值和燃烧特性，采用合理工艺对热值进行调控是十分必要且重要的。

2024年7月，中国标准化协会城镇基础设施分会立项，北京市煤气热力工程设计院有限公司牵头编制的《城镇燃气热值管理控制工程技术规程》（T/CAS 893-2024）获批发布，该标准提出通过按照一定配比混合高、低热值或无热值气体进行掺混调控，以使城镇燃气热值稳定在符合规范及用户需求范围内。为实现这一目标，实时监测掺混后的天然气热值至关重要，以便为前端掺混调控提供准确的数据支撑，从而实现燃气掺混的精准控制。

二、天然气热值调控方法

天然气热值调控是通过按一定比例混合高、低热值或无热值气体，将天然气热值调整至目标值。具体而言，若要升高天然气热值，可向其中掺入液化石油气（LPG）、轻烃气体等高热值气体；若要降低天然气热值，则可掺入氮气、空气或其他低热值气体（如混煤制气、沼气等）；此外还可采用轻烃分离法，分离出天然气中的乙烷、丙烷等高热值组分，从而降低热值，但该方法在国内应用较少。目前，高压氮气注入法在天然气行业内较为常见，其工艺流程大致为：空分氮气经压缩后进入静态混合器，与LNG气化天然气或管道天然气混合，经热值调控后的混合天然气最终输送给用户。

降低热值工艺流程图

该工艺在静态混合器出口处安装热值分析仪，可实时在线监测混合气的组成成分及热值。控制器会自动采集混合天然气的热值数据，并判断其是否符合调控要求。若不符合，控制器便会调整调节阀的相对开度，进而调整进入静态混合器的氮气流量，以此来调整混合天然气的热值，确保热值达到稳定统一的标准，再将其输送给终端用户。

三、热值测量挑战

天然气热值调控工艺中，热值测量是核心环节，直接决定调控的准确性和后续工艺的稳定性。然而，实际应用中面临多重技术挑战，涉及气源成分复杂性、热值动态波动、热值调控速度、现场工况复杂等多方面。以下是热值测量的主要挑战及分析：

气源成分复杂多变：天然气来源多样，包括常规气田、页岩气、煤层气、LNG等，成分差异大，主要包含甲烷、乙烷、丙烷、惰性气体等，这使得热值发生变化；此外，部分气源还含有杂质，如二氧化碳、氮气、硫化氢等，可能干扰热值测量。

热值动态波动频繁：由于不同气源在调控过程中相互混合，热值会随时间快速变化，同时用户端负荷波动也会引发热值需求的动态调整。而传统间歇式测量方式（如每日抽样）无法捕捉实时变化，导致调整滞后，因此需要采用在线式监测设备实时监测热值数据。

热值调控速度：由于不同气源在调控过程中相互混合，热值会随时间快速变化，因此热值仪的响应速度将直接影响到热值的控制，响应速度越快，越及时对热值控制就越容易，调质出的天然气的热值精确度就越高。

现场工况复杂：环境条件变化频繁，包括温度、压力、湿度的波动，设备容易受到外界干扰，导致数据漂移或误报。为此，热值监测设备需具备强大的抗干扰能力，能够在恶劣条件下长期稳定运行，并定期进行校准和维护，以确保数据的准确性和可靠性。

四、燃气热值调控综合解决方案

四方光电（武汉）仪器有限公司依托其先进的核心气体传感器技术和丰富的热值在线监测设备现场应用经验，推出了一套专业的燃气热值调控解决方案。该方案运用热值仪及超声波流量计，并结合激光拉曼光谱（LRD）、非分光红外（NDIR）、可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）、超声波等多种技术体系，实现了对掺混燃气成分、热值及流量的同步监测。助力燃气公司精确控制工艺流程，提升生产效率，确保生产过程的安全性，并为前端掺混调控提供准确的数据支撑，从而实现燃气掺混的精准控制。

燃气热值调控综合解决方案

四方仪器的热值仪产品系列丰富多样，能够满足不同客户的多样化应用需求。其中，高配版本的热值仪采用了先进的激光拉曼光谱技术，可同时在线测量多组分气体，预处理系统简单，维护成本低，无需载气、色谱柱等辅材，且具备秒级的快速响应能力，可以替代在线色谱仪。而中低配版本的热值仪则运用了TDLAS和NDIR技术，对于CH4、CnHm等气体的测量结果准确无误，响应速度快，足以满足绝大部分现场应用的实际需求。

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产品亮点

五、应用案例

5.1 海南某燃气公司天然气调控热值监测项目

本项目合作方为海南一家拥有多座天然气站的燃气公司，其上游供应的天然气包括沼气、液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）等；由于曾因燃气热值波动大导致大型用户投诉，该公司决定在燃气站实施掺混调控并精确监测混合后管道中的天然气组分浓度和热值，在对比评估进口燃烧式热值仪的高昂成本后，最终选择了四方仪器的Gasboard-3500红外气体分析仪（防爆型），该设备不仅满足热值测量和响应速度的高标准要求，还显著降低了采购和维护成本，实现了成本控制与经济效益的双赢。

现场图片