在以前體積計(jì)量、計(jì)價(jià)和結(jié)算的情況下，天然氣組成的誤差主要影響工況壓縮因子和標(biāo)況壓縮因子，對(duì)標(biāo)況壓縮因子的影響幾乎可以忽略不計(jì)，對(duì)工況壓縮因子影響的數(shù)量級(jí)大約在十萬(wàn)分之一至萬(wàn)分之一之間?；谶@樣的原因，可以說(shuō)天然氣計(jì)量站安裝的組成分析設(shè)備，其管理遠(yuǎn)未得到足夠的重視，大量現(xiàn)場(chǎng)安裝的氣相色譜儀都處于不太健康的工作狀況下，是不能達(dá)到未來(lái)能量計(jì)量方式實(shí)施要求的。

要說(shuō)明目前計(jì)量站現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備管理存在的問(wèn)題，需要先搞清楚它的工作原理。目前的天然氣計(jì)量站一般安裝的典型組成分析系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)和工作原理見(jiàn)下圖：

典型組成分析系統(tǒng)（氣相色譜儀）結(jié)構(gòu)和工作原理

由圖中可以看到，關(guān)鍵之處有以下幾個(gè)方面：

一、有的氣相色譜系統(tǒng)（典型的如愛(ài)默生公司的Daniel系列色譜），其標(biāo)準(zhǔn)氣和樣氣通過(guò)換向閥控制，確定哪一路氣體進(jìn)入色譜儀分析，而有的系統(tǒng)則通過(guò)不同的氣路接入分析儀；

二、有的計(jì)量站的色譜儀在標(biāo)準(zhǔn)氣入口和樣氣入口均安裝有過(guò)濾短節(jié)，而有的系統(tǒng)卻未安裝，而安裝了過(guò)濾短節(jié)的，往往也未按照儀器的運(yùn)行要求，按照半年至一年的周期進(jìn)行定期更換；

三、色譜分析儀的主體中，有的系統(tǒng)分為不同的模塊（如Elster公司的色譜儀），分別處理不同的組分，而有的系統(tǒng)則沒(méi)有明確的模塊劃分（如艾默生公司的色譜儀），但不管哪種模式，都有切換閥和膜片，用于將氣體各組分導(dǎo)入不同的色譜柱和檢測(cè)器進(jìn)行分析和定量；

四、在色譜柱中，有流動(dòng)相和固定相，天然氣中的各個(gè)組分根據(jù)在兩相之間交換和停留時(shí)間的不同，最終會(huì)以不同的時(shí)間到達(dá)色譜柱出口，進(jìn)入檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)器中電流的變化進(jìn)行定量，通過(guò)不同組分的出峰時(shí)間進(jìn)行定性。

相應(yīng)地，可能引發(fā)的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)：

一、換向閥門(mén)封閉不嚴(yán)，則發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)氣和樣氣混合的情況，從而造成校正因子偏差（具體影響后面分析），進(jìn)而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度；

二、過(guò)濾短節(jié)使用過(guò)久，失去過(guò)濾效果，造成管道中的雜質(zhì)，如高碳烴類、芳香烴、油脂等進(jìn)入色譜柱，并在其中富集，由于在線色譜儀的柱箱溫度最高只有80℃左右，其中富集的雜質(zhì)很難氣化排出，持續(xù)施放，造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)；

三、切換閥和膜片密封不嚴(yán)，造成空氣混入、樣氣與標(biāo)氣混合，同樣會(huì)影響校正因子及檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

組成分析系統(tǒng)的定值原理如下，一般均假設(shè)儀器對(duì)天然氣中各組分的檢測(cè)響應(yīng)函數(shù)為一通過(guò)原點(diǎn)的直線，即如下圖所示：

其中：y為儀器的響應(yīng)值（一般以峰面積表示），而x為天然氣中某個(gè)組分的濃度，k為直線的斜率（即儀器的響應(yīng)因子）。

一般現(xiàn)場(chǎng)均配備一瓶標(biāo)準(zhǔn)氣，其作用即為給定x的值，由此求得k的值，從而在測(cè)定樣氣組成時(shí)，以這個(gè)響應(yīng)因子k和儀器測(cè)得的響應(yīng)值y來(lái)計(jì)算得到組分濃度x。

但不幸的是，現(xiàn)場(chǎng)的儀器由于運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題，比如閥門(mén)內(nèi)漏、空氣混入、色譜柱內(nèi)殘留污染物持續(xù)施放等各種因素的影響，其響應(yīng)函數(shù)往往是不通過(guò)原點(diǎn)的，即直線的截距不為0，如下圖所示：

實(shí)際上，在現(xiàn)場(chǎng)以載氣（通常是氦氣）通入儀器進(jìn)行檢測(cè)，往往在吹掃一個(gè)小時(shí)甚至兩個(gè)小時(shí)后，仍會(huì)有各種組分的色譜峰殘留。此時(shí)，仍以公式y(tǒng)=kx計(jì)算校正因子k，并通過(guò)這個(gè)k值計(jì)算組成含量，當(dāng)然會(huì)造成誤差（具體的誤差數(shù)值需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行評(píng)估，不同儀器結(jié)果不同，此處不給出具體值），從而給單位發(fā)熱量、壓縮因子、密度、相對(duì)密度等物性參數(shù)的計(jì)算結(jié)果引入相應(yīng)的誤差。如前所述，組成含量的誤差對(duì)體積量的影響一般在萬(wàn)分位以下（小數(shù)點(diǎn)以后第4位），但對(duì)發(fā)熱量的影響可能會(huì)在百分位甚至十分位（小數(shù)點(diǎn)以后第2位甚至第1位），這樣可能為正也可能為負(fù)的不可控誤差，對(duì)于能量計(jì)量情況下的大貿(mào)易量交易當(dāng)然是不可接受的。

更進(jìn)一步，在多數(shù)情況下，組成分析系統(tǒng)對(duì)各個(gè)組分的響應(yīng)曲線甚至可能不是直線，或者說(shuō)在一個(gè)較大的測(cè)量范圍內(nèi)，不可能為直線，如下圖所示：

其中藍(lán)色豎線表示標(biāo)準(zhǔn)氣和樣品氣組成相差較遠(yuǎn)時(shí)可能發(fā)生的情況（其中存在較大的非線性誤差），紅色表示兩者相距較近時(shí)的情況。

所以GB/T 13610和GB/T 27894系列標(biāo)準(zhǔn)（對(duì)應(yīng)ISO 6974）中均對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣的組成含量提出要求：標(biāo)準(zhǔn)氣的組成與樣氣組成含量應(yīng)盡量接近，最大不能超過(guò)樣氣含量的2倍，最小不能低于樣氣含量的1/2。對(duì)于氣質(zhì)變化較大的計(jì)量站，配備一瓶標(biāo)準(zhǔn)氣往往不能達(dá)到要求，配備多瓶標(biāo)準(zhǔn)氣，其管理難度則會(huì)大幅度增加。

因此，GB/T 28766-2018《天然氣分析系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)（對(duì)應(yīng)ISO 10723-2012）》特別增強(qiáng)了對(duì)組成分析設(shè)備性能評(píng)價(jià)過(guò)程中的儀器響應(yīng)函數(shù)考察，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，代入公式/軟件進(jìn)行計(jì)算分析，給出儀器真實(shí)響應(yīng)函數(shù)，以及在給定測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量不確定度。

但遺憾的是，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的組成分析儀器往往不具備設(shè)置各組分響應(yīng)函數(shù)的功能，因此需要通過(guò)流量計(jì)算機(jī)、上位機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的程序，通過(guò)讀取儀器給出的測(cè)量峰面積，代入程序計(jì)算，得到真實(shí)的組成含量測(cè)定結(jié)果，從而保證能夠得到準(zhǔn)確的單位發(fā)熱量等物性參數(shù)。

這樣做的好處是：在完成性能評(píng)價(jià)后，儀器一般應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性，其響應(yīng)函數(shù)在短期內(nèi)是不變的，則現(xiàn)場(chǎng)可以不再配備標(biāo)準(zhǔn)氣，只需要定期（如半年、一年或兩年，視儀器管理情況和樣氣的氣質(zhì)情況而定）對(duì)儀器開(kāi)展性能評(píng)價(jià)，對(duì)響應(yīng)函數(shù)的系數(shù)進(jìn)行修正即可。

因此，在天然氣能量計(jì)量方式實(shí)施前，貿(mào)易相關(guān)各方適當(dāng)增加組成分析設(shè)備的配備數(shù)量是一方面，對(duì)各自現(xiàn)有的分析系統(tǒng)開(kāi)展性能評(píng)價(jià)，掌握其運(yùn)行狀態(tài)，從而針對(duì)存在的問(wèn)題加強(qiáng)維護(hù)，提升管理水平，則是更為迫切需要開(kāi)展的工作。