CAC-Khí hiệu chuẩn tốt-Dành cho ngành khí tự nhiên và LNG

Khí hiệu chuẩn tốt là hỗn hợp khí tham chiếu được sử dụng làm chất chuẩn so sánh trong việc hiệu chuẩn các thiết bị phân tích, chẳng hạn như máy phân tích khí, máy sắc ký khí hoặc các thiết bị đo khí khác. Nếu điều quan trọng là thiết bị có khả năng thực hiện các phép đo tốt thì tiêu chuẩn tham chiếu được sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị cũng quan trọng không kém. 

Trong suốt bài viết này, chúng tôi xem xét điều gì tạo nên một loại khí hiệu chuẩn tốt, những lợi ích mà nó mang lại và tất cả những điều đó liên quan đến việc đo lường Khí tự nhiên hoặc LNG như thế nào.

Khí tự nhiên là gì?

Khí tự nhiên là một loại nhiên liệu hóa thạch có rất nhiều trên toàn thế giới. Nó không màu và ở dạng thô bao gồm chủ yếu là metan với một lượng nhỏ khí trơ, lưu huỳnh và các hydrocacbon khác.

LNG là gì?

LNG là từ viết tắt của Khí tự nhiên hóa lỏng. Để hóa lỏng khí tự nhiên, nó được làm lạnh đến -<162*C. Ở nhiệt độ này, khí đã chuyển sang pha lỏng. Sau khi hóa lỏng, LNG chiếm thể tích ít hơn khoảng 600 lần so với Khí tự nhiên.

Chất lượng khí là gì?

Khí tự nhiên được tạo thành từ một số loại khí thành phần và do đó có thể thay đổi tự nhiên. Sự không nhất quán này ảnh hưởng đến năng lượng chứa trong một thể tích khí nhất định. 

Chất lượng khí được mô tả phổ biến nhất dựa trên các phép đo được thực hiện về giá trị gia nhiệt, còn được gọi là giá trị nhiệt lượng, Chỉ số Wobbe và mật độ tương đối, cùng nhiều giá trị khác.

Tại sao chúng ta đo chất lượng khí?

Chất lượng khí đốt được đo chủ yếu cho mục đích tài chính. Đo lường tài chính theo thuật ngữ chung có nghĩa là “đo lường bằng tiền” và có thể được thực hiện cho mục đích phân bổ hoặc chuyển giao quyền giám hộ. 

Phân bổ là sự phân phối số lượng sản phẩm giữa các bên theo phần vốn chủ sở hữu của họ.

Việc chuyển giao quyền giám hộ thường được thực hiện theo hợp đồng. Điểm chuyển giao quyền nuôi con không nhất thiết hàm ý sự thay đổi quyền sở hữu. Có thể tại thời điểm này, việc đo khí tự nhiên được thực hiện để đảm bảo rằng nghĩa vụ theo hợp đồng giữa người mua và người bán được đáp ứng.

Nghĩa vụ có thể yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn về độ chính xác, tuyến tính, độ lặp lại hoặc độ không chắc chắn như được xác định bởi các tiêu chuẩn đo lường mà họ đã đồng ý thực hiện.

Làm thế nào để chúng ta đo lường chất lượng khí đốt?

Chất lượng khí được đo phổ biến nhất bằng cách sử dụng Máy sắc ký khí.

Máy sắc ký khí được sử dụng để tách các thành phần của Khí tự nhiên sao cho mỗi thành phần chính có thể được định lượng. Quy trình nội bộ bao gồm các hệ thống con bơm mẫu, tách mẫu, phát hiện các thành phần và báo cáo kết quả.

Khí đo lường và hiệu chuẩn

Ở dạng đơn giản nhất, GC chỉ đơn giản là một bộ so sánh. Tương tự như một chiếc đồng hồ đeo tay chất lượng cao, sẽ chẳng có ích gì nếu nó được đặt sai thời gian!

Đối với phép đo tài chính về khí tự nhiên hoặc LNG, GC cần phải vừa chính xác vừa chính xác, nhưng độ chính xác chủ yếu chỉ dựa trên vật liệu tham chiếu (khí hiệu chuẩn).

Khí hiệu chuẩn là yếu tố chính quyết định độ chính xác của thiết bị.

Sự thiếu chính xác trong khí hiệu chuẩn sẽ tạo ra các phép đo sai dòng khí**. Độ không đảm bảo đo của cả vật liệu tham chiếu và thiết bị sẽ tăng lên và có thể ảnh hưởng đến kết quả hơn nữa.

Trong cả phép đo LNG và khí tự nhiên, GC thực chất là một máy tính tiền. Dữ liệu thu được từ công cụ cùng với dữ liệu về lưu lượng hoặc khối lượng sẽ xác định giá trị tài chính của sản phẩm.

Xem xét số tiền tài chính khổng lồ được trao tay trong các giao dịch này, điều cực kỳ quan trọng là phải đảm bảo thực hiện phép đo chính xác nhất.

Vì lý do này, sử dụng khí hiệu chuẩn chất lượng tốt nhất hiện có là một trong những phương pháp đơn giản, hiệu quả nhất và sẵn có để cải thiện phép đo và giảm độ không đảm bảo của bạn.

Điều gì tạo nên một loại khí hiệu chuẩn tốt?

Khi thảo luận về chất lượng của khí hiệu chuẩn, mối quan hệ giữa độ chính xác, độ chính xác và dung sai thường bị nhầm lẫn. 

Nói chung, độ chính xác đề cập đến mức độ gần của giá trị đo được với giá trị đã biết.

Độ chính xác đề cập đến mức độ gần nhau của hai hoặc nhiều phép đo. Độ chính xác không phụ thuộc vào độ chính xác, bạn có thể rất chính xác nhưng không chính xác và bạn cũng có thể rất chính xác nhưng không chính xác.

Khi nói về độ chính xác của các thành phần trong tiêu chuẩn khí hiệu chuẩn, thuật ngữ dung sai thường được sử dụng.

Dung sai là thuật ngữ dùng để mô tả khả năng của phương pháp sản xuất trong việc đáp ứng giá trị danh nghĩa được yêu cầu của người dùng cuối đối với từng thành phần. Nhà sản xuất sẽ nhắm tới giá trị được yêu cầu và dung sai sẽ xác định phạm vi mà giá trị này sẽ rơi vào.

Nếu đó là khí tiêu chuẩn có chất lượng tốt thì mỗi thành phần sẽ được phân tích bằng GC để xác minh giá trị này.  

Ví dụ: nếu người dùng cuối yêu cầu một thành phần là 10ppm và quy trình sản xuất có dung sai +/- 2% thì giá trị đo cuối cùng có thể nằm trong khoảng từ 8ppm đến 12ppm và vẫn được coi là nằm trong dung sai. Giả sử giá trị đo được là 9ppm.

Tiếp theo, độ không đảm bảo phân tích phải được xem xét. Phân tích không chắc chắn đề cập đến độ chính xác của giá trị đo được. Trong ví dụ của chúng tôi, nếu độ không đảm bảo của phép đo là +/- 1% thì ‘giá trị thực’ sẽ nằm trong khoảng từ 8,91ppm đến 9,09ppm.

Khí hiệu chuẩn chất lượng tốt phải luôn liệt kê giá trị phân tích và độ không đảm bảo trên giá trị đó. Nếu dung sai là +/-1% nhưng độ không đảm bảo phân tích là +/-30% thì giá trị thực là bao nhiêu? 

Nhiều chứng chỉ tiêu chuẩn tham chiếu sẽ chỉ nêu rõ độ không đảm bảo chung, thống nhất trên tất cả các thành phần, được xác định mà không cần thực hiện bất kỳ phân tích nào. 

Các đặc tính khác nhau của từng hợp chất trong hỗn hợp khí khiến cho mỗi thành phần hầu như không thể có độ không đảm bảo đo giống nhau.

Các giá trị thành phần thường chỉ dựa trên các phép đo được thực hiện trong quá trình sản xuất và độ không đảm bảo dựa trên các yếu tố bao gồm dữ liệu lịch sử, độ không đảm bảo về trọng lượng và cân bằng hoặc phép đo áp suất/dòng chảy. Quá trình hình thành những điều không chắc chắn thường mơ hồ và không rõ ràng.

Tất nhiên, các phép đo và dữ liệu liên quan đến các bộ phận đi vào xi lanh là điểm khởi đầu tốt, nhưng những gì đi vào xi lanh không phải lúc nào cũng giống với những gì đi ra. Mặc dù có kỹ thuật chuẩn bị xi lanh tốt nhất, các phản ứng nhỏ giữa các thành phần vẫn có thể diễn ra bên trong xi lanh và nhiều tác động khác phải được xem xét, chẳng hạn như các hydrocacbon nặng hơn ‘dính’ vào thành bên trong.

Cách tốt nhất để đảm bảo phép đo chất lượng là đo những gì thực sự thoát ra khỏi xi lanh bằng cách sử dụng GC, được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn tham chiếu chính**. Khi so sánh các tiêu chuẩn khí cạnh nhau, hãy đảm bảo so sánh táo với táo và chuẩn bị đặt câu hỏi về thông tin được cung cấp trên giấy chứng nhận.

Điều gì có thể xảy ra với khí hiệu chuẩn?

Khí mê-tan được báo cáo là ‘Cân bằng’:

Xem xét khí tự nhiên được tạo thành chủ yếu từ khí mê-tan; nó là thành phần quan trọng nhất trong việc tính toán giá trị gia nhiệt và do đó là giá trị tài chính. Nhà sản xuất khí hiệu chuẩn chất lượng tốt sẽ nhận thức được rằng giá trị tham chiếu và độ không đảm bảo đo của khí mêtan là cần thiết để xác định độ không đảm bảo đo của phép đo chất lượng khí tổng thể.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, thành phần mêtan được gọi đơn giản là ‘sự cân bằng’ mà không đề cập đến lượng metan đo được trong chất chuẩn hoặc độ chính xác/dung sai/độ không đảm bảo của thành phần quan trọng nhất này. Với khí mê-tan được liệt kê đơn giản là ‘cân bằng’, chúng tôi không thể tin tưởng vào phép đo không chắc chắn của giá trị gia nhiệt và rủi ro tài chính mà cả người mua và người bán đều gặp phải khi giao dịch.

Độ không đảm bảo lớn hoặc không có:

Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng đo lường là một môn khoa học chính xác. Tất cả các phép đo chỉ là ước tính của giá trị thực được đo và giá trị thực không bao giờ có thể biết được. Cho dù cẩn thận hay chính xác đến đâu, mọi kết quả đo đều chứa một mức độ không chắc chắn độc lập. Vì vậy, nếu phép đo là quan trọng thì độ không đảm bảo đo cũng quan trọng không kém.

Năm 2013, Úc sản xuất khoảng 2.467 Peta Joule khí đốt và giá trung bình là 4,22 USD/Giga Joule, nâng tổng giá trị hàng năm lên khoảng 10.410.740.000 USD. Xem xét giới hạn độ không chắc chắn theo tiêu chuẩn ngành khi đo khí là 1%, độ không chắc chắn về tài chính đối với giao dịch này là khoảng 104.107.400 USD trong năm!

Nếu máy tính tiền của bạn, máy sắc ký khí, chỉ chính xác như khí hiệu chuẩn của bạn, thì có lý do là độ không chắc chắn của khí hiệu chuẩn càng thấp thì độ không chắc chắn trong rủi ro tài chính của bạn càng thấp. Nếu khí hiệu chuẩn không có độ không đảm bảo nào cả hoặc thậm chí là 1% trên tất cả các thành phần (rất khó xảy ra về mặt khoa học) thì không thể tính toán chính xác độ không đảm bảo đo này.

Đơn vị được sử dụng không phù hợp (thể tích% hoặc ppmv):

Khi thảo luận về lượng của từng thành phần trong hỗn hợp khí, điều quan trọng là sử dụng đúng đơn vị. Khi tìm kiếm loại khí hiệu chuẩn tốt, hãy đảm bảo các giá trị được báo cáo chỉ sử dụng mol và phần khối lượng (%mol/mol, ppm mol/mol)

Đơn vị thể tích (thể tích%, ppmv) không độc lập với nhiệt độ và áp suất. Bất kỳ thành phần nào được biểu thị bằng thể tích sẽ yêu cầu hiệu chỉnh độ nén theo nhiệt độ và áp suất. Điều này có thể trở nên phức tạp khi độ nén thay đổi theo thành phần và có thể ảnh hưởng đến hỗn hợp loại khí tự nhiên lên tới 10%.

Chỉ có phần mol và phần khối lượng là không phụ thuộc vào cả áp suất và nhiệt độ, nên không cần phải hiệu chỉnh gì cả.

Nhiệt độ thấp (vận chuyển, bảo quản, sử dụng):

Khí hiệu chuẩn chuẩn là hỗn hợp đồng nhất của các thành phần có cùng tỷ lệ các thành phần trong một mẫu nhất định.

Một sự tương tự tốt giống như một tách trà. Nếu bạn cho đường vào tách trà mà không khuấy, đường sẽ chìm xuống đáy. Khi bạn uống trà, lúc đầu nó sẽ có vị đắng và dần dần ngọt hơn khi bạn uống đến đáy. Trong trường hợp này, tách trà sẽ không phải là một hỗn hợp đồng nhất.

Tình huống tương tự có thể xảy ra với hỗn hợp khí hiệu chuẩn. Nếu không được trộn chính xác, các thành phần nhẹ hơn của hỗn hợp khí tự nhiên (Methane, Ethane, v.v.) sẽ ở trên cùng và thoát ra trước khi lấy mẫu và các thành phần nặng hơn sẽ ở bên trong, do đó không thể hiện rõ ràng mẫu.

Khi chuẩn bị khí hiệu chuẩn, nó sẽ được cuộn lại trong một khoảng thời gian sau khi trộn để đảm bảo nó đồng nhất, nhưng các tỷ lệ này có thể bị thay đổi khi tiếp xúc với nhiệt độ thấp trong quá trình vận chuyển và bảo quản.

Nếu khí hiệu chuẩn thành phần hydrocacbon tiếp xúc với nhiệt độ dưới nhiệt độ sử dụng tối thiểu thì các hydrocacbon nặng hơn có thể bắt đầu chuyển sang pha lỏng, khiến hỗn hợp khí ở dạng chuẩn khí hai pha, không đồng nhất. Nếu được sử dụng để hiệu chuẩn, thiết bị sẽ bị sai lệch đối với lượng hydrocacbon cao hơn và giá trị gia nhiệt cao hơn.**

Vì lý do này, điều quan trọng là khí hiệu chuẩn phải được cung cấp kèm theo sơ đồ pha**, phác thảo điểm sương của hydrocarbon. Bằng cách này, chúng tôi có thể xác định khi nào tiêu chuẩn đã tiếp xúc với nhiệt độ thấp và cả nhiệt độ sử dụng tối thiểu. Nếu quả thực ống trụ đã được tiếp xúc với nhiệt độ thấp thì điều quan trọng là chất chuẩn phải được làm ấm và cán đủ để đảm bảo hỗn hợp lại đồng nhất.

---