2014年6月，ISO发布了ISO/TR 22302：2014《天然气-甲烷值计算》技术报告。此项技术报告是ISO/TC 193天然气技术委员会WG6工作组起草的，该工作组是中国专家担任工作组召集人。这是在天然气领域，由中国专家担任工作组召集人而完成的首个ISO技术报告。以下就技术报告的背景和主要内容进行解读和说明。
2003年，在ISO/TC 193召开的年会期间，中国代表团接受了承担TC 193甲烷值工作组召集人的工作。中国石油西南油气田公司天然气研究院主导编写的《天然气-甲烷值计算》国际技术报告由国际标准化组织在瑞士日内瓦正式发布。这是我国在天然气标准化领域主导编写的首份国际技术报告。
此项技术报告之所以耗费较长的时间，分歧主要为, 目前在欧洲主要采用奥地利AVL公司提出的计算方法，但AVL只提供商用软件，不公开其计算模型。在北美主要采用美国气体研究院(GRI)提出的计算方法。在编制过程中，起草组在缺少AVL方法的情况下，只能根据欧洲、中国和泰国提供的天然气组成数据，采用GRI的两种方法计算了甲烷值及其差值，并指出计算方法的限定范围。
ISO/TR 22302：2014规定了已知气体摩尔组成的干天然气的甲烷值(MN，methane number)的计算方法。
美国气体研究院(GRI)方法用来计算气体的甲烷值(MN)和马达法辛烷值(MON，motor octane number)，线性关系适用于甲烷含量高的天然气抗爆性的比较和测量。
甲烷值(MN)：衡量气体燃料抗爆性的指标，在标准规定的爆震试验条件下，具有相同的爆震趋势的气体燃料具有相同的爆震指标。规定纯甲烷作为抗爆性标准燃料，纯甲烷的甲烷值为100，而纯氢气作为不抗爆性标准燃料，纯氢气的甲烷值为0。
马达法辛烷值(MON)：对火花点火发动机燃料的抗爆值是用ASTM D 2700-2007《火花点火发动机燃料的马达法辛烷值的试验方法》规定的标准试验方法，在规定条件下的标准发动机试验中，将该燃料与标准燃料混合物的爆震倾向进行比较而测定的。
GRI采用ASTM D 2700-2007规定的辛烷值评定方法计算天然气燃料的马达法辛烷值(MON)。以下推导了两个数学关联式来计算MON。
使用天然气组成计算MON的公式如下：
式中, xi为组分i的摩尔分数。
各组分的代号和名称见表 1。
使用氢碳比计算MON的公式如下：
式中, R为气体燃料氢原子与碳原子数目的比值。
在GRI用于辛烷值试验的气体燃料的源组成数据中，重烃组分是丁烷。实际上，对于真实气体，重烃可能是C6+, 甚至为C8。如果考虑丁烷以上的重烃，氢碳比可能不同。不仅需考虑比丁烷轻的烃组分，还应考虑所有烃组分。
使用MON计算MN，以及使用MN计算MON的公式如下：
式(3)和式(4)不是完全线性的，因此这两个关联式相互间并不是完全可逆的。
目前, 奥地利AVL公司还开发了一种计算甲烷值的方法[1]。虽然, AVL方法在欧洲得到广泛的应用，但由于涉及到AVL公司的知识产权，AVL只提供商业软件，而不公开其计算公式。因此，在ISO技术报告中就不能提供AVL方法计算的甲烷值。
如果已知气体燃料的摩尔组成，则可计算甲烷值。因为有两个不同方程计算辛烷值, 所以气体有两个甲烷值，在计算报告中应报出两个结果。对同一个天然气组成，分别用组成法和氢碳比法计算其甲烷值，如果两个结果相差超过10个点，则应考虑两种计算甲烷值方法是可疑的。
根据Jacob Klimstra的报道，大多数欧洲天然气的甲烷值为65~100[2]。在发动机试验中, 如果甲烷值减少约10个点，抗爆性的压缩比将随之减少1个点。因此，如果两种天然气的甲烷值差值超过了10个点，就应该考虑这两种天然气是否可以互换[3]。
在ISO/TR 22302：2014的附录A中，给出了包括纯甲烷在内的多个样品的组成数据和使用组成数据计算的氢碳比值(见表 2)。表 2给出了GRI用于辛烷值评定试验的气体燃料源组成数据。表 3是使用GRI法计算MON时，其适用的各组分浓度限值。在此限值内，可使用GRI给出的两种方法进行天然气甲烷值的计算。
SO/TR 22302：2014的附录B给出了部分典型天然气组成进行不同指标计算的计算结果。根据欧洲、中国和泰国提供的气体组成数据，分别计算了这些气体由组成法和氢碳比法获得的甲烷值，计算了两种方法之间甲烷值的差值。根据GB/T 13611-2006《城镇燃气分类和基本特性》计算了在101.325 kPa、15 ℃条件下的沃泊指数，并由此划分了燃气类别[4]。计算结果见表 4和表 5(丁烷以上组分按丁烷计，二氧化碳不计入氢碳比计算)。沃泊指数和燃气类别是根据GB/T 13611-2006计算获得的，这些是ISO/TR 22302：2014中没有给出的数据。
由表 4和表 5中的数据可看出，相同气体用两种不同方法计算获取的甲烷值是存在一定偏差的。同一组分的天然气采用不同方法计算的甲烷值差值超过6个点，则说明计算法有疑问，可能是组分的含量超出了限定的范围。表 4和表 5中甲烷值之间的差值超过6个点，说明其组分含量超出了限定的范围。ISO/TR 22302：2014对其原因进行了分析，甲烷值差值大于6个点的原因列于表 6和表 7。此外，ISO/TR 22302：2014还列出了计算各甲烷值的组成数据(具体数据详见该技术报告)。
在发动机试验中, 如果甲烷值减少约10个点，抗爆性的压缩比将随之减少1个点。因此，两种计算方法计算的甲烷值若相差不大于6个点，就可认为这两种方法是一致的。
欧洲的天然气计算的甲烷值差值超过6个点的有9个，全部是氮气的含量超过了限定值。其中，有一个是二氧化碳含量同时超过限定值，有3个是掺混了调峰用的液化石油气，其特征就是含有较高的丙烷和/或丁烷，同时还混有接近20%的空气(氮气和氧气)。
中国和泰国的天然气计算的甲烷值差值超过6个点的有6个。其中，有两个是二氧化碳含量超过1.8%、一个是氮气的含量大于3.5%、一个是氮气和二氧化碳含量同时超过限定值、还有两个是丁烷及更重组分的含量超过限定值。
甲烷值是天然气作为汽车燃料时表征其抗爆性的一项指标，它是与汽油辛烷值相对应的指标。甲烷值对以天然气为燃料的汽车而言并不敏感，如果甲烷值减少约10个点，抗爆性的压缩比将随之减少1个点。因此，对于以天然气为燃料的汽车，其甲烷值的大小就不像汽油那样分成若干个牌号。这也是甲烷值只采用计算法而未开发出类似汽油那样的辛烷值测定方法的原因所在。
一般情况下，天然气作为汽车燃料时，其甲烷值是稳定的。当采用液化石油气和空气作为调峰气时，可能会影响发动机的使用。当气体中含有较多氮气和二氧化碳时，这主要是气源引起的，这类气体如果是区域性的供给，应提醒汽车的制造商和使用此类天然气的汽车用户注意。对于绝大部分天然气而言，两种甲烷值计算法产生的差异不影响车用天然气抗爆性。当采用GRI两种方法计算的甲烷值差值大于6个点时，则意味着天然气的组成超过了其限定的范围。这种情况通常只是在极端条件下才会出现。这些极端条件主要指天然气中高含二氧化碳、高含氮气或混入调峰用的液化石油气等情况。这时对汽车性能可能产生一定的影响，其影响的利弊目前还不清楚，在此只是提醒使用者，甲烷值也是影响因素之一。
2015, Vol. 44 Issue (4): 97-100, 113
2015, Vol. 44 Issue (4): 97-100, 113