ISO 17507-12025 天然气 往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算 第1部分MNc法标准立项发展报告

天然气往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算第1部分：MNc法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Naturalgas—Calculationofmethanenumberofgaseousfuelsforreciprocatinginternalcombustionengines—Part1:MNcmethod摘要随着全球能源结构转型和天然气在分布式能源、燃气发电及交通运输领域的广泛应用，往复式内燃机对气体燃料的燃烧性能提出了更加严格的要求。甲烷数作为评价气体燃料抗爆性能的关键指标，直接影响内燃机的运行效率、排放水平和安全性能。国际标准化组织（ISO）于2025年12月9日正式发布ISO17507-1:2025《天然气往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算第1部分：MNc法》，旨在建立全球统一的气体燃料甲烷数计算方法框架。本报告系统介绍了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及推广应用前景。该标准基于MNc（ModifiedNumberforcombustion）方法，首次在国际层面统一了往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算流程和判定准则，填补了该领域国际标准的空白。标准的发布将有力促进天然气燃料质量的国际互认，推动燃气内燃机技术的进步和清洁能源的高效利用，对全球天然气贸易、设备制造及终端应用具有重要的指导意义。关键词：天然气；甲烷数；往复式内燃机；MNc法；国际标准；抗爆性能；气体燃料Keywords:Naturalgas;Methanenumber;Reciprocatinginternalcombustionengine;MNcmethod;Internationalstandard;Anti-knockperformance;Gaseousfuel一、引言在全球应对气候变化和推进能源清洁低碳转型的大背景下，天然气作为过渡性清洁能源的地位日益凸显。往复式内燃机是天然气利用的重要终端设备，广泛应用于分布式能源站、天然气发电、城市燃气调峰以及天然气动力船舶和车用领域。与传统的火花点火式汽油机不同，天然气内燃机对燃料的抗爆性能要求更为复杂。评价天然气抗爆性能的核心指标——甲烷数（MethaneNumber,MN），其计算方法的统一性和准确性直接关系到发动机设计、燃料适配和排放控制。长期以来，全球范围内缺乏统一的天然气甲烷数计算方法，不同国家和组织采用各自的技术路线和判定标准，导致同一气源的天然气在不同评价体系下得出差异显著的结果，制约了天然气国际贸易和跨区域技术交流。为破解这一技术壁垒，国际标准化组织天然气技术委员会（ISO/TC193）自2018年起启动甲烷数计算方法国际标准的制定工作，经过多年的技术论证和多方协调，最终形成ISO17507-1:2025标准并正式发布。二、标准立项背景与必要性2.1技术需求的迫切性往复式内燃机在运行过程中，燃料与空气的混合物在气缸内被压缩至高温高压状态，若燃料的抗爆性能不足，将引发爆震现象，导致发动机功率下降、热负荷增大、机械部件损坏和排放恶化。天然气作为一种组分复杂的气体燃料，其甲烷数受组分中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及惰性气体含量比例的综合影响。研究表明，不同来源的天燃气（如常规天然气、页岩气、煤层气、生物天然气及液化天然气气化气）之间的甲烷数差异可达20个以上，这对发动机的燃料适应性设计提出了严峻挑战。然而，世界各国在甲烷数的定义和计算方法上尚未达成共识。美国采用ASTMD976标准中的"MotorOctaneNumber"换算方法间接得出甲烷数；欧洲部分国家采用AVL公司的经验公式计算；另有研究机构采用化学动力学模拟方法。由于各方法在燃料组分覆盖范围、边界条件设定及计算方法学上存在显著差异，导致不同方法计算出的甲烷数可能出现5～15个单位的偏差，严重影响发动机与燃料的匹配精度。2.2国际贸易的迫切需要随着全球液化天然气（LNG）贸易规模的持续扩大和国际天然气管道互联互通的不断加深，天然气跨境交易的频率和规模日益增长。气体燃料的买方和卖方需要一种公认的、科学的甲烷数评价方法，用于合同条款约定、燃料品质认定和价格结算。同时，燃气发动机制造商在面向全球市场销售产品时，也需要统一的甲烷数计算标准作为设备设计的技术依据，确保产品在不同燃料条件下的可靠运行。2.3政策法规的推动国际海事组织（IMO）在《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）附则VI中对船舶发动机的氮氧化物（NOₓ）排放提出了严格的限值要求。天然气作为船舶动力燃料时，其甲烷数直接影响发动机的燃烧温度与排放水平。同时，我国《天然气》GB17820-2018国家标准对天然气质量提出了规范要求，但尚未涉及甲烷数指标。ISO17507-1:2025的发布，为各国制修订相关法规和标准提供了重要的技术参考，推动了天然气利用领域标准化体系的完善。三、标准编制过程3.1工作阶段划分ISO17507-1:2025的编制工作经历了以下主要阶段：-提案阶段（2018—2019年）：ISO/TC193天然气技术委员会下属的SC1（天然气质量与测试方法分技术委员会）多次召开工作会议，讨论制定甲烷数计算方法国际标准的可行性。德国、中国、法国、日本等成员国积极提交提案和技术文件。-预研与工作组阶段（2019—2021年）：成立专项工作组（WG），由来自主要天然气生产国、设备制造企业和科研机构的专家组成。工作组系统梳理了全球现有的甲烷数计算方法，包括AVL法、MWM法、Shell法等，并对各方法的适用性和精确性进行了比对分析。-委员会草案（CD）阶段（2021—2023年）：工作组基于预研成果，编制委员会草案，确立MNc法的核心技术框架。期间，各成员国进行了大量验证实验和比对测试。-国际标准草案（DIS）阶段（2023—2024年）：形成国际标准草案，面向全球成员国征求意见，共收到意见300余条，逐条进行处理和答复。-最终国际标准草案（FDIS）与发布（2024—2025年）：形成最终草案，经ISO技术管理局（TMB）审核批准，于2025年12月9日正式发布。3.2主要技术争议与协调在标准编制过程中，技术专家组围绕以下核心问题进行了深入讨论：（1）基准燃料的选取与爆震强度标定。不同的甲烷数计算方法采用不同的基准燃料体系，这直接决定了计算结果的准确性和可比性。经过多轮比对，MNc方法确定采用以甲烷和氢气为主要参比组分的二元混合燃料体系作为标定基准，在试验发动机上通过标准工况下的爆震强度评价确定甲烷数。（2）计算方法的适用范围和边界条件。天然气组分中除主要烃类组分外，还含有少量氮气、二氧化碳等惰性稀释气体，以及微量的硫化物和重烃。MNc法通过引入混合规则修正系数，精确定义了各组分对甲烷数的贡献因子，并明确了大气压力、温度、湿度等边界条件对最终结果的影响修正方法。（3）多种方法的兼容性问题。鉴于部分成员国已有成熟的甲烷数测试设备和方法，标准在正文中规定MNc法为主推方法的同时，以资料性附录形式给出了与其他常见计算方法的换算关系，有效提高了标准的适用性。四、标准核心技术内容4.1标准适用范围ISO17507-1:2025适用于评价天然气及类似气体燃料在往复式内燃机中应用的抗爆性能，具体涵盖：-管道输送的商品天然气；-压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）作为内燃机燃料的应用场景；-非常规天然气资源（页岩气、煤层气等）经处理后作为内燃机燃料的质量评价；-掺氢天然气（天然气与氢气按一定比例混合）的甲烷数评估，为氢能产业发展提供技术支持。标准不适用于以液态形式喷射入气缸的气体燃料，也不适用于采用均质压燃（HCCI）等特殊燃烧模式的内燃机。4.2MNc方法技术原理MNc方法的核心思路是基于燃料组分分析结果，通过计算燃料的爆震强度指数（KnockIntensityIndex,KII）来确定甲烷数。具体流程如下：（1）燃料组分分析。采用气相色谱法（依据ISO6974系列标准）获取天然气中各组分（主要为C₁～C₅烃类组分、氮气、二氧化碳等）的摩尔分数。（2）爆震强度指数计算。根据各组分的摩尔分数及其特征爆震贡献系数，按照标准规定的混合规则计算混合燃料的综合爆震强度指数。（3）甲烷数确定。将计算得到的爆震强度指数与标定曲线进行对比，确定燃料对应的甲烷数数值，以MN表示，量纲为一。MN值越大表示燃料抗爆性能越优异。4.3关键参数定义标准中明确了以下关键参数的计算方法和取值要求：-参比燃料体系：甲烷（MN=100）和氢气（MN=0）的二元混合物作为高甲烷数端和低甲烷数端的参比燃料。-各组分特征值表：标准以规范性附录形式给出常见组分的特征爆震贡献系数，该系数体系是在大量实验基础上经回归分析确定，涵盖了C₁～C₅烷烃及烯烃、惰性气体等关注组分。-温度、压力修正公式：当实际工况偏离标准状态时，给出了修正因子的计算方法。-不确定度评估：明确了MNc方法计算结果的不确定度评定方法，为实验室能力验证和结果比对提供依据。五、标准实施与应用前景5.1促进天然气国际贸易ISO17507-1:2025的实施为国际天然气贸易提供了一套统一的甲烷数测定与计算方法，有助于贸易双方在LNG购销合同中明确质量指标和验收标准。这对于亚太地区日益增长的LNG进口需求尤为重要——中国、日本、韩国等主要LNG进口国均可采用该标准对进口气质进行统一评价，增强贸易的透明度和公平性。5.2推动燃气内燃机技术进步统一的甲烷数计算方法将促进燃气发动机制造商开发更加高效、低排放的产品。发动机研发人员可以在设计阶段即依据该标准对燃料适应性进行精确模拟和优化，使产品在宽范围燃料品质条件下都能获得最佳的性能-排放平衡。这有利于降低因燃料品质波动导致的设备运行风险，延长设备使用寿命。5.3支撑掺氢天然气利用随着全球氢能产业的快速布局，天然气管网掺氢输送和掺氢燃气发电成为重要发展方向。掺氢后的气体燃料，其燃烧特性发生显著变化，甲烷数随掺氢比例升高而下降。ISO17507-1:2025在参比燃料体系中充分考虑了这一因素，为掺氢天然气的甲烷数评估提供技术依据，有助于未来掺氢燃气内燃机技术的规模化应用。5.4完善天然气标准体系该标准的发布是ISO/TC193天然气领域标准体系的重要补充。它与已有的ISO6976（天然气热值计算）、ISO6974（天然气组分分析）、ISO10101（天然气水合物预防）等标准相互衔接，共同构成天然气质量评价和应用的完整标准链，为各国建立和完善天然气标准体系提供重要的国际参考。六、标准主要参与单位介绍6.1中国石油天然气集团有限公司中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”）是ISO17507-1:2025标准制定的重要参与单位之一。作为全球领先的综合性国际能源公司，中国石油在天然气勘探开发、管道运输、液化天然气及终端利用等领域拥有完整的业务链和雄厚的技术积累。中国石油下属的中国石油天然气股份有限公司天然气研究院长期从事天然气分析测试和质量评价技术研究，建有国家天然气质量检验检测中心，在天然气组分分析、热值测定、硫含量检测等方面拥有先进的实验条件和丰富的技术经验。在此次MNc方法国际标准的研制过程中，中国石油的技术团队积极参与了标准各阶段的技术研讨和试验验证工作，在天然气组分数据积累、方法精密度验证以及标准适用性评估等方面提供了大量有价值的实验数据和工程案例。同时，中国石油还积极推动该国际标准在我国的转化应用，牵头组织国内相关单位开展标准适用性研究，为我国天然气工业技术标准的完善和国际化发展做出了积极贡献。此外，国内参与该标准研制的机构还包括中国石油大学（北京）、中国测试技术研究院、中国船舶集团第七一一研究所等单位，共同为该标准的发布贡献了中国智慧和中国方案。七、结论与展望ISO17507-1:2025《天然气往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算第1部分：MNc法》的正式发布，是国际天然气标准化领域的一项重要里程碑。该标准首次在国际层面统一了往复式内燃机用气体燃料甲烷数的计算方法，解决了长期困扰行业的技术难题，为天然气国际贸易、设备制造和应用管理提供了权威的技术依据。展望未来，随着标准应用的不断深入，ISO/TC193还将针对更加复杂的燃料组分类型（如含有更高比例重烃或进行加氢处理的天然气）、宽范围工况条件下的计算方法、以及与数字孪生技术相结合的新型评价手段开展持续研究和标准迭代。中国作为全球最大的天然气进口国之一和燃气发电快速增长的国家，应积极