ISO 248942026 天然气分析 含硫化合物的测定 激光吸收光谱法测定硫化氢标准立项发展报告

天然气分析含硫化合物的测定激光吸收光谱法测定硫化氢标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AnalysisofNaturalGas—DeterminationofSulfurCompounds—DeterminationofHydrogenSulfidebyLaserAbsorptionSpectroscopy摘要关键词：天然气分析；硫化氢测定；激光吸收光谱；国际标准；含硫化合物；在线检测；标准化AbstractWiththetransformationoftheglobalenergystructureandthedeepeningofthe"dualcarbon"strategy,naturalgas,asacleanandlow-carbonfossilenergysource,hasbecomeincreasinglyprominentintheenergysupplysystem.Hydrogensulfide(H₂S)isthemosttoxicandcorrosivesulfur-containingimpuritycomponentinnaturalgas,anditsaccuratedeterminationisdirectlyrelatedtonaturalgasqualitymeasurement,pipelinetransportationsafety,downstreamutilizationequipmentprotection,andpublicenvironmentalsafety.ISO24894:2026,"Analysisofnaturalgas—Determinationofsulfurcompounds—Determinationofhydrogensulfidebylaserabsorptionspectroscopy,"wasofficiallyreleasedbytheInternationalOrganizationforStandardization(ISO),markingastandardizedleapinhydrogensulfidedetectiontechnologyinnaturalgasfromtraditionalchemicalmethodstoadvancedopticalsensingmethods.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,technicalprinciples,corecontent,majorinnovations,andapplicationprospectsofthestandard,deeplyanalyzestheapplicationvalueandtechnicaladvantagesoflaserabsorptionspectroscopyinthefieldofnaturalgasanalysis,andlooksforwardtothefar-reachingimpactofthestandardonpromotingtheadvancementofnaturalgasanalysisanddetectiontechnologyinChinaandimprovingthestandardizationsystem.ThereportpointsoutthatthereleaseofISO24894:2026fillsthegapininternationalstandardsforthedeterminationofhydrogensulfideinnaturalgasbylaserabsorptionspectroscopy,andisofsignificantmilestoneimportanceforunifyinghydrogensulfidedetectionmethodsinglobalnaturalgastradeandpromotingthehigh-qualitydevelopmentofcleanenergy.Keywords:Naturalgasanalysis;Hydrogensulfidedetermination;Laserabsorptionspectroscopy;Internationalstandards;Sulfurcompounds;Onlinedetection;Standardization一、引言1.1研究背景天然气作为一种优质、高效、清洁的化石能源，在全球能源消费结构中的比重持续攀升。据国际能源署（IEA）统计，2024年全球天然气消费量超过4.1万亿立方米，占一次能源消费总量的比重约24%。近年来，随着我国"碳达峰、碳中和"战略的深入实施及《加快推进天然气利用的意见》等政策文件的落地执行，天然气在我国能源绿色低碳转型过程中的过渡性桥梁作用愈发显著。2024年，中国天然气消费量达4260亿立方米，同比增长8%，占一次能源消费总量的比例升至9.1%。然而，天然气中天然存在的含硫化合物——尤其是硫化氢（H₂S）——对天然气的安全开发利用构成严重威胁。H₂S是一种无色、剧毒、具有臭鸡蛋气味的酸性气体，不仅对人体健康造成危害（暴露限值仅为10ppm），而且对管道、阀门、压缩机及下游燃气设备产生强烈的电化学腐蚀和氢脆破坏作用。此外，天然气燃烧过程中H₂S将转化为SO₂，造成酸雨和大气污染。因此，世界各国均对商品天然气中H₂S含量制定了严格的限量标准。我国强制性国家标准GB17820-2018《天然气》规定，一类气中H₂S含量不得高于6mg/m³，二类气不得高于20mg/m³。1.2标准立项的必要性当前，天然气中硫化氢的测定方法主要包括碘量法、醋酸铅反应速率法、检测管法等传统方法，以及气相色谱-硫化学发光检测法（GC-SCD）、紫外荧光法等仪器分析方法。尽管这些方法在实验室分析中发挥了重要作用，但普遍存在分析周期长、操作复杂、试剂消耗大、难以实现在线连续监测等局限性。激光吸收光谱技术（LaserAbsorptionSpectroscopy,LAS）是近年来发展迅速的光学检测技术，基于比尔-朗伯定律（Beer-LambertLaw），利用半导体激光器在近红外或中红外波段对H₂S分子特征吸收谱线进行高分辨率扫描，实现对待测气体浓度的精确测量。该技术具有响应速度快（秒级至毫秒级）、灵敏度高（ppb级至ppm级）、选择性好、非接触式测量、免维护、可实现在线连续监测等突出优势，特别适合天然气处理厂、输气管线、LNG接收站等场合的H₂S在线检测需求。尽管激光吸收光谱法已在工业界得到广泛应用，但长期以来缺乏统一、规范的国际标准对其技术要求、测试方法、性能指标等进行明确规定，导致不同制造商生产的分析仪器在性能评价、校准溯源和数据可比性方面存在显著差异，制约了该技术的规范化应用和国际互认。在此背景下，ISO/TC193（天然气技术委员会）启动了ISO24894标准的制定工作。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO24894:2026||标准名称|天然气分析含硫化合物的测定激光吸收光谱法测定硫化氢||英文名称|Analysisofnaturalgas—Determinationofsulfurcompounds—Determinationofhydrogensulfidebylaserabsorptionspectroscopy||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||技术委员会|ISO/TC193（天然气技术委员会）||发布日期|2026年1月28日||发布年份|2026年||国别|国际组织||语种|英语||ICS分类号|天然气|2.2标准适用范围ISO24894:2026规定了采用激光吸收光谱法测定天然气中硫化氢含量的方法原理、仪器设备、测试条件、校准程序、试验步骤、数据处理及性能要求。该标准适用于天然气、代用天然气及类似气体燃料中硫化氢含量的测定，测量范围涵盖从痕量级（ppb级）到较高浓度（百分比级）的硫化氢检测需求。标准既适用于实验室分析仪器的性能评价与方法验证，也适用于在线过程分析仪器的安装、调试与日常运行校准。三、技术内容分析3.1方法原理激光吸收光谱法测定硫化氢的基本原理基于分子吸收光谱学中的比尔-朗伯定律。当一束特定波长的激光穿过含有H₂S的气体介质时，H₂S分子会吸收与其特征转动-振动能级跃迁频率相匹配的光子能量，导致透射光强衰减。通过测量入射光强（I₀）与透射光强（I）的比值，即可根据比尔-朗伯定律计算出H₂S的浓度：A=log(I₀/I)=α(ν)·L·C其中，A为吸光度，α(ν)为H₂S在频率ν处的吸收系数，L为有效光程长度，C为H₂S的体积浓度。在具体技术实现上，标准主要涵盖以下两种激光吸收光谱技术方案：（1）可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）TDLAS技术采用可调谐半导体激光器作为光源，通过在H₂S特征吸收谱线附近进行快速波长扫描，获得高分辨率的吸收光谱。通过谐波探测（WavelengthModulationSpectroscopy,WMS）或直接吸收（DirectAbsorptionSpectroscopy,DAS）技术，结合长光程气体吸收池（如多次反射池Herriot池或White池），可实现低至ppb级别的检测灵敏度。TDLAS技术适用于在线连续监测应用场景。（2）量子级联激光吸收光谱法（QCLAS）对于中红外波段（特别是H₂S在3.7μm附近的强吸收带），量子级联激光器（QCL）可提供更高功率和更好光谱纯度的激光输出。QCLAS技术在中红外指纹区工作，H₂S在此区域的吸收线强度比近红外区域强1～2个数量级，因此可以获得更高的检测灵敏度和更强的抗干扰能力。3.2标准核心内容ISO24894:2026的主要技术内容包括以下几个方面：（1）术语和定义标准明确了激光吸收光谱法相关的专业术语，包括吸收光谱、比尔-朗伯定律、背景气体、干扰组分、检测限（LOD）、定量限（LOQ）、响应时间、零点漂移、量程漂移等关键概念的定义。（2）仪器要求标准对激光吸收光谱分析仪的技术指标提出了明确要求，涵盖激光波长稳定性、光谱分辨率、检测灵敏度、响应时间、重复性、线性误差、零点漂移和量程漂移等关键性能参数，并规定了分析仪的适用环境条件（温度、压力、湿度范围）。（3）样品采集与处理考虑到天然气中可能含有水分、重烃、固体颗粒等杂质，标准对样品的抽取、净化、调压、恒温等预处理环节进行了规定，以确保进入分析池的气体样品具有代表性且不产生冷凝或吸附损失。（4）校准程序标准规定了零点校准和量程校准的具体操作流程，明确了标准气体的配制要求（包括基准气体纯度、称量法配气的不确定度评定）、校准周期以及多点校准的验证方法。（5）测量不确定度评定依据ISO/IECGuide98-3（GUM），标准提供了H₂S浓度测量不确定度评定的框架和方法，包括A类不确定度和B类不确定度分量的识别、量化与合成。3.3标准的技术创新点（1）首次将激光吸收光谱法定为国际标准方法ISO24894:2026是国际上首次将激光吸收光谱法（包括TDLAS和QCLAS）作为天然气中H₂S含量测定的标准方法，填补了该技术领域国际标准化的空白，为先进光学检测技术在天然气分析领域的规范化应用奠定了国际标准基础。（2）宽量程、多场景适用性设计标准在方法设计上充分考虑了从天然气井口原料气（H₂S含量可达数个百分点）到净化后的管输商品气（H₂S含量低于6mg/m³）的不同检测需求，通过选用不同波长、不同光程的配置方案，实现了从ppb级到百分数级的宽量程覆盖。（3）强调在线测量与过程控制适用性相较于传统实验室分析方法，ISO24894:2026特别突出了该方法在在线连续测量方面的适用性，对在线分析仪的安装位置选择、样气处理系统配置、响应时间要求及数据通讯接口等方面给出了具体技术指引，为天然气处理厂的自动化控制与安全预警提供了标准化依据。四、主要参与单位介绍4.1标准制定背景ISO24894:2026的制定工作由ISO/TC193天然气技术委员会负责。该技术委员会成立于1988年，秘书处由荷兰标准化研究院（NEN）承担，负责天然气领域从上游勘探开采到下游利用全产业链的标准化工作。标准制定工作组成立于2020年，共有来自中国、美国、德国、荷兰、法国、挪威、卡塔尔等20余个国家的专家参与起草。4.2中国石油西南油气田分公司天然气研究院中国石油西南油气田分公司天然气研究院（以下简称"天然气研究院"）作为我国天然气分析测试技术领域的核心研究机构，深度参与了ISO24894:2026的制定工作，是该标准的主要技术贡献单位之一。天然气研究院成立于1958年，坐落于四川省成都市，是中国石油天然气集团有限公司下属的综合性天然气研究机构。研究院拥有国家市场监管总局授权的国家石油天然气产品质量监督检验中心、全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC340）秘书处单位、国际标准化组织ISO/TC193国内技术对口单位等多项重要资质。研究院现有科研人员300余人，其中教授级高级工程师20余人，博士、硕士以上学历人员占比超过60%。在ISO24894:2026的制定过程中，天然气研究院主要承担了以下技术工作：（1）标准草案的技术验证天然气研究院利用自主建设的气体分析实验室和激光吸收光谱测试平台，组织完成了TDLAS技术用于天然气中H₂S测定的系统性验证实验。研究团队针对不同H₂S浓度水平的天然气模拟样品开展了大量比对测试，建立了激光吸收光谱法与气相色谱法、醋酸铅反应速率法等传统方法的比对数据库，为标准中关键技术参数的确定提供了翔实的实验数据支撑。（2）标准气体配制与量值溯源研究天然气研究院在标准气体研制方面具有深厚的技术积累。研究团队建立了基于称量法的H₂S/天然气标准气体配制装置，配制的H₂S标准气体不确定度达到±1%（k=2），并通过国家有证标准物质体系实现量值溯源。这些研究成果为标准中校准程序的制定提供了重要的计量学支撑，也为中国在国际标准制定中赢得话语权奠定了基础。（3）现场应用试验与数据验证天然气研究院选择四川盆地多个天然气净化厂作为现场试验基地，开展了激光吸收光谱法在线检测H₂S的长期运行试验，采集了不同季节、不同工况条件下的连续运行数据，验证了该方法在现场环境下的长期稳定性、可靠性和环境适应性。相关试验成果直接支撑了标准中关于在线分析仪性能要求和环境适应性条款的制定。五、标准的意义与应用前景5.1对天然气行业发展的促进作用ISO24894:2026的发布实施对全球天然气行业具有深远影响：促进贸易公平与质量互认：统一的检测方法标准为国际天然气贸易中H₂S指标的判定提供了公平、准确的技术依据，消除了因检测方法差异导致的贸易纠纷，促进了天然气跨境贸易的顺利开展。提升安全运营水平：激光吸收光谱法的高速响应特性使得H₂S浓度的实时监测成为可能，为天然气处理厂和输气管道的泄漏预警、腐蚀控制和安全生产提供了可靠的技术保障。助力环保合规：随着全球各国对天然气燃烧排放的环保要求日益严格，精确测定天然气中H₂S含量对于准确核算SO₂排放量、满足排放合规要求具有重要意义。5.2推动激光吸收光谱技术发展该标准的发布将有力推动激光吸收光谱技术在天然气分析领域的推广和应用：-为分析仪器制造商提供了统一的产品性能要求和测试方法，促进仪器质量的提升和市场的规范化发展；-明确的校准方法和不确定度评定指南将降低用户使用激光吸收光谱技术的门槛，有利于该技术在更广泛的应用场景落地；-标准推动的技术交流和产业协同将进一步激发激光器、光学组件、信号处理算法等相关技术的创新活力。5.3对我国标准化工作的启示ISO24894:2026的研制的启示主要体现在以下层面：我国作为ISO/TC193的重要成员，在该标准的制定过程中发挥了积极作用。未来，我国应进一步加强以下几个方面的工作：-深化国际标准参与度：持续加大在ISO/TC193等国际标准化组织中的参与力度，推动更多具有中国优势技术的标准走向国际；-完善国内标准体系建设：适时启动ISO24894:2026的采标工作，将其转化为我国国家标准或行业标准，促进国际标准在国内的落地实施；-加强技术支撑能力建设：进一步完善激光吸收光谱技术的计量溯源体系，研制更多具有自主知识产权的标准物质和校准装置。六、结论与展望ISO24894:2026《天然气分析含硫化合物的测定激光吸收光谱法测定硫化氢》的正式发布，是天然气分析领域国际标准化工作的一项重要里程碑。该标准首次以国际标准的形式确立了激光吸收光谱法作为天然气中硫化氢含量测定的标准方法，系统规定了该方法的原理、仪器要求、测试程序、校准方法及性能评价准则，为全球天然气行业H₂S检测提供了统一、规范、先进的技术依据。激光吸收光谱法以其响应速度快、灵敏度高、选择性好、可在线连续测量等独特优势，正在深刻改变天然气中H₂S检测的技术格局。该标准的发布不仅是对这一先进技术成熟度的权威认可，更是对未来天然气分析检测技术发展趋势的引领性判断。展望未来，随着可调谐半导体激光器、量子级联激光器等