天然气能量计量体系在中国的建设和发展

天然气贸易交接中的计量方式通常有三种,即体积计量、质量计量和能量计量。由于能量计量反映的是天然气的热能,作为最能反映其燃料特点的一种合理和科学的计量方式,在天然气国际贸易中被广泛采用。然而,中国目前尚普遍采用以体积流量作为贸易结算的依据。2008年12月31日,中国国家标准化管理委员会发布GB／T22723—2008《天然气能量的测定》国家标准,并于2009年8月1日起正式实施。依据GB／T22723—2008在实施范围和对象、能量计量方法、标准参比条件和能量计量体系方面的要求,深入分析中国天然气能量计量体系在天然气能量计量标准体系、能量计量相关设备的配置和性能评价、体积流量和发热量量值溯源链、标准参比条件和结算单位等方面的建设现状,并通过3个天然气长输管道A级计量站天然气能量计量技术的应用实例,（该3个A级计量站发热量测定均达到了GB／T18603—2001《天然气计量系统技术要求》对A级计量站0．5％的不确定度水平要求）,表明中国已具备实施天然气能量计量的基础条件。为了进一步推动中国天然气能量计量体系的发展,本文还讨论了全面实施能量计量还存在的一些不足,提出当前最重要的是应尽快形成甲烷不确定度0．05％、其它少量组分不确定度0．5％的国家一级天然气分析用多组分（九元）气体标准物质,建立不确定度为0．25％的发热量直接9n,4定装置,达到ISO15971：2008〈天然气性质测定发热量和沃泊指数》规定的一级水平,完善天然气体积流量和发热量量值溯源链,制定天然气溯源标准和能量测定系统性能评价标准,促进天然气能量计量技术在中国的全面实施。     

中国天然气能量计量体系建设探讨

"十三五"期间,中国天然气工业高速发展,已形成国产常规气、非常规气(页岩气、致密砂岩气、煤层气等)、煤制天然气、进口液化天然气、进口管道气等多元化的供销格局,气源高位发热量范围介于34～43 MJ/m~3,不同气源发热量差值最大超过20%。2019年5月24日国家发展和改革委员会等四部委联合发布《油气管网设施公平开放监管办法》,要求于该办法施行之日起24个月内建立天然气能量计量计价体系。为了加快我国天然气能量计量体系的建设步伐,综述了量值溯源、能量计量标准等方面的中国天然气能量计量体系建设成就,分析了在天然气流量计量技术,发热量测定技术,量值溯源,能量计量关键设备国产化、智能化及应用技术,基于大数据分析的天然气管网能量平衡技术,多气源下的质量跟踪与监控技术,能量计量标准体系,以及新能源检测与计量技术等方面的需求,并提出了中国天然气计量发展对策。研究结果表明:(1)中国天然气能量计量体系基本满足实施天然气能量计量的要求,但与国际领先水平相比在高水平流量计(0.5级)的检定与应用、高准确度气体标准物质、发热量基准装置的水平、计量标准体系等方面还存在着差距,需要进一步提升;(2)中国要加快能量计量关键设备国产化、智能化技术的研究和应用;(3)天然气管网应建立计量核查方法和基于大数据分析的能量平衡系统、多气源下的质量跟踪与监控系统,以实现优于0.10%的国际领先水平的天然气管网能量输损指标;(4)为规模化应用氢能源和生物能源,实现氢气、生物甲烷与天然气的混输,应开展掺氢/生物甲烷天然气检测与计量新技术及其标准化方面的研究工作。     

一种用于测定天然气发热量的声光关联法

目的介绍一种利用声速和可见光光谱关联测定天然气发热量的方法,以便国内天然气质量检测和能量计量工作者与企业能更有效地开展该方法的研究和标准化,同时也为天然气发热量测定方法提供更多样性的选择。 方法在对比分析各种天然气发热量测定方法和相关标准优缺点的基础上,介绍了利用声速和可见光光谱关联测定天然气发热量的方法原理,并分析了一组气体标准物质采用气相色谱法和介绍的关联法测定获得的发热量数据。 结果利用声速和可见光光谱关联测定的天然气发热量测定值与按GB/T 11062-2020《天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》的计算值一致性较好,对6种模拟天然气的二元气体标准物质,相对偏差在0.03%~0.42%之间;对5种模拟天然气的多元(最多14个组分)气体标准物质,相对偏差在-0.45%~0.38%之间。 结论初步验证了利用声速和可见光光谱关联法测定天然气发热量的可行性。该方法具有1 s内可获得多个数据、与流量测量同步、测量不受气体组分的限制和H₂影响的特点和优势。建议进一步开展准确度、测定范围、精密度以及现场应用的研究,并适时建立标准方法、发热量直接燃烧0级测试装置和气体压缩因子、密度等测试装置。      

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目前，我国大规模交接计量基本上都使用体积计量，为使我国商品天然气的交接计量与国际接轨，正准备由体积计量向能量计量过渡。章主要阐明了有关过渡方面的5个问题：（1）实施天然气能量计量并非单纯计量技术的进步；（2）发热量准则是体现能量计量科学上准确性的基础；（3）目前国内外普遍采用计算法确定发热量，我国今后在能量计量中也将采用此法，但必须以直接法为基准进行校核后才能制定相应标准；（4）实施天然气能量计量涉及多种在线测定仪器，目前我国基本上依靠进口，也缺乏现场使用经验，对此应及时做好准备工作；（5）应根据我国的法令，法规及时完善有关能量计量的标准体系。     

对天然气推荐性国家标准GB/T 31253的讨论

2014年发布的推荐性国家标准"天然气气体标准物质的验证发热量和密度直接测量法"GB/T 31253是以ISO/TR24094技术报告为基础、以修改采用的方式编制而形成的。基于对上述ISO技术报告的分析,认为GB/T 31253在确认方法、气体标准物质确认程序等方面存在着一些问题并对其进行了讨论和质疑。研究认为:(1)ISO/TR 24094的标题宜修改为"天然气分析——气体标准物质的确认方法",该技术报告不宜转化为推荐性国家标准;(2)VAMGAS研究项目使用的2个多元标准气体混合物是以称量法制备的基准级标准气混合物(PSM),使用的参比热量计(或密度天平)也必须是基准级的,其测量不确定度应优于0.1%,这样才能合理地与PSM进行统计比较;(3)水流式热量计测量天然气发热量的扩展不确定度仅为1.0%(k=2),不能作为天然气发热量测定的基准仪器;(4)天然气能量计量涉及气体体积流量计量、直接法和间接法测定天然气发热量等3种计量技术,其量传、溯源方式、不确定度评定方法及其适用标准各不相同;(5)GB/T 31253及其附录中存在着一系列的计量技术规范(JJF)及标准的误用问题,因而其附录B、D、E皆不能成立。最后建议:撤销GB/T 31253,将ISO/TR 24094以等同采用的方式转化为指导性国家标准。     

0级热量计的技术进展

目前,国内天然气体积流量计量技术已经基本达到国际先进水平,且早已列入法制计量范畴,但在天然气发热量测定项目未能进入法制计量范畴前,难以全面推广实施能量计量。因此,建设一台准确度至少能满足为能量计量专用RGM定值要求的0级热量计是当前必须尽快解决的关键问题。因为有了（具有相应不确定度的）0级热量计,即便使用进口的RGM也不会受制于人,这才真正能在国际贸易纠纷仲裁中取得话语权。     

天然气在线分析系统性能评价标准现场应用

天然气长输管道的A级以上贸易计量站一般均安装在线气相色谱仪测量天然气组成,用于计算发热量、压缩因子等物性参数,以作为贸易结算的依据,色谱仪检测结果的准确性对天然气贸易有重要意义。介绍了天然气在线分析系统性能评价标准在计量站现场的应用情况,说明了气体标准物质配备原则,给出了气相色谱仪有效性、重复性、分离度和一致性的判断方法和具体实例。从标准现场应用的情况来看,部分在线气相色谱仪存在少量组分不符合标准要求一致性的情况,对物性参数计算和体积计算的影响约为0.05%,在当前国内天然气贸易以体积计算为主的情况下,虽然对贸易计量的影响较小,但在未来转向能量计量结算的情况下,需提高组成分析设备的检测准确度。建议至少每2年对气相色谱仪开展一次性能评价,以确保仪器运行正常。     

对国际标准ISO 10723:2012的认识与讨论

2012年修订发布的国际标准ISO 10723:2012《天然气分析系统的性能评价》与1995版有较大差异,了解和掌握该标准修订前后的技术差异和主要技术内容对于保障我国天然气能量测定的顺利实施具有重要的意义。为加快天然气大规模交接计量方式由传统的体积计量向能量计量过渡,我国已于2008年底发布了国家标准GB/T 22723—2008《天然气能量的测定》,但迄今未能对商品天然气管网系统中间接法测定天然气发热量的测量不确定度进行整体评估。为此,在了解ISO 10723:2012技术要点的基础上,对比分析ISO 10723:2012与ISO 10723:1995在推荐方法、仪器操作性能规定等方面的改进,探讨了平均校正系数的表达与计算,以及Monte—Carlo法(MCM)模拟的应用。结果表明:(1)与ISO 10723:1995相比,ISO 10723:2012在标准应用范围、MCM评估步骤、不确定度评估、误差设置等4个方面作出了重大改进;(2)根据ISO/IEC指南98-3阐明的原理提出平均校正系数计算式;(3)进入英国管网天然气的MCM模拟的平均误差介于-0.10~0.08 MJ/m~3,符合该国天然气准入协议规定。结论认为,应重视ISO 10723:2012附录B中以平均系数法评价气相色谱仪,并提出建议:(1)ISO 10723:2012对实施能量计量的A级计量系统MPE值规定为±1.0%;(2)在参比条件为15℃(燃烧)和15℃、101 325 Pa(计量)时,天然气组成中虚拟组分C6+按正己烷性质计算其发热量的工况条件下,最大允许误差为0.10MJ·m~(-3),最大允许偏差为0.025 MJ·m~(-3)。     

天然气能量计量探讨

按质论价是市场经济的公平方式。然而，长期以来天然气贸易计量是按标准状态下体积流量进行结算的，不管天然气组份如何，发热量是高或是低均是相等价格，这是不合理的。由于天然气是从各个油气田不同油气藏采出的，其组份千差万别，发热量各不相同，重组份多的天然气发热量就高，轻组份多的天然气发热量就较低，矿井气、人造煤气发热量就更低。为了克服这种不公平现象，天然气（燃气）进行能量计量是可取的。本文就如何进行天然气能量计量作粗浅的探讨。     

对天然气能量计量方法实施的认识

根据国际标准化组织天然气技术委员会(ISO/TC193)发布的有关分析溯源性、色谱分析操作评价、标准气混合物(RGM)制备及发热量直接测定等国际标准,讨论了我国实施天然气能量计量时对测定结果精密度和准确度进行评价应采用的方法。同时,对正在制定中的国家标准天然气能量测定(征求意见稿)提出了若干建议。     

天然气能量计量的不确定度评定探讨

国家标准GB/T 22723-2008 《天然气能量的测定》 已于2008年底正式发布,很快将在商品天然气的大规模交接计量中推广使用。为此,综合分析了天然气能量计量不确定度评定及标准物质应用的有关标准与规范,从澄清若干基本概念着手,就天然气流量计量和天然气组成分析两个不同计量领域进行测量不确定度评定的适用标准、实验标准偏差（随机误差）评定、系统（因素导致的）不确定度评定与不确定度合成等有关问题提出了若干看法,并结合示例加以说明,以期更好地指导贯彻执行新的国家标准,促进我国天然气计量工作进步与发展。     

中国天然气质量与计量技术建设现状与展望

天然气贸易过程中的质量和计量越来越受到政府和社会各界的高度关注,合格的质量、准确的计量直接关系到国家、企业及消费者利益。为此,从分析ISO 13686《天然气质量指标》和OIML/R140《气体燃料计量系统》入手,提炼出天然气质量和计量的核心要求及主体技术。同时介绍了GB 17820《天然气》和GB/T 18603《天然气计量系统技术要求》这两个核心标准,以及配套的测试技术与方法等;指出了新形势下我国在量传溯源体系、分析测试技术、流量量值比对、流量检测等所面临的挑战;并就推动实施天然气能量计量、积极推进参加国际能力验证和国际关键循环比对、提高我国装备自主化水平、进一步完善标准体系、主导制订和修订国际标准、完善测量技术等进行了展望。通过对天然气质量控制和计量技术的科技攻关,加强标准化跟踪、研究和制修订等,保证了我国天然气贸易计量的准确可靠和公平公正,并为我国计量方式由体积计量向能量计量发展提供了有力的技术支撑。     

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天然气购销合同由于天然气的特殊性而与一般商品合同有较大的区别。目前国外天然气购销合同中关于购销方式和气价的确定一般包括了以下四个方面的内容：合同期限和天然气量；供用天然气的方式；天然气价格；天然气费结算方式。我国目前尚无标准的天然气购销合同文本。为此特对国外天然气购销合同中的购销方式和气价确定原则进行了分析，以期能对我国天然气购销标准合同文本的制订提供参考。     

低碳视角下中国非常规天然气的开发利用前景

在对美国非常规天然气产业规模化利用研究的基础上,全面分析了中国非常规天然气资源的地质条件和开发状况,并从资源评价、勘探开发和配套政策三方面剖析了制约中国非常规天然气产业快速发展的主要因素。基于中国在实现低碳转型中所面临的能源利用效率低、供应不足以及碳排放强度大等诸多挑战,依据国际能源署(IEA)在“新政策”情景和“天然气黄金时代”情景关于中国到2035年能源结构的预测,对比分析美国非常规天然气开发利用成果,提出在低碳视角下的“强化非常规天然气”情景。在该情景下,中国非常规天然气产业将迎来超常规发展时期,到2035年,非常规天然气将成为天然气重要的接替能源,实现对煤炭资源的大幅度替代,能源消耗结构得到优化,低碳能源体系基本形成,温室气体排放速度明显减缓。     

多气源天然气输配管网的能量计量方法

随着我国多气源供应格局的形成,天然气计量方式逐渐从现行的体积计量方式向能量计量方式转变。现行的《天然气能量的测定》标准对多气源输配管网系统没有给出具体可操作的能量计量程序,若采用热值数量加权平均赋值方法,能量计量误差可达8%,不能满足能量计量标准GB/T 18603—2014《天然气计量系统技术要求》对能量计量精度的要求。为此,根据天然气输配管网的拓扑结构和气量平衡原理,利用天然气输配管网中现有的流量计量仪表对多气源输配管网进行状态重构,提出了一种区域多气源天然气输配系统状态重构能量计量方法,并对管网状态重构后进行能量计量的误差进行了分析。结果表明:(1)所提出的方法确定了多气源输配管网状态重构所需流量仪表的最少数量及仪表布置方法 ;(2)多气源输配系统管网状态重构后,各下游天然气用户能量计量的误差均不超过0.5%,可满足GB/T 18603—2014对能量计量准确度最高等级(A级)误差在1%以内的要求。该研究成果为我国天然气能量计量技术的应用和推广提供了一种可操作的程序。     

新国标《天然气》对元坝天然气净化厂的影响及解决方案

元坝天然气净化厂采用UDS-Ⅱ复合溶剂脱除天然气中的H 2S、CO 2及有机硫等杂质,产品天然气达到国家标准GB 17820—2012《天然气》一类气指标。随着国家环保要求日益提高,2018年国家颁发新版GB 17820—2018《天然气》标准,元坝天然气净化厂现有工艺无法满足新标准要求。为此,根据元坝净化厂天然气脱硫工艺及产品气的特点,增设COS水解或分子筛精脱硫设施的方案均能有效提升产品质量,满足了新国标的要求。若进一步降低产品气总硫含量,还需加大对天然气净化工艺的开发力度才能实现。     

我国如何实行天然气能量计量和计价

我国是世界上为数不多的使用天然气体积计量和计价的国家,在当前我国天然气资源供应多元化、市场需求旺盛、天然气体制和天然气价格改革不断深入、市场化竞争格局正在形成的大环境下,实行天然气能量计量和计价比以往任何时候都更为迫切。为此,在阐述我国实行天然气能量计量计价紧迫性的基础上,分析了我国天然气采用能量计量计价在计量界面、计量方法、计量单位、气价转换和管道运价等方面所面临的问题,并提出了实行天然气能量计量计价的解决办法和实施路径。研究结果表明:(1)我国天然气正进入资源供应多元化和国际化、体制改革不断深化、天然气价格和天然气交易市场化发展的新时期,迫切需要改革我国传统的天然气体积计量计价方式,实行天然气能量计量计价;(2)实行天然气能量计量计价应基于我国天然气能量计量标准体系并结合天然气产业链实际,优选切实可行的能量计量界面和计量方法 ;(3)以焦耳作为能量计量单位,按国家发展和改革委员会指定的天然气热值进行天然气体积价格向能量价格转换;(4)天然气管道运输应统一实行能量计量计价;(5)我国天然气能量计量计价宜在试点先行的基础上,按直供工业用户、非居民用户、居民用户的顺序逐步推进。