论天然气组成分析的溯源性

通过与计量学通用的溯源性准则相对比,并参照国际标准ISO 14111、ISO 10723、ISO 6142和ISO 6143的有关规定,阐明了天然气分析测试溯源性的基本原理、溯源链结构、标准气混合物(RGM)的分级、RGM及标准方法的应用和不确定度评定与溯源性的关系等问题.同时指出,为使天然气能量计量在我国能顺利推广,必须尽快发布与之配套的天然气分析(专用的)溯源准则、天然气在线分析系统操作性能评价和天然气分析(专用的)RGM制备方法等有关国家标准;并解决建立完善溯源链急需的高准确度RGM研制及其(量值)溯源问题.     

中俄东线天然气管道天然气质量分析与计量技术

天然气质量涉及在输送和使用过程中与安全卫生、环境保护以及经济利益相关指标的要求,而天然气计量则直接与购销双方天然气气量结算的金额有关。因此,天然气的质量分析和流量计量在天然气工业中具有重要的作用和意义。在跨国管道天然气贸易交接中,购销双方除了关注天然气价格以外,还会重点围绕天然气质量分析和流量计量开展技术谈判。为此,分析了中俄东线天然气管道技术谈判过程中所关注的天然气质量分析与流量计量技术问题,并从采用的方法标准、气质检测项目及其指标、流量计和辅助设施配置及其指标、取样口设置、在线分析仪器配置和分析及计量结果溯源性等关键技术方面进行了归纳和总结。研究结果表明:①明确了天然气质量分析与流量计量采标原则,使得在确定计量协议中的具体技术内容时有标可依;②确定了天然气质量分析中涉及的检测项目及其指标、取样口的设置、在线分析设备的配置、分析结果溯源性和保证措施,确保了其结果的准确性与可靠性;③确定了计量系统指标要求、计量管路布置、流量计量溯源性和保证措施,确保了天然气流量计量结果的准确性与可靠性。结论认为,该研究成果可以为未来我国跨国管道天然气计量站及国内大型天然气贸易交接计量站的建设和管理提供经验和借鉴。     

对天然气分析中测量不确定度评定的认识

2011年国家质量监督检验检疫总局发布了经修订的国家计量技术规范JJF 1059,并同时发布了新版的JJF 1001-2011“计量学通用术语及定义”,用以替代1998版的“通用计量术语及定义”。为了更好地贯彻执行该标准,结合天然气气质控制与能量计量实验室建设的需要,从不确定度评定与实验室认可的关系、实验室的校准和测量能力、标准物质生产者能力准则以及用蒙特卡洛（MCM）法评定测量不确定度等4个方面分析了天然气分析中测量不确定度评定存在的问题：①水露点的测定必须与相对湿度测量比对才能建立溯源链,目前对其不确定度的测量还未开展全面研究,从溯源性的角度分析,GB/T 17283规定的水露点测定方法不具备作为基准方法或仲裁方法的条件;②在天然气质量控制及能量测定领域,我国目前尚无经国家实验室认可委员会（CNAS）认可的实验室;③JJF 1059“测量不确定度评定与表示”（GUM）法在实际操作中无法应用于天然气能量计量时在线气相色谱分析系统的整体不确定度评定。同时,明确了确定标准物质特性值及生产标准物质的注意事项,建议GUM法在实际操作中无法应用时使用JJF 1059.2规定的另一种不确定度评定方法--MCM法来进行评定。     

俄罗斯天然气产品测量、计量保障体系简介

为满足国内日益增长的天然气消费需求,我国政府已与土库曼斯坦等国家就引进天然气签订协议,未来还将从俄罗斯进口天然气。了解俄罗斯天然气产品测量及相关的计量保障体系,将有助于商务合同中有关技术协议的签订,保证引进工作的顺利开展,保护国家利益。为此,对俄罗斯天然气产品流量测量和质量测定的计量保障体系的基本情况做了比较全面的介绍,包括国家一级标准装置和标准物质、溯源链、方法标准、工作标准物质、测量仪器等,在此基础上提出了对俄罗斯天然气产品测量计量保障体系、标准、修订方面的几点认识,可为加快我国天然气产品测量标准体系的完善及与俄罗斯天然气产品测量体系的对比研究提供参考。     

中俄东线天然气管道天然气质量分析与计量技术

天然气质量涉及在输送和使用过程中与安全卫生、环境保护以及经济利益相关指标的要求，而天然气计量则直接与购销双方天然气气量结算的金额有关。因此，天然气的质量分析和流量计量在天然气工业中具有重要的作用和意义。在跨国管道天然气贸易交接中，购销双方除了关注天然气价格以外，还会重点围绕天然气质量分析和流量计量开展技术谈判。为此，分析了中俄东线天然气管道技术谈判过程中所关注的天然气质量分析与流量计量技术问题，并从采用的方法标准、气质检测项目及其指标、流量计和辅助设施配置及其指标、取样口设置、在线分析仪器配置和分析及计量结果溯源性等关键技术方面进行了归纳和总结。研究结果表明：①明确了天然气质量分析与流量计量采标原则，使得在确定计量协议中的具体技术内容时有标可依；②确定了天然气质量分析中涉及的检测项目及其指标、取样口的设置、在线分析设备的配置、分析结果溯源性和保证措施，确保了其结果的准确性与可靠性； ③确定了计量系统指标要求、计量管路布置、流量计量溯源性和保证措施，确保了天然气流量计量结果的准确性与可靠性。结论认为，该研究成果可以为未来我国跨国管道天然气计量站及国内大型天然气贸易交接计量站的建设和管理提供经验和借鉴。     

天然气能量计量在我国应用的可行性与实践

天然气作为清洁能源的核心价值在于其供出的发热量。由于我国天然气贸易量逐年上升且随着GB/T 22723—2008《天然气能量的测定》正式实施,天然气交接将从体积计量方式逐步转向能量计量和结算。中国石油天然气股份有限公司于2011年开始在中国石油西南油气田公司建设天然气质量控制和能量计量重点实验室,致力于我国能量计量体系的建设和推广应用。为此,从设备配置和管理、检定规程、方法标准、标准参比条件、气体标准物质、体积流量,以及发热量直接测定量值量传溯源链等方面,深入分析了我国应用能量计量的可行性,并阐述了在西气东输一线和川渝管网的应用实践。结果表明:我国目前已基本具备了实施能量计量的技术条件,整体技术水平在不断提高,可初步满足能量计量应用要求;天然气分析用气体标准物质制备、发热量间接测定、流量原级标准装置水平有待进一步提高。最后提出了6个方面的发展设想来支撑天然气能量计量的全面实施。     

GB 17820对硫化物气体标准物质的影响探讨

介绍了强制性标准GB 17820-2018《天然气》实施后对我国硫化物气体标准物质的需求和影响。结合天然气质量控制领域的重大变化,分析国际、国内的H_2S和SO_2气体标准物质的现状和标准物质的溯源性,提出相对应的硫化物尤其是H_2S和SO_2气体标准物质的研发和生产需求。标准中规定进入长输管道的天然气应符合一类气的质量要求,一类商品天然气中H_2S质量浓度应不超过6 mg/m~3。为了实现对一类天然气中H_2S含量的准确分析和溯源,满足管输天然气现场微量H_2S的分析,应有相应摩尔分数的H_2S气体标准物质,完善一类天然气中H_2S的分析溯源链。     

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。     

对西气东输工程天然气流量量值溯源的建议

针对西气东输工程天然气输送为高压大口径大流量的特点及天然气贸易计量系统流量量值溯源的技术难题，通过分析国内外天然气流量量值溯源方法与技术，结合国内外大型计量站的流量量值溯源技术现状与实际情况，提出了采用超声流量计与涡轮流量计串联互为核查，次级标准相互比对并分别向上溯源的技术方案，以确保天然气计量量值的准确性，可靠性。     

天然气发热量测定的溯源性

发热量是商品天然气最重要的技术指标之一,其量值的准确与否关系到天然气全产业链,影响重大。为此,详细介绍了天然气发热量的测定方法及其溯源性。测定天然气发热量有直接测定法与间接测定法,前者属物理化学测量范畴,以谱系学方式溯源;后者属分析化学测量范畴,以标准气混合物(RGM)方式溯源。化学成分量测量溯源链的建立,包括溯源对象与目标、测量方法与比较方法、化学成分测量基(标)准和化学成分测量溯源链的技术模型。热量计测量溯源链的建立,包括参比级(0级)热量计、甲烷纯组分发热量的测定及以参比热量计验证标准气体混合物(RGM)。同时,对相关的国际标准做了较为详尽的追踪报道:ISO 14111是第一个就化学成分测量中的溯源性作出规定的标准化文件,其实质是将分析结果的溯源还原为RGM溯源。为使ISO14111规定的溯源准则更好地应用于能量计量系统的测量不确定度评估,ISO又相继发布了ISO 10723:2012、ISO 14912和ISO15976等一系列国际标准以阐明溯源过程中偏差的检测与处理,为B类不确定度评估奠定了基础。     

油气管网体制改革后天然气计量技术的发展分析

随着油气管网体制改革的深入实施,天然气产运销一体化格局被打破,上下游市场逐步开发,倒逼天然气计量方式方法发生改变,成为贸易各方关注的焦点。为确保参与天然气贸易交接的各方处于一个公平、公正的环境,油气管网分离后天然气交接计量方式将由体积计量转变为能量计量,相应有关天然气发热量、气质的技术指标、流量计的量值溯源和检定技术,以及现有天然气计量标准体系都将随之改变。通过调研国内外天然气计量技术现状,分析油气管网体质改革后天然气计量方式、仪表发展、溯源技术、标准体系的变化,对中国天然气计量技术发展的可能性进行了预测,为天然气贸易交接计量中的油气田企业、管道企业、用气单位等各方提供了技术参考。     

天然气能量计量的溯源性与不确定度评定

扼要介绍了天然气能量计量涉及的3种不同类型计量方式。由于它们的量传与溯源方式有明显区别,故其测定结果的不确定度评定方法及其适用标准也各不相同。并指出我国目前已经在能量计量技术开发方面取得了长足的进步,但在溯源性架构、获得及应用方面仍与国外先进水平存在相当大的差距。鉴此,对今后的研发工作提出以下建议:(1)尽快制定并发布天然气分析溯源准则国家标准;(2)加快相对扩展不确定度(U)优于0.3%(k=2)0级热量计的建设;(3)作好蒙特卡洛模拟法评定天然气管网能量计量系统不确定度的技术准备。     

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。     

对间接法测定天然气发热量的认识

根据被测量的特性,化学计量大致可分为物理化学计量和分析化学计量两大类.燃气发热量直接测定属于前者,当前技术开发的重点是计量基准(0级热量计)的建立及其准确度的提高.天然气化学成分量(分析)计量属于后者,技术开发的重点是物质量单位摩尔(mol)的复现及其测量不确定度的改善与评定,诸如溯源性的建立与量化、能量计量专用标准气...     

国家天然气计量检定能力规划和建设

为了适应国家天然气工业的快速发展,2008年国家石油天然气大流量计量站按照国家质检总局和中国石油天然气集团公司的要求编制完成了《天然气流量量值溯源体系2020年发展规划》。规划中明确了提升现有计量机构检定能力的方案,规划新建一批覆盖西北、华北、东北、华中、华南、新疆等地区的计量检定站点,以满足全国天然气管网的检定需求。天然气计量检定站点建设涉及计量工艺系统、天然气流量量值溯源传递方案、各级计量标准装置及天然气流量、压力和温度的稳定措施等关键技术。天然气计量检定站点的设计建设应重点从天然气流量测量技术上进行突破,攻克天然气计量标准装置测量准确度的瓶颈限制,降低对上下游管网的依赖,实现低能耗、高效率运行,进一步提高检定能力以满足国家天然气工业的发展需求。     

中国天然气计量技术及展望

天然气计量是国家、社会和经济发展的基础性工作,准确可靠的计量是促进我国天然气工业快速发展的重要保证。为此,分析了天然气计量的重要性及其特点,从计量技术标准体系、计量器具的应用技术、天然气贸易交接计量方式、量值溯源体系和计量管理方面对国内外天然气计量技术进行了对比分析,并对中国天然气流量计量技术的发展进行了总结和展望。研究结果表明:①天然气计量是量大、动态、可压缩介质的气体计量,计量结果由工况流量、组成、温度、压力等数据导出,每个基础数据都要被准确测量,才能保证计量结果的准确性;②我国已经建立了天然气计量技术体系,主要包括计量法律、法规,计量技术标准与规范,计量量值溯源技术,计量器具的应用技术,计量管理制度等;③随着我国天然气工业的高质量快速发展,我国天然气计量技术体系将持续完善并进一步与国际接轨,计量器具可靠性保证可能从强制检定转变为通过检定或校准均可的方式进行溯源,计量器具国产化进程会加快,天然气贸易计量方式将发生从体积计量转变为能量计量的重大改变。结论认为,我国建立的天然气计量技术体系基本满足了国家天然气大发展的需求,但仍需进一步提升和完善。     

对ISO/TC 193关于能量计量系列标准及技术发展的认识

ISO 15112只是一项管理标准,故能量计量的实施过程中还需要一系列支撑标准,以解决分析测试方法选择、基准测定仪器建设、标准气混合物制备与应用、溯源准则建立和不确定度评定等问题。我国自发布GB/T 22723以来,开展了大量试验研究与现场测定,取得了一系列成果。但由于很多重要标准迄今尚未转化并贯彻,严重影响了实施能量计量有关的若干基础研究与技术开发工作的完成。从国外先进标准推动科技有形化的角度考虑,建议有关方面对以下3个方面的工作给予充分重视:1抓紧参比热量计的建设;2加快适用于能量计量的高准确度多元RGM的研制;3加快若干有关天然气分析溯源性与不确定度评定的ISO标准及其他有关国外先进标准的转化。     

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。     

对天然气能量计量溯源性的若干认识

天然气分析测试的溯源性在本质上就是标准气混合物（RGM）的溯源性。虽然我国目前尚未发布适用于天然气分析测试的溯源准则国家标准,但实际操作是与ISO14111的规定相一致。     

长庆气田天然气流量量值溯源体系的建立

为了准确地复现天然气流量标准值,科学公正地开展天然气流量量值溯源和仪表计量性能测试及有关的科研工作,长庆气田建成了具有较高准确度水平的移动式实流在线标准装置,并建立了相应的天然气流量量值溯源体系,基本上实现了气田在用孔板流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计等常用天然气仪表的实流检定或校准。本文将量值溯源的方法结合长庆气田的实际,阐述了建立长庆气田的天然气量值动态溯源体系的过程,以供同行参考。