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。     

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。     

我国天然气流量测量技术标准体系的建立

随着我国经济的迅速发展,能源消费不断增长,天然气贸易测量越来越受到重视,对其准确性和可靠性也提出了更高要求。考虑到天然气工业的发展和管道建设的需求,我国于二十世纪末开始构建并逐步完善天然气流量测量标准体系,目前已制修订了11项天然气测量方法标准及天然气仪表检定方法标准。该标准体系以GB/T 18603《天然气计量系统技术要求》为基础,涵盖了常用的气体超声流量计、气体涡轮流量计、科里奥利质量流量计等流量计,既能满足天然气长输管道大宗贸易测量,又可满足城市燃气测量的需要,既有体积量结算,又有质量结算,还有能量结算,不但满足了天然气工业迅速发展的需要,也提升了我国天然气流量测量标准国际化水平。     

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。     

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。     

浅析我国天然气能量计量必要性与可行性

天然气计量包括体积计量、质量计量和能量计量3种方式。国际天然气贸易和欧美等国家多采用能量计量方式,而我国仍以体积计量方式为主。介绍了国内外天然气计量现状,分析了我国天然气能量计量的必要性和可行性。天然气能量计量符合国家能源发展"十三五"规划对天然气资源精细化管理的要求,有利于推进我国天然气市场化改革的进程。目前,我国已制定能量计量相关技术标准,基本具备能量计量技术条件,建议加快推进我国天然气能量计量相关工作。     

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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。     

国内外石油和液体石油产品动态计量系统技术要求差异性分析

国内外关于石油和液体石油产品动态交接计量站计量系统技术要求方面的标准文件众多,计量器具配备水平、流量测量不确定度要求各异。基于我国GB/T 9109.1—2016《石油和液体石油产品动态计量第1部分:一般原则》标准,选取典型国际权威标准组织的动态计量系统技术要求标准,包括国际法制计量组织(OIML)、美国石油学会(API)、挪威石油标准化组织,以及俄罗斯的相关标准文件,总结分析国内外相关标准的适用性和差异性。分析结果表明,GB/T 9109.1—2016标准提出的贸易计量站计量系统计量器具配备水平和一致性等方面达到了国外同类标准技术水平。     

气体超声流量计在天然气流量计量中的应用分析

根据GB/T 18604—2014《用气体超声流量计测量天然气流量》,介绍了超声波流量计在天然气流量计量中的应用,阐述了时差法超声波流量计的测量原理,分析了现场安装技术条件,从软件和硬件方面介绍了超声波流量计测量天然气流量系统构成;通过数据比对的方法对超声波流量计的计量效果进行验证。结果证明其准确性及可靠性高,便于对贸易交接气量进行监督检查,以此提高计量精细化管理水平。     

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。     

多声道超声波流量计在“中—土”天然气项目贸易计量中的应用

随着中国—中亚天然气管道投产输气,在中国—土库曼斯坦天然气项目贸易计量交接中首次应用了多声道气体超声波流量计。为此,详细介绍了德国RMG公司生产的多声道超声波流量计的工作原理、结构、性能特点和校准情况。现场应用情况表明,该流量计具有测量精度高、测量范围宽、抗干扰性强、无压损、超载安全、可进行双向测量和测量的影响因素少等特点,应用在高压、大流量的天然气计量中具有强大的优势。多声道气体超声波流量计完全适用于国际天然气贸易计量交接,有效地提高了国际天然气计量技术水平,避免了国际贸易计量的纠纷,为中国石油天然气集团公司在中亚地区天然气项目的贸易计量提供了一个典型的成功案例。     

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。     

对“用气体超声流量计测量天然气流量”国家标准的修改建议

气体超声流量计具有测量准确度高、适应性强和自诊断能力强等优点而被广泛用于天然气生产、输送及销售计量中,中国与俄罗斯天然气贸易交接计量就使用了超声流量计。为了提高天然气贸易交接计量的准确度、维护贸易双方合法的经济利益,分析比较了气体超声流量计国际标准ISO 17089-1—2010、俄罗斯标准ГОСТ8.611—2013和中国国家标准GB/T 18604—2014等3个标准的适用范围、测量气质条件、超声流量计技术指标、安装要求和现场测量性能保障措施等方面的异同点,并进行了2台超声流量计串联安装计量试验,开展了试验数据的重复性、安装位置对计量性能的影响和流量差值控制限分析,在此基础上提出了对GB/T 18604—2014的修订建议。研究结果表明:(1)中国标准同国际标准的主要技术内容是基本一致的,但前者在超声流量计使用过程质量控制方面还有待加强;(2)建议GB/T 18604—2014增加ISO 17089-1—2010中超声流量计两次校准误差限、测量误差处理方法以及串联安装超声流量计比对方法等方面的内容。     

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)。     

国际标准化组织天然气技术委员会ISO/TC1932011年发展动态

回顾了ISO／TC193组织结构、工作组现有构成、标准发布情况,对2011年ISO／TC193／SC1天然气分析测试”、ISO／TC193／SC3“天然气上游领域”分委会、ISO／TC193直属工作组开展的天然气分析测试技术国际标准化项目发展动态进行了跟踪研究,提出下一步我国在天然气产品和分析测试技术标准化领域的采标和国际标准化工作建议。