天然气的能量流量的计量.doc

天然气的能量流量的计量作者：杨有涛摘要天然气贸易结算计量的方式有按能量流量计量和按体积(质量)流量计量两种，介绍了能量流量计量的原理。天然气的能量流量计量是流量计量、发热量计量和组分分析三部分的组合。不同国家的气质测量的方法。能量流量计量代替体积流量计量必然趋势。我国天然气能量流量计量工作开展的情况，计量部门应该考虑的问题。关键词天然气计量 能量流量计量一、 前言要实施民生计量执法工程、计量节能服务工程，就应该充分发挥计量检测技术在构建社会主义和谐社会、建设资源节约型、环境友好型社会中的技术支撑作用。能源问题在我国经济和社会发展中具有全局性、战略性的地位和作用，并已成为经济发展中的一个突出问题，解决能源问题已成为我国的重要国策。能源计量是解决能源问题中发挥至关重要的作用,是实现能源资源节约、能源科学管理、节能降耗的重要手段。天然气是我国重要的能源之一，天然气的科学合理计量涉及到千家万户的经济利益。天然气贸易结算计量的方式有按能量流量计量和按体积(质量)计量两种。作为能源的天然气，人们关注的是它的热值，即发热量。天然气是一种混合物气体，除烷烃以外还含有部分二氧化碳和氮气等不可燃物质，这些不可燃物质并不产生热值。所以，天然气的体积并不能真正体现其作为能源的价值。在贸易结算中，按体积流量计量的方式不符合按质论价、优质优价的商品交易原则，不利于科学合理地利用有限的天然气资源，对供需双方都不合理。具体举例如家庭天然气的交费，一般说来燃气公司按照这个月你家用了多少立方米气的计算方法结算，这就是按照体积流量计量法来收费。但是将来家用天然气的计量可能会采用能量流量计量法结算，按照这个月你家用了多少焦耳的气原则来收费，这是流量计量的两种不同的表达方式而已。但是后一种用能量流量计量法来结算天然气比第一种方法更加科学合理。燃气计量体积流量准确仅仅是从数量的角度考虑计量的准确（关注点是质量流量、体积流量）；燃气能量流量计量的准确是从气质的质量和数量两方面的准确性考虑（关注所气体含的热量）。二、 概述天然气含有甲烷，乙烷，丙烷等烃类组分和氮、二氧化碳等非烃类组分，组分含量并不相同，不同气田的天然气组分含量可能有所不同。即使是在同一地区同一气田的天然气也可能不同，由于天然气组成的差异，同样体积的天然气，它们所产生的能量是不同的，例如美国的天然气体积发热量最小为36.1MJ/m3，最大为45MJ/m3，二者相差24.6%。我国管输商品天然气的发热量最小为33.90MJ/m3，最大为44.35MJ/m3，二者相差30.8%。作为燃料天然气的商品价值是其所含的发热量，即天然气销售使用的实质是天然气的能量，而不是体积。当天然气作为燃料时，能量流量计量显然比体积流量计量（或质量计量）更科学。 三、 能量流量计量的原理从原理上来说，天然气的能量就是天然气体积流量和单位发热量的乘积。也就是说，天然气的能量取决于两个因素：天然气体积流量和单位发热量。天然气的能量流量计量是通过两个不相关的测量来完成的，即体积或质量流量的测量和体积或质量发热量的测量，将这两种测量合成，计算出天然气的能量，其计算式如下：E=QHs式中：E-时间段内天然气的能量，MJ；Q-时间段内天然气标准状态的体积流量或质量流量；m3或 kgH-天然气单位发热量，MJ/m3或MJ/kg应注意，当采用能量流量计量，其单价为XX元MJ，故贸易结算时单价乘以能量（MJ）便得到金额，而不必按发热量对天然气进行分级，只需规定天然气的发热量达到某一限定值即可。四、 天然气的能量流量计量天然气的能量流量计量是流量计量、发热量计量和组分分析三部分的组合。1 流量计量：它是能量流量计量的主要部分。2 发热量计量：发热量测量计量有直接和间接两种测量方法。为了得到有代表性的热量数据。两种测量方法都必须使用正确的天然气样品采集方法。a）直接法 发热量直接测量法有水流式和气流式两种。气流式对设备和环境的要求比水流式严格，但准确度和灵敏度高。美国20世纪70年代使用水流式，80年代用气流式取代了水流式。我国天然气发热量测量为水流式（GB 12206）。b）间接法发热量间接测量法是利用组成分析数据进行计算，国内外标准有IS06976，ASTMD3588和GB/T11062。3 组分分析 天然气的组分分析可分为在线分析和离线分析两种。由取样和分析两部分组成。对应的国内外标准有IS010715和IS06974及GB/T13609和GB/Tl3610。所以，要求得到天然气能量流量，必须要求测量以下的参数：1. 质量流量, 标准体积流量2. 燃气压力、温度、组分、(相对)燃气密度。需要被计算如下的天然气参数： 压缩因子 摩尔量 热值 气体相对密度 运动粘度 比热可以参考采用以下测量仪器仪表： 基本流量仪表(气体涡轮、超声、孔板等流量计) 绝压或差压变送器 温度变送器、Pt100 传感器 在线色谱仪 密度仪、相对密度变送器 流量计算机（有的具备密度计算功能，可以不加密度仪）、体积修正仪、计数器五、 不同国家的气质热量测量的方法1. 英国气质测量方法英国的热能计算规范规定在一个计费区内使用一个发热量进行结算。发热量测量有三种方式：a） 最低发热量，在一个计费区内，测量所有交接点进气发热量取每天的最低值用于该区当天的能量结算。b） 指定发热量，在一个计费区内，指定一个供需双方承认的发热量用于该区的能量结算。c） 加权平均发热量，在一个计费区内，同时测量所有交接点进气发热量和体积量并计算能量，以每天的能量除以体积量得出的发热量用于该区当天的能量结算。2. 匈牙利气质测量方法a） 在输气管线系统的交汇处或大流量的高压城市门站，安装过程气相色谱仪测量气质。b） 选择气相色谱仪安装场所的原则，是保证流过每个交接点的气流气质随时可以得到。c） 指定每一批流过体积测量点的天然气气质测量点，并可按管输操作模式重新指定气质测量点。d） 每个气质测量点都有备用的测量系统，备用系统可为另一套色谱仪或在线实验室测量。e） 气质数据（发热量、相对密度、二氧化碳和氮气含量）是系统收集。气质平均数据是按供气合同中规定的方法和周期由每个体积测量点计算得到。平均结算周期有 （1） 瞬时加权平均；（2） 在交接点以小时加权发热量和体积测量为基础的加权平均；（3） 在交接点以日加权发热量和体积测量为基础的加权平均。f）如果在体积测量点有气相色谱仪，流量计算机在线地从气相色谱仪下载发热量，并计算能量；否则，按上述方法用发热量和对应的体积计算能量。3. 奥地利气质测量方法一个计量站每个计量点的能量是由日或月体积累积量和相应的加权平均发热量计算，加权平均发热量计算方法如下：a)测量每个进气或出气口的发热量，并计算日加权平均发热量。 b）测量每个进气和出气口的发热量，并计算日加权平均发热量，用于进气和出气之间所有计量点的能量计算。c）把月加权平均发热量与前月比较，若超出规定的误差（如1%）用当月新值，否则用前月值。4. 意大利气质测量方法从特定气相色谱仪站的日平均发热量测量值计算月平均值，用于在计费区内的所有用户。发热量有如下三种办法取得：a）测量发热量，从气相色谱仪站得到未经修改的发热量，并用相同周期的体积测量量计算能量。b）调整发热量，从气相色谱仪站得到发热量，用气相色谱站到体积测量点的时间差进行调整的发热量计算能量。c）校正发热量，从气相色谱仪站得到发热量，用经过不可预见的环境因素校正后的发热量计算有量。5. 德国气质测量方法德国的平均发热量有加权平均和算术平均两种。六、 能量流量计量代替体积流量计量必然趋势天然气作为重要的能源，在国民经济建设和人民生活中发挥着举足轻重的作用。特别是随着天然气工业的快速发展和西气东输工程的顺利实施，目前我国天然气年产量已达几百亿立方米。作为大宗贸易商品的天然气的准确计量，一直受到社会各界的广泛关注。尽管天然气的能量流量计量在我国尚处在起步酝酿阶段，但从现在我们熟悉的单纯的体积流量计量转化为以热值为基础的能量流量计量，则是天然气计量发展的必然趋势。“立方米”是体积单位，而“焦耳”则是能量单位。作为能源的天然气，人们关注的是它的热值，即发热量。据分析数据，四川气田的天然气发热量在每立方米3437兆焦左右，而华北油田的天然气发热量超过每立方米37兆焦。因此，天然气的体积并不能真正体现其作为能源的价值。天然气计量标准的这一重大变革，不仅将会对天然气的用户产生重大影响，而且对整个天然气产业链都将带来巨大的技术震动。能量流量计量系统早在上世纪80年代就被欧美等发达国家普遍运用于天然气的大规模交接贸易中。从国外的发展经验看，由于能量流量计量固有的科学性和合理性，对天然气工业的发展起了重要作用。它较好地解决了按质论价、优质优价的问题，使消费者真正购买到有用的天然气；同时促进供气商改进天然气处理工艺，尽量去除二氧化碳等不可燃物。显然，采用能量流量计量比单纯的体积流量计量更符合天然气产业的经济发展规律。国外较早就开始研究天然气的能量流量计量。在天然气能量测定标准化方面，美国于1996年制定了AGA 5号报告，国际标准化组织(ISO)于1998年开始制定天然气能量测定标准，并于2007年出版正式标准。但我国的天然气计量仍是以体积流量计量为主。GB/T 22723-2008天然气能量的测定国家标准于2008年12月31日发布,将于2009年8月1日起实施。这标志着在我国开展天然气能量流量计量将有技术标准可依,对我国天然气计量方式与国际惯例接轨提供了技术依据，在规范天然气能量的测定方法等方面具有积极的意义。该标准制订将会为天然气工业计量、分析技术、气质管理、生产和储运等带来一场新的革命，有利于促进天然气国际贸易的进行。GB/T 22723-2008天然气能量的测定是在参照GB/T 18603-2001天然气计量系统技术要求的基础上，修改采用ISO 15112:2007天然气能量的测定制定的，采纳了ISO 15112:2007中的交接界面划分和没有配置在线色谱仪的计量站点的天然气组成数据和物性参数赋值方法的新技术。天然气计量方式有能量流量计量和体积流量计量两种，而以能量流量计量为主，体积流量计量为辅的计量方式是国际上通行的方式；我国的天然气计量是以体积流量计量为主，目前只有中海油输香港中华电力的天然气，以及已经投产的广东和福建LNG项目使用能量流量计量方式。当天然气计量实行能量流量计量方式后，将极大地促进我国天然气工业的发展。在国内，天然气的贸易实现能量流量计量后，使作为能源的天然气与电、煤等能源可进行直观的比较，便于民众根据自身的经济、环境等条件择优选择合适的能源，政府机构也可以根据能源结构更加明确地引导能源消费，保证天然气这种清洁能源和优质的化工原材料能充分发挥其应有的作用；在国际上，也能体现我国的实力，使我国天然气计量方式与国际惯例接轨，便于通过管道或LNG方式引进天然气，以补充严重短缺的天然气资源。在我国，天然气流量测量完全可以基于已有的体积流量计量基础。需要加强的是对天然气发热量的测量。天然气能量流量计量体系要科学准确。国际上对天然气能量流量计量方法的研究已经比较成熟了。欧洲两国之间的天然气贸易计量中，主要使用国际标准化组织（ISO）的标准，并且逐渐建立起欧洲自己的标准体系。ISO/WD15112是国际标准化组织的天然气能量流量计量工作组文件，已成为国际上通行的天然气能量流量计量标准。ISO标准的基本方法为：在一个计费区内，采用气相色谱仪测量交接点进气发热量，流量计算机在线从气相色谱仪下载发热量计算能量；或者在输气管线系统的交汇处或大流量的城市门站安装气相色谱仪，测量气质数据（发热量、相对密度等），并发布小时（或日）平均发热量，根据所有交接点的流量计计量的体积量与发布的平均发热量计算出各交接点的天然气能量。七、 我国天然气能量流量计量工作开展的情况在天然气贸易计量中，以能量的方式进行结算是最公平的方法。随着市场经济的完善和我国加入了WTO，在我国天然气贸易计量中实行能量流量计量势在必行。我国已有一些天然气计量站配备天然气在线分析系统，它可提供天然气组成和发热量的数据，如华北油田向北京供气的东郊门站配备有引进的天然气流量计算机和在线气相色谱仪等。1993年华北油田向北京市供气的第二条输气管道投产，建在这条管道末端的南郊门站配备有从美国引进的天然气流量计算机和在线气相色谱仪，十几年来华北油田除按体积流量计量外，同时也记录了天然气的发热量。中国海洋石油总公司于1996年投产了南海气田，该气田有30亿立方米的年生产能力，其中90%的商品天然气经跨底管道输送香港，用作中华电力公司的燃料，此天然气按ISO 5167和AGA No.8报告进行流量计算，采用自动取样器定时定量取得天然气气样，由化验室的气相色谱仪分析天然气组成，气相色谱仪每次使用前用标准气体进行校准，最后以能量流量计量方式进行天然气的计量交接。据估计，此商品天然气能量计量系统的不确定度可达1.0%。目前北京地区的天然气能量计量的现状：北京郊区的采育、次渠、西郊、通州等各个天然气的大门站，均配置了流量计算机和在线色谱仪，虽然目前依然采用体积流量计量结算方式，但已具备能量流量计量的必要技术条件。另外，京丰电厂、郑常庄、太阳宫、正东电子等大型燃气电厂，也已经具备了能量流量计量的条件。北京地区的其他一些大型趸售的用户单位，也在进行能量流量计量的技术改造中。八、 结束语综上所述，天然气的能量流量计量是在体积测量的基础上，再配备天然气发热量的测量装置。为了今后在我国逐步实行能量流量计量，应积极进行一些准备工作：1积极推进天然气按能量流量计量的试点工作，推出天然气按能量流量计量的法规性管理文件，逐渐使能量流量计量如体积流量计量一样被大家所接受。2开展天然气能量流量计量配套技术研究，积极推行天然气能量流量计量体