天然气能量计量体系在中国的建设和发展.pdf

石油与天然气化工 CHEM lCAL ENGI NEERING OF OI L ＆GAS 1 O3 天然气能量计量体系在中国的建设和发展 黄 维和 。 罗 勤 黄黎 明 常宏 岗 门 李晓红 1 ． 中国石 油天 然 气股份 有 限公 司 2 ．中国石 油西 南油 气田公 司天然 气研 究院 3 ． 全 国天 然 气标 准化技 术委 员会 陈 勇 摘 要 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 。2 0 0 8年 1 2月 3 1日， 中 国 国家标 准化 管理委 员会 发 布 GB ／ T 2 2 7 2 32 0 0 8 天 然 气 能量 的 测 定 国 家标 准 ， 并于 2 0 0 9年 8月 1日起 正 式 实施 。依 据 GB ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8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 ／ T 1 8 6 0 3 2 0 0 1 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 ． 0 5 、 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 ． 2 5 的发 热 量直 接 9 n ,4 定装 置 ， 达到 I S 1 5 9 7 12 0 0 8 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 。 关键 词 天 然 气 能 量计 量体 系 建设 发 展 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 1 ． 0 1 ． 0 0 1 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 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 为天然 气 贸易结 算 的依据 。随着 中国进 口天然 气业 务 的快 速发 展 ， 在 中 国全 面 推 广 天 然 气 能量 计 量 已 经 势在必 行 。 中国石 油天 然气 股份 有 限公 司致力 于 推进 天然 气 能量计 量 技术 在 中 国 的 应用 和实 施 ， 先后 组 织 开 展 多项 天然 气能 量计 量 配套 技 术 研 发 工 作 ， 积 极 与 在 能量 计量 这一 领域 拥有 先进 技术 和丰 富实 践经 验 的国家 和组 织保 持 密 切 的联 系 ， 建 设 天然 气 能 量 计 量体系， 为在 中国全面实施天然气 能量计量提供技 术 支持 。 中 国天 然 气 标 准 化 技 术 委 员 会 s A C ／ T C 2 4 4 作 为从 事天 然气 及天 然气 代用 品从 生产 到用 户全 过 程 的术语 、 质 量 、 测量 方法 、 取样 、 试 验和 分析方 法标 准 化 的全 国性技 术组 织 ， 于 2 0 0 3年 即成 立专 门的标 准化 技术 工 作 组 ， 跟 踪 研 究 I S O 1 5 1 l 2 2 0 0 7 天 然 气 能量 测定 ， 组 织 制订 天然 气 能量 测定 国家标 准 ， 为 在 中国实施 天 然气 能量计 量 奠定 技术 基础 和提供 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 4 天然 气 能量计量 体系在 中 国的建设 和发展 标准化 保 障。 由于 中国至今 尚未 出台法律 法规 和政策 明确要 求全 面实施 天然气 能 量计 量 ， 因此 天然 气 能 量计 量 体 系在 中国尚待建 立 和 推广 应 用 。总 体 来看 ， 体 积 流量测定 技术通 过 多 年 的攻 关研 究 和 工程 建 设 ， 在 流量量值 溯源链 、 标 准体 系和 质 量保 证 体 系建 设 和 应 用方 面 ， 已经趋 于完 善 和成 熟 ， 与 国际水 平 接 近 。 在 发热量测 定技 术领域 尚需要更 进一 步 的发展 。与 国际水平 相 比， 不 仅 需 要 在 溯 源 准 则 、 气 体 标 准 物 质 、 测 定 系统 性能评 价方 面补充完 善现 有 国家 标准 ， 而且更迫切地需要建设与国际水平一致的天然气发 热量量 值溯源体 系 。 1 G - B／ T 2 2 7 2 3 2 o o 8 天然气能量 的测定 1 ． 1发布 和实施 日期 、 目的 2 0 0 8年 1 2月 3 1 13， 中国 国家标 准 化 管理 委 员 会和 国家质量 监督 检 验检 疫 总局 发 布 B ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8 天然 气能 量的测 定 国家 标 准 ， 于 2 0 0 9年 8 月 1日起正式 实施口 ] 。该标 准 的发 布和 实施标 志着 在 中国开展天 然气 能量 计 量 将有 标 准 可依 ， 为 中 国 天然气计 量方 式与 国际惯 例 接 轨提 供 了技 术 支 持 ， 在规 范天 然气能 量 的测 定方法 等方 面具有 积极 的意 义 ， 将 推 动天然气 能量计 量在 中 国的全面实施 。 1 ． 2标准 范围和 适用对 象 GB ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8提供 采 用 测量 或 计算 的方 式 对天 然气进 行能 量 测定 的方 法 ， 描述 必 需采 用 的 相关技术 和措施 ， 给 出能量 测 定 不确 定 度估 算 的通 用方 法 。该 标准 仅涉及 到 目前 正在使 用 的天然气计 量 系统 ， 适 用于从 民用气 到 高 压气 输 送 的任 何 气 体 计量 站l 】 ] 。 1 ． 3能量 测定方法 G B ／ T 2 2 7 2 3 7 0 0 8规 定 天然 气 能量 测 定 采用 间接 能量测定 法 ， 即天 然 气 的能 量 测定 在 本 质上 是 以时 间变化 为 基 础 ， 在 一 个 积算 时 间 如 小 时 、 天 、 周 、 月等 内， 天然气 的能量 等 于 积算 时 间 内气 体 流 量 与高位发 热 量的乘积 见 图 1 。 天然气 的体 积或质 量 、 发 热量 和诸 如 C O。 含量 和气 体密度 等其他 物 理 参数 是 在 计量 站 分 别测 定 。 按 照中 国强 制 性 国家 标 准 GB 1 7 8 2 0 1 9 9 9 天 然 气 和 G B ／ T 1 8 6 0 3 2 0 0 1 天 然气 计 量 系统技 术 要 求 的规定 ， 测 定天 然气 发 热 量 时 ， 采 用按 G B 1 3 6 1 0 2 O O 3 天然气 的组成分 析 气相色谱法 获得 的气 相 色谱组 成分 析数 据 依 据标 准 GB ／ T 1 1 0 6 2 1 9 9 8 天 然气发 热量 、 密 度 、 相 对密 度 和 沃泊 指 数 的计 算 方法 计算 获得口 一] 。 1 ． 4标准参比条件 GB ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8规 定使 用 的标 准参 比条 件 为体积计 量 压力 为 1 0 1 ． 3 2 5 k P a ， 温 度 为 2 O。 C； 能 量 计量 压 力 为 l 0 1 ． 3 2 5 k P a ， 温度 为 2 0℃ ， 干基 。 也 可使用 合 同规定 的其他参 比条件 。 1 ． 5天然气能量计量体系要求 天然 气 能量 计 量 体系 涉及 到 流 量测 量 、 组成 分 析 、 物 性参 数计算 设备及 标准 方法 ， 以及 流量测 量和 发热量测 定溯 源链 等诸 多关键技 术 ， 如 图 2所示 。 2天然气能量计量体系在中国的建设和实践 2 ． 1体 积流量 、 组成 分析 、 能量 测定 国 家标 准和 相关 的设 备检 定规程 中 国在 与天然 气能 量计量 密切 相关 的产 品和通 用基础 、 流量 测量 、 取样 、 组 成 分析 、 物 性参 数 计算 、 量值 溯 源 、 杂质 分 析 、 设 备 检 定 等方 面 制 定 了 3 4项 国家标 准和 1 1项检定 规 程 分 类 图见 图 3 ， 基本 满 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 6 天 然气 能量计量体 系在 中 国的建设 和发展 2 O 1 1 2 天然气 发热量 间接测 定 组成 分 析 量 值溯 源链 。国家 标准物 质办公 室归 口管理 全 国标 准物质 的审核 、 认 可和监 督 。中 国的气 体 标 准物 质 溯 源链 分 为国家一 级标准 物 质 和 国家 二级 标 准 物质 ， 其 下 允许有 工作 级 标 准 物 质 ， 但 涉 及 检 验 、 计 量 或 仲 裁 等 ， 则规 定只 能使用 国家一级 或二级 有证 标准物 质 。 国家一 级气体标 准物质 要求 直接溯 源至 S I 制 ， 多 采 用 称量 法配制 。 目前 ， 天然 气 分析 用 多 组分 一 级 气 体标 准 物质 ， 对 二 氧化 碳 、 氮 气 、氦 气 、 乙烷 、 丙 烷 、 丁烷组分 不确 定 度 1 U一0 ． 9 5 ， k 一2 ， 对 戊 烷 、 正 己烷 组分 不 确 定 度 2 。其 中包 括 甲烷 、 氮 、 氦 、 二氧化 碳 、 丙烷 、 异 丁烷 、 正 丁烷 、 正戊烷 、 异戊烷 、 新 戊 烷 、 正 己烷 十二组 分 的 有一 种 ， 覆 盖 一个 浓 度 ； 包 括 甲烷 、 氮 、 二 氧化 碳 、 丙 烷 、 异 丁 烷 、 正 丁烷 、 正 戊 烷 、 异戊烷 、 新戊 烷 、 正 己烷 十一 组分 的有二 种 ， 覆 盖 两个 浓度 ； 其 余包 含 二 元 或 四元 组分 。天然 气 分 析 用二 级气体标 准物 质 的不 确 定度 2 ． 5 U一0 ． 9 5 ， k 一2 。图 5 给 出 了 中国天 然气 组 成 分析 用 气 体标 准物质 溯源链 及不确 定度水 平 。 2 ． 3体积流 量和 发热量 测定设 备配置 中 国已建天然 气贸易交 接计 量站 配置 的体 积计 量设备 和发热 量测定 设备基 本能满 足能量 计量 的设 置要求 。A级 站都 按 GB ／ T 1 8 6 0 3配备 了体 积 流量 计 量和在 线组成 分析 设 备 ， B级 和 C级 站 都配 备 了 体 积流量计 量设备 。 2 ． 3 ． 1体秘 流 量测 定 没衙配 性 中国天然 气长输 管线 使用 的体积 流量计 量设备 主要有标 准孔板 、 超声 流 量计 、 涡轮 流 量 计 ， 小型 用 户大多使 用 的是 智 能 旋 进 旋 涡 流量 计 和 腰 轮 流 量 计 。 目前 ， 中 国石 油 天然 气 股份 有 限公 司天 然 气 与 管道分公司下辖各管道配备的天然气流量计量设备 见 图 6 。所 有配 备 的流量计 均按 国家检 定规 程 进行 定 期检定 和校 准 。 口 口1 _ 1 ％ 四 2 1 ． 8 ％ 图 幻 超声波流量计 口涡轮流量计 I田孔板流量计 莲 巷 鎏 葬 计 2 ． 3 ． 2发热请测定设箭配置 中 国天然气 长输 管网各 贸易交 接点 计 量站 均 未配备 发热 量直接 测 定 设 备 ， 发 热量 由在线 气 相 色 谱仪或 离线 的实验 室 色谱仪 测定 得 到的组成 数据 通 过状态 方程计 算 间 接 获得 。 目前 ， 在 各 长输 管 道 的 A 级计 量站 按 G B ／ T 1 8 6 0 3的分级 ， 即输 气量 不小 于 5 0 0 0 0 m ／ h 按 照 GB 1 3 6 1 0 ～2 0 0 3的要 求 配置 了在线气 相色谱 仪 ， 并 按 照相 应 的国 家检 定 规程 在 安装 前进 行 了检 定 。但 B级 和 C级 没 有 配 置在 线 气相色谱仪 ， 采用赋值方法获取相关 的组成数据和 物性参 数 。由于 中 国 尚没有 实 施 能 量计 量技 术 ， 多 数 由在 线气相 色谱 仪获得 的组 成数 据只作 为生产 监 控 ， 未用 于 贸易交接 计算 ， 贸易交 接使 用 的天然气组 成数 据采 用离线 的实 验室 数据 。 2 ． 4天然 气能量 计量 技术在 长输 管道 的应用 实例 中 国石油天 然 气股 份 有 限 公 司 于 2 0 0 7年 选 择 天然气 长输 管道 上 3 个 不 同气源 的 A 级计 量 站 ≥ 5 0 0 0 0 1 T I 。 ／ h 作 为 天 然 气 能 量 计 量 技 术 应 用 试 点 。 该 3个计 量站 的发热 量数 据均通 过现 场在线 气相 色 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 8 天然 气能量 计量体 系在 中国 的建设和 发展 2 O 1 1 4结 论 随着 GB ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8的发 布 和 实 施 ， 以及 天然气 国际贸易 的快 速 增 长 ， 在 中 国全 面推 广 能 量 计 量技术 已为 大势所趋 。我 国各长输 管线计 量站 已 初 步具备实 施能量 计量 的能 力 。3个开 展 天然 气 能 量计 量技术 应 用 的 A 级 计 量 站发 热 量 测 定 均 达 到 了 G B ／ T 1 8 6 0 3 2 0 0 1 对 A 级计 量站 0 ． 5 的准确 度水平 要求 ， 进一步 表 明 中国 已具 备 实施 天 然气 能 量计量 的基 础 条 件 。但 在 发 热 量 量 值 溯 源 体 系 建 设 、 计量 站设备 配置 及 维 护 、 设 备 的校 准 、 性 能评 价 以及运行管理等方面还需与国内外合作 ， 开展科学 研 究 ， 以逐 步健全 和完 善 中国天然气 能量计 量体 系 。 而 当前 最 重 要 的 是 应 尽 快 形 成 甲烷 不 确 定 度 0 ． O 5 U一0 ． 9 5 ， k 一 2 、 其 它 少 量 组 分 不 确定 度 0 ． 5 U一0 ． 9 5 ， k 一2 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 0 ． 2 5 纯 甲烷 ， U一0 ． 9 5 ， k 一2 的发热量 直 接测定 装 置 ， 达 到 I S O 1 5 9 7 1规定 的一级 水平 。 参 考 文 献 [ 1 ]全 国天 然 气 标 准 化 技 术 委 员会 s A C／ T C 2 4 4 ． G B ／ T 2 2 7 2 3 2 0 0 8 ． 天然气能量的测定E s ] ． 北京 中国标 准经出版社 ， 2 0 0 9 04 01． [ 2 ]中国石油天然气集团公 司． G B 1 7 8 2 0 1 9 9 9 ． 天 然气 [ s ] ． 北 京 中国标准经出版社 ， 2 0 0 0 0 3 0 1 ． [ 3 ]中国石油天然气集 团公 司． GB ／ T 1 8 6 0 3 2 0 0 1 ． 天然气 计量系 统技术要求 [ S ] ． 北京 中国标准化出版社 ， 2 0 0 4 0 4 1 8 ． [ 4 ]中国石油天然 气集 团公 司． GB ／ T 1 3 6 1 0 2 0 0 3 ． 天然气 的组成 分析 气相色谱法[ s ] ． 北京 中国标准化出版社， 2 0 0 3 ～1 2 0 1 ． [ 5 ]中国石油天然气总公 司． GB ／ T 1 1 0 6 2 1 9 9 8 ． 天然气发热量 、 密 度、 相对密度和沃泊指数 的计算方法[ s ] ． 北京 中国标准 化出版 社 ， 2 0 0 4 0 4 0 9 ． 作 者 简 介 黄 维 和 男 。 汉族， l 9 5 7年 1 1月 2 8日出生 。博士， 教授级高级 工程师 ， 中国石油天然气股份有限公 司总工 程师兼天然气 与管道分 公 司总 经 理 、 党 委 书记 。 l 9 8 2年 毕 业 于 中 国 石 油 大 学 华 东 ， 长 期 从事油气长输管道 的建设和运营管理工作 ， 在中国石油天然气 行业 拥有逾 2 5年的工作经验 。Ema i l h u a n g we i h e p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 。联 系 电话 0 2 8 8 5 6 0 4 5 1 8 。 收 稿 日期 2 0 1 0 一 I 2 2 7 收修改稿 2 0 1 i 一0 1 2 1 编 辑 钟 国 利 天然气标准化委员会召开 2 O 1 1年标准科研和标准制修 订工作协调会 2 0 l 1年 3月 1 4日至 1 7日， 全 国天 然气标 准 化 技术委 员会秘 书处在 成都 组 织 召 开 了“ 天然 气标 委 会 网站 建设 ” 、 “ 天然 气 能量 的 测定 标 准 宣贯 教材 编 写” 、 “ 天然 气湿 气测 量技 术标准 前期研 究” 三项 标 准 科研项 目专 家审 查会 及 2 0 1 1年 度 标 准科 研 和标 准 制修订 项 目协 调会 。 来 自 CP E西 南分 公 司、 西 南石 油 大 学、 中 国计 量科 学研 究 院、 中石 油勘 探 与生产 分公 司、 中石 油西 南油气 田公 司、 中石 油 西 南油 气 田公 司安全 环 保 与 技术监 督研 究 院、 中海 油研 究 总院 、 中石 化天 然 气分 公 司计量研 究 中心 、 大 庆 油 田 质 量 节 能 部 、 中 山 大 学 、 深圳 出入境 检验 检 疫 局 、 中石 油廊 坊 分 院、 中石 油管道 科技研 究 中心 、 中石 油北 京 天 然 气管道 公 司 和 国家石 油天然 气 大流 量 计量 站 等 单位 共 3 3名 代 表 参加 了会议 。与 会代表 听取 了各项 目负责人 的汇 报 ， 本 着科 学求 实的精神 和认 真 负责 的 态度 ， 充分发 扬技 术 民主 ， 对三项 标 准研 究项 目进 行 了严 肃认 真 的审查 ， 提 出 了宝贵 的修 改意见 ， 并一 致 同意该三 项 标 准项 目通 过 专 家 审 查。 会 议 还 对 天 然 气标 委 会 2 0 1 1年 标准制 修 订 项 目和 标 准科 研 项 目工作 进 行 了研讨 。通过与会 代 表 的充 分讨 论 ， 会 议 协调 了起 草单位 、 参加人员、 研 究时间以及在标准科研和标准 制修订过 程 中大 家所 关 心 的 问题 ， 为 顺利 开展 标 准 科研 及标 准制修 订 工作提供 了保 障 。 天 然 气研 究 院刘 晓霞报 道 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m