王永晖1，2
1.中石化天然气榆济管道分公司；2.中石化榆济管道有限责任公司
摘要：随着天然气在我国能源结构中的比例不断上升，已形成了多气源供应格局。天然气的核心价值在于其燃烧后释放的能量，目前国内天然气贸易交接普遍采用体积计量方式，由于不同气源天然气热值相差较大，不能满足公平计量的需要和天然气国际贸易的发展，推进天然气能量计量势在必行。2019年5月《油气管网设施公平开放监管办法》出台，国家推行天然气能量计量计价，于24个月内建立天然气能量计量计价体系，旨在建立更加公平的天然气计量计价体系。本文总结了天然气能量计量现状，分析了推进能量计量面临的主要问题，并对能量计量体系下输差管控措施进行了探讨。
关键词：天然气；计量；能量计量；输差
1 前言
2019年5月《油气管网设施公平开放监管办法》出台，国家推行天然气能量计量计价，于24个月内建立天然气能量计量计价体系。旨在建立更加公平的天然气计量计价办法，由目前普遍采用的体积计量方式改为能量计量。随着天然气在我国能源结构中的比例不断上升，已形成了陆上管道气、页岩气、煤层气、煤制气、进口LNG气多气源混输格局，对天然气贸易交接的准确性要求越来越高。随着国家油气管网运营机制改革的加快推进，旨在“管住中间、放开两头”，形成上游油气资源多主体多渠道供应、中间统一管网高效集输、下游销售市场充分竞争的油气市场体系，天然气市场必将迎来新一轮蓬勃发展。天然气的价值在于其燃烧后释放的热量，不同来源、不同产地天然气单位体积气体发热量变化幅度较大，国内不同气源的天然气发热量最大变化可以达到6.1MJ/m3[1]。目前的体积计量方式无法满足公平计量要求，天然气能量计量势在必行。图1是某天然气长输管道气质变化情况，该管道气源有国内气田气、进口LNG气、煤层气，可以看出不同站点天然气组分和发热量变化较大，高位发热量最大变化幅度达到4.04MJ/m3。
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图1 某天然气长输管道气质变化情况
2 能量计量在国内外发展现状
1980年，为应对石油危机、提高天然气利用水平，美国天然气加工者协会提出天然气交接计量和结算的发热量原则，要求以发热量为基准进行计价。1998年，国际标准化组织天然气技术委员会ISO/TC193制定了国际标准《天然气能量的测定》，规范能量计量方法，并于2008年正式发布实施，天然气能量计价实施后迅速得到市场和社会的普遍认可和接受。自此，能量计量开始有据可依。欧美等天然气成熟市场均采用能量计量进行贸易结算，体现了天然气的核心价值，避免了天然气交易中的计量纠纷，促进了天然气的开发和利用。[1]
相对而言，我国在天然气能量计量方面起步较晚，发展不够充分，仅有部分计量站开展了能量计量的实践。1996年中海油供香港中华煤气采用了能量计量的贸易交接方式，2007年和2008年分别投产的广东大鹏LNG和福建LNG接收站采用了能量计量方式。尚未形成天然气能量计量体系。总体来看，我国在体积计量流量量值溯源链、标准体系和质量保证体系建设和应用方面与国际水平接近，在发热量测定技术方面尚需要进一步发展[2]。
3 天然气能量计量原理
3.1 能量计算公式
一定量气体所含有的能量为气体量与对应发热量的乘积。
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式中：E—天然气的能量，MJ；
Q—天然气标准参比状态下的体积，m3；
H—天然气高位发热量，MJ/m3。
能量测量可直接测定，也可通过气体量及其发热量计算得到。通常，气体的量以体积表示，发热量则以体积为计算基准。为了能够准确进行能量测定，应使气体体积和发热量处于同一参比条件下。能量测定既可以是连续的几组发热量和相同时间内流量乘积的累加计算，也可以是这段时间内气体总体积和有代表性的（赋值）发热量的乘积。
3.2天然气发热量测定
国际标准化组织规定了两种天然气发热量的测定方法，一种是直接法，即使用热量计直接燃烧测定天然气的发热量；另一种是间接法，即利用气相色谱分析得到的天然气组成数据计算其发热量。目前在现场普遍使用的发热量测定技术由天然气色谱测定组分后，由相关公式计算得到，而直接测定方法只是作为对计算方法的一种校验。按照国际通行做法，我国实施天然气能量计量的方法推荐采用通用的间接法。通过天然气色谱来分析天然气组分，控制器提供组分数据给流量计算机。在流量计算机中，来自天然气色谱分析仪的数据将用来计算压缩因子、密度、体积流量和热值。
3.3天然气体积发热量计算[4]
2.3.1体积分数到摩尔分数的换算
在计量参比条件下，根据气体体积分数计算各组分摩尔分数公式如下：
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我国目前使用的计量参比条件和燃烧参比条件相同，均是压力为101.325kPa，温度为20℃。
4 天然气能量计量面临的问题
4.1天然气计价方式
目前我国天然气计价方式多采用体积流量、按距离收费的方式进行，需要制定新的管道运输价格，统一上下游及管输价格体系，实现单位统一，量值准确可靠，更好的体现贸易交接的公平合法性，充分保障各方利益。
4.2计量设备升级改造
目前国内大多数计量站采用孔板流量计、涡轮流量计、超声流量计等体积计量设备，缺乏能量计量的配套设施，需进行设备升级改造，开展天然气能量计量配套技术研究，引进先进的天然气气相色谱分析仪和流量计算机。
4.3完善溯源链
能量计量中流量及发热量均应溯源至国际基准。按照测量方式的不同，发热量测定包括直接测定及间接测定量传和溯源，间接测定的量传和溯源通过气体标准物质进行。通过气相色谱分析仪测定天然气的发热量是目前国际上的通用做法，同时直接测定天然气的发热量也是能量计量系统中不可或缺的配套技术。将气相色谱分析仪测量数据与直接燃烧法测定数据进行比较，从而确定气相色谱法测量天然气热量的不确定度。发展天然气发热量直接测定装置，是气相色谱法间接测量天然气热量核查和保证手段。
5 天然气能量计量输差控制
天然气在输送过程中不可避免的存在一定的交接差，计量管理的重点工作之一是管控输差，确保交接双方公平交易。目前针对天然气体积计量已经形成了一套完整的输差控制措施，随着天然气能量计量方式的实施，还需要考虑一些新的影响因素以有效管控输差。
5.1输差的定义
以天然气能量计算的输差公式
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5.2输差产生原因
5.2.1计量仪器仪表测量误差
在天然气计量过程中必然涉及到一定的计量设备，设备本身的测量精度、维护保养情况会影响计量的准确性，一旦设备维护不到位将会导致天然气在输送过程中输差现象。同时设备、管道的清洁程度也会影响计量精度。仪器仪表的选型、安装以及相关参数的设定（如小流量切除）是否合理也在一定程度上影响测量精度。天然气能量计量过程中需要用到体积流量值和组分参数，天然气组分、压力、温度等参数将对压缩因子的计算产生影响，同时对气体体积发热量的间接计算影响较大。
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从表1中可以看出不同组分压缩因子变化较大，组分的准确分析是计量准确性的关键。
5.2.2管道、设备本身完好程度
管道、设备跑冒滴漏会导致天然气能量的散失，例如输气场站阀门内漏等，日常工作中要加强线路巡护管理，加强设备维护保养，及时处置各种泄露，避免能量损失。
5.2.3工艺参数
现场仪表设备布置方式、供气方式等均会对气流产生影响，进而影响计量准确性，要根据实际工艺参数合理选择配套计量设备设施，严格执行工艺纪律，避免超出测量仪表的最佳使用范围，提高测量精度。
5.2.4人为计算误差
管存气量、放空气量及自用气等的计算误差会影响综合输差，要建立能量计量体系下气体能量的计算方法，提高计算精度。对输差进行合理评估，维护企业利益。
6 结论
随着天然气供应多元化，天然气能量计量能更好的体现天然气的核心价值，促进公平贸易，维护共同利益，天然气能量计量使不同品质的天然气有了一个统一的比较平台，促进天然气贸易的发展。推进天然气能量计量是一项系统性工程，应在稳定市场的前提下，循序渐进，分布推进，可在条件相对成熟的代表性计量站点先行先试，逐步积累经验。相关部门应加快天然气能量计量体系建设，指导天然气运营企业加快设备设施升级改造，加强天然气能量计量人才储备，不断适应新形势下工作需求。建立能量计量价格体系，适应管网改革需求，对接国家战略，促进天然气消费量的稳步增长，实现能源的清洁利用。
参考文献
[1]天然气能量计量在我国应用的可行性与实践[J].罗勤，天然气工业，2014,34（2）：123-129.
[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T 22723-2008 天然气能量的测定[S ].北京：中国标准出版社，2008.
[3]天然气能量计量体系在中国的建设和发展[J].黄维和等，石油与天然气化工，2011，40（2）：103,108.
[4]中国石油天然气总公司.GB/T 11062-1998.天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法[S].
[5]天然气管道运行规范.SY/T 5922-2003.