技术文章

１．概述
天然气是一种混合气体，它含有甲烷，乙烷，丙烷等烃类组分和氮、二氧化碳等非烃类组分，个组分含量并不相同，不同国家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，他们所产生的能量是不同的，例如美国的天然气（根据２６个城市的统计）体积发热量zui小为36.1MJ/m3，zui大为45MJ/m3，二者相差24.6％。我国管输商品天然气的高热量zui小为33.90MJ/m3，zui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，能量计量显然比体积计量（或质量计量）更科学。
2.能量计量的原理
天然气的能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=Q×Hs
式中E-一段时间内天然气的能量，MJ；
Q-一段时间内天然气标准状态的体积或质量；m3或kg
H-天然气高位发热量，MJ/m3或MJ/kg
应注意，当采用能量计量，其单价为X X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限定值即可。例如加拿大NOVA公司
新版《中国仪器仪表厂商名录》征集中规定管输天然气的高位发热量应不小于 36MJ/m3
3、天然气的能量计量
天然气的能量计量是流量计量、发热量计量和组成分析三部分的组合。
1）流量计量：它是能量计量的主要部分，上节已讨论过，这里不再赘述。
2）发热量计量：发热量计量分直接和间接两种方法
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。我国煤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。
2）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。
4、ISO/WD15112和ISO/CD15112简介
ISO/WD15112为ISO/TC193/SC2/WG4的天然气能量计量工作组文件，ISO/CD15112为委员会文件。
2000年5月在成都召开的ISO/TC93第12次年会上讨论了ISO/WD15112，2000年12月提出了委员会文件ISO/DC15112。
在讨论会上英国、匈牙利、奥地利、意大利和德国介绍了他们国家气质测量的方法。
l）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）．zui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zui低值用于该区当天的能量结算。
b）．发热量，在一个计费区内，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）．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SCADA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
．瞬时加权平均；
．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；
．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，由SCADA中心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：
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。
ISO/CD15112的主要内容如下：
l）点接点
标准中定义了如下6个交接点的
a）．生产商或贮存公司与输气公司或贮存公司之间的交接；
b）．输气公司或贮存公司与区域分销商或输气公司或贮存公司之间的交接；
c）．区域分销商或输气公司或贮存公司与地区分销公司或贮存公司之间的交接；
d）．地区分销公司或贮存公司与居民用户之间的交接；
e）．地区分销公司或贮存公司与工业用户之间的交接；
f）．地区分销公司或贮存公司与商业用户之间的交接。
2）体积测量
体积测量是能量计量的重要组成部分，虽然ISO只有孔板（ISO5167）和涡轮ISO9951两种流量计的标准及超声流量计的技术报告（ISO/TR12765），但提示附录A中还提供了用于不同交接点体积测量流量计的建议，如表4所示。
流量计类型交接点类型123456膜式流量计√ √ √腰轮流量计 √ √ √ √ √ √旋涡流量计* √ √涡轮流量计 √ √ √ √ √孔板流量计 √ √ √ √超声波流量计 √ √ √ √ √文丘里喷嘴流量计√质量流量计√注：＊包括涡街和旋进流量计；√--可用
由于能量计量用的流量是标准状态下的体积量或质量，不同国家使用的标准状态并不一样，标准中亦介绍了与体积换算有关的温度、压力、密度和压缩因子的测量方法。
3）发热量测量
发热量测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。
5、我国天然气能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zui公平的方法。随着市场经济的完善和我国加人WTO，在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在必行。
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贝克公司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年投产了南海涯13-l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ISOS 167和AGAN08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，zui后以能量计量方式进行天然气的计量交接。据介绍，此商品天然气计量系统的不确定度可达1.0％。
综上所述，天然气的能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按能量计量进行贸易交接，应积极进行一些准备工作：
1．积极进行天然气按能量计量的试点工作，推出天然气按能量计量的法规性管理文件，逐渐使能量计量如体积计量一样被大家所接受
2．开展天然气能量计量配套技术研究，积极推行天然气能量计量体系。首先应引进消化*的在线气相色谱仪和流量计算机，按照我国的标准进一步发展适用我国的流量计量系统。
3．积极完善和制定天然气计量的有关标准，特别要尽快研究制定天然气能量计量的有关标准和天然气产品
仪器仪表产品目录
《全国拟在建项目汇编》征订质量标准及其检测方法标准。
4．制定燃料价格时应将它们的发热量高低作为一项重要因素考虑。