我國天然氣計量體系建設的現(xiàn)狀與發(fā)展*

肖　暉　張福元　李　軍

(1.江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督氣體流量計量檢測中心，鎮(zhèn)江 212009；2.國家石油天然氣大流量計量站廣州分站，廣州 510000；3.中冶南方武漢鋼鐵設計研究院，武漢 430080)

0　引言

自從上世紀50年代在四川瀘州開始我國首次天然氣計量，到本世紀初西氣東輸一線建設投產(chǎn)，隨著天然氣使用量的增加，我國天然氣計量技術(shù)、計量器具、量值傳遞溯源、計量方式、標準化，以及監(jiān)督管理也隨之發(fā)展，已形成以體積計量為主體的天然氣計量體系。

當前，天然氣按能量計量和計價是國際上主流的貿(mào)易計量與結(jié)算方式。除前蘇聯(lián)地區(qū)和中國外，北美、南美、歐洲和亞洲大多數(shù)國家的天然氣交易合同均采用能量來計量和結(jié)算費用。全球LNG和管輸氣的國際貿(mào)易也直接或間接地采用能量計量計價的方式。2013年我國天然氣的消費量達到1700億m3,對外依存度達到31.6％，2014年預計消費量達到1860億m3。我國已成為天然氣能源進口大國，預計2015年對外依存度將超過35％，而且進口來源復雜，品質(zhì)差異大，需要在現(xiàn)有體積計量基礎(chǔ)上全面推進以能量計量為主體的天然氣計量體系。

1　計量器具

天然氣計量器具可以按主要計量器具流量計，以及壓力測量儀表、溫度測量儀表、物性參數(shù)測定和流量計算機輔助計量器具進行劃分。目前，在我國使用的天然氣計量器具的水平與國外歐美發(fā)達國家基本一致。

1.1　流量計

按工作原理分類，用于天然氣流量測量的流量計有差壓式、速度式、容積式和質(zhì)量式4類流量計。差壓式流量計主要有孔板、噴嘴和文丘里管等3種。速度式流量計有超聲、渦輪、旋進旋渦和渦街等4種。容積式流量計有腰輪和膜式流量計等2種。質(zhì)量流量計是科里奧利質(zhì)量式流量計，主要用于壓縮天然氣(CNG)計量。近來，也有熱式質(zhì)量流量計用于天然氣計量，尚處于試用階段。

1.2　輔助計量器具

1)壓力測量儀表主要是壓力變送器。2)溫度測量儀表主要是溫度變送器。3)物性參數(shù)測定儀器。隨著物性參數(shù)計算方法的完善，目前絕大多數(shù)都是使用色譜儀分析的天然氣組份數(shù)據(jù)計算需要的物性參數(shù)。4)流量計算機。最早用于天然氣流量計算的儀表為求積儀，是與孔板流量計配套使用的，現(xiàn)在可根據(jù)不同流量計和管理需要，選擇微功耗、智能、網(wǎng)絡等通用或?qū)Ｓ昧髁坑嬎銠C。

2　量值傳遞溯源

目前多數(shù)流量計在低壓空氣標準裝置上檢定校準，主管線上的流量計則使用高壓天然氣實流標準裝置進行檢定校準。

2.1　量值傳遞標準裝置

天然氣流量量值是通過原級標準裝置按體積或質(zhì)量和時間的組合量進行溯源的，并把量值傳遞到次級或傳遞標準裝置、工作標準裝置，最終到現(xiàn)場計量器具。壓力、溫度和天然氣組份數(shù)據(jù)的量值溯源分別溯源到相應原級標準裝置(標準物質(zhì))。

2.1.1原級標準裝置

原級標準裝置負責把國家長度(體積)或質(zhì)量和時間的基準量值傳遞到次級或傳遞標準裝置。用于天然氣流量量值傳遞溯源的原級標準裝置有如下類型：

1)質(zhì)量-時間(mt)法：測量一段時間內(nèi)流進壓力容器內(nèi)的流體質(zhì)量。該方法量值溯源鏈相對簡單，不確定度在0.05％～0.1％之間。美國CEESI，英國NEL，以及我國國家石油天然氣大流量計量站成都和南京分站都采用此方法。

2)p.V.T.t法：測量一段時間內(nèi)流進/出已知體積的壓力容器內(nèi)的壓力和溫度變化量，而后計算流體的體積。該方法使用壓力范圍寬，對環(huán)境條件要求高，不確定度在0.05％～0.2％。美國CEESI、法國燃氣公司，以及我國國家石油天然氣大流量計量站重慶分站都采用此方法。

3)高壓體積管法：測量已知體積的高壓體積管的往返次數(shù)的時間，而后計算流體的體積。該方法使用壓力范圍寬，對體積管密封和環(huán)境條件要求高，不確定度在0.05％～0.1％之間。德國PigSar和我國在建的國家石油天然氣大流量計量站武漢分站都采用此方法。

2.1.2次級標準裝置

次級標準裝置大多采用臨界流文丘里噴嘴，臨界流文丘里噴嘴是定流標準裝置，流量穩(wěn)定，但壓損比較大，不確定度在0.15％～0.25％之間。美國GRI和CEESI，以及我國國家石油天然氣大流量計量站成都和南京分站都采用此方法。

2.1.3傳遞標準裝置

最常用的傳遞標準裝置是采用腰輪流量計，不確定度在0.2％～0.3％之間。德國和荷蘭，以及加拿大的TCC都是采用此種方法，傳遞標準裝置也可作為比對組件使用。

2.1.4工作標準裝置

最常用的工作標準裝置是采用渦輪流量計，不確定度在0.23％～028％之間。美國GRI和CEESI、歐洲的德國和荷蘭等國家、加拿大的TCC，以及我國國家石油天然氣大流量計量站成都和南京分站都采用此方法。

2.2　量值傳遞溯源方法

目前量值傳遞主要是使用檢定的方法進行，檢定只對計量器具符合性進行確認。

發(fā)達國家的天然氣貿(mào)易計量器具量值溯源大多使用校準的方法進行，屬于供需雙方的自愿行為。校準要求對計量器具的量值進行修正，使計量器具的準確度接近標準裝置的準確度。

3　計量方式

天然氣的計量方式體現(xiàn)在結(jié)算時使用的單位，有體積、質(zhì)量和能量3種。發(fā)達國家都使用能量計量方式，我國的硬件和標準都已經(jīng)具備，但由于定價機制和管理方面的原因，還是以體積計量為主。計量方式簡介如下：

1)體積計量方式：是最早使用的計量方式，該方式是計量天然氣在標準參比條件下的體積量，是能量計量方式的基礎(chǔ)。俄羅斯和我國主要采用此方式。

2)質(zhì)量計量方式：主要用于壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)的計量，該方式只是計量天然氣所有組份的質(zhì)量。

3)能量計量方式：是最公正和科學的計量方式，該方式是計量天然氣組份中能產(chǎn)生能量的組份在標準參比條件下的能量。歐美發(fā)達國家主要采用此方式，我國中海油輸香港電力也采用此方式。

4　計量系統(tǒng)的標準化

天然氣計量標準化可分為計量系統(tǒng)、流量測量、物性參數(shù)測定和計量方式。

在天然氣流量測定標準制定中，我國主要參照美國氣體協(xié)會(AGA)、國際標準化組織(ISO)、歐共體(EN)和國際法制計量組織(OIML)的標準制定，處于與發(fā)達國家同步的水平。

4.1　計量系統(tǒng)

我國參照EN 1776 :1998《供氣系統(tǒng)·天然氣計量站·功能要求》和OIMLTC8/SC7 氣體計量分委員會1999年12月《氣體燃料計量系統(tǒng)》制定了GB/T 18603—2001《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》標準，2008年參照OIML R140:2007 Measuring System for gaseous Fuel(氣體燃料計量系統(tǒng))進行修訂，已經(jīng)報批。

4.2　流量測量

目前用于天然氣流量測量的流量計都制定了標準，簡介如下：

1)GB/T 18604《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》國家標準：參照采用1998年AGA Report No 9 Measurement of Gas by Ultrasonic Meters ，并參照ISO/TR 12765:1998 Measurement of fluid flow in closed conduits - Methods using transit-time ultrasonic flowmeters技術(shù)報告，于2001年發(fā)布實施。

2)GB/T 21391《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》國家標準：參照采用EN 12261:2002 Gas meters - Turbine gas meters,同時參照了AGA 7：2004 Measurement of Gas by Turbine Meters和ISO 9951：1993 Measurement of fluid flow in closed conduits - Turbine meters，于2008年發(fā)布實施。

3)GB/T 21446《用標準孔板流量計測量天然氣流量》國家標準：參照采用2000年AGA Report No 3 Orifice Metering of Natural Gas和ISO 5167:2003 Measurements of Fluid by mean of pressure differential devices inserted in circular cress-section conduits running full標準，于2008年發(fā)布實施。

4)SY/T 6658《用旋進旋渦流量計測量天然氣流量》石油行業(yè)標準：參照ISO/TR 12764:1997 Measurement of fluid flow in closed conduits-Flowrate measurementsby mean of vortex shedding flowmeters inserted in circular cress-section conduits running full技術(shù)報告，于2006年發(fā)布實施。

5)SY/T 6659《用科里奧利流量計測量天然氣流量》石油行業(yè)標準：參照2003年AGA Report No 11 Measurement of Natural Gas by Coriolis Meter 和ISO 10790:2003 Measurement of fluid flow in closed conduits - Guidance to the selection，installation and use of Coriolis meters (mass flow，density and volume flow measurements)標準，于2006年發(fā)布實施。

6)SY/T 6660《用旋轉(zhuǎn)容積式氣體流量計測量天然氣流量》石油行業(yè)標準：參照EN 12480:2002 Gas meters - Rotary displacement gas meters標準，于2006年發(fā)布實施。

7)《用標準噴嘴流量計測量天然氣流量》國家標準：正參照采用 ISO 5167和GB/T 21446制定標準，計劃2014年完成報批。

4.3　物性參數(shù)測定

天然氣物性參數(shù)有標準參比條件下的壓縮因子和密度，以及工作條件下的壓縮因子、密度和聲速計算標準，簡介如下：

1)GB/T 11062《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法》國家標準：參照采用ISO 6976:1995 Natural gas - Calculation of calorific values，density，relative density and Wobbe index from composition標準，于1998年發(fā)布實施。

2)GB/T 17747《天然氣壓縮因子的計算》國家標準：等同采用ISO 12213:1997Natural Gas -Calculation of compression Factor標準制定，并于1999年發(fā)布實施,隨著ISO 12213修訂，GB/T 17747也進行修訂，最新版本為2006年。

5　監(jiān)督管理

天然氣流量監(jiān)督管理可分為政府、第一方、第二方和第三方監(jiān)督方式。

5.1　政府監(jiān)督管理

政府監(jiān)督管理是以法律法規(guī)為依據(jù)，體現(xiàn)在標準裝置和現(xiàn)場計量器具方法，采用手段是檢定。

歐美發(fā)達國家政府只對民用天然氣貿(mào)易計量進行監(jiān)督管理，企業(yè)之間的貿(mào)易按市場經(jīng)濟的原則由企業(yè)自身進行監(jiān)督管理。

5.2　第一方監(jiān)督管理

第一方是指供氣方，對天然氣計量的監(jiān)督管理最及時到位，體現(xiàn)在管理制度、核查儀表上。歐盟標準EN 1776:1998和國際法制計量組織OIML R140，以及我國的GB/T 18603都要求在大流量計量系統(tǒng)中增加實時核查流量計。

5.3　第二方監(jiān)督管理

第二方是指用氣方，對天然氣計量的監(jiān)督管理與第一方同步。在管理軟件方面是定時對供方的計量數(shù)據(jù)、計量器具的有效性進行核查。在硬件方面有兩個方式：其一是在供方下游設置計量系統(tǒng)，同時計量進行核查；其二是把供方計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脷夥?，實時核查。

5.4　第三方監(jiān)督管理

第三方監(jiān)督管理是供需雙方共同委托有資質(zhì)的第三方機構(gòu)定期對計量數(shù)據(jù)和/或器具進行審計，這是歐美發(fā)達國家比較常用的。我國中海油輸香港電力采用累積取樣，定期把天然氣樣品送第三方進行分析的方式。

6　天然氣計量體系建設展望

綜上所述，我國天然氣計量體系建設經(jīng)歷了起步、發(fā)展和逐步與國際接軌的發(fā)展階段。我國現(xiàn)有的天然氣計量體系主要是圍繞解決體積計量問題，這是與我國的天然氣計量領(lǐng)域中體積計量仍占統(tǒng)治地位相適應的。由于我國自產(chǎn)天然氣氣質(zhì)差異大，以往多就近利用，現(xiàn)在則通過橫跨東西、縱貫南北的天然氣管網(wǎng)，將不同熱值的天然氣輸向多個目的地。加之今后進口量的增加，氣質(zhì)多元化現(xiàn)象將更加凸顯。目前，我國進口LNG項目雖然采取能量計量的交接方式，但其供應到國內(nèi)用戶時，必須再轉(zhuǎn)化為體積計量，國內(nèi)CNG、LNG貿(mào)易計量以體積計量方式的弊端已經(jīng)凸顯。管輸天然氣上下游貿(mào)易計量爭議也大多源于體積計量方式的先天不足。以江蘇為例，同時擁有川氣、西氣、中亞管道氣、進口LNG等不同熱值的天然氣，統(tǒng)一采取體積計量和結(jié)算，已經(jīng)使用戶和供氣企業(yè)、不同供氣企業(yè)之間產(chǎn)生矛盾和利益之爭。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，全面開放的市場經(jīng)濟體制的改革完善，我國要持續(xù)擴大天然氣國際貿(mào)易，計量方式接軌國際，才能在同一個平臺上展開對話。迫切需要加快與我國天然氣市場相適應的、與國際接軌的、以能量計量為主要方式的天然氣計量體系建設。能量計量型天然氣計量體系的建設展望如下：

1)在計量器具方面，將繼續(xù)跟進和采用新型計量器具，把新技術(shù)應用于成熟的計量器具。重點推進天然氣組成數(shù)據(jù)和物性參數(shù)的賦值，提高計量的準確度，即：

a.在長輸管線上，科學合理解決下游沒有配置色譜儀的站點天然氣組成數(shù)據(jù)獲取問題，節(jié)約投資，開展在線色譜儀核查，加強計量結(jié)果的監(jiān)控；

b.在城市管網(wǎng)首站增加受控的色譜儀，授權(quán)機構(gòu)建構(gòu)天然氣能源參數(shù)發(fā)布平臺，解決終端用戶和CNG、LNG加氣站所需天然氣密度與發(fā)熱量數(shù)據(jù)的獲取問題，為工商用戶提供物性參數(shù)，加強計量監(jiān)管。

2)在量值傳遞溯源方面，隨著國家《計量法》的修訂，標準裝置和企業(yè)間的計量器具將采用更加科學、準確和公平的校準方法；開展國內(nèi)天然氣量值比對，統(tǒng)一各原級標準裝置的量值；參加國際比對活動，使我國天然氣量值得到國際認可，提升國家的軟實力。

3)在計量方式方面，重點推進天然氣能量計量的應用研究，完善軟件，推進更加科學、準確和公平的能量計量方式，實現(xiàn)多種能源使用的可比性，優(yōu)化能源利用，保護和利用好清潔、環(huán)保、不可再生的天然氣資源，使我國的天然氣計量方式與國際慣例接軌。

4)在標準化方面，將繼續(xù)跟蹤研究國際先進標準的制、修訂進程，研究在用標準的適用性，結(jié)合我國的實際，完善具有我國特色的天然氣計量標準體系。

5)在監(jiān)督管理方面，政府將隨著體制的改革創(chuàng)新，把有限的資源用于民用天然氣貿(mào)易計量監(jiān)督管理上，更好地保護弱勢群體。在企業(yè)之間的貿(mào)易監(jiān)督管理方面，應該加強第三方監(jiān)管專業(yè)機構(gòu)認可和評定體系建設，規(guī)范監(jiān)督管理機制，在全國建立市場化監(jiān)督管理網(wǎng)絡。

7　結(jié)論

本世紀以來，我國天然氣能源來源日趨多元化，各種天然氣氣質(zhì)組份差異很大，以體積計量為主體的貿(mào)易計量方式已經(jīng)不適應當前的天然氣計量需求。對天然氣現(xiàn)行計量體系的全面總結(jié)和審視，有助于順應我國的天然氣能源市場現(xiàn)狀，從推動能源生產(chǎn)革命、能源消費革命的高度，全面推進以能量計量方式為主體的天然氣計量新體系的建設。

[1]OIML R140:2007MeasuringSystem for gaseous Fuel

[2]EN 1776 :1998供氣系統(tǒng)·天然氣計量站·功能要求

[3]孫淮清.天然氣的流量計量[J].計量學，2003，9(11)：15-18

[4]GB/T 22723—2008天然氣能量的測定[S]

[5]陳庚良.天然氣能量計量的不確定度評定探討[J].天然氣工業(yè)，2009，25(4)

[6]國家發(fā)展和改革委員會.天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃，2012，10