加氣站庫存儲氣(液)量的計算

王友良

〔中國石化浙江嘉興石油分公司 浙江嘉興 314000〕

加氣站庫存儲氣(液)量的計算

王友良

〔中國石化浙江嘉興石油分公司 浙江嘉興 314000〕

針對目前加氣站庫存儲氣(液)量手工計算比較繁瑣，相關計算機軟件尚未開發(fā)、數據波動大、準確性較差的現(xiàn)狀，分別介紹了CNG庫存(體積、質量)儲氣量和LNG儲液罐中(液體、氣體)庫存量的計算方法，并在具體應用中對近似方法和標準方法舉例進行了說明，認為對加氣站庫存量的管理還需要不斷摸索和總結，以達到降低損耗，提高企業(yè)效益的目的。

加氣站 儲氣(液) 計算方法 探討

目前，加氣站主要有CNG母站、常規(guī)站、子站和LNG站、L-CNG站幾種。CNG加氣站庫存儲氣量主要通過儲氣井(罐)容積和壓力二項參數進行計算，不進行溫度、壓力修正；LNG加氣站庫存儲氣量主要通過差壓變送器進行儲罐量計算，不考慮儲罐氣體庫存量和LNG密度變化。因此計量的準確性較差、數據波動大，不利于準確核銷及分析月度損溢。

本文在分析影響因素的基礎上，提出了日計量采用近似方法、月底盤存時采用標準方法計算加氣站庫存儲氣(液)量的方法，并進行了實例計算。

1 CNG庫存儲氣量的計算

1.1 CNG體積儲氣量的計算

目前，加氣站仍以體積銷售的，日(月)進貨、銷售量都以標準狀態(tài)下的天然氣體積(m3)為單位進行統(tǒng)計。每日計量時，沒有計算機盤存計算軟件的加氣站，由于計算過于復雜，儲存容器內天然氣的量不作溫度、壓力修正，多采用近似方法計算CNG庫存量。月底的儲氣井(罐)、車載管柱型管組儲氣瓶庫存量必須進行溫度、壓力修正，需采用標準方法計算CNG實際庫存量。

(1)日計量采用近似方法計算。

例1：2016年6月10日8點，某站日計量參數為：1號、2號和3號儲氣井容積V#均為2m3，高、中、低壓力P#分別為20.36 MPa、15.32 MPa、10.50 MPa，管柱型管組儲氣瓶容積V管為15 m3P管壓力為10.75 MPa，求儲氣井和管柱型管組儲氣瓶總庫存各為多少m3？

計算儲氣井(罐)、儲氣瓶存量V存式(1)：

V存=儲氣容器容積(V)×壓力(p)×換算系數

式中換算系數一般設定為10。

具體計算過程如下：

1高壓存量：2×20.36×10=407.20m3

2中壓存量：2×15.32×10=306.40m3

3低壓存量：2×10.50×10=210.00m3

儲氣井總存量：高壓存量+中壓存量+低壓存量=407.20+306.40+210.00=923.60m3

儲氣瓶存量：15×10.75×10=1612.50m3

總庫存量=923.60+1612.50=2536.10 m3

(2)月底庫存量采用標準方法計算。

在標準狀態(tài)和實際工作狀態(tài)下的理想氣體壓力、溫度和體積的關系為式(2)：

(2)

式中：V標——標準狀態(tài)下的理想氣體體積量，m3；

V工——工作狀態(tài)下的理想氣體體積量，m3；

t——工作狀態(tài)下的氣體溫度，℃；

P——工作狀態(tài)下的氣體壓力，kPa。

標準狀態(tài)下理想氣體與實際氣體的體積量需經壓縮因子修正式(3)：

(3)

式中：Vn——標準狀態(tài)下的實際氣體體積量；

Z——氣體的壓縮因子。

月底盤存時，為準確地計算出加氣站庫存量，儲存容器內CNG庫存量必須進行溫度、壓力修正，把理想狀態(tài)轉化為實際狀態(tài)。

例2：2016年6月30日24點，在同一座加氣站盤存參數為：1號、2號和3號儲氣井壓力分別為20.14 MPa 、17.15 MPa、10.08 MPa，管柱型管組儲氣瓶壓力為11.00 MPa，求儲氣井和管柱型管組儲氣瓶總庫存為多少m3？

天然氣壓縮因子速查表見表1。

表1 天然氣壓縮因子速查表

具體計算過程依式(2)：

查天然氣壓縮因子速查表(表1)計算：

同理可得，V中=438.38 m3，V低=244.73 m3

儲氣井總存量：V高+V中+V低=1190.75m3

查天然氣壓縮因子速查表得Z=0.8165

總庫存=1 190.75+1 960.95=3 151.70 m3

1.2 CNG質量儲氣量的計算

1.2.1 CNG密度計算

根據GB/T11062—1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法》和天然氣質量檢驗報告，天然氣的密度值可按以下步驟計算：

第一步：依式(4)計算理想氣體的密度

(4)

其中：ρ0(t，p)——理想氣體的密度；R——摩爾氣體常數是8.314 510J/(mol·K)；

T——絕對溫度；

Xj——組分j的摩爾分數；

Mj——組分j的摩爾質量。

第二步：依式(5)計算真實氣體壓縮因子

(5)

其中：Zmix(t，p)——真實氣體的壓縮因子；Zj——組分j的壓縮因子。

第三步：依式(6)計算真實氣體的密度：

(6)

其中：ρ0(t，p)——真實氣體的密度。

例3：按表2某CNG加氣站天然氣質量報告和表3天然氣各組分在標準狀態(tài)下的壓縮因子計算該天然氣的密度。

表2 某CNG加氣站天然氣組成檢驗結果

表3 天然氣各組分在標準狀態(tài)下的壓縮因子

注：標準狀態(tài)20℃、101.325KPa。

計算第一步依式(4)按表2數據和相對原子數據計算可得到理想氣體的密度：

ρ0(t，p)=[101.325×1 000/(8.314 510×293.15)]×(0.01×4.002 6+0.67×28.013 5+0.64×44.010+98.64×16.043+0.04×30.070)/100

=677.9 g/m3=0.677 9 kg/m3

第二步按表2和表3數據計算可得到真實氣體壓縮因子：

Zmix(t，p)=(0.01×1.000 5+0.67×0.999 7+0.64×0.994 4+98.64×0.998 1+0.04×0.992 0)/100=0.998 08

第三步按第一、二步計算結果得到真實氣體的密度：

ρ(t，p)=0.677 9/0.998 08=0.679 2 kg/m3

1.2.2 CNG庫存儲氣質量的計算

目前，大部分地區(qū)加氣站銷售已經以質量單位進行計量，進貨量、銷售量、庫存量都以kg(公斤)為計量單位進行管理。進貨量有二種情況：子站以kg(公斤)數交貨；而常規(guī)站以標準狀態(tài)(N)下的m3數交貨的，需通過密度換算為質量。CNG庫存儲氣質量計算也有二種方法，具體如下：

(1)近似方法計算。每日計量時，沒有儲存容器庫存計算軟件的加氣站，在對儲存容器內天然氣的庫存量不作溫度、壓力修正時，先采用近似方法計算CNG體積庫存量，然后取當天批次CNG密度(向供貨詢要或根據CNG組分計算)，計算出CNG加氣站庫存質量。

例4：例1中，若當天車載管柱型管組儲氣瓶內CNG密度為0.679 5 kg/ m3，需用1號、2號和3號儲氣井密度0.679 5kg/m3，將儲氣井和管柱型管組儲氣瓶的總庫存量2 536.10m3換算成為1 723.28 kg。

(2)標準方法計算。每月盤存時，月底的儲氣井(罐)、車載管柱型管組儲氣瓶庫存量須進行溫度、壓力修正。先采用標準方法計算出CNG體積庫存量，然后取最后一批次CNG密度(向供貨詢要或根據CNG組分計算)，計算出CNG加氣站庫存質量。

例5：例2中，若最后一車車載管柱型管組儲氣瓶內CNG密度為0.679 2kg/ m3，需用1號、2號和3號儲氣井CNG密度0.679 2kg/ m3，將儲氣井和管柱型管組儲氣瓶總庫存量3 151.70m3換算為2 140.63 kg。

2 LNG儲液罐儲量的計算

2.1 LNG密度計算

LNG的密度主要取決于LNG的組分，通常為430～470 kg/m3，其中甲烷含量越高，密度越小。根據GB/T21068—2007《液化天然氣密度計算模型規(guī)范》，結合GB/T24962—2010，ISO6578：1991.MOD《冷凍烴類流體靜態(tài)測量計算方法》等， LNG的密度ρt的計算依公式(7)：

(7)

式中：Xi——i組分的摩爾分數， (mol/mol)%；

Mi——i組分的摩爾質量，/kmol；

Vi——i組分的摩爾體積，m3/kmol；

Vt——組分在溫度t混合時縮小的體積，m3/kmol。

其中Vt可由式(8)計算。

Vt=[k1+(k2-k1)XN2/0.0425]XCH4

(8)

式中：k1、k2——修正因子，可查修正因子k1、k2(表4、表5)；

XN2——組分N2的摩爾分數，%；

XCH4——組分CH4的摩爾分數，%。

例6：用某加氣站的LNG氣質檢驗報告的組分參數(表6)和表4、表5數據求LNG密度。

表4 修正因子k1查詢表 m3/kmol

表5 修正因子k2查詢表 m3/kmol

表6 LNG組分參數表(-158.7℃)

首先，通過LNG組分(表6)，可以得到LNG組分摩爾質量和摩爾體積：

∑XiMi=17.381 06kg/kmol

∑XiVi=0.039 329m3/kmol

再通過查表4、5，求得修正因子k1，k2：

k1=0.000 297 m3/kmol，

k2=0.000 592 m3/kmol

Vt=[0.000 297+(0.000 592-0.000 297)×0.21 %/0.042 5]×91.85 %=

0.000 2862 m3/kmol

則LNG密度計算結果：

ρt=17.381 06/(0.039 329-0.000 286 2)=445.18 kg/m3

2.2 LNG儲液罐儲量計算

LNG在極低溫度(約-162℃)下儲存，儲罐計量通過差壓式液位計和溫度傳感等計量器具測量相關技術參數后,計算出重量。

2.2.1 簡易的LNG儲罐計量方式

當前，一般用差壓式液位計測量液柱高，即LNG儲罐上下各開一個氣相口和液相口，經差壓變送器測出差壓傳送到SCADA控制系統(tǒng)，通過對LNG密度設定，系統(tǒng)顯示儲罐液位、壓力和LNG重量等，但重量計量誤差大。

2.2.2 LNG儲液罐儲量的計算

第一步：修正容積(m3)=液容積×容積修正系數；

第二步：修正密度(g/cm3)=液密度-密度修正系數(1.1kg/m3)；

第三步：液體庫存量(t)=修正容積×修正密度；

第四步：氣體容積(m3)=儲罐全容積(N)-液容積(H)；

第五步：氣體修正系數=氣體容積/(273+氣體溫度)×(1.033+壓力)×相對分子量×修正密度/(液密度×11.798)；

第六步：氣體庫存量(t)=氣體容積×氣體修正系數/1000；

第七步：液化氣庫存量(t)=液體庫存量+氣體庫存量。

例7：LNG儲罐容積為54 m3，SCADA控制系統(tǒng)中潛液泵入口溫度為-160℃，液位為1 000 mm水柱(10.0 kPa), 密度為426 kg/m3。另外，LNG儲罐氣相壓力為0.8MPa、溫度為-80℃，LNG天然氣由97 %甲烷、1 %乙烷、0.5 %丙烷、0.5 %丁烷、0.5 %戊烷、二氧化碳0.5 %組成。利用表7、8、9求液體庫存量、氣體庫存量和總的液化氣庫存量。

表7 54m3立式低溫液體儲罐液位換算表

表8 儲罐容積溫度系數參照表(Vt=k×V-160)

表9 天然氣各組分的摩爾質量

(1)由1 000 mm水柱和液位換算表(表7)得，V液容積=9.481 m3

由-160℃和溫度系數參照表(表8)得，k1=1.000 00

V液=V液容積×k1=9.481×1=9.481 m3

(2)ρ液=0.426g/cm3，k2=0.0011 g/cm3

ρ修正=ρ液-k2=0.424 9 g/cm3

(3)M液=V液×ρ修正=9.481×0.4249=4.028 t

(4)V氣=V罐-V液=54-9.481=44.519 m3

(5)M分子量=16.043×0.97+30.07×0.01+44.097×0.005+58.123×0.005+78.150×0.005+44.010×0.005=16.954

P壓=0.8×106/(9.8×10 000)=8.163 kg/cm2

氣體修正系數k3=[V氣/(273.15+T氣)]×(1.033+P壓)×M分子量×[ρ修正/(ρ液×11.798)]=[44.519/(273.15-80)]×(1.033+8.163)×16.954×0.4249/[(0.426×11.798)]=3.038

(6)M氣=V氣×k3/1000=44.519×3.038/1000=0.135 t

(7)M總=M液+M氣=4.028+0.135=4.163 t

即液體庫存量為4.028 t，氣體庫存量為0.135 t，總的庫存量為4.163 t。

3 結束語

近幾年加氣站發(fā)展非常迅速，但加氣站庫存量管理還需要不斷摸索、總結。知曉加氣站庫存量近似計算法和準確掌握加氣站庫存量計算，能為正確核銷、分析損耗提供準確的庫存量，也能從操作、設備、工藝等環(huán)節(jié)查找損耗原因，達到降低損耗，提高企業(yè)效益之目的。

[1] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T21068-2007液化天然氣密度計算模型規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2007:3-4.

[2] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T24962-2010.ISO 6578：1991.MOD冷凍烴類流體靜態(tài)測量計算方法[S].北京:中國標準出版社,2010:8-9,11-13.

[3] 張進.淺析LNG加氣站儲罐計量準確性影響因素及對策[J].石油庫與加油站.2015(3)：14-18.

[4] 徐順福.成品油計量與管理[M].北京:中國石化出版社,2015.

2016-10-11。

王友良(1966-)，男，1986年8月畢業(yè)浙江舟山商校石油儲存專業(yè)和1990年畢業(yè)于浙江工學院工業(yè)管理專業(yè)，大專學歷，工程師，現(xiàn)任中石化浙江嘉興石油分公司安全總監(jiān)兼安全數質量部經理，主要從事安全、數質量管理工作，參與2015年10月由中國石化出版社出版的《成品油計量與管理》編寫工作，主編了第9章加氣站計量與管理。