中國天然氣能量計(jì)量探討

武睿

山西華新氣體能源研究院有限公司 山西 太原 030032

中國現(xiàn)在是全球第一大天然氣進(jìn)口國，同時(shí)也位列天然氣消費(fèi)國前三位。隨著中國天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)的快速增長，過去傳統(tǒng)的體積測量方法無法適應(yīng)天然氣行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。國家發(fā)改委就《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》公開征求意見，標(biāo)志著油氣管網(wǎng)設(shè)施向第三方開放進(jìn)入快速發(fā)展的道路[1]。此次發(fā)布的《辦法》，第一次規(guī)定了天然氣使用熱值作為新的計(jì)量方式，即能量計(jì)量將取代體積計(jì)量。這是針對天然氣計(jì)量方式的一項(xiàng)重大變革[2]?！短烊粴饽茉礈y量》GB/T 22723—2008的實(shí)施為我國今后推廣天然氣能量計(jì)量提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為我國與國際接軌提供了技術(shù)支持，對于天然氣能量測量方法等的規(guī)范化有著重大意義。國家管網(wǎng)公司未來將接收上游天然氣資源，代天然氣銷售企業(yè)向用戶出售天然氣時(shí)，應(yīng)以熱值和體積作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，以熱量作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)，接受政府主管部門的計(jì)量檢查?？紤]到設(shè)備改造需要一定時(shí)間，且相關(guān)部門后續(xù)應(yīng)制定相關(guān)管理政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)便于有效銜接，《辦法》同時(shí)要求：“暫不具備熱值計(jì)量條件的，應(yīng)于本法施行之日起24個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱值計(jì)量”[3]。

天然氣體制機(jī)制和天然氣價(jià)格市場化改革正在國家能源清潔化發(fā)展方針和相關(guān)優(yōu)惠政策的支持下積極推進(jìn)，天然氣能量計(jì)量與計(jì)價(jià)改革的推進(jìn)顯得比過去更加緊迫。我國天然氣市場進(jìn)入了新的高速發(fā)展期。

1 天然氣計(jì)量方式的轉(zhuǎn)變

天然氣作為一種可以燃燒的氣體，其價(jià)值與煤炭和石油相同，都是通過燃燒提供熱量。天然氣按照來源可以分為油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣幾大類。不同產(chǎn)地來源的天然氣組分和含量皆不相同。因此，不同來源的天然氣，單位體積和質(zhì)量燃燒產(chǎn)生的能量并不相同，相應(yīng)的商品價(jià)值也不一樣。從能量角度來看，天然氣主要由氣態(tài)低分子烴和非烴氣體混合組成，其中甲烷占比為80%以上，還有少量乙烷、丙烷、丁烷和氫化物及微量的稀有氣體。天然氣中可利用的是具有一定發(fā)熱量的烴類組分。作為一種清潔能源，其商品價(jià)值是燃燒所產(chǎn)生的發(fā)熱量。也就是說，生產(chǎn)生活中使用天然氣，可用的其實(shí)是它的熱量，體積只是一種數(shù)量方面的描述。因此，以能量為單位才是天然氣買賣最合理的方式。

通過計(jì)算公式對2種測量數(shù)據(jù)運(yùn)算后的結(jié)果可以得出天然氣的能量，即體積的測量和體積發(fā)熱量的測量來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算公式如下：

式中：E—天然氣的能量，MJ；Q—天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積，m3；H—天然氣高位發(fā)熱量，MJ/m3。

當(dāng)企業(yè)選擇這種方式進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算時(shí)，能量單位單價(jià)乘以能量數(shù)也就是天然氣的銷售金額。目前，對于天然氣能量計(jì)量，企業(yè)在貿(mào)易結(jié)算和各節(jié)點(diǎn)上的計(jì)量中，信息收集還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，除密度、溫度、壓力、壓縮因子等外，還應(yīng)收集與其有關(guān)的其他參數(shù)，如天然氣組分（甚至實(shí)時(shí)組分）、天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)。通過天然氣氣相色譜分析設(shè)備對實(shí)時(shí)采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再由流量計(jì)算機(jī)通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為能量值進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算。

2 能量計(jì)量優(yōu)勢分析

2.1 各類氣源統(tǒng)一進(jìn)入國家管網(wǎng)，需要統(tǒng)一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

國家管網(wǎng)公司建立后，來自不同地區(qū)的天然氣，包括煤層氣、頁巖氣等，未來都要統(tǒng)一進(jìn)入天然氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全國天然氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通。然而，相同體積和質(zhì)量的天然氣氣源并不相同，也就導(dǎo)致了燃燒產(chǎn)生的熱值不同。所以，天然氣更合理的計(jì)量方式是能量計(jì)量，而不是體積計(jì)量。這有利于體現(xiàn)公平合理原則，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量。這樣既減少了結(jié)算爭議，且有利于天然氣行業(yè)的健康發(fā)展。

今后，無論是來國內(nèi)的氣田和煤層中產(chǎn)生的天然氣，或者來自中亞、中緬等天然氣的進(jìn)口管道氣，亦或是來自我國海上的自產(chǎn)天然氣和從國外進(jìn)口的液化天然氣，都將統(tǒng)一進(jìn)入國家管網(wǎng)。天然氣熱值計(jì)量計(jì)價(jià)體系是其重要的基礎(chǔ)，也是具有決定性的中樞環(huán)節(jié)。計(jì)量方式的改革成敗將直接決定我國天然氣行業(yè)體制改革的成果和進(jìn)度。

2.2 能量計(jì)量計(jì)價(jià)，體現(xiàn)天然氣實(shí)際價(jià)值

一般商品的價(jià)值由品質(zhì)和數(shù)量這兩部分組成。天然氣的質(zhì)量計(jì)量或體積計(jì)量只能代表數(shù)量上的計(jì)量，天然氣的品質(zhì)和實(shí)際價(jià)值皆無法體現(xiàn)。

通過收集對比我國氣田的自產(chǎn)氣和國外進(jìn)口氣源的熱值，其高位發(fā)熱值范圍為33.23～44.92MJ/m3。不同氣源熱值差異較大，個(gè)別油田的天然氣熱值較低，液化天然氣（LNG）熱值整體較高，兩者相差竟達(dá)到35%之多。此外，同一氣源在不同時(shí)期也可能是不同的熱值。例如俄羅斯東線進(jìn)口天然氣，合同內(nèi)容規(guī)定了天然氣熱值范圍為36～38 MJ/m3。雖然符合合同規(guī)定認(rèn)定為合格氣體，熱值差異也可以達(dá)到5.6%。由此可見，銷售量越大的貿(mào)易引起的銷售誤差也就越大。

天然氣能量計(jì)量的以質(zhì)論價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，推動(dòng)了天然氣價(jià)格的計(jì)價(jià)方法回歸到了常見的商品定價(jià)方式。

2.3 滿足用戶熱值需求，規(guī)范天然氣行業(yè)亂相

對于工業(yè)用戶來說管網(wǎng)中有來自不同氣源的天然氣，如果供應(yīng)給工業(yè)用戶的天然氣熱值不穩(wěn)定、忽高忽低，將影響玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體工業(yè)等行業(yè)，其產(chǎn)品質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響。此外，不同類型的用氣設(shè)備也有嚴(yán)格的熱值范圍要求。

對熱值要求不高的用戶，可調(diào)和天然氣以降低熱值。熱值計(jì)量既能滿足不同用戶的用氣需求，又能防止摻假、以次充好、以假充真等天然氣問題的發(fā)生。

采用熱值測量，實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣熱值，可杜絕天然氣摻入空氣、氮?dú)?、液氮弄虛作假的機(jī)會(huì)。

2.4 推動(dòng)多元?dú)庠礆赓|(zhì)提升

《天然氣》（GB 17820－2018，2019年6月1日實(shí)施）標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)入長輸管道的天然氣應(yīng)符合一類氣的質(zhì)量要求，重點(diǎn)對天然氣中的高位發(fā)熱量、總硫、硫化氫和二氧化碳等含量進(jìn)行管控，同時(shí)要求天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)水和液態(tài)烴。某公司長輸管道爆炸的主要因素是不合格的非常規(guī)氣體進(jìn)入長輸管道腐蝕管道內(nèi)壁。由此可見，不同氣質(zhì)成分的氣源沒有進(jìn)行定期的合規(guī)檢測，加之燃?xì)夤具\(yùn)行不規(guī)范、監(jiān)督不到位，給安全生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來極大隱患。國家管網(wǎng)公司的建立，整合了天然氣產(chǎn)業(yè)上中下游全產(chǎn)業(yè)鏈，是深化油氣體制改革和管網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制改革的重要環(huán)節(jié)。將多主體多渠道供應(yīng)天然氣并入國家一張網(wǎng)，對提供選配的優(yōu)質(zhì)天然氣起到了很好的推動(dòng)作用。

3 天然氣能量計(jì)量的技術(shù)條件

發(fā)熱量計(jì)量、流量計(jì)量和組分分析是能量計(jì)量的主要組成部分。其中，發(fā)熱量計(jì)量即熱值計(jì)量是技術(shù)關(guān)鍵。

3.1 發(fā)熱量計(jì)量

熱值（發(fā)熱量）檢測是天然氣能量計(jì)量最主要的部分。熱值的測量原理主要為3個(gè)，直接測量法（燃燒式熱量計(jì)等）、間接測量法（如氣相色譜儀等）和關(guān)聯(lián)技術(shù)法。燃燒式熱量計(jì)操作流程較為復(fù)雜，實(shí)用性不強(qiáng)，難以應(yīng)用于日常測量。關(guān)聯(lián)技術(shù)法目前仍在科研階段，不具備實(shí)際應(yīng)用條件。

間接測量法是當(dāng)前使用的主流方法，這是一種通過氣相色譜儀收集天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行集合運(yùn)算的方法。各計(jì)量站配備氣相色譜分析儀，通過采集樣本，分析得出天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)。在線氣相色譜儀可在A級計(jì)量站中配備，離線氣相色譜儀可在B級、C級計(jì)量站中配備。組件變化較小的B級和C級計(jì)量系統(tǒng)也可采用固定值帶入法。

3.2 流量計(jì)算機(jī)

計(jì)量站內(nèi)配備的流量計(jì)為流量計(jì)算機(jī)提供工況信號。每個(gè)計(jì)量回路配套的溫度變送器和壓力表將對應(yīng)的溫度信號和壓力值發(fā)送到流量計(jì)算機(jī)。流量計(jì)算機(jī)使用相應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)工況和標(biāo)準(zhǔn)密度為基礎(chǔ)，計(jì)算出天然氣的標(biāo)況體積流量。

在線氣相色譜儀為流量計(jì)算機(jī)提供天然氣組分分析數(shù)據(jù)后，計(jì)算機(jī)生成工況和標(biāo)況密度。在獲得某一周期的標(biāo)況體積流量和對應(yīng)的平均高位發(fā)熱值后，計(jì)算出總能量。

4 天然氣能量計(jì)量現(xiàn)存問題

國家之間的天然氣貿(mào)易和大部分歐美等發(fā)達(dá)國家多采用能量計(jì)量。我國LNG接收站也采用了這種方式。從技術(shù)上講，沒有太多問題。據(jù)悉，目前中海油的所有門站都已擁有能量計(jì)量的條件。中石化、中石油的部分門站也已擁有該條件。雖然具備了技術(shù)條件，但全盤推行還是有很多問題亟待解決。

現(xiàn)階段，城市燃?xì)庥脩粲?jì)量的方式仍為體積計(jì)量或質(zhì)量計(jì)量，一次性更換現(xiàn)有（儲(chǔ)量）的大量流量計(jì)操作難度很大。熱值表比體積表單價(jià)更高，我國是一個(gè)人口大國，隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城燃居民及工商業(yè)用戶基數(shù)龐大，因此購買熱值表的總成本較高。針對上述問題，有專家表示，居民用戶仍然可以采用體積計(jì)量方式，而應(yīng)該從保證熱值穩(wěn)定的角度來確保計(jì)量的公平性而不必更換計(jì)量設(shè)備，這樣可以大量的節(jié)省成本。此外，也有專家預(yù)測，未來水表、電表、熱表、冷表、燃?xì)獗怼灞砗弦弧侵悄艹鞘械陌l(fā)展趨勢，將來根據(jù)國家政策統(tǒng)一規(guī)劃即可?！?/p>

對于城市燃?xì)馄髽I(yè)來說，從上游購買的商品天然氣是基于能量計(jì)量單位的MJ，面對下游大多數(shù)用戶還是使用體積計(jì)量器具單位的m3。這就存在一個(gè)問題，從上游買來的天然氣通過測量換算成熱質(zhì)量的價(jià)格，與下游用戶結(jié)算時(shí)仍按用戶流量計(jì)的體積量的價(jià)格來收費(fèi)；亦或，借助于賦值法將用戶流量計(jì)的體積量轉(zhuǎn)化成熱量跟用戶進(jìn)行金額結(jié)算。但無論以何種方式，天然氣用戶都可以感受到一定量的天然氣在每個(gè)時(shí)間段的價(jià)格都不一樣。畢竟用戶只能看到“量”的部分，看不到“質(zhì)”的部分，能感受到的也只是“量”的變化。如果賦值數(shù)據(jù)不公開透明，做不到合理有根據(jù)，用戶將對賦值的真實(shí)性做出懷疑；因此，必須保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、合法性、公開透明性。天然氣能量計(jì)量改革不僅僅是政府和行業(yè)的一項(xiàng)變革，下游的廣大用戶也置身其中。在保證中上游企業(yè)利益的同時(shí)兼顧到下游用戶的權(quán)益是一個(gè)重要課題。

能量計(jì)量的全面推廣，對我國國產(chǎn)計(jì)量設(shè)備提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。目前我國國產(chǎn)的部分計(jì)量設(shè)備也具備熱量計(jì)量功能，但準(zhǔn)確度和可靠性仍有待驗(yàn)證，仍需未來一定階段的實(shí)際應(yīng)用來驗(yàn)證技術(shù)的發(fā)展和使用。技術(shù)與設(shè)備的優(yōu)劣終將在市場中得到驗(yàn)證。

如《油氣管網(wǎng)絡(luò)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》中未按要求進(jìn)行商品計(jì)量或計(jì)量監(jiān)督檢查結(jié)果不合格的，政府計(jì)量行政主管部門根據(jù)有關(guān)法律法規(guī)予以處罰。但企業(yè)未按時(shí)按要求進(jìn)行熱值計(jì)量或偽造組分?jǐn)?shù)據(jù)的，究竟如何處罰，處罰措施是什么，什么時(shí)候?qū)嵤└?xì)致的限制措施。另外，關(guān)于如何限制能量計(jì)量、價(jià)格計(jì)算的整個(gè)工作流程，也沒有明確的規(guī)定，這也需要出臺(tái)改進(jìn)措施和解決辦法。

5 結(jié)論

目前，國內(nèi)除大型計(jì)量站外，有越來越多的分輸場站及城市門站逐漸增設(shè)分析小屋用于氣質(zhì)分析檢測。這樣可以在原有氣質(zhì)組分分析的基礎(chǔ)上僅需增加流量計(jì)量模塊就可以完成體積計(jì)量到能量計(jì)量的轉(zhuǎn)換，極大地節(jié)省了投資成本。

能量計(jì)量體系經(jīng)過幾年的推動(dòng)實(shí)踐已初具雛形。熱值測量和分析設(shè)備在技術(shù)研發(fā)和規(guī)?；慨a(chǎn)上逐步成熟，設(shè)備檢測技術(shù)法規(guī)、賦值方法、測量標(biāo)準(zhǔn)已日益完備。可以說，我國在能量計(jì)量方面已有一定基礎(chǔ)。但在發(fā)熱量間接測量技術(shù)方面和相關(guān)的法律法規(guī)及能量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系有待進(jìn)一步提高和完善，管理制度尚待建立。盡快推動(dòng)流量計(jì)量向能量計(jì)量的轉(zhuǎn)變普及是非常有必要的。

能量計(jì)量的實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要想未來盡快完成計(jì)量方式的轉(zhuǎn)變離不開技術(shù)、法規(guī)、政策、價(jià)格體系等多方面廣泛的共同推動(dòng)。