蔡浩暉，蔣金生

國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站烏魯木齊分站（新疆 昌吉 831100）

天然氣能量計(jì)量從能源利用效率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值上都比體積計(jì)量更科學(xué)、更公平、更公正，世界上大多數(shù)國(guó)家和國(guó)際天然氣貿(mào)易均采用天然氣交接計(jì)量方式，管輸費(fèi)和天然氣終端消費(fèi)也同樣采用能量計(jì)價(jià)[1]。一些計(jì)量工作者對(duì)能量相關(guān)計(jì)量技術(shù)、實(shí)施辦法等進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為我國(guó)已基本具備了實(shí)施能量計(jì)量的技術(shù)條件[2-12]。我國(guó)目前仍以天然氣體積計(jì)量為主，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》征求意見(jiàn)稿中，明確提出了天然氣能量計(jì)量要求，并規(guī)定了24個(gè)月的過(guò)渡期[13]。天然氣能量計(jì)量是在已應(yīng)用成熟的體積計(jì)量的基礎(chǔ)上，采用體積量和體積發(fā)熱量相乘的方式獲得天然氣能量。對(duì)管道運(yùn)輸企業(yè)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的體積計(jì)量系統(tǒng)在硬件上具備能量計(jì)量的基礎(chǔ)條件，但計(jì)量方式由體積計(jì)量改為能量計(jì)量后，管網(wǎng)因多氣源多下載點(diǎn)、管存巨大、管道里程長(zhǎng)等特點(diǎn)，會(huì)影響到新的計(jì)量方式下的準(zhǔn)確計(jì)量、輸差計(jì)算和指標(biāo)調(diào)整，以及管輸費(fèi)計(jì)價(jià)等方面。管道運(yùn)輸企業(yè)如何適應(yīng)新的計(jì)量方式，是值得研究的問(wèn)題。

1 準(zhǔn)確計(jì)量問(wèn)題

管道天然氣計(jì)量方式改為能量計(jì)量，能量計(jì)算公式如下：

式中：E為能量，MJ；H為高位發(fā)熱量，MJ/m3；V0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下計(jì)量體積，m3；V為工況計(jì)量體積，m3；P為工況絕對(duì)壓力，MPa；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下熱力學(xué)溫度，℃；Z0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下壓縮系數(shù)，無(wú)量綱；P0為標(biāo)準(zhǔn)狀況絕對(duì)壓力，MPa；T為工況熱力學(xué)溫度，℃；Z為工況壓縮系數(shù)，無(wú)量綱。

從公式（1）可以看出，天然氣體積計(jì)量與能量計(jì)量只相差高位發(fā)熱量H，H是用天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算得到的，故計(jì)量方式改為能量計(jì)量后，在體積計(jì)量方式成熟的基礎(chǔ)上，只需要分析組分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響，即可解決能量準(zhǔn)確計(jì)量的問(wèn)題。

1.1 混合氣組分的準(zhǔn)確測(cè)量問(wèn)題

色譜分析儀一般使用與測(cè)量天然氣組分相近的標(biāo)準(zhǔn)氣體，采用“外標(biāo)法”對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)后，才能準(zhǔn)確使用，相當(dāng)于“定點(diǎn)使用”。當(dāng)天然氣組分變化較大時(shí)，色譜分析儀內(nèi)部的校準(zhǔn)參數(shù)不適合新的天然氣組分，測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)有較大地下降。在濟(jì)南LNG接收站采用3種不同組成的標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)氣相色譜分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果有較大偏差，測(cè)量結(jié)果示值誤差平均值分別為0.22%和0.27%[11]，這些誤差是計(jì)量系統(tǒng)額外產(chǎn)生的，將導(dǎo)致計(jì)量系統(tǒng)整體準(zhǔn)確度不滿足GB/T 18603—2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》的要求。天然氣是管網(wǎng)輸送，多氣源多下載點(diǎn)，管網(wǎng)首站氣源比較單一，天然氣組分相對(duì)穩(wěn)定，色譜分析儀正常使用即可滿足要求；但天然氣管網(wǎng)各下載點(diǎn)基本上都是混合氣，而且混合氣組分因各氣源輸送比例的變化，導(dǎo)致天然氣組分變化較大，色譜分析儀配套固定組分標(biāo)準(zhǔn)氣體的測(cè)量方法已不能使混合氣組分測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度達(dá)到預(yù)期要求。

因此，建議根據(jù)以往的研究成果[2-14]對(duì)變化較大混合氣組分的測(cè)量制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，延展“外標(biāo)法”的使用范圍，或規(guī)定采用單一的平均校正系數(shù)作為儀器操作性能基準(zhǔn)等方法，使變化較大混合氣組分的測(cè)量統(tǒng)一、規(guī)范、準(zhǔn)確。

1.2 組分人工賦值問(wèn)題

在天然氣輸配管網(wǎng)實(shí)際交接能量計(jì)量中，不可能也沒(méi)有必要在每個(gè)下載氣點(diǎn)都安裝組分分析儀器。如在德國(guó)的1 600個(gè)計(jì)量用戶和50余個(gè)進(jìn)氣點(diǎn)中，僅400多個(gè)點(diǎn)安裝有采用氣相色譜儀的天然氣熱值計(jì)量裝置，其他交接點(diǎn)主要采用組分賦值方法來(lái)實(shí)現(xiàn)能量計(jì)量[15]。依據(jù)GB/T 22723—2008《天然氣能量的測(cè)定》的推薦，氣質(zhì)變化小的單氣源的簡(jiǎn)單輸配管網(wǎng)能量計(jì)量采用固定賦值和可變賦值的方式基本沒(méi)有問(wèn)題,但對(duì)于多氣源的輸配管網(wǎng)能量計(jì)量的方法，該標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有給出具體可操作的能量計(jì)量實(shí)施方法。

采用區(qū)域供氣的數(shù)量加權(quán)平均值可變賦值法對(duì)各用戶用氣的發(fā)熱量進(jìn)行賦值，能量計(jì)量誤差可達(dá)8%[16]，這種賦值方法應(yīng)用于復(fù)雜的多氣源輸配氣管網(wǎng)將產(chǎn)生較大誤差，不能滿足GB/T 18603—2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》對(duì)能量計(jì)量精度的要求。依據(jù)拓?fù)鋵W(xué)基礎(chǔ)，徐孝軒等[16]提出了一種具有可操作性的多氣源輸配系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)方法，給出了確定多氣源輸配管網(wǎng)狀態(tài)重構(gòu)所需的流量?jī)x表的最少數(shù)量及布置的方法。該狀態(tài)重構(gòu)方法適用于多氣源輸配系統(tǒng)能量計(jì)量誤差不超過(guò)1%的情況。

用流體力學(xué)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多氣源的輸配管網(wǎng)的天然氣組分準(zhǔn)確賦值,需要推導(dǎo)管線壓力分布和流動(dòng)速度，求出組分流動(dòng)時(shí)間，從而對(duì)組分和發(fā)熱量進(jìn)行賦值計(jì)算。但現(xiàn)場(chǎng)工藝復(fù)雜，管道的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)會(huì)對(duì)賦值模型計(jì)算結(jié)果的不確定度產(chǎn)生影響。在管道企業(yè)的信息化管理水平和數(shù)據(jù)應(yīng)用能力達(dá)到一定程度后，可以使數(shù)學(xué)模型賦值技術(shù)滿足組分賦值要求[15]。

目前還需要根據(jù)以往的研究成果[15-16]，完善具體的天然氣組分人工賦值實(shí)施方法,補(bǔ)充到GB/T 22723—2008標(biāo)準(zhǔn)中，或單獨(dú)制定組分人工賦值相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，使人工賦值方法統(tǒng)一、準(zhǔn)確、具有可操作性。

1.3 天然氣重?zé)N組分的測(cè)量問(wèn)題

天然氣的重?zé)N組分對(duì)熱值影響較大，必須測(cè)量，但測(cè)量到C+6還是C+9，對(duì)在線色譜儀配置和配套的標(biāo)準(zhǔn)氣體水平來(lái)說(shuō)，有一個(gè)明顯的分界線，測(cè)量的在線色譜儀相比測(cè)量C+6的在線色譜儀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，C+6的標(biāo)準(zhǔn)氣體是常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)氣體，C+9的標(biāo)準(zhǔn)氣體中國(guó)目前還沒(méi)有正式生產(chǎn)。表1計(jì)算了天然氣組分測(cè)量到C+6還是C+9對(duì)壓縮系數(shù)Z和高位發(fā)熱量H的影響。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，以測(cè)到C+6為基準(zhǔn)1，天然氣的重?zé)N組分測(cè)量到C+9，天然氣能量計(jì)量值直接相關(guān)的H/Z值變化0.01%左右，基本可以忽略不計(jì)。以C+6增加0.01%（摩爾百分?jǐn)?shù)）為基準(zhǔn)2，對(duì)比C7、C8、C9各增加0.01%（摩爾百分?jǐn)?shù)）的情況下，天然氣能量計(jì)量值直接相關(guān)的H/Z值變化0.01%左右，基本可以忽略不計(jì)。因此，建議將管道企業(yè)配置的色譜分析儀的組分統(tǒng)一測(cè)量到C+6，在達(dá)到準(zhǔn)確度要求的前提下，使管道企業(yè)減少設(shè)備投資，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

2 輸差指標(biāo)和烴露點(diǎn)問(wèn)題

2.1 調(diào)整輸差指標(biāo)

管道企業(yè)不生產(chǎn)天然氣，超出輸差指標(biāo)的天然氣，只能按氣價(jià)賠付給委托方，故天然氣輸差指標(biāo)對(duì)于管道企業(yè)是一個(gè)極其重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，該指標(biāo)直接關(guān)系著企業(yè)的天然氣運(yùn)營(yíng)成本、利潤(rùn)和聲譽(yù)。對(duì)于輸氣管網(wǎng)，管輸輸差一般是指一定統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)在天然氣購(gòu)進(jìn)、運(yùn)輸和售出過(guò)程中考慮管道管存變化、自用氣及放空量后所出現(xiàn)的流量量值的減量，體積量計(jì)量方式下的輸差計(jì)算公式為：

式中：Q5為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)輸氣管網(wǎng)輸差,m3；Q1為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的輸入氣量,m3；Q2為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的輸出氣量,m3；Q3為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)輸氣單位的生產(chǎn)、生活用氣量,m3；Q4為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)放空氣量,m3；V1為開始統(tǒng)計(jì)時(shí),管道計(jì)算段內(nèi)的儲(chǔ)存氣量,m3；V2為統(tǒng)計(jì)結(jié)束時(shí),管道計(jì)算段內(nèi)的儲(chǔ)存氣量,m3。

管存量引起的輸差僅為賬面輸差，并不產(chǎn)生實(shí)際輸差。但管網(wǎng)的管存量巨大，且管網(wǎng)多氣源多下載點(diǎn)，管存量不準(zhǔn)確引起的管網(wǎng)輸差波動(dòng)，會(huì)增加管道企業(yè)的分析難度，并有可能產(chǎn)生誤導(dǎo)，因此，管存量計(jì)算不準(zhǔn)確引起的輸差必須考慮。

目前我國(guó)已經(jīng)建成中亞ABC三線、中緬天然氣管道，在建中俄天然氣東線管道，并規(guī)劃建設(shè)中亞D線及中俄西線等多條進(jìn)口天然氣管道，這些已建和在建的管道均采用體積計(jì)量方式。國(guó)內(nèi)計(jì)量方式一旦改為能量計(jì)量，而國(guó)外進(jìn)口氣依然保持體積計(jì)量，則進(jìn)口氣計(jì)量站點(diǎn)需進(jìn)行兩次計(jì)量（同時(shí)進(jìn)行體積計(jì)量和能量計(jì)量），工作量大，容易造成混亂；而且由于涉及的計(jì)算參數(shù)多且不統(tǒng)一，管網(wǎng)輸差計(jì)算需要多次體積量與能量值之間的轉(zhuǎn)換，計(jì)算的復(fù)雜性將大幅提升，原有的輸差計(jì)算公式和輸差指標(biāo)均有可能發(fā)生變化。

因此，相關(guān)部門需要提前準(zhǔn)備進(jìn)口天然氣計(jì)量交接方式相配事宜，并做好在不同計(jì)量方式并存的條件下，管網(wǎng)輸差計(jì)算的技術(shù)儲(chǔ)備，形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范天然氣管網(wǎng)輸差指標(biāo)的計(jì)算，并據(jù)此對(duì)管道企業(yè)提出適應(yīng)能量計(jì)量方式下的輸差指標(biāo)。

表1 組分對(duì)Z和H的影響

2.2 完善烴露點(diǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

C6以上重?zé)N組分對(duì)天然氣熱值的影響較大，從表2中數(shù)據(jù)可以看出C+6每變化0.01%（摩爾百分?jǐn)?shù)），天然氣能量計(jì)量值直接相關(guān)的H/Z值同向變化0.05%，影響較大。土庫(kù)曼斯坦某天然氣凈化廠脫烴裝置設(shè)計(jì)值中，原料氣中的C+6比成品氣的C+6高0.265 5%（摩爾百分?jǐn)?shù)）[17]，按表1的數(shù)據(jù)計(jì)算，經(jīng)過(guò)脫烴處理后，僅僅因?yàn)镃+6的減少，成品氣的高位發(fā)熱量比原料氣的減少1.3%以上，影響很大。

表2 重?zé)N組分影響表

從體積計(jì)量方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量后，以往經(jīng)過(guò)脫烴處理的天然氣，因?yàn)椤案邿嶂蹈咝б妗?，再考慮脫烴處理成本，有可能就把較多的重?zé)N留在天然氣中。這種情況下，在管道內(nèi)壓力溫度合適的條件下，將會(huì)析出烴液，影響管道運(yùn)行安全。而現(xiàn)行的GB 17820—2018《天然氣》在5.1款中規(guī)定“在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)水和液態(tài)烴”，比較含糊，沒(méi)有規(guī)定明確的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法。我國(guó)近幾年開展了大量的管輸天然氣直接測(cè)定烴露點(diǎn)和間接測(cè)定烴露點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)的研究，直接測(cè)定技術(shù)采用露點(diǎn)儀直接檢測(cè)烴露點(diǎn)，而間接測(cè)定技術(shù)是通過(guò)氣相色譜法分析天然氣組成，由天然氣組成數(shù)據(jù)使用專用軟件計(jì)算工況下的烴露點(diǎn)，這兩種方法均已研究成熟，且已在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[18-25]。

因此，需要根據(jù)以往的研究成果，在GB 17820—2018《天然氣》或正在制定的《進(jìn)入天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)的氣體質(zhì)量要求》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中完善管輸天然氣中烴露點(diǎn)的具體要求和測(cè)試方法，以保證改為能量計(jì)量后管道的安全運(yùn)行。

3 管輸費(fèi)計(jì)價(jià)問(wèn)題

按照國(guó)家關(guān)于“實(shí)現(xiàn)管輸和銷售分開”的油氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制改革和“放開兩頭，管住中間”的天然氣價(jià)格改革目標(biāo)，天然氣出廠價(jià)和管道運(yùn)輸價(jià)將可能從門站價(jià)格中分離出來(lái)，單獨(dú)結(jié)算。如果商品天然氣銷售和管道運(yùn)輸采取不同的計(jì)量計(jì)價(jià)制度，需要同時(shí)進(jìn)行體積計(jì)量和能量計(jì)量，工作量大，容易造成混亂。由于不同氣源的天然氣進(jìn)入管網(wǎng)混合運(yùn)輸，多氣源多下載點(diǎn)，將給天然氣交接和結(jié)算帶來(lái)困難。管輸費(fèi)改為能量計(jì)價(jià)后，低熱值的天然氣較體積計(jì)量方式少收管輸費(fèi)，高熱值的天然氣則多收管輸費(fèi)；管道企業(yè)輸送相同體積量的天然氣，因?yàn)闊嶂档牟煌a(chǎn)生的管輸費(fèi)不同。

因此，建議統(tǒng)一管輸費(fèi)計(jì)價(jià)方式，且根據(jù)目前運(yùn)行各氣源天然氣的高位發(fā)熱量和輸量，結(jié)合未來(lái)規(guī)劃，找到體積計(jì)量—能量計(jì)量管輸費(fèi)計(jì)價(jià)的“平衡基準(zhǔn)熱值”，比較國(guó)家有可能發(fā)布的基準(zhǔn)高位發(fā)熱值37 MJ/m3[12]，研究對(duì)管道企業(yè)整體效益的影響，找出相應(yīng)對(duì)策，以合理保證購(gòu)運(yùn)銷三方利益。

4 結(jié)論與建議

鑒于管道企業(yè)現(xiàn)有的天然氣體積計(jì)量系統(tǒng)在硬件上已具備能量計(jì)量的基礎(chǔ)條件，計(jì)量方式由體積計(jì)量改為能量計(jì)量后，管道企業(yè)基本上不用進(jìn)行硬件投資，主要在天然氣準(zhǔn)確計(jì)量、輸差計(jì)算與指標(biāo)、管輸費(fèi)計(jì)價(jià)等方面受到影響，重點(diǎn)需要根據(jù)已有的大量研究成果，制定或完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證購(gòu)運(yùn)銷三方利益，提出以下建議。

1）對(duì)變化較大混合氣組分的準(zhǔn)確測(cè)量制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2）完善多氣源的輸氣管網(wǎng)的天然氣組分人工賦值實(shí)施方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3）管道企業(yè)統(tǒng)一配置測(cè)量C+

6的色譜分析儀。

4）制定不同計(jì)量方式并存的條件下管網(wǎng)輸差計(jì)算的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究新的輸差指標(biāo)。

5）完善管輸天然氣中烴露點(diǎn)的具體要求和測(cè)試方法。

6）計(jì)算體積計(jì)量—能量計(jì)量管輸費(fèi)計(jì)價(jià)的“平衡基準(zhǔn)熱值”。