加氣站庫存儲(chǔ)氣(液)量的計(jì)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(chǔ)氣(液)量的計(jì)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(chǔ)氣(液)量手工計(jì)算比較繁瑣，相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件尚未開發(fā)、數(shù)據(jù)波動(dòng)大、準(zhǔn)確性較差的現(xiàn)狀，分別介紹了CNG庫存(體積、質(zhì)量)儲(chǔ)氣量和LNG儲(chǔ)液罐中(液體、氣體)庫存量的計(jì)算方法，并在具體應(yīng)用中對近似方法和標(biāo)準(zhǔn)方法舉例進(jìn)行了說明，認(rèn)為對加氣站庫存量的管理還需要不斷摸索和總結(jié)，以達(dá)到降低損耗，提高企業(yè)效益的目的。

加氣站 儲(chǔ)氣(液) 計(jì)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(chǔ)氣量主要通過儲(chǔ)氣井(罐)容積和壓力二項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，不進(jìn)行溫度、壓力修正；LNG加氣站庫存儲(chǔ)氣量主要通過差壓變送器進(jìn)行儲(chǔ)罐量計(jì)算，不考慮儲(chǔ)罐氣體庫存量和LNG密度變化。因此計(jì)量的準(zhǔn)確性較差、數(shù)據(jù)波動(dòng)大，不利于準(zhǔn)確核銷及分析月度損溢。

本文在分析影響因素的基礎(chǔ)上，提出了日計(jì)量采用近似方法、月底盤存時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算加氣站庫存儲(chǔ)氣(液)量的方法，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。

1 CNG庫存儲(chǔ)氣量的計(jì)算

1.1 CNG體積儲(chǔ)氣量的計(jì)算

目前，加氣站仍以體積銷售的，日(月)進(jìn)貨、銷售量都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣體積(m3)為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。每日計(jì)量時(shí)，沒有計(jì)算機(jī)盤存計(jì)算軟件的加氣站，由于計(jì)算過于復(fù)雜，儲(chǔ)存容器內(nèi)天然氣的量不作溫度、壓力修正，多采用近似方法計(jì)算CNG庫存量。月底的儲(chǔ)氣井(罐)、車載管柱型管組儲(chǔ)氣瓶庫存量必須進(jìn)行溫度、壓力修正，需采用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算CNG實(shí)際庫存量。

(1)日計(jì)量采用近似方法計(jì)算。

例1：2016年6月10日8點(diǎn)，某站日計(jì)量參數(shù)為：1號、2號和3號儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶容積V管為15 m3P管壓力為10.75 MPa，求儲(chǔ)氣井和管柱型管組儲(chǔ)氣瓶總庫存各為多少m3？

計(jì)算儲(chǔ)氣井(罐)、儲(chǔ)氣瓶存量V存式(1)：

V存=儲(chǔ)氣容器容積(V)×壓力(p)×換算系數(shù)

式中換算系數(shù)一般設(shè)定為10。

具體計(jì)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(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和實(shí)際工作狀態(tài)下的理想氣體壓力、溫度和體積的關(guān)系為式(2)：

(2)

式中：V標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體與實(shí)際氣體的體積量需經(jīng)壓縮因子修正式(3)：

(3)

式中：Vn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的實(shí)際氣體體積量；

Z——?dú)怏w的壓縮因子。

月底盤存時(shí)，為準(zhǔn)確地計(jì)算出加氣站庫存量，儲(chǔ)存容器內(nèi)CNG庫存量必須進(jìn)行溫度、壓力修正，把理想狀態(tài)轉(zhuǎn)化為實(shí)際狀態(tài)。

例2：2016年6月30日24點(diǎn)，在同一座加氣站盤存參數(shù)為：1號、2號和3號儲(chǔ)氣井壓力分別為20.14 MPa 、17.15 MPa、10.08 MPa，管柱型管組儲(chǔ)氣瓶壓力為11.00 MPa，求儲(chǔ)氣井和管柱型管組儲(chǔ)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(jì)算過程依式(2)：

查天然氣壓縮因子速查表(表1)計(jì)算：

同理可得，V中=438.38 m3，V低=244.73 m3

儲(chǔ)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(zhì)量儲(chǔ)氣量的計(jì)算

1.2.1 CNG密度計(jì)算

根據(jù)GB/T11062—1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法》和天然氣質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告，天然氣的密度值可按以下步驟計(jì)算：

第一步：依式(4)計(jì)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(shù)是8.314 510J/(mol·K)；

T——絕對溫度；

Xj——組分j的摩爾分?jǐn)?shù)；

Mj——組分j的摩爾質(zhì)量。

第二步：依式(5)計(jì)算真實(shí)氣體壓縮因子

(5)

其中：Zmix(t，p)——真實(shí)氣體的壓縮因子；Zj——組分j的壓縮因子。

第三步：依式(6)計(jì)算真實(shí)氣體的密度：

(6)

其中：ρ0(t，p)——真實(shí)氣體的密度。

例3：按表2某CNG加氣站天然氣質(zhì)量報(bào)告和表3天然氣各組分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子計(jì)算該天然氣的密度。

表2 某CNG加氣站天然氣組成檢驗(yàn)結(jié)果

表3 天然氣各組分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子

注：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)20℃、101.325KPa。

計(jì)算第一步依式(4)按表2數(shù)據(jù)和相對原子數(shù)據(jù)計(jì)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(shù)據(jù)計(jì)算可得到真實(shí)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(jì)算結(jié)果得到真實(shí)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(chǔ)氣質(zhì)量的計(jì)算

目前，大部分地區(qū)加氣站銷售已經(jīng)以質(zhì)量單位進(jìn)行計(jì)量，進(jìn)貨量、銷售量、庫存量都以kg(公斤)為計(jì)量單位進(jìn)行管理。進(jìn)貨量有二種情況：子站以kg(公斤)數(shù)交貨；而常規(guī)站以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(N)下的m3數(shù)交貨的，需通過密度換算為質(zhì)量。CNG庫存儲(chǔ)氣質(zhì)量計(jì)算也有二種方法，具體如下：

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

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

(2)標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算。每月盤存時(shí)，月底的儲(chǔ)氣井(罐)、車載管柱型管組儲(chǔ)氣瓶庫存量須進(jìn)行溫度、壓力修正。先采用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)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(jù)CNG組分計(jì)算)，計(jì)算出CNG加氣站庫存質(zhì)量。

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

2 LNG儲(chǔ)液罐儲(chǔ)量的計(jì)算

2.1 LNG密度計(jì)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(jù)GB/T21068—2007《液化天然氣密度計(jì)算模型規(guī)范》，結(jié)合GB/T24962—2010，ISO6578：1991.MOD《冷凍烴類流體靜態(tài)測量計(jì)算方法》等， LNG的密度ρt的計(jì)算依公式(7)：

(7)

式中：Xi——i組分的摩爾分?jǐn)?shù)， (mol/mol)%；

Mi——i組分的摩爾質(zhì)量，/kmol；

Vi——i組分的摩爾體積，m3/kmol；

Vt——組分在溫度t混合時(shí)縮小的體積，m3/kmol。

其中Vt可由式(8)計(jì)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?jǐn)?shù)，%；

XCH4——組分CH4的摩爾分?jǐn)?shù)，%。

例6：用某加氣站的LNG氣質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告的組分參數(shù)(表6)和表4、表5數(shù)據(jù)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(shù)表(-158.7℃)

首先，通過LNG組分(表6)，可以得到LNG組分摩爾質(zhì)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(jì)算結(jié)果：

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

2.2 LNG儲(chǔ)液罐儲(chǔ)量計(jì)算

LNG在極低溫度(約-162℃)下儲(chǔ)存，儲(chǔ)罐計(jì)量通過差壓式液位計(jì)和溫度傳感等計(jì)量器具測量相關(guān)技術(shù)參數(shù)后,計(jì)算出重量。

2.2.1 簡易的LNG儲(chǔ)罐計(jì)量方式

當(dāng)前，一般用差壓式液位計(jì)測量液柱高，即LNG儲(chǔ)罐上下各開一個(gè)氣相口和液相口，經(jīng)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(shè)定，系統(tǒng)顯示儲(chǔ)罐液位、壓力和LNG重量等，但重量計(jì)量誤差大。

2.2.2 LNG儲(chǔ)液罐儲(chǔ)量的計(jì)算

第一步：修正容積(m3)=液容積×容積修正系數(shù)；

第二步：修正密度(g/cm3)=液密度-密度修正系數(shù)(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(chǔ)罐全容積(N)-液容積(H)；

第五步：氣體修正系數(shù)=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(shù)/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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)罐液位換算表

表8 儲(chǔ)罐容積溫度系數(shù)參照表(Vt=k×V-160)

表9 天然氣各組分的摩爾質(zhì)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(shù)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(shù)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(jié)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(jié)。知曉加氣站庫存量近似計(jì)算法和準(zhǔn)確掌握加氣站庫存量計(jì)算，能為正確核銷、分析損耗提供準(zhǔn)確的庫存量，也能從操作、設(shè)備、工藝等環(huán)節(jié)查找損耗原因，達(dá)到降低損耗，提高企業(yè)效益之目的。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T21068-2007液化天然氣密度計(jì)算模型規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007:3-4.

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

[3] 張進(jìn).淺析LNG加氣站儲(chǔ)罐計(jì)量準(zhǔn)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(jì)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(chǔ)存專業(yè)和1990年畢業(yè)于浙江工學(xué)院工業(yè)管理專業(yè)，大專學(xué)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(shù)質(zhì)量部經(jīng)理，主要從事安全、數(shù)質(zhì)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(jì)量與管理》編寫工作，主編了第9章加氣站計(jì)量與管理。