油氣管網體制改革后天然氣計量技術的發展分析

大慶油田有限責任公司第二采油廠

2019年3月，中央全面深化改革委員會第七次會議通過了《石油天然氣管網運營機制改革實施意見》，油氣管網體制改革實施迫在眉睫。隨著油氣管網體制改革的不斷深入，加之近年來天然氣產業的飛速發展，天然氣計量數據的準確性、可靠性、實時性將受到各方的密切關注，倒逼天然氣計量技術的發展。因而對現有天然氣計量技術進行研究，分析我國現有天然氣計量技術在油氣管網體制改革后的適用性，并充分借鑒天然氣計量技術領先經驗，預測我國天然氣計量技術的發展趨勢是十分必要的。

1 天然氣計量技術現狀

1.1 國內技術現狀

我國于20 世紀80 年代起對天然氣計量技術進行研究，以國際現有標準體系為基礎，結合我國國情，最終形成適應我國天然氣交接計量的國家標準體系，即GB 17820《天然氣》和GB/T 18603《天然氣計量系統技術要求》，并在此基礎上拓展了相關天然氣交接計量技術的標準、規范，形成了一套完整、成熟的量值溯源體系[1]。

GB 17820 主要對天然氣的氣質指標提出了詳細要求并進行分類，其指標涉及環境保護、安全衛生、經濟效益等方面[1-2]；而GB/T 18603 是在OMIL R140標準體系和EN1776標準體系的基礎上形成的計量站工作標準體系，不僅規定了天然氣交接計量站點新建或改擴建過程中對計量體系建設的要求，還規定了計量系統配套儀表準確度等級要求，以及不同天然氣計量方式的技術指標和計算方法[2]。

由于我國油氣管網尚未分離，根據天然氣計量技術國家標準體系及現場實際情況，天然氣交接計量主要以體積交接為主，質量交接為輔。體積交接方式主要應用于管輸氣，采用在線氣相色譜分析儀、定期取樣或賦值法測量氣質指標，監測氣體質量，并采用標準孔板、渦輪流量計、氣體超聲流量計等計量儀表計量天然氣體積流量。目前，標準孔板在我國應用逐漸減少，計量方式逐漸由貿易交接計量轉變為場站內部交接計量，渦輪流量計主要應用在DN150以下管線進行體積流量計量，而氣體超聲流量計主要應用在DN100以上管線進行體積流量計量。質量交接方式主要應用于液體天然氣（如LNG、CNG），且采用質量流量計對液化天然氣進行計量。

1.2 國外技術現狀

國際上天然氣計量技術領先的國家通常采用能量計量方式進行天然氣交接。尤其在已完成油氣管網體制改革且天然氣產業成熟的國家和地區（如美國、歐洲），能量計量以其科學性、公正性、公平性廣泛應用于該類國家和地區。目前，全球LNG國際貿易交接計量全部使用能量計量方式進行交接，且國際標準化組織也為能量計量的順利實施制訂了相關標準和規范[3]。

能量計量發源于美國，其原理為：包含在一定量天然氣中能量可由E=H×Q表示，其中E為能量，H為天然氣發熱量，Q為天然氣體積或質量。能量E可以直接測定，或者由天然氣氣體體積、發熱量進行計算。為了保證天然氣能量計量精確度，需要在國際標準ISO 13443 規定的標準下（溫度為288.15 K，壓力為101.325 kPa），測定氣體體積、發熱量，通過兩者相乘，可以獲得天然氣能量。

1978 年，美國通過《天然氣法》規定了以能量計量作為天然氣買賣基礎，天然氣能量計量得到了飛速發展，緩解了天然氣完全市場化后出現的計量糾紛。在計量技術發展的同時，美國標準化學會（ANSI）、美國氣體協會（AGA）、美國氣體加工協會（GPA）、美國石油學會（API）及美國材料與試驗協會（ASTM）均發布有涉及天然氣分析測試技術、天然氣取樣技術、天然氣流量測量技術等與天然氣能量計量技術密切相關的標準，為能量計量技術標準體系的建設提供了支持。現已全面采用能量計量進行天然氣交接，歐洲各國已形成了各自的天然氣能量計量技術體系，同時以ISO國際標準化組織發布的標準、導則建立了歐洲各國家間天然氣貿易交接計量技術標準體系。

隨著能量計量在全球主要天然氣市場的廣泛運用，國際標準化組織ISO/TC193/SC2于1998年成立工作組并制定了《天然氣能量測定》國標標準，并于2007 年12 月1 日正式發布，規范了全球天然氣能量計量方法。

能量計量結果主要通過測量天然氣體積流量和體積發熱量的方式間接獲得。體積發熱量測量一般有直接法與間接法兩種方法。直接法即連續燃燒法，一定量的氣體通過濕式氣體流量計進入燃燒室完全燃燒，再通過熱交換器檢測該氣體的發熱量；間接法即對所測天然氣進行物性分析，通過計算得到所測天然氣的發熱量[4]。當前，國際上普遍使用間接法測定天然氣發熱量，多數大型流量站點都配備有外置的在線氣相色譜分析儀（即BTU 儀），而中小型計量站多采用賦值技術確定天然氣發熱量[5]。體積流量測量采用氣體流量計計量，美國多采用標準孔板進行體積流量計量，約占總流量計數量的70%，其次為渦輪流量計、氣體超聲流量計；而歐洲多使用氣體超聲流量計及渦輪流量計。

2 技術發展分析

油氣管網體制改革后，我國天然氣貿易交接將呈現“多氣源上傳，未知氣體下載”的模式。多種類、多歸屬天然氣進入管網，在管網內混合后，混合天然氣總體積減小，氣質指標改變，管網進口天然氣體積及氣質將與管網出口相差較大，將不可避免地出現計量糾紛[6]。其實質為我國現有天然氣交接計量方式將不同質量的天然氣強行統一了價格。因而為確保參與天然氣貿易交接的各方處于一個公平、公正的環境，現有天然氣交接計量方式必將改變。根據天然氣計量技術國際領先的國家、大型能源公司及科研院所的相關資料，油氣管網分離后天然氣交接計量方式將由體積計量轉變為能量計量，相應有關天然氣發熱量、氣質的技術指標、流量計的量值溯源和檢定技術，以及現有天然氣計量標準體系都將隨之改變。

根據國內外天然氣計量技術現狀及油氣管網體質改革情況，天然氣計量技術的發展可體現在以下幾個方面。

2.1 計量方式從體積計量轉變為能量計量

管網分離后，為保證購氣用戶所購天然氣與接收到的天然氣能源價值相同，確保貿易交接計量及結算時公平、公正，現有體積計量方式已無法滿足要求[7]；且隨著天然氣貿易交接計量向國際化發展，各國對天然氣貿易的公平性提出了越來越高的要求，而能量計量是目前國際公認的天然氣貿易交接計量最公平的方式，因此天然氣體積計量方式轉變為能量計量方式是我國天然氣計量技術的必經之路[8]。

2019 年5 月，國家發改委等四部門正式發布《油氣管網設施公平開放監管辦法》，提出天然氣管網設施運營企業接收和代天然氣生產、銷售企業向用戶交付天然氣時，應當對發熱量、體積、質量等進行科學計量，并接受政府計量行政主管部門的計量監督檢查。文件要求24 個月內建立天然氣能量計量計價體系，將加速天然氣能量計量推廣應用。

目前，與國際天然氣能量計量成熟運作地區相比，我國的天然氣能量計量體系仍不完善。發熱量溯源技術水平有待提升，天然氣能量計量應用技術尚未形成，相應標準亟待修訂，且部分天然氣交接計量站點缺少在線色譜分析儀等在線品質分析設備。據悉，三大石油公司及相關企業均積極開展天然氣能量計量研究，加速設施配置，確保天然氣能量計量的全面應用，有效維護天然氣交接計量公平、科學、準確、可靠。

2.2 計量儀表向自動化、智能化、遠程化發展

隨著科技的進步，天然氣流量計、在線氣相色譜分析儀、流量計算機等計量儀表正向著自動化、智能化、遠程化不斷發展，通過互聯網技術可以實現天然氣計量數據自動采集、遠傳及計量儀表配套設施遠程控制等功能。

在天然氣能量計量系統中，能量計算所需參數較多，如何集成系統，協調各系統工作將是未來天然氣能量計量自控系統的發展方向之一。同時，隨著各項參數遠程上傳功能的實現，可對各項參數建立數據庫，通過將實時數據與數據庫內數據進行比對，在線分析計量儀表的運行狀態，可實現部分計量儀表的在線校準或診斷功能。

2.3 氣體流量計的量值溯源及檢定技術

由于天然氣流量參數具有動態性，使得流量計額量值溯源成為了制約儀表準確度最主要的因素。至今國際上尚未有公認流量量值實物標準。流量量值的原級標準是一座流量標準裝置，裝置將長度、時間及溫度等基本量進行計算后得到導出量——流量，因此氣體流量計未能真正體現出天然氣流量參數的動態特性[9]。近些年，氣體流量計檢定方式逐漸從離線檢定發展為實流檢定技術，由于該技術通過對天然氣在接近實際工況下的狀態參數和物性參數進行動態量值溯源，來實現對天然氣流量計的檢定，因而天然氣流量計檢定數據較為接近實際情況，天然氣流量量值溯源將逐步向實流檢定方向發展。

2.4 天然氣計量標準體系逐漸完善

隨著能量計量在我國應用的可行性逐步增加，現有天然氣計量標準體系已不再適用。因而為保證能量計量順利實施，應結合國際計量標準體系，完善健全我國計量標準體系，逐漸形成適應我國現狀的計量標準體系，不斷豐富其內容，逐步從單一標準向多重標準發展[10]。

3 結束語

（1）能量計量是目前國際上主流的計量方式，管網分離后，我國天然氣計量方式將由體積計量轉變為能量計量。

（2）天然氣計量方式轉變為能量計量方式后，我國現行部分標準、技術體系、量值溯源鏈均需重新建立。

（3）從國內現有天然氣交接計量站計量儀表配置情況可知，大型天然氣計量站多數可滿足能量計量要求，中小型計量站多數缺少天然氣物性檢測設備，可采用賦值技術實現能量計量。