天然氣能量計量的必要性與可行性

趙俊杰 (山東中油天然氣有限公司，山東 濟南 250000)

1 天然氣能量計量概述

所謂的天然氣能量計量，就是以能量計數為度量尺度計算天然氣的數量，以確保天然氣的計算精度。計量工作是國民經濟發展的一個重要環節，是國家經濟發展的一個重要基礎，只有保證準確的計量，才能保證國民經濟的平穩、正常發展。從我國現有的氣田規劃來看，其“西氣東輸，北氣南下，海氣登陸，就近供應”模式已基本形成，只有加強對能源的計量控制，才能更好地為天然氣的生產和運輸提供計量基礎。天然氣是一種可燃燒的氣體能源，一定數量的天然氣產生的總熱量由能量總量決定。但是，天然氣是多種成分的混合物。由于天然氣的來源、組成、含量等因素的差異，使得計量工作比較復雜。

能源交易中實行能量計量，更加準確、公平，有利于我國天然氣工業的健康發展，也能反映出物美價廉的基本原則，有利于規范市場。在天然氣工業中，計量工作貫穿于整個生產和運營，其與安全化、節能化、規范化相結合，為天然氣工業提供了準確的數據保證，實現了對燃氣能源的測量，實現了對天然氣產量的精確顯示。對于廣大的燃氣用戶來說，精準的計量達到透明、精確地顯示用戶使用數據，保證了群眾的權益，保證了天然氣供應的公平性和準確性。這對我國天然氣事業的發展具有重要促進作用。

2 天然氣常用計量方式

2.1 體積計量

目前世界上常用的計量氣體容積技術和方式有：

(1)孔板式流量計。在天然氣工業中，孔板式流量計是最早采用的基于管內壓力差的流量計。目前，這種儀表正在逐步被渦輪式流量計所取代，它具有穩定性強、價格低廉、不需要進行專門檢查等特點。然而，在實際應用中，流量計的測量精度不夠高，上游段的長度必須大于流量計的30倍；而在下游，管道長度必須大于流量計端口內徑的7倍，而且這種流量計必須與法蘭中的管路相連，容易出現泄漏現象，必須經常進行檢修。

(2)渦輪流量計。這種流量計在石油和天然氣工業中使用比較普遍，是一種速度型的液體測量儀器。在實際應用中，可靠性高、精度高、使用方便，具有維修方便，結構簡單等特點。但它也有一些不足之處，例如在使用過程中，渦輪部分會有持續的摩擦，需要進行及時的潤滑；為了防止渦輪葉片的損壞，必須在流量計的上面加裝過濾器。如果管道的流速超過10 m/s，這種流量計就會出現“氣蝕”。這些缺陷給這種流量計的推廣和開發帶來了困難。

(3)超聲流量計。它適用于大直徑、高壓力的輸氣管線的流量測量。使用時，不容易受到客觀因素的影響，精度高，維護保養方便。與孔板式流量計、渦輪流量計相比，具有較高的數字化水平。然而，由于國內超聲流量計大多采用進口，設備昂貴，而且這種流量計對直徑小于100 mm的管材不適合。

2.2 質量計量

(1)科氏質量流量計。1832年，法國的科里奧利提出了一種叫做“科氏力”的概念，在1977年由美國發明了科氏質量流量計，適用范圍廣、測量精度高、使用范圍廣、穩定性好。但是，由于科式質量流量計產品大多是國外的，其成本很高，而且在使用中對安裝的要求也很高，很難適應直徑大于200 mm的管線。目前，這類計量裝置多用于加氣站、天然氣井口等。

(2)熱式質量計量計。這種流量計的工作原理是，當介質被加熱后，其內部的溫度會發生改變，并且影響它所需要的能源和流量之間的函數關系。為了保證介質溫度和管路的溫差，在管段內設有2個電加熱設備。隨著介質流速的提高，制冷效果也會增強，電加熱設備的恒流也會增加。

(3)差壓式質量流量計。該方法以馬格努斯效應為基礎，利用傳輸器中的介質之間的壓力差值來測定流速。普通的差壓式質量流量計是一種雙孔板式結構，它在管道上設有兩個相同的孔，而在分流線上設有兩個流量反向的計量泵，并在兩個孔的入口處安裝一個壓力計[1]。

3 天然氣能量計量必要性

在天然氣需求量不斷增長的今天，為了使我國的天然氣計量技術盡快與世界接軌，必須將能量計量納入到主流計量技術之中。天然氣能量計量是以天然氣能源供給過程中的發熱量為基本結算單位的一種重要的計量手段，它是根據容積計量的原理逐漸發展起來的，得出了經過輸氣管道斷面的總能量，現在在技術上已經具備了使用的可行性。

4 天然氣能量計量方法應用

4.1 原理

能量計量是以燃氣的發熱量作為結算單元，以計量為依據，根據燃氣的發熱量，對其進行總的流量計算。熱能的測定方法主要有間接方法和直接方法。間接方法主要是利用氣體的氣相組成來獲得熱能，通常都是利用層析技術進行；直接測定是用特定的氣體進行測定。在實際操作中，由于直接法律適用條件多、技術不成熟、過程復雜等原因，將其作為一種比較方法。大型的測溫站，可以使用色譜法對燃氣進行測定，小型的測溫站則可以使用離線型的測溫計，再利用可變的和恒定的方法來進行。

4.2 應用價值

(1)與國家的能源發展戰略相適應。天然氣是一種混合氣，由于其產地的差異，其組成成分也會有差異，從而導致各區域的天然氣燃燒產生的能量也不盡相同。目前國內天然氣的發熱量最低為33.9 MJ/m3，最高為45 MJ/m3。采用傳統的容積計量方法來完成各種熱值天然氣的交易，明顯違背了常識。此外，我國天然氣產業的發展潛力很大，隨著管線的互聯互通，各區域的天然氣將會形成全國范圍內的管網；混合氣是今后天然氣的主要發展方向，但目前仍采用傳統的容積計量方法難以實現，從而加大了結算的難度。由于利用天然氣的熱量而產生的銷售偏差，很明顯地不能滿足這種需求，因此，為了適應國家的發展戰略，必須采用能量計量的方法[2]。

(2)促進國際天然氣貿易的發展。到2020年，我國對天然氣的需求量將達到3 600×108m3，而進口的天然氣總量將達到1 530×108m3。目前，我國已建成中俄、中緬、中亞管道等國際管道，全部完工后，可實現每年1 650×108m3的進口。由此可以看出，我國的天然氣對外依存度很高，能量計量是國際上通用的計量模式。而我國是天然氣的進口大國，為了確保公平貿易，計量必須與國際接軌，尤其是當天然氣全國聯網時，采用能量計量更為合理。

5 天然氣能量計量的可行性發展措施

5.1 正確選用計量裝置、加強計量裝置維護

由于天然氣計量設備存在問題，造成計量工作不能順利進行，因此，在選擇計量設備時，必須選擇合適的計量設備。正所謂“工欲善其事，必先利其器”，若要成功地進行天然氣能量計量工作，必須加強對能源計量設備的選擇，從而為今后的能源計量工作打下堅實的基礎。定期檢查燃氣能源計量設備，強化精細管理觀念，根據儀表內部磨損狀況及時檢修或替換，加強對計量設備內孔板工藝的檢測；確保設備自身的質量問題。必須遵循評審和評判的原則，并且調整的時間要“循序漸進，穩步推進”。

5.2 優化配置氣質分析設備

氣態成分與氣態成分有著密切的聯系，不同界面、不同氣源、不同氣質組分會隨管道網絡的迅速連通而變化；由于各氣相組成的混合度存在差異，導致在特定的時空條件下，要得到真實成分，需要對聯機GC儀器進行密碼設置，同時要滿足業務的需要，同時要兼顧就近的要求；從整體上看，為了得到更為逼真的管路組分，對中心成分采樣進行了優選，并對其進行了適當的布置；這樣可以獲得更精確的精度。

5.3 建立天然氣能量計量系統性能評價標準

目前國內測量準確率的儀器，例如體積流量計、在線氣相色譜分析儀、各類變送儀等，均已制定相應的測試標準，但是關于能源測量的資料采集及分析儀器尚不健全，以確保各類測量資料的準確、可靠；應盡早制定與計量系統相適應的計量指標，確定計量方式、計量單位及配套設施的標定；天然氣基準發熱量，天然氣價格，管輸費的轉換方式；在特定情況下采取的各種補償手段，對我國的能源測量體制進行有效的改革[3]。

5.4 加強計量工作統籌

在天然氣能量計量工作中，必須加強對天然氣能源的統一管理，以保證能量計量工作的順利進行和準確的計量。加強對燃氣能量計量工作的各項指標的記錄，發現問題及時采取措施；確保燃氣能量計量工作的正常進行。

5.5 探索發熱量直接測定

采用一種直接測定某一特定的量的熱量，采用了一種直接測定的方法。通過對煤氣的直接測定，不僅可以避免因間接測定引起的誤差，而且能夠更直觀地顯示出煤氣的發熱量，而且還可以對間接氣相色譜進行檢測。

5.6 加強天然氣能量計量工作人員技術的培訓

只有加強對燃氣能源計量人員的施工技術培訓，才能使計量工作的計量質量得到最大的保障。天然氣能量計量工作中，由于工作人員的綜合素質不高，導致了計量工作的不準確，工作人員不能完全依靠儀表來完成計量工作，還要對各種突發事件進行預防；要加強對能量計量人員的技術培訓，定期開展培訓和檢查，從源頭上保證能量計量工作的穩定性，以保障我國天然氣工業的長期、穩定發展。

5.7 建立滿足能量計量要求的天然氣分析用氣體標準物質體系

我國現有天然氣中含有11組分的一階天然氣標準物質只有其中3種，其準確度、濃度覆蓋范圍、類型等方面均與世界水平有較大差距，難以適應天然氣行業多源、多品種的需求。筆者認為，在我國正式實施燃氣計量之前，應首先進行天然氣標準品的調查和開發高品質的檢測技術；為進一步提高能量計量準確率，開發出具有較高準確度的多組份氣體標準品，并對我國現行的標準品進行改進和改進。

6 未來發展展望與建議

6.1 計量技術朝著智能化和自動化的方向發展

在現代社會，計算機網絡技術、因特網信息通信技術、物聯網技術、大數據技術等技術的迅速發展，使得天然氣計量技術和計量技術不斷朝著自動化、數字化、智能化方向發展。目前，利用天然氣計量技術對流量測量方法進行全程在線監控，對監測數據進行實時采集，可實現對燃氣計量流程的遠程調度；而且，在未來天然氣流量測量方法很有可能具有故障自檢的能力，從而提高天然氣計量精度。

6.2 計量標準體系更加完善化

隨著國家的整體實力的提高，天然氣的計量系統得到了迅速的發展和完善。在充分借鑒國際先進計量標準的基礎上，結合國內天然氣分布模式和市場運行情況，建立了一套較為完備的計量體系，并將其從單一的評價指標向多元評價的方向。

6.3 計量方式向能量化方向發展

在天然氣的計量中，能量計量是一種更為公平、公正、科學、合理的計量手段。當前，世界各國對天然氣的國際市場交易都采用了能量計量的方法，從而促使我國的天然氣計量模式向著能源量化的方向發展。加強與國際接軌，有利于提高我國在國際天然氣市場中的話語權。

6.4 計量管理越來越嚴格化

隨著科學技術的發展，人民的物質生活水平的提高，對天然氣的需求日益多元化，越來越個性化，天然氣的生產規模也逐漸增加，而天然氣的計量也逐漸成為我國天然氣資源的重要組成部分。為此，應加強對現場天然氣流量的測量方法和計量人員的管理，并加強使用、安裝和數據傳送業務的培訓；通過對天然氣的各種問題進行檢查，可以使天然氣的計量管理更加嚴格、透明化，從而避免在市場上發生不必要的爭議，從而降低企業的信譽與經濟效益。

7 結語

目前國內常用的計量方式有容積計量、質量計量，計量誤差較大，因此我國正在大力推行天然氣能量計量，采用容積計量與能源計量的計量模式轉換；同時，推進管道運輸定價改革，逐步以能源計量代替容積計量，為規范、公正的天然氣市場打下技術基礎。