肖　暉　張福元　李　軍

(1.江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督氣體流量計(jì)量檢測(cè)中心，鎮(zhèn)江 212009；2.國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站廣州分站，廣州 510000；3.中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院，武漢 430080)

0　引言

自從上世紀(jì)50年代在四川瀘州開(kāi)始我國(guó)首次天然氣計(jì)量，到本世紀(jì)初西氣東輸一線建設(shè)投產(chǎn)，隨著天然氣使用量的增加，我國(guó)天然氣計(jì)量技術(shù)、計(jì)量器具、量值傳遞溯源、計(jì)量方式、標(biāo)準(zhǔn)化，以及監(jiān)督管理也隨之發(fā)展，已形成以體積計(jì)量為主體的天然氣計(jì)量體系。

當(dāng)前，天然氣按能量計(jì)量和計(jì)價(jià)是國(guó)際上主流的貿(mào)易計(jì)量與結(jié)算方式。除前蘇聯(lián)地區(qū)和中國(guó)外，北美、南美、歐洲和亞洲大多數(shù)國(guó)家的天然氣交易合同均采用能量來(lái)計(jì)量和結(jié)算費(fèi)用。全球LNG和管輸氣的國(guó)際貿(mào)易也直接或間接地采用能量計(jì)量計(jì)價(jià)的方式。2013年我國(guó)天然氣的消費(fèi)量達(dá)到1700億m3,對(duì)外依存度達(dá)到31.6％，2014年預(yù)計(jì)消費(fèi)量達(dá)到1860億m3。我國(guó)已成為天然氣能源進(jìn)口大國(guó)，預(yù)計(jì)2015年對(duì)外依存度將超過(guò)35％，而且進(jìn)口來(lái)源復(fù)雜，品質(zhì)差異大，需要在現(xiàn)有體積計(jì)量基礎(chǔ)上全面推進(jìn)以能量計(jì)量為主體的天然氣計(jì)量體系。

1　計(jì)量器具

天然氣計(jì)量器具可以按主要計(jì)量器具流量計(jì)，以及壓力測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、物性參數(shù)測(cè)定和流量計(jì)算機(jī)輔助計(jì)量器具進(jìn)行劃分。目前，在我國(guó)使用的天然氣計(jì)量器具的水平與國(guó)外歐美發(fā)達(dá)國(guó)家基本一致。

1.1　流量計(jì)

按工作原理分類(lèi)，用于天然氣流量測(cè)量的流量計(jì)有差壓式、速度式、容積式和質(zhì)量式4類(lèi)流量計(jì)。差壓式流量計(jì)主要有孔板、噴嘴和文丘里管等3種。速度式流量計(jì)有超聲、渦輪、旋進(jìn)旋渦和渦街等4種。容積式流量計(jì)有腰輪和膜式流量計(jì)等2種。質(zhì)量流量計(jì)是科里奧利質(zhì)量式流量計(jì)，主要用于壓縮天然氣(CNG)計(jì)量。近來(lái)，也有熱式質(zhì)量流量計(jì)用于天然氣計(jì)量，尚處于試用階段。

1.2　輔助計(jì)量器具

1)壓力測(cè)量?jī)x表主要是壓力變送器。2)溫度測(cè)量?jī)x表主要是溫度變送器。3)物性參數(shù)測(cè)定儀器。隨著物性參數(shù)計(jì)算方法的完善，目前絕大多數(shù)都是使用色譜儀分析的天然氣組份數(shù)據(jù)計(jì)算需要的物性參數(shù)。4)流量計(jì)算機(jī)。最早用于天然氣流量計(jì)算的儀表為求積儀，是與孔板流量計(jì)配套使用的，現(xiàn)在可根據(jù)不同流量計(jì)和管理需要，選擇微功耗、智能、網(wǎng)絡(luò)等通用或?qū)Ｓ昧髁坑?jì)算機(jī)。

2　量值傳遞溯源

目前多數(shù)流量計(jì)在低壓空氣標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定校準(zhǔn)，主管線上的流量計(jì)則使用高壓天然氣實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。

2.1　量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置

天然氣流量量值是通過(guò)原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置按體積或質(zhì)量和時(shí)間的組合量進(jìn)行溯源的，并把量值傳遞到次級(jí)或傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置、工作標(biāo)準(zhǔn)裝置，最終到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具。壓力、溫度和天然氣組份數(shù)據(jù)的量值溯源分別溯源到相應(yīng)原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))。

2.1.1原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置

原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置負(fù)責(zé)把國(guó)家長(zhǎng)度(體積)或質(zhì)量和時(shí)間的基準(zhǔn)量值傳遞到次級(jí)或傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置。用于天然氣流量量值傳遞溯源的原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置有如下類(lèi)型：

1)質(zhì)量-時(shí)間(mt)法：測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流進(jìn)壓力容器內(nèi)的流體質(zhì)量。該方法量值溯源鏈相對(duì)簡(jiǎn)單，不確定度在0.05％～0.1％之間。美國(guó)CEESI，英國(guó)NEL，以及我國(guó)國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站成都和南京分站都采用此方法。

2)p.V.T.t法：測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流進(jìn)/出已知體積的壓力容器內(nèi)的壓力和溫度變化量，而后計(jì)算流體的體積。該方法使用壓力范圍寬，對(duì)環(huán)境條件要求高，不確定度在0.05％～0.2％。美國(guó)CEESI、法國(guó)燃?xì)夤荆约拔覈?guó)國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站重慶分站都采用此方法。

3)高壓體積管法：測(cè)量已知體積的高壓體積管的往返次數(shù)的時(shí)間，而后計(jì)算流體的體積。該方法使用壓力范圍寬，對(duì)體積管密封和環(huán)境條件要求高，不確定度在0.05％～0.1％之間。德國(guó)PigSar和我國(guó)在建的國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站都采用此方法。

2.1.2次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置

次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置大多采用臨界流文丘里噴嘴，臨界流文丘里噴嘴是定流標(biāo)準(zhǔn)裝置，流量穩(wěn)定，但壓損比較大，不確定度在0.15％～0.25％之間。美國(guó)GRI和CEESI，以及我國(guó)國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站成都和南京分站都采用此方法。

2.1.3傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置

最常用的傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置是采用腰輪流量計(jì)，不確定度在0.2％～0.3％之間。德國(guó)和荷蘭，以及加拿大的TCC都是采用此種方法，傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置也可作為比對(duì)組件使用。

2.1.4工作標(biāo)準(zhǔn)裝置

最常用的工作標(biāo)準(zhǔn)裝置是采用渦輪流量計(jì)，不確定度在0.23％～028％之間。美國(guó)GRI和CEESI、歐洲的德國(guó)和荷蘭等國(guó)家、加拿大的TCC，以及我國(guó)國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站成都和南京分站都采用此方法。

2.2　量值傳遞溯源方法

目前量值傳遞主要是使用檢定的方法進(jìn)行，檢定只對(duì)計(jì)量器具符合性進(jìn)行確認(rèn)。

發(fā)達(dá)國(guó)家的天然氣貿(mào)易計(jì)量器具量值溯源大多使用校準(zhǔn)的方法進(jìn)行，屬于供需雙方的自愿行為。校準(zhǔn)要求對(duì)計(jì)量器具的量值進(jìn)行修正，使計(jì)量器具的準(zhǔn)確度接近標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度。

3　計(jì)量方式

天然氣的計(jì)量方式體現(xiàn)在結(jié)算時(shí)使用的單位，有體積、質(zhì)量和能量3種。發(fā)達(dá)國(guó)家都使用能量計(jì)量方式，我國(guó)的硬件和標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)具備，但由于定價(jià)機(jī)制和管理方面的原因，還是以體積計(jì)量為主。計(jì)量方式簡(jiǎn)介如下：

1)體積計(jì)量方式：是最早使用的計(jì)量方式，該方式是計(jì)量天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積量，是能量計(jì)量方式的基礎(chǔ)。俄羅斯和我國(guó)主要采用此方式。

2)質(zhì)量計(jì)量方式：主要用于壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)的計(jì)量，該方式只是計(jì)量天然氣所有組份的質(zhì)量。

3)能量計(jì)量方式：是最公正和科學(xué)的計(jì)量方式，該方式是計(jì)量天然氣組份中能產(chǎn)生能量的組份在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家主要采用此方式，我國(guó)中海油輸香港電力也采用此方式。

4　計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化

天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化可分為計(jì)量系統(tǒng)、流量測(cè)量、物性參數(shù)測(cè)定和計(jì)量方式。

在天然氣流量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)制定中，我國(guó)主要參照美國(guó)氣體協(xié)會(huì)(AGA)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、歐共體(EN)和國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)的標(biāo)準(zhǔn)制定，處于與發(fā)達(dá)國(guó)家同步的水平。

4.1　計(jì)量系統(tǒng)

我國(guó)參照EN 1776 :1998《供氣系統(tǒng)·天然氣計(jì)量站·功能要求》和OIMLTC8/SC7 氣體計(jì)量分委員會(huì)1999年12月《氣體燃料計(jì)量系統(tǒng)》制定了GB/T 18603—2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)，2008年參照OIML R140:2007 Measuring System for gaseous Fuel(氣體燃料計(jì)量系統(tǒng))進(jìn)行修訂，已經(jīng)報(bào)批。

4.2　流量測(cè)量

目前用于天然氣流量測(cè)量的流量計(jì)都制定了標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)介如下：

1)GB/T 18604《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：參照采用1998年AGA Report No 9 Measurement of Gas by Ultrasonic Meters ，并參照ISO/TR 12765:1998 Measurement of fluid flow in closed conduits - Methods using transit-time ultrasonic flowmeters技術(shù)報(bào)告，于2001年發(fā)布實(shí)施。

2)GB/T 21391《用氣體渦輪流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：參照采用EN 12261:2002 Gas meters - Turbine gas meters,同時(shí)參照了AGA 7：2004 Measurement of Gas by Turbine Meters和ISO 9951：1993 Measurement of fluid flow in closed conduits - Turbine meters，于2008年發(fā)布實(shí)施。

3)GB/T 21446《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：參照采用2000年AGA Report No 3 Orifice Metering of Natural Gas和ISO 5167:2003 Measurements of Fluid by mean of pressure differential devices inserted in circular cress-section conduits running full標(biāo)準(zhǔn)，于2008年發(fā)布實(shí)施。

4)SY/T 6658《用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：參照ISO/TR 12764:1997 Measurement of fluid flow in closed conduits-Flowrate measurementsby mean of vortex shedding flowmeters inserted in circular cress-section conduits running full技術(shù)報(bào)告，于2006年發(fā)布實(shí)施。

5)SY/T 6659《用科里奧利流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：參照2003年AGA Report No 11 Measurement of Natural Gas by Coriolis Meter 和ISO 10790:2003 Measurement of fluid flow in closed conduits - Guidance to the selection，installation and use of Coriolis meters (mass flow，density and volume flow measurements)標(biāo)準(zhǔn)，于2006年發(fā)布實(shí)施。

6)SY/T 6660《用旋轉(zhuǎn)容積式氣體流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：參照EN 12480:2002 Gas meters - Rotary displacement gas meters標(biāo)準(zhǔn)，于2006年發(fā)布實(shí)施。

7)《用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：正參照采用 ISO 5167和GB/T 21446制定標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃2014年完成報(bào)批。

4.3　物性參數(shù)測(cè)定

天然氣物性參數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的壓縮因子和密度，以及工作條件下的壓縮因子、密度和聲速計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)介如下：

1)GB/T 11062《天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：參照采用ISO 6976:1995 Natural gas - Calculation of calorific values，density，relative density and Wobbe index from composition標(biāo)準(zhǔn)，于1998年發(fā)布實(shí)施。

2)GB/T 17747《天然氣壓縮因子的計(jì)算》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：等同采用ISO 12213:1997Natural Gas -Calculation of compression Factor標(biāo)準(zhǔn)制定，并于1999年發(fā)布實(shí)施,隨著ISO 12213修訂，GB/T 17747也進(jìn)行修訂，最新版本為2006年。

5　監(jiān)督管理

天然氣流量監(jiān)督管理可分為政府、第一方、第二方和第三方監(jiān)督方式。

5.1　政府監(jiān)督管理

政府監(jiān)督管理是以法律法規(guī)為依據(jù)，體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)裝置和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具方法，采用手段是檢定。

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家政府只對(duì)民用天然氣貿(mào)易計(jì)量進(jìn)行監(jiān)督管理，企業(yè)之間的貿(mào)易按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的原則由企業(yè)自身進(jìn)行監(jiān)督管理。

5.2　第一方監(jiān)督管理

第一方是指供氣方，對(duì)天然氣計(jì)量的監(jiān)督管理最及時(shí)到位，體現(xiàn)在管理制度、核查儀表上。歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 1776:1998和國(guó)際法制計(jì)量組織OIML R140，以及我國(guó)的GB/T 18603都要求在大流量計(jì)量系統(tǒng)中增加實(shí)時(shí)核查流量計(jì)。

5.3　第二方監(jiān)督管理

第二方是指用氣方，對(duì)天然氣計(jì)量的監(jiān)督管理與第一方同步。在管理軟件方面是定時(shí)對(duì)供方的計(jì)量數(shù)據(jù)、計(jì)量器具的有效性進(jìn)行核查。在硬件方面有兩個(gè)方式：其一是在供方下游設(shè)置計(jì)量系統(tǒng)，同時(shí)計(jì)量進(jìn)行核查；其二是把供方計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脷夥剑瑢?shí)時(shí)核查。

5.4　第三方監(jiān)督管理

第三方監(jiān)督管理是供需雙方共同委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)定期對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)和/或器具進(jìn)行審計(jì)，這是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家比較常用的。我國(guó)中海油輸香港電力采用累積取樣，定期把天然氣樣品送第三方進(jìn)行分析的方式。

6　天然氣計(jì)量體系建設(shè)展望

綜上所述，我國(guó)天然氣計(jì)量體系建設(shè)經(jīng)歷了起步、發(fā)展和逐步與國(guó)際接軌的發(fā)展階段。我國(guó)現(xiàn)有的天然氣計(jì)量體系主要是圍繞解決體積計(jì)量問(wèn)題，這是與我國(guó)的天然氣計(jì)量領(lǐng)域中體積計(jì)量仍占統(tǒng)治地位相適應(yīng)的。由于我國(guó)自產(chǎn)天然氣氣質(zhì)差異大，以往多就近利用，現(xiàn)在則通過(guò)橫跨東西、縱貫?zāi)媳钡奶烊粴夤芫W(wǎng)，將不同熱值的天然氣輸向多個(gè)目的地。加之今后進(jìn)口量的增加，氣質(zhì)多元化現(xiàn)象將更加凸顯。目前，我國(guó)進(jìn)口LNG項(xiàng)目雖然采取能量計(jì)量的交接方式，但其供應(yīng)到國(guó)內(nèi)用戶時(shí)，必須再轉(zhuǎn)化為體積計(jì)量，國(guó)內(nèi)CNG、LNG貿(mào)易計(jì)量以體積計(jì)量方式的弊端已經(jīng)凸顯。管輸天然氣上下游貿(mào)易計(jì)量爭(zhēng)議也大多源于體積計(jì)量方式的先天不足。以江蘇為例，同時(shí)擁有川氣、西氣、中亞管道氣、進(jìn)口LNG等不同熱值的天然氣，統(tǒng)一采取體積計(jì)量和結(jié)算，已經(jīng)使用戶和供氣企業(yè)、不同供氣企業(yè)之間產(chǎn)生矛盾和利益之爭(zhēng)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全面開(kāi)放的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的改革完善，我國(guó)要持續(xù)擴(kuò)大天然氣國(guó)際貿(mào)易，計(jì)量方式接軌國(guó)際，才能在同一個(gè)平臺(tái)上展開(kāi)對(duì)話。迫切需要加快與我國(guó)天然氣市場(chǎng)相適應(yīng)的、與國(guó)際接軌的、以能量計(jì)量為主要方式的天然氣計(jì)量體系建設(shè)。能量計(jì)量型天然氣計(jì)量體系的建設(shè)展望如下：

1)在計(jì)量器具方面，將繼續(xù)跟進(jìn)和采用新型計(jì)量器具，把新技術(shù)應(yīng)用于成熟的計(jì)量器具。重點(diǎn)推進(jìn)天然氣組成數(shù)據(jù)和物性參數(shù)的賦值，提高計(jì)量的準(zhǔn)確度，即：

a.在長(zhǎng)輸管線上，科學(xué)合理解決下游沒(méi)有配置色譜儀的站點(diǎn)天然氣組成數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題，節(jié)約投資，開(kāi)展在線色譜儀核查，加強(qiáng)計(jì)量結(jié)果的監(jiān)控；

b.在城市管網(wǎng)首站增加受控的色譜儀，授權(quán)機(jī)構(gòu)建構(gòu)天然氣能源參數(shù)發(fā)布平臺(tái)，解決終端用戶和CNG、LNG加氣站所需天然氣密度與發(fā)熱量數(shù)據(jù)的獲取問(wèn)題，為工商用戶提供物性參數(shù)，加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)管。

2)在量值傳遞溯源方面，隨著國(guó)家《計(jì)量法》的修訂，標(biāo)準(zhǔn)裝置和企業(yè)間的計(jì)量器具將采用更加科學(xué)、準(zhǔn)確和公平的校準(zhǔn)方法；開(kāi)展國(guó)內(nèi)天然氣量值比對(duì)，統(tǒng)一各原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值；參加國(guó)際比對(duì)活動(dòng)，使我國(guó)天然氣量值得到國(guó)際認(rèn)可，提升國(guó)家的軟實(shí)力。

3)在計(jì)量方式方面，重點(diǎn)推進(jìn)天然氣能量計(jì)量的應(yīng)用研究，完善軟件，推進(jìn)更加科學(xué)、準(zhǔn)確和公平的能量計(jì)量方式，實(shí)現(xiàn)多種能源使用的可比性，優(yōu)化能源利用，保護(hù)和利用好清潔、環(huán)保、不可再生的天然氣資源，使我國(guó)的天然氣計(jì)量方式與國(guó)際慣例接軌。

4)在標(biāo)準(zhǔn)化方面，將繼續(xù)跟蹤研究國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制、修訂進(jìn)程，研究在用標(biāo)準(zhǔn)的適用性，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際，完善具有我國(guó)特色的天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。

5)在監(jiān)督管理方面，政府將隨著體制的改革創(chuàng)新，把有限的資源用于民用天然氣貿(mào)易計(jì)量監(jiān)督管理上，更好地保護(hù)弱勢(shì)群體。在企業(yè)之間的貿(mào)易監(jiān)督管理方面，應(yīng)該加強(qiáng)第三方監(jiān)管專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)可和評(píng)定體系建設(shè)，規(guī)范監(jiān)督管理機(jī)制，在全國(guó)建立市場(chǎng)化監(jiān)督管理網(wǎng)絡(luò)。

7　結(jié)論

本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)天然氣能源來(lái)源日趨多元化，各種天然氣氣質(zhì)組份差異很大，以體積計(jì)量為主體的貿(mào)易計(jì)量方式已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的天然氣計(jì)量需求。對(duì)天然氣現(xiàn)行計(jì)量體系的全面總結(jié)和審視，有助于順應(yīng)我國(guó)的天然氣能源市場(chǎng)現(xiàn)狀，從推動(dòng)能源生產(chǎn)革命、能源消費(fèi)革命的高度，全面推進(jìn)以能量計(jì)量方式為主體的天然氣計(jì)量新體系的建設(shè)。

[1]OIML R140:2007MeasuringSystem for gaseous Fuel

[2]EN 1776 :1998供氣系統(tǒng)·天然氣計(jì)量站·功能要求

[3]孫淮清.天然氣的流量計(jì)量[J].計(jì)量學(xué)，2003，9(11)：15-18

[4]GB/T 22723—2008天然氣能量的測(cè)定[S]

[5]陳庚良.天然氣能量計(jì)量的不確定度評(píng)定探討[J].天然氣工業(yè)，2009，25(4)

[6]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃，2012，10