徐 階

(浙江省天然氣開發(fā)有限公司，杭州 310052)

?

天然氣組分對(duì)貿(mào)易體積和能量計(jì)量的影響研究*

徐 階

(浙江省天然氣開發(fā)有限公司，杭州 310052)

天然氣貿(mào)易計(jì)量是天然氣生產(chǎn)、輸送過程中的重要環(huán)節(jié)，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。天然氣組分變化，將引發(fā)其在基準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn))狀態(tài)下的體積、能量計(jì)量數(shù)值的變化，因此有必要對(duì)天然氣各組分變化對(duì)計(jì)量的影響度進(jìn)行分析。文章研究了天然氣組分變化與基準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn))狀態(tài)下的體積、能量計(jì)量數(shù)值的變化關(guān)系，得到了初步的結(jié)論，對(duì)于在組分?jǐn)?shù)值離線補(bǔ)償?shù)奶烊粴庥?jì)量管理方式下對(duì)組分?jǐn)?shù)據(jù)的及時(shí)更新或在計(jì)量爭(zhēng)議處理過程中氣量的計(jì)算提供科學(xué)的依據(jù)。

天然氣；計(jì)量；組分；補(bǔ)償

0 引言

天然氣貿(mào)易計(jì)量是天然氣生產(chǎn)、輸送過程中的重要環(huán)節(jié)。目前國(guó)際上常用的天然氣計(jì)量方式為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積計(jì)量或能量計(jì)量，而無(wú)論采用哪種計(jì)量方式，都與天然氣的組分補(bǔ)償直接相關(guān)。根據(jù)計(jì)量設(shè)備的配置情況，組分補(bǔ)償方法一般采用對(duì)流量計(jì)算機(jī)直接手動(dòng)設(shè)置、通過系統(tǒng)定期下載或?qū)崟r(shí)讀取組分分析儀數(shù)據(jù)等。前二種方法不具實(shí)時(shí)性，而第三種方法也存在組分分析儀故障、分析精度及分析儀與流量計(jì)算機(jī)通訊異常等問題，故均有天然氣真實(shí)組分與計(jì)量補(bǔ)償組分存在偏差的可能，而此偏差引發(fā)的計(jì)量數(shù)值偏差，與組分的具體數(shù)值有密切的關(guān)系。因此，本文擬分析、研究天然氣各組分變化而未能及時(shí)對(duì)流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行修正情況下對(duì)體積、能量計(jì)量的影響。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及研究方法

表1為公司某輸氣站的天然氣氣質(zhì)分析結(jié)果，本次研究將以此作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(樣本0)。標(biāo)準(zhǔn)參比條件為20℃、101.325kPa。

表1 組分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(樣本0)

研究擬改變天然氣各組分?jǐn)?shù)據(jù)、運(yùn)行壓力數(shù)據(jù)，通過使用某流量計(jì)算機(jī)模擬天然氣以5m/s流速通過一內(nèi)徑為289mm的超聲波流量計(jì)時(shí)，各相關(guān)參數(shù)的變化情況，分析對(duì)天然氣密度、壓縮因子、高位熱值、流量等相關(guān)參數(shù)的影響。

2 模擬數(shù)據(jù)

以表1組分為初始數(shù)據(jù)(樣本0)，CH4數(shù)據(jù)減少0.5%(體積)，分別增加至C2H6、C3H8……CO2，得到9個(gè)數(shù)據(jù)樣本(分別為樣本1～9)，得出各樣本天然氣的相關(guān)參數(shù)，當(dāng)壓力為4.5MPa，溫度為8.5℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)密度(ρS)、相對(duì)密度(ρR)、標(biāo)況壓縮因子(ZS)、工況壓縮因子(Zf)、高位熱值(Qgr)、工況流量(QU)、標(biāo)況流量(QC)及能量流量(QE)等各參數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 4.5MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

保持運(yùn)行溫度不變，更改運(yùn)行壓力，分別模擬在4.0MPa至2.0MPa運(yùn)行壓力下的各相關(guān)參數(shù)，其中，同一樣本在不同壓力下標(biāo)準(zhǔn)密度、相對(duì)密度、標(biāo)況壓縮因子、高位熱值保持不變。工況流量因流量計(jì)本體受壓力影響略有變化，但其變化率極小，本次研究對(duì)此變化不予考慮。各樣本在不同工況下的工況壓縮因子、標(biāo)況、能量流量分別如表3～7所示。

表3 4.0MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

表4 3.5MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

表5 3.0MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

表6 2.5MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

表7 2.0MPa、8.5℃工況條件下的數(shù)據(jù)

3 同等壓力條件的影響度分析

以壓力4.0MPa、溫度8.5℃工況為例，以樣本0為基礎(chǔ)，各樣本相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)如圖1所示(為確保圖形顯示的直觀性，圖示數(shù)據(jù)為各參數(shù)與樣本0參數(shù)的比值，下同)。

圖1 同等壓力條件下各參數(shù)的變化趨勢(shì)

從圖1可以看出，在CH4含量減少0.5mol%，分別加至C2H8～C6+的情況下，工況壓縮因子減小，其余參數(shù)數(shù)值均有所增加。從具體數(shù)值分析，在將減少的CH4含量增加至C6+的情況下，能量流量變化幅度最大，為近2.5%；標(biāo)況流量與工況壓縮因子變化幅度最小，約為0.71%。

當(dāng)將減少的CH4含量加至N2時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)密度、工況壓縮因子均有增大，高位熱值、標(biāo)況流量、能量流量均減小，對(duì)應(yīng)于工況壓縮因子的變化量，標(biāo)況流量的變化較小，約為0.072%。

當(dāng)將減少的CH4含量加至CO2時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)密度、工況流量增大，工況壓縮因子、高位熱值、能量流量均減小，對(duì)應(yīng)于工況壓縮因子的變化量，標(biāo)況流量的變化較小，約為0.065%。

無(wú)論將減少的CH4含量加至N2或CO2，能量流量均變小，變化量分別為約0.55%、0.41%。

4 不同壓力條件的影響度分析

4.1 不同壓力條件對(duì)標(biāo)況流量的影響度分析

綜合表2～7的數(shù)據(jù)，在不同壓力條件下，樣本1～9與樣本0的標(biāo)況流量偏差比值的變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 不同壓力條件下標(biāo)況流量變化趨勢(shì)

從圖2可知，組分變化對(duì)天然氣標(biāo)況體積流量的影響隨壓力的升高逐步增大，以將減少的CH4加至C6+為例，在2.0MPa壓力下，影響量約為0.287%，在4.5MPa壓力下，約為0.708%，擴(kuò)大近2.5倍。

4.2 不同壓力條件對(duì)能量流量的影響度分析

參照4.1的方法，在不同壓力條件下，樣本1～9與樣本0的能量流量偏差比值的變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 不同壓力條件下能量流量變化趨勢(shì)

從圖3看出，組分變化對(duì)能量流量計(jì)量的影響隨壓力的升高逐步增大，以將減少的CH4加至C6+為例，在2.0MPa壓力下，影響量約為2.062%，在4.5MPa壓力下，約為2.493%，擴(kuò)大了約1.2倍。

5 結(jié)論

當(dāng)天然氣計(jì)量補(bǔ)償組分與真實(shí)組分存在偏差時(shí)，將引發(fā)天然氣計(jì)量數(shù)值的偏差。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量，分子量變化越大，則引發(fā)的計(jì)量偏差越大；對(duì)于能量計(jì)量，熱值變化越大，則引發(fā)的計(jì)量偏差越大。同時(shí)其影響度亦與工作壓力相關(guān)，無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量還是熱值計(jì)量，工作壓力越大，其影響度越大。

[1] GB 11062—1998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

[2] 王衛(wèi)星.天然氣長(zhǎng)輸管道計(jì)量管理現(xiàn)狀及對(duì)策[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(12)

[3] 王保群,林燕紅,焦中良.我國(guó)天然氣管道現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].國(guó)際石油經(jīng)濟(jì),2013(8)

[4] 吳煥芬.天然氣能量計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].中國(guó)計(jì)量學(xué)院,2012

[5] 吳煥芬,程佳,李東升，等.基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的天然氣能量計(jì)量方法研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2011(9)

*國(guó)家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目 (201410133)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.04