大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠

2019年3月，中央全面深化改革委員會(huì)第七次會(huì)議通過(guò)了《石油天然氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制改革實(shí)施意見》，油氣管網(wǎng)體制改革實(shí)施迫在眉睫。隨著油氣管網(wǎng)體制改革的不斷深入，加之近年來(lái)天然氣產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，天然氣計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、實(shí)時(shí)性將受到各方的密切關(guān)注，倒逼天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展。因而對(duì)現(xiàn)有天然氣計(jì)量技術(shù)進(jìn)行研究，分析我國(guó)現(xiàn)有天然氣計(jì)量技術(shù)在油氣管網(wǎng)體制改革后的適用性，并充分借鑒天然氣計(jì)量技術(shù)領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)，預(yù)測(cè)我國(guó)天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是十分必要的。

1 天然氣計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)于20 世紀(jì)80 年代起對(duì)天然氣計(jì)量技術(shù)進(jìn)行研究，以國(guó)際現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系為基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，最終形成適應(yīng)我國(guó)天然氣交接計(jì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系，即GB 17820《天然氣》和GB/T 18603《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》，并在此基礎(chǔ)上拓展了相關(guān)天然氣交接計(jì)量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，形成了一套完整、成熟的量值溯源體系[1]。

GB 17820 主要對(duì)天然氣的氣質(zhì)指標(biāo)提出了詳細(xì)要求并進(jìn)行分類，其指標(biāo)涉及環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)效益等方面[1-2]；而GB/T 18603 是在OMIL R140標(biāo)準(zhǔn)體系和EN1776標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上形成的計(jì)量站工作標(biāo)準(zhǔn)體系，不僅規(guī)定了天然氣交接計(jì)量站點(diǎn)新建或改擴(kuò)建過(guò)程中對(duì)計(jì)量體系建設(shè)的要求，還規(guī)定了計(jì)量系統(tǒng)配套儀表準(zhǔn)確度等級(jí)要求，以及不同天然氣計(jì)量方式的技術(shù)指標(biāo)和計(jì)算方法[2]。

由于我國(guó)油氣管網(wǎng)尚未分離，根據(jù)天然氣計(jì)量技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，天然氣交接計(jì)量主要以體積交接為主，質(zhì)量交接為輔。體積交接方式主要應(yīng)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(cè)量氣質(zhì)指標(biāo)，監(jiān)測(cè)氣體質(zhì)量，并采用標(biāo)準(zhǔn)孔板、渦輪流量計(jì)、氣體超聲流量計(jì)等計(jì)量?jī)x表計(jì)量天然氣體積流量。目前，標(biāo)準(zhǔn)孔板在我國(guó)應(yīng)用逐漸減少，計(jì)量方式逐漸由貿(mào)易交接計(jì)量轉(zhuǎn)變?yōu)閳?chǎng)站內(nèi)部交接計(jì)量，渦輪流量計(jì)主要應(yīng)用在DN150以下管線進(jìn)行體積流量計(jì)量，而氣體超聲流量計(jì)主要應(yīng)用在DN100以上管線進(jìn)行體積流量計(jì)量。質(zhì)量交接方式主要應(yīng)用于液體天然氣（如LNG、CNG），且采用質(zhì)量流量計(jì)對(duì)液化天然氣進(jìn)行計(jì)量。

1.2 國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)際上天然氣計(jì)量技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家通常采用能量計(jì)量方式進(jìn)行天然氣交接。尤其在已完成油氣管網(wǎng)體制改革且天然氣產(chǎn)業(yè)成熟的國(guó)家和地區(qū)（如美國(guó)、歐洲），能量計(jì)量以其科學(xué)性、公正性、公平性廣泛應(yīng)用于該類國(guó)家和地區(qū)。目前，全球LNG國(guó)際貿(mào)易交接計(jì)量全部使用能量計(jì)量方式進(jìn)行交接，且國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也為能量計(jì)量的順利實(shí)施制訂了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[3]。

能量計(jì)量發(fā)源于美國(guó)，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(fā)熱量，Q為天然氣體積或質(zhì)量。能量E可以直接測(cè)定，或者由天然氣氣體體積、發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算。為了保證天然氣能量計(jì)量精確度，需要在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13443 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下（溫度為288.15 K，壓力為101.325 kPa），測(cè)定氣體體積、發(fā)熱量，通過(guò)兩者相乘，可以獲得天然氣能量。

1978 年，美國(guó)通過(guò)《天然氣法》規(guī)定了以能量計(jì)量作為天然氣買賣基礎(chǔ)，天然氣能量計(jì)量得到了飛速發(fā)展，緩解了天然氣完全市場(chǎng)化后出現(xiàn)的計(jì)量糾紛。在計(jì)量技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)（ANSI）、美國(guó)氣體協(xié)會(huì)（AGA）、美國(guó)氣體加工協(xié)會(huì)（GPA）、美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）及美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）均發(fā)布有涉及天然氣分析測(cè)試技術(shù)、天然氣取樣技術(shù)、天然氣流量測(cè)量技術(shù)等與天然氣能量計(jì)量技術(shù)密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，為能量計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)提供了支持。現(xiàn)已全面采用能量計(jì)量進(jìn)行天然氣交接，歐洲各國(guó)已形成了各自的天然氣能量計(jì)量技術(shù)體系，同時(shí)以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則建立了歐洲各國(guó)家間天然氣貿(mào)易交接計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

隨著能量計(jì)量在全球主要天然氣市場(chǎng)的廣泛運(yùn)用，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC193/SC2于1998年成立工作組并制定了《天然氣能量測(cè)定》國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，并于2007 年12 月1 日正式發(fā)布，規(guī)范了全球天然氣能量計(jì)量方法。

能量計(jì)量結(jié)果主要通過(guò)測(cè)量天然氣體積流量和體積發(fā)熱量的方式間接獲得。體積發(fā)熱量測(cè)量一般有直接法與間接法兩種方法。直接法即連續(xù)燃燒法，一定量的氣體通過(guò)濕式氣體流量計(jì)進(jìn)入燃燒室完全燃燒，再通過(guò)熱交換器檢測(cè)該氣體的發(fā)熱量；間接法即對(duì)所測(cè)天然氣進(jìn)行物性分析，通過(guò)計(jì)算得到所測(cè)天然氣的發(fā)熱量[4]。當(dāng)前，國(guó)際上普遍使用間接法測(cè)定天然氣發(fā)熱量，多數(shù)大型流量站點(diǎn)都配備有外置的在線氣相色譜分析儀（即BTU 儀），而中小型計(jì)量站多采用賦值技術(shù)確定天然氣發(fā)熱量[5]。體積流量測(cè)量采用氣體流量計(jì)計(jì)量，美國(guó)多采用標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行體積流量計(jì)量，約占總流量計(jì)數(shù)量的70%，其次為渦輪流量計(jì)、氣體超聲流量計(jì)；而歐洲多使用氣體超聲流量計(jì)及渦輪流量計(jì)。

2 技術(shù)發(fā)展分析

油氣管網(wǎng)體制改革后，我國(guó)天然氣貿(mào)易交接將呈現(xiàn)“多氣源上傳，未知?dú)怏w下載”的模式。多種類、多歸屬天然氣進(jìn)入管網(wǎng)，在管網(wǎng)內(nèi)混合后，混合天然氣總體積減小，氣質(zhì)指標(biāo)改變，管網(wǎng)進(jìn)口天然氣體積及氣質(zhì)將與管網(wǎng)出口相差較大，將不可避免地出現(xiàn)計(jì)量糾紛[6]。其實(shí)質(zhì)為我國(guó)現(xiàn)有天然氣交接計(jì)量方式將不同質(zhì)量的天然氣強(qiáng)行統(tǒng)一了價(jià)格。因而為確保參與天然氣貿(mào)易交接的各方處于一個(gè)公平、公正的環(huán)境，現(xiàn)有天然氣交接計(jì)量方式必將改變。根據(jù)天然氣計(jì)量技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先的國(guó)家、大型能源公司及科研院所的相關(guān)資料，油氣管網(wǎng)分離后天然氣交接計(jì)量方式將由體積計(jì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量，相應(yīng)有關(guān)天然氣發(fā)熱量、氣質(zhì)的技術(shù)指標(biāo)、流量計(jì)的量值溯源和檢定技術(shù)，以及現(xiàn)有天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系都將隨之改變。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外天然氣計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀及油氣管網(wǎng)體質(zhì)改革情況，天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 計(jì)量方式從體積計(jì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量

管網(wǎng)分離后，為保證購(gòu)氣用戶所購(gòu)天然氣與接收到的天然氣能源價(jià)值相同，確保貿(mào)易交接計(jì)量及結(jié)算時(shí)公平、公正，現(xiàn)有體積計(jì)量方式已無(wú)法滿足要求[7]；且隨著天然氣貿(mào)易交接計(jì)量向國(guó)際化發(fā)展，各國(guó)對(duì)天然氣貿(mào)易的公平性提出了越來(lái)越高的要求，而能量計(jì)量是目前國(guó)際公認(rèn)的天然氣貿(mào)易交接計(jì)量最公平的方式，因此天然氣體積計(jì)量方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量方式是我國(guó)天然氣計(jì)量技術(shù)的必經(jīng)之路[8]。

2019 年5 月，國(guó)家發(fā)改委等四部門正式發(fā)布《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》，提出天然氣管網(wǎng)設(shè)施運(yùn)營(yíng)企業(yè)接收和代天然氣生產(chǎn)、銷售企業(yè)向用戶交付天然氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)發(fā)熱量、體積、質(zhì)量等進(jìn)行科學(xué)計(jì)量，并接受政府計(jì)量行政主管部門的計(jì)量監(jiān)督檢查。文件要求24 個(gè)月內(nèi)建立天然氣能量計(jì)量計(jì)價(jià)體系，將加速天然氣能量計(jì)量推廣應(yīng)用。

目前，與國(guó)際天然氣能量計(jì)量成熟運(yùn)作地區(qū)相比，我國(guó)的天然氣能量計(jì)量體系仍不完善。發(fā)熱量溯源技術(shù)水平有待提升，天然氣能量計(jì)量應(yīng)用技術(shù)尚未形成，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)亟待修訂，且部分天然氣交接計(jì)量站點(diǎn)缺少在線色譜分析儀等在線品質(zhì)分析設(shè)備。據(jù)悉，三大石油公司及相關(guān)企業(yè)均積極開展天然氣能量計(jì)量研究，加速設(shè)施配置，確保天然氣能量計(jì)量的全面應(yīng)用，有效維護(hù)天然氣交接計(jì)量公平、科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠。

2.2 計(jì)量?jī)x表向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化發(fā)展

隨著科技的進(jìn)步，天然氣流量計(jì)、在線氣相色譜分析儀、流量計(jì)算機(jī)等計(jì)量?jī)x表正向著自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化不斷發(fā)展，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)天然氣計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)傳及計(jì)量?jī)x表配套設(shè)施遠(yuǎn)程控制等功能。

在天然氣能量計(jì)量系統(tǒng)中，能量計(jì)算所需參數(shù)較多，如何集成系統(tǒng)，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作將是未來(lái)天然氣能量計(jì)量自控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。同時(shí)，隨著各項(xiàng)參數(shù)遠(yuǎn)程上傳功能的實(shí)現(xiàn)，可對(duì)各項(xiàng)參數(shù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，在線分析計(jì)量?jī)x表的運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)部分計(jì)量?jī)x表的在線校準(zhǔn)或診斷功能。

2.3 氣體流量計(jì)的量值溯源及檢定技術(shù)

由于天然氣流量參數(shù)具有動(dòng)態(tài)性，使得流量計(jì)額量值溯源成為了制約儀表準(zhǔn)確度最主要的因素。至今國(guó)際上尚未有公認(rèn)流量量值實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。流量量值的原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一座流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，裝置將長(zhǎng)度、時(shí)間及溫度等基本量進(jìn)行計(jì)算后得到導(dǎo)出量——流量，因此氣體流量計(jì)未能真正體現(xiàn)出天然氣流量參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性[9]。近些年，氣體流量計(jì)檢定方式逐漸從離線檢定發(fā)展為實(shí)流檢定技術(shù)，由于該技術(shù)通過(guò)對(duì)天然氣在接近實(shí)際工況下的狀態(tài)參數(shù)和物性參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣流量計(jì)的檢定，因而天然氣流量計(jì)檢定數(shù)據(jù)較為接近實(shí)際情況，天然氣流量量值溯源將逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展。

2.4 天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸完善

隨著能量計(jì)量在我國(guó)應(yīng)用的可行性逐步增加，現(xiàn)有天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系已不再適用。因而為保證能量計(jì)量順利實(shí)施，應(yīng)結(jié)合國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，完善健全我國(guó)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，逐漸形成適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)狀的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，不斷豐富其內(nèi)容，逐步從單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）能量計(jì)量是目前國(guó)際上主流的計(jì)量方式，管網(wǎng)分離后，我國(guó)天然氣計(jì)量方式將由體積計(jì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量。

（2）天然氣計(jì)量方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量方式后，我國(guó)現(xiàn)行部分標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)體系、量值溯源鏈均需重新建立。

（3）從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有天然氣交接計(jì)量站計(jì)量?jī)x表配置情況可知，大型天然氣計(jì)量站多數(shù)可滿足能量計(jì)量要求，中小型計(jì)量站多數(shù)缺少天然氣物性檢測(cè)設(shè)備，可采用賦值技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量計(jì)量。