我国天然气计量体系建设的现状与发展*

肖　晖　张福元　李　军

(1.江苏省质量技术监督气体流量计量检测中心，镇江 212009；2.国家石油天然气大流量计量站广州分站，广州 510000；3.中冶南方武汉钢铁设计研究院，武汉 430080)

0　引言

自从上世纪50年代在四川泸州开始我国首次天然气计量，到本世纪初西气东输一线建设投产，随着天然气使用量的增加，我国天然气计量技术、计量器具、量值传递溯源、计量方式、标准化，以及监督管理也随之发展，已形成以体积计量为主体的天然气计量体系。

当前，天然气按能量计量和计价是国际上主流的贸易计量与结算方式。除前苏联地区和中国外，北美、南美、欧洲和亚洲大多数国家的天然气交易合同均采用能量来计量和结算费用。全球LNG和管输气的国际贸易也直接或间接地采用能量计量计价的方式。2013年我国天然气的消费量达到1700亿m3,对外依存度达到31.6％，2014年预计消费量达到1860亿m3。我国已成为天然气能源进口大国，预计2015年对外依存度将超过35％，而且进口来源复杂，品质差异大，需要在现有体积计量基础上全面推进以能量计量为主体的天然气计量体系。

1　计量器具

天然气计量器具可以按主要计量器具流量计，以及压力测量仪表、温度测量仪表、物性参数测定和流量计算机辅助计量器具进行划分。目前，在我国使用的天然气计量器具的水平与国外欧美发达国家基本一致。

1.1　流量计

按工作原理分类，用于天然气流量测量的流量计有差压式、速度式、容积式和质量式4类流量计。差压式流量计主要有孔板、喷嘴和文丘里管等3种。速度式流量计有超声、涡轮、旋进旋涡和涡街等4种。容积式流量计有腰轮和膜式流量计等2种。质量流量计是科里奥利质量式流量计，主要用于压缩天然气(CNG)计量。近来，也有热式质量流量计用于天然气计量，尚处于试用阶段。

1.2　辅助计量器具

1)压力测量仪表主要是压力变送器。2)温度测量仪表主要是温度变送器。3)物性参数测定仪器。随着物性参数计算方法的完善，目前绝大多数都是使用色谱仪分析的天然气组份数据计算需要的物性参数。4)流量计算机。最早用于天然气流量计算的仪表为求积仪，是与孔板流量计配套使用的，现在可根据不同流量计和管理需要，选择微功耗、智能、网络等通用或专用流量计算机。

2　量值传递溯源

目前多数流量计在低压空气标准装置上检定校准，主管线上的流量计则使用高压天然气实流标准装置进行检定校准。

2.1　量值传递标准装置

天然气流量量值是通过原级标准装置按体积或质量和时间的组合量进行溯源的，并把量值传递到次级或传递标准装置、工作标准装置，最终到现场计量器具。压力、温度和天然气组份数据的量值溯源分别溯源到相应原级标准装置(标准物质)。

2.1.1原级标准装置

原级标准装置负责把国家长度(体积)或质量和时间的基准量值传递到次级或传递标准装置。用于天然气流量量值传递溯源的原级标准装置有如下类型：

1)质量-时间(mt)法：测量一段时间内流进压力容器内的流体质量。该方法量值溯源链相对简单，不确定度在0.05％～0.1％之间。美国CEESI，英国NEL，以及我国国家石油天然气大流量计量站成都和南京分站都采用此方法。

2)p.V.T.t法：测量一段时间内流进/出已知体积的压力容器内的压力和温度变化量，而后计算流体的体积。该方法使用压力范围宽，对环境条件要求高，不确定度在0.05％～0.2％。美国CEESI、法国燃气公司，以及我国国家石油天然气大流量计量站重庆分站都采用此方法。

3)高压体积管法：测量已知体积的高压体积管的往返次数的时间，而后计算流体的体积。该方法使用压力范围宽，对体积管密封和环境条件要求高，不确定度在0.05％～0.1％之间。德国PigSar和我国在建的国家石油天然气大流量计量站武汉分站都采用此方法。

2.1.2次级标准装置

次级标准装置大多采用临界流文丘里喷嘴，临界流文丘里喷嘴是定流标准装置，流量稳定，但压损比较大，不确定度在0.15％～0.25％之间。美国GRI和CEESI，以及我国国家石油天然气大流量计量站成都和南京分站都采用此方法。

2.1.3传递标准装置

最常用的传递标准装置是采用腰轮流量计，不确定度在0.2％～0.3％之间。德国和荷兰，以及加拿大的TCC都是采用此种方法，传递标准装置也可作为比对组件使用。

2.1.4工作标准装置

最常用的工作标准装置是采用涡轮流量计，不确定度在0.23％～028％之间。美国GRI和CEESI、欧洲的德国和荷兰等国家、加拿大的TCC，以及我国国家石油天然气大流量计量站成都和南京分站都采用此方法。

2.2　量值传递溯源方法

目前量值传递主要是使用检定的方法进行，检定只对计量器具符合性进行确认。

发达国家的天然气贸易计量器具量值溯源大多使用校准的方法进行，属于供需双方的自愿行为。校准要求对计量器具的量值进行修正，使计量器具的准确度接近标准装置的准确度。

3　计量方式

天然气的计量方式体现在结算时使用的单位，有体积、质量和能量3种。发达国家都使用能量计量方式，我国的硬件和标准都已经具备，但由于定价机制和管理方面的原因，还是以体积计量为主。计量方式简介如下：

1)体积计量方式：是最早使用的计量方式，该方式是计量天然气在标准参比条件下的体积量，是能量计量方式的基础。俄罗斯和我国主要采用此方式。

2)质量计量方式：主要用于压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)的计量，该方式只是计量天然气所有组份的质量。

3)能量计量方式：是最公正和科学的计量方式，该方式是计量天然气组份中能产生能量的组份在标准参比条件下的能量。欧美发达国家主要采用此方式，我国中海油输香港电力也采用此方式。

4　计量系统的标准化

天然气计量标准化可分为计量系统、流量测量、物性参数测定和计量方式。

在天然气流量测定标准制定中，我国主要参照美国气体协会(AGA)、国际标准化组织(ISO)、欧共体(EN)和国际法制计量组织(OIML)的标准制定，处于与发达国家同步的水平。

4.1　计量系统

我国参照EN 1776 :1998《供气系统·天然气计量站·功能要求》和OIMLTC8/SC7 气体计量分委员会1999年12月《气体燃料计量系统》制定了GB/T 18603—2001《天然气计量系统技术要求》标准，2008年参照OIML R140:2007 Measuring System for gaseous Fuel(气体燃料计量系统)进行修订，已经报批。

4.2　流量测量

目前用于天然气流量测量的流量计都制定了标准，简介如下：

1)GB/T 18604《用气体超声流量计测量天然气流量》国家标准：参照采用1998年AGA Report No 9 Measurement of Gas by Ultrasonic Meters ，并参照ISO/TR 12765:1998 Measurement of fluid flow in closed conduits - Methods using transit-time ultrasonic flowmeters技术报告，于2001年发布实施。

2)GB/T 21391《用气体涡轮流量计测量天然气流量》国家标准：参照采用EN 12261:2002 Gas meters - Turbine gas meters,同时参照了AGA 7：2004 Measurement of Gas by Turbine Meters和ISO 9951：1993 Measurement of fluid flow in closed conduits - Turbine meters，于2008年发布实施。

3)GB/T 21446《用标准孔板流量计测量天然气流量》国家标准：参照采用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标准，于2008年发布实施。

4)SY/T 6658《用旋进旋涡流量计测量天然气流量》石油行业标准：参照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技术报告，于2006年发布实施。

5)SY/T 6659《用科里奥利流量计测量天然气流量》石油行业标准：参照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)标准，于2006年发布实施。

6)SY/T 6660《用旋转容积式气体流量计测量天然气流量》石油行业标准：参照EN 12480:2002 Gas meters - Rotary displacement gas meters标准，于2006年发布实施。

7)《用标准喷嘴流量计测量天然气流量》国家标准：正参照采用 ISO 5167和GB/T 21446制定标准，计划2014年完成报批。

4.3　物性参数测定

天然气物性参数有标准参比条件下的压缩因子和密度，以及工作条件下的压缩因子、密度和声速计算标准，简介如下：

1)GB/T 11062《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》国家标准：参照采用ISO 6976:1995 Natural gas - Calculation of calorific values，density，relative density and Wobbe index from composition标准，于1998年发布实施。

2)GB/T 17747《天然气压缩因子的计算》国家标准：等同采用ISO 12213:1997Natural Gas -Calculation of compression Factor标准制定，并于1999年发布实施,随着ISO 12213修订，GB/T 17747也进行修订，最新版本为2006年。

5　监督管理

天然气流量监督管理可分为政府、第一方、第二方和第三方监督方式。

5.1　政府监督管理

政府监督管理是以法律法规为依据，体现在标准装置和现场计量器具方法，采用手段是检定。

欧美发达国家政府只对民用天然气贸易计量进行监督管理，企业之间的贸易按市场经济的原则由企业自身进行监督管理。

5.2　第一方监督管理

第一方是指供气方，对天然气计量的监督管理最及时到位，体现在管理制度、核查仪表上。欧盟标准EN 1776:1998和国际法制计量组织OIML R140，以及我国的GB/T 18603都要求在大流量计量系统中增加实时核查流量计。

5.3　第二方监督管理

第二方是指用气方，对天然气计量的监督管理与第一方同步。在管理软件方面是定时对供方的计量数据、计量器具的有效性进行核查。在硬件方面有两个方式：其一是在供方下游设置计量系统，同时计量进行核查；其二是把供方计量系统数据传输到用气方，实时核查。

5.4　第三方监督管理

第三方监督管理是供需双方共同委托有资质的第三方机构定期对计量数据和/或器具进行审计，这是欧美发达国家比较常用的。我国中海油输香港电力采用累积取样，定期把天然气样品送第三方进行分析的方式。

6　天然气计量体系建设展望

综上所述，我国天然气计量体系建设经历了起步、发展和逐步与国际接轨的发展阶段。我国现有的天然气计量体系主要是围绕解决体积计量问题，这是与我国的天然气计量领域中体积计量仍占统治地位相适应的。由于我国自产天然气气质差异大，以往多就近利用，现在则通过横跨东西、纵贯南北的天然气管网，将不同热值的天然气输向多个目的地。加之今后进口量的增加，气质多元化现象将更加凸显。目前，我国进口LNG项目虽然采取能量计量的交接方式，但其供应到国内用户时，必须再转化为体积计量，国内CNG、LNG贸易计量以体积计量方式的弊端已经凸显。管输天然气上下游贸易计量争议也大多源于体积计量方式的先天不足。以江苏为例，同时拥有川气、西气、中亚管道气、进口LNG等不同热值的天然气，统一采取体积计量和结算，已经使用户和供气企业、不同供气企业之间产生矛盾和利益之争。随着经济的快速发展，全面开放的市场经济体制的改革完善，我国要持续扩大天然气国际贸易，计量方式接轨国际，才能在同一个平台上展开对话。迫切需要加快与我国天然气市场相适应的、与国际接轨的、以能量计量为主要方式的天然气计量体系建设。能量计量型天然气计量体系的建设展望如下：

1)在计量器具方面，将继续跟进和采用新型计量器具，把新技术应用于成熟的计量器具。重点推进天然气组成数据和物性参数的赋值，提高计量的准确度，即：

a.在长输管线上，科学合理解决下游没有配置色谱仪的站点天然气组成数据获取问题，节约投资，开展在线色谱仪核查，加强计量结果的监控；

b.在城市管网首站增加受控的色谱仪，授权机构建构天然气能源参数发布平台，解决终端用户和CNG、LNG加气站所需天然气密度与发热量数据的获取问题，为工商用户提供物性参数，加强计量监管。

2)在量值传递溯源方面，随着国家《计量法》的修订，标准装置和企业间的计量器具将采用更加科学、准确和公平的校准方法；开展国内天然气量值比对，统一各原级标准装置的量值；参加国际比对活动，使我国天然气量值得到国际认可，提升国家的软实力。

3)在计量方式方面，重点推进天然气能量计量的应用研究，完善软件，推进更加科学、准确和公平的能量计量方式，实现多种能源使用的可比性，优化能源利用，保护和利用好清洁、环保、不可再生的天然气资源，使我国的天然气计量方式与国际惯例接轨。

4)在标准化方面，将继续跟踪研究国际先进标准的制、修订进程，研究在用标准的适用性，结合我国的实际，完善具有我国特色的天然气计量标准体系。

5)在监督管理方面，政府将随着体制的改革创新，把有限的资源用于民用天然气贸易计量监督管理上，更好地保护弱势群体。在企业之间的贸易监督管理方面，应该加强第三方监管专业机构认可和评定体系建设，规范监督管理机制，在全国建立市场化监督管理网络。

7　结论

本世纪以来，我国天然气能源来源日趋多元化，各种天然气气质组份差异很大，以体积计量为主体的贸易计量方式已经不适应当前的天然气计量需求。对天然气现行计量体系的全面总结和审视，有助于顺应我国的天然气能源市场现状，从推动能源生产革命、能源消费革命的高度，全面推进以能量计量方式为主体的天然气计量新体系的建设。

[1]OIML R140:2007MeasuringSystem for gaseous Fuel

[2]EN 1776 :1998供气系统·天然气计量站·功能要求

[3]孙淮清.天然气的流量计量[J].计量学，2003，9(11)：15-18

[4]GB/T 22723—2008天然气能量的测定[S]

[5]陈庚良.天然气能量计量的不确定度评定探讨[J].天然气工业，2009，25(4)

[6]国家发展和改革委员会.天然气发展“十二五”规划，2012，10