天然气组分对贸易体积和能量计量的影响研究*

徐 阶

(浙江省天然气开发有限公司，杭州 310052)



天然气组分对贸易体积和能量计量的影响研究*

徐 阶

(浙江省天然气开发有限公司，杭州 310052)

天然气贸易计量是天然气生产、输送过程中的重要环节，直接影响企业的经济效益。天然气组分变化，将引发其在基准(标准)状态下的体积、能量计量数值的变化，因此有必要对天然气各组分变化对计量的影响度进行分析。文章研究了天然气组分变化与基准(标准)状态下的体积、能量计量数值的变化关系，得到了初步的结论，对于在组分数值离线补偿的天然气计量管理方式下对组分数据的及时更新或在计量争议处理过程中气量的计算提供科学的依据。

天然气；计量；组分；补偿

0 引言

天然气贸易计量是天然气生产、输送过程中的重要环节。目前国际上常用的天然气计量方式为标准参比条件下的体积计量或能量计量，而无论采用哪种计量方式，都与天然气的组分补偿直接相关。根据计量设备的配置情况，组分补偿方法一般采用对流量计算机直接手动设置、通过系统定期下载或实时读取组分分析仪数据等。前二种方法不具实时性，而第三种方法也存在组分分析仪故障、分析精度及分析仪与流量计算机通讯异常等问题，故均有天然气真实组分与计量补偿组分存在偏差的可能，而此偏差引发的计量数值偏差，与组分的具体数值有密切的关系。因此，本文拟分析、研究天然气各组分变化而未能及时对流量计算机进行修正情况下对体积、能量计量的影响。

1 基础数据及研究方法

表1为公司某输气站的天然气气质分析结果，本次研究将以此作为基础数据(样本0)。标准参比条件为20℃、101.325kPa。

表1 组分基础数据(样本0)

研究拟改变天然气各组分数据、运行压力数据，通过使用某流量计算机模拟天然气以5m/s流速通过一内径为289mm的超声波流量计时，各相关参数的变化情况，分析对天然气密度、压缩因子、高位热值、流量等相关参数的影响。

2 模拟数据

以表1组分为初始数据(样本0)，CH4数据减少0.5%(体积)，分别增加至C2H6、C3H8……CO2，得到9个数据样本(分别为样本1～9)，得出各样本天然气的相关参数，当压力为4.5MPa，温度为8.5℃时，标准密度(ρS)、相对密度(ρR)、标况压缩因子(ZS)、工况压缩因子(Zf)、高位热值(Qgr)、工况流量(QU)、标况流量(QC)及能量流量(QE)等各参数数据如表2所示。

表2 4.5MPa、8.5℃工况条件下的数据

保持运行温度不变，更改运行压力，分别模拟在4.0MPa至2.0MPa运行压力下的各相关参数，其中，同一样本在不同压力下标准密度、相对密度、标况压缩因子、高位热值保持不变。工况流量因流量计本体受压力影响略有变化，但其变化率极小，本次研究对此变化不予考虑。各样本在不同工况下的工况压缩因子、标况、能量流量分别如表3～7所示。

表3 4.0MPa、8.5℃工况条件下的数据

表4 3.5MPa、8.5℃工况条件下的数据

表5 3.0MPa、8.5℃工况条件下的数据

表6 2.5MPa、8.5℃工况条件下的数据

表7 2.0MPa、8.5℃工况条件下的数据

3 同等压力条件的影响度分析

以压力4.0MPa、温度8.5℃工况为例，以样本0为基础，各样本相关参数的变化趋势如图1所示(为确保图形显示的直观性，图示数据为各参数与样本0参数的比值，下同)。

图1 同等压力条件下各参数的变化趋势

从图1可以看出，在CH4含量减少0.5mol%，分别加至C2H8～C6+的情况下，工况压缩因子减小，其余参数数值均有所增加。从具体数值分析，在将减少的CH4含量增加至C6+的情况下，能量流量变化幅度最大，为近2.5%；标况流量与工况压缩因子变化幅度最小，约为0.71%。

当将减少的CH4含量加至N2时，标准密度、工况压缩因子均有增大，高位热值、标况流量、能量流量均减小，对应于工况压缩因子的变化量，标况流量的变化较小，约为0.072%。

当将减少的CH4含量加至CO2时，标准密度、工况流量增大，工况压缩因子、高位热值、能量流量均减小，对应于工况压缩因子的变化量，标况流量的变化较小，约为0.065%。

无论将减少的CH4含量加至N2或CO2，能量流量均变小，变化量分别为约0.55%、0.41%。

4 不同压力条件的影响度分析

4.1 不同压力条件对标况流量的影响度分析

综合表2～7的数据，在不同压力条件下，样本1～9与样本0的标况流量偏差比值的变化趋势如图2所示。

图2 不同压力条件下标况流量变化趋势

从图2可知，组分变化对天然气标况体积流量的影响随压力的升高逐步增大，以将减少的CH4加至C6+为例，在2.0MPa压力下，影响量约为0.287%，在4.5MPa压力下，约为0.708%，扩大近2.5倍。

4.2 不同压力条件对能量流量的影响度分析

参照4.1的方法，在不同压力条件下，样本1～9与样本0的能量流量偏差比值的变化趋势如图3所示。

图3 不同压力条件下能量流量变化趋势

从图3看出，组分变化对能量流量计量的影响随压力的升高逐步增大，以将减少的CH4加至C6+为例，在2.0MPa压力下，影响量约为2.062%，在4.5MPa压力下，约为2.493%，扩大了约1.2倍。

5 结论

当天然气计量补偿组分与真实组分存在偏差时，将引发天然气计量数值的偏差。对于标准体积计量，分子量变化越大，则引发的计量偏差越大；对于能量计量，热值变化越大，则引发的计量偏差越大。同时其影响度亦与工作压力相关，无论是标准体积计量还是热值计量，工作压力越大，其影响度越大。

[1] GB 11062—1998天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法

[2] 王卫星.天然气长输管道计量管理现状及对策[J].中国石油和化工标准与质量,2013(12)

[3] 王保群,林燕红,焦中良.我国天然气管道现状与发展方向[J].国际石油经济,2013(8)

[4] 吴焕芬.天然气能量计量关键技术的研究[D].中国计量学院,2012

[5] 吴焕芬,程佳,李东升，等.基于网络平台的天然气能量计量方法研究[J].传感器与微系统,2011(9)

*国家质检公益性行业科研专项项目 (201410133)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.04