FLNG贸易交接计量系统选型研究

王浩，张艺

(中海油研究总院，北京 100028)



FLNG贸易交接计量系统选型研究

王浩，张艺

(中海油研究总院，北京 100028)

摘要：深远海气田新型开发装置FLNG的主要商业产品包括液化天然气(LNG)和液化石油气(LPG)、天然气凝析油，FLNG作为装载港与LNG运输船、LPG运输船及穿梭油轮进行贸易交接，在FLNG上需分别设置各天然气产品的贸易交接计量系统。 国际上，LNG贸易交接计量以LNG运输船贸易交接计量系统为主计量系统，在FLNG上设置LNG计量系统做比对。研究表明： 现阶段LNG贸易交接计量以雷达液位计舱容体积静态计量方式为主，动态计量流量计还处于研究试用阶段，目前有科式质量流量计和超声波流量计作为对比表在工业上有初步应用。 LPG及凝析油的贸易交接计量可以采用雷达液位计静态计量，也可以采用流量计进行动态计量，流量计包括质量流量计和液体超声波流量计,相比于静态计量流量计的计量准确度更高。

关键词：贸易交接计量雷达液位计科式质量流量计超声波流量计

Research on Selection of Custody Transfer Measurement System of FLNG

Wang Hao, Zhang Yi

(CNOOC Research Institute, Beijing, 100028, China)

Abstracts: The main custody products of FLNG which is newly developed engineering facility for deep and pelagic offshore gas fields include LNG,LPG and natural gas condensate. Custody transfer measurement system(CTMS) for all kinds of natural gas shall be set on FLNG respectively since trade hand over and take over are conducted with FLNG as loading port between LNG carriers, LPG carriers and shuttle tankers. LNG carrier’s custody transfer metering system is used as main measurement system with setting LNG metering system on FLNG for comparison. The research shows that the static radar gauging CTMS is used as main way for LNG by far and dynamic metering flowmeter is still in the phase of research and trial. Only Coriolis mass flowmeter and ultrasonic flowmeter are used as check meter in industry as primary application. Both static measurement with radar liquid gauge and dynamic measurement with flow meters can be used as CTMS for LPG and condensate. Flow meters include mass and liquid ultrasonic one. Comparing with static metering flowmeter, dynamic flowmeter owns higher measurement accuracy.

Key words:custody transfer measurement; radar liguid gauging; Coriolis mass flowmeter; ultrasonic flowmeter

大型浮式液化天然气船FLNG(floating liquefied natural gas)集海上天然气液化、储存和装卸为一体，简化了大型气田的开发过程，相比于传统的开发模式投资回报率更高，是备受瞩目的开发深远海气田的工程方案[1]。全球已有三个海上天然气FLNG项目在建，还有多个海上天然气田计划采用FLNG进行开采。FLNG作为海上天然气田的生产储运中心，分别与液化天然气(LNG)运输船、穿梭油轮进行LNG，液化石油气(LPG)以及凝析油等液态天然气产品的贸易交接。由于船货贸易金额巨大，贸易交接计量准确度直接关系到贸易双方利益，为保护各方利益、避免贸易争端，兼顾工程经济性和可靠性，合理选型设置贸易交接计量系统成为一项非常重要的工作。本文以中海油东海某气田FLNG开发项目为背景，并结合国外FLNG、浮式储卸油装置FSO(floating storage and offloading)案例对于LNG和LPG以及凝析油外输贸易交接计量系统的设置进行了研究并初步选型。

1LNG贸易交接现状

目前LNG贸易均采用长期销售合同，LNG计量交接已形成了统一的国际标准化流程，根据不同的贸易条款分为装载港交货和目的港交货。FLNG与LNG运输船的贸易交接类似FOB合同项下的货物，FLNG可视为装载港[2]。参照国际LNG进口商组织GIIGNL(international group of liquefied national gas importers)和ISO 10976—2012《冷冻轻烃流体： 液化天然气运输船上货物容积测量》中的相应规定，LNG的贸易交接计量以LNG运输船上的贸易交接计量系统为主计量系统，同时需要在FLNG上同样设置贸易交接计量系统，以此与LNG船计量值对比，并在贸易合同中规定当两组计量差值在一定允许范围内，计量值为有效结果。

LNG计量分为动态和静态两种计量方式。LNG静态贸易交接计量技术成熟，现行国际标准对静态计量方式进行了严格的约定；动态计量方式仅在少数项目中试用，还没有相应国际标准建立。

2LNG静态计量

2.1CTM系统及计量流程

LNG静态计量通过贸易交接计量系统CTMS (custody transfer measurement system)完成，装载(或卸载)的体积为装载后(或卸载前)的体积与装载前(或卸载后)的留底量相减得到的结果。CTMS可测得船舶各货舱液位、气体温度、液体温度、气体压力、体积以及在相同温度下的总体积。CTMS通过计量校准表格对液位/体积测量值根据实际情况进行修正，也可以对各货舱温度以及温度对罐容影响进行修正，通常该修正表格由独立的第三方检测人员在罐舱建造时给出。该系统亦可调整由于船舶横向和纵向倾斜对货舱液位和体积的影响，通常情况下可通过压载系统来给LNG船进行姿态调整。测量过程包括货舱液位等参数计算其体积，再用密度来计算质量，最终转换成能量计量。LNG货物计量流程如图1所示。

图1　LNG货物计量流程示意

理论上，由GIIGNL发布的LNG贸易交接手册中，体积计量的不确定度约±0.21%(与LNG船舱的结构和船型有关)，而实际操作中的体积不确定度值不会小于±0.30%，总不确定度约为±0.64%[3]。LNG输运船舱液位偏差引起的体积不确定度值与交接过程中的实际不确定度值的比较见表1所列，其不确定度来源包括： LNG液位测量不确定度，采样不确定度，天然气汽化(BOG)采样不确定度，校准样气不确定度，气相色谱测量不确定度，LNG各组分热值不确定度，温度、压力测量的不确定度。对于一艘货舱容积为13.8×105m3的LNG输运船，该船LNG总价值约为4 720万美元，由±0.64%不确定度带来的商业纠纷约为20万美元，现行的LNG静态贸易交接计量方式存在较大误差。

表1　　　　LNG输运船舱容积得到的计量不确定度

2.2计量系统标定

CTMS需要定期进行校验和标定。习惯上，为确定计量系统的误差是否在可接收的范围内，计量系统的校验每季度完成一次。校验操作过程要求在LNG储舱满舱条件下进行，由FLNG操作员使用计量系统专用软件完成。

CTMS标定周期由商检部门或船级社确定，在第三方检定机构的认证下实施，目前国际上广泛接受的三家国际检定组织分别为SGS, Intertek和NKKK。CTMS标定一般在LNG船进干坞维修时进行，检定过程需要打开LNG储舱完成，也可与检定机构协商并获得其认可后在不开舱的条件下完成。

3LNG动态计量

LNG动态计量(在线实时流量计量)已经在现货交易、船-船贸易交接、小型LNG液化场站至LNG运输船贸易交接中开始应用[4-6]，目前应用于LNG过程计量的仪表有超声波流量计和科里奥利质量流量计[7]。目前应用在LNG计量的科式质量流量计和超声波流量计的重复性值已达到贸易交接水平，甚至质量流量计±0.125%测量重复性比传统的船舱计量结果更准确[8]。

KROHNE公司将超声波流量计作为比对计量表用于LNG贸易计量，项目遍及西班牙、波兰、安哥拉和澳大利亚的LNG液化天然气接收终端和外输终端[9]；CAMERON公司将Caldon液体超声波流量计作为比对计量表或内部分配计量表使用，应用项目分布在阿拉斯加、卡塔尔、印度和阿尔及利亚等项目中。卡塔尔Ras Laffan港是全世界最大的LNG出口港，从2008年至今使用了25台冗余4声道Caldon超声波流量计作为内部分配计量表[10-11]。

尽管LNG的动态计量已有应用，但现阶段尚没有被业界广泛接受的可用于LNG贸易交接计量的流量计[12]，静态计量方式虽存在较大误差但仍占据主导位置。LNG动态贸易交接计量的主要障碍在于没有工业普遍认可的、有相应标准支持的流量计标定方法以及相关标准，没有标定的流量计系数会出现严重的偏差。此外，用于LNG计量的流量计标定还需要克服多个障碍： 包括温度改变补偿、标定装置容积、BOG消除和密度变化。

4LPG及凝析油计量

天然气中有丰富的C2以上轻质组分，回收这些轻质组分称轻烃回收，产品为乙烷、LPG和凝析油。LPG主要为C3～C4的烃类化合物，凝析油为C5以上的烃类。由于不同天然气田LPG和凝析油含量不同，决定了FLNG项目中是否需要设置LPG及凝析油贸易交接计量装置。

不同于LNG，用于LPG及凝析油的贸易交接计量的流量计技术已经成熟，既可以采用基于液位的静态计量系统，也可以采用流量计进行动态贸易交接计量，目前可以应用的流量计有质量流量计和液体超声波流量计。在测量可靠性和不确定度方面，流量计测量较静态计量有更高的准确性，准确度达到0.2级[13]。采用流量计计量撬需要配置相应的标定装置，船体部分需要增加用于计量和标定撬清洗的污油舱，需要定期进行流量计标定，同时流量计标定的操作流程也较为复杂。流量计计量与标定装置较静态计量装置需要更多的空间，设备质量也大幅增加，而FLNG上部模块布置紧凑、空间有限，所以需要严格限定计量与标定装置的体积。Shell公司在西澳大利亚的Prelude项目，FLNG上设置了LNG和LPG以及凝析油3套贸易交接计量系统，其中LNG采用雷达液位计进行船舱液位计量，LPG和凝析油均采用流量计进行贸易交接；ConocoPhillips在Bayu-Undan海域的Liberdade LPG浮式储油卸油装置上则采用雷达液位计量系统作为贸易交接计量系统。

5东海某FLNG贸易交接计量系统设置

该FLNG设有8座GTT NO96薄膜型LNG货舱，3座凝析油货舱，在FLNG与LNG运输船、穿梭油轮之间进行LNG和凝析油贸易交接。在FLNG上设置CTMS，其中LNG的计量采用静态方式，凝析油采用流量计计量。

CTMS一般由主备用液位计量系统、冗余压力/温度变送器、在线取样装置、LNG汽化发生器、气象色谱分析仪和计量计算机组成。每座货舱均设置主备用液位计量系统，考虑选择雷达液位计作为主液位测量仪表，该液位计为贸易交接计量专用，货舱液位控制和监测应由其他仪表完成；压力/温度变送器冗余配置，LNG温度由货舱中位于不同高度的多个温度探针测量，温度传感器应选用铂热电阻；在外输总管上设置在线取样装置，LNG采样经汽化发生器后由气象色谱仪测定得到LNG组分及发热量，并根据组分、温度计算得到LNG密度；计量计算机应具备过程控制功能并独立于FLNG控制系统，能够自动生成计量校准表格，对液位/体积测量值根据实际情况进行修正，对各货舱温度以及温度对货舱容积影响进行修正，完成能量计量并自动生成计量报告。

凝析油外输计量与标定系统一般由计量撬、标定撬、流量计算机、控制盘和操作站等几部分组成。计量撬包括计量系统、在线取样装置及管线阀门等，标定撬包括体积管标定装置及其管线阀门等。根据流量计选型分析，初步确定两种方案： 1) 流量计选用DN250液体超声波流量计，2用1备共3台；标定装置选用双向球型体积管加涡轮流量计主表。2) 流量计选用DN250科式质量流量计，2用1备共3台；流量计标定装置选用双向球型体积管。

6结束语

FLNG主要产品包括LNG、天然气凝液、LPG及凝析油。针对不同产品需要配置不同的贸易交接计量装置。LNG的贸易交接计量以LNG运输船上的贸易交际计量系统为主计量系统，同时在FLNG上设置贸易交接计量系统，与LNG船贸易交接计量系统的计量值进行对比。

LNG静态计量采用以雷达液位计为一次仪表的计量系统，计量计算机经过温度、压力以及船体的横摇和纵摇参数进行修正得到体积值，能量计量总不确定度约为±0.64%。

现阶段LNG动态贸易交接计量仍处于研究阶段，仅限于将科式质量流量计和超声波流量计作为比对表应用。由于没有工业普遍认可的、相应标准支持的流量计标定方法，现阶段没有被业界广泛接受的可用于LNG贸易交接计量的流量计。伴随着在线LNG贸易交接计量技术的成熟，将LNG动态贸易交接计量及标定装置设置在FLNG/LNG运输船上，高效、准确地进行LNG贸易交接计量会成为LNG计量的发展方向。

LPG及凝析油贸易交接计量的流量计技术已经成熟，既可以采用基于液位的静态计量系统，也可以采用流量计进行动态贸易交接计量。鉴于流量计计量的准确度更高，在FLNG设置计量撬和标定撬用于完成LPG及凝析油的贸易交接计量，目前可应用于LPG和凝析油贸易交接计量的流量计有质量流量计和液体超声波流量计。

参考文献：

[1]谢彬，王世圣，喻西崇，等.FLNG/FLPG工程模式及其经济性评价[J].天然气工业，2012,32(10)： 99-102.

[2]梁尚煊，叶东升. LNG贸易计量与交接[J].化工学报，2009(增刊1)： 118-121.

[3]HENNING K, PETER L, TORE M, et al. Evaluation Uncertainty in Transferred LNG Volume[EB/OL]. (2011-11-05)[2015-12-18]. http: // lngmetrology.info/publications/.

[4]ASAAD K. Flow Metering: an Essential Area of Development[J]. Offshore Engineer, 2008(10): 64-65.

[5]ANGEL B. Two Methods for Measurement Large Volume of LNG: Usm vs Custody Transfer Book[EB/OL]. (2013-10-17) [2015-12-18]. http: // lngmetrology. info/publications/.

[6]GREGOR B, HERB E, DON A, et al. LNG Allocation Metering Using 8-path Ultrasonic Meters[C]// 25th North Sea Flow Measurement Workshop(NSFMW), Oct 2007, Oslo, Norway. Gardernoen: NFSMW, 2007: 16-19.

[7]MICHAEL S, HERRY K, GREGOR B, et al. Practical Experience with Ultrasonic Meters for Allocation Measurement of LNG[C]// 10th International South East Asia Hydrocarbon Flow Measurement Workshop, Mar 2011, Kuala Lumpur, Malaysia. Kuala Lumpur: SEA2011, 2011: 8-10.

[8]王浩，李丽.液化天然气动态贸易交接计量研究[J].化工自动化及仪表，2014(12): 1337-1340.

[9]刘孝配，王劲松，周勇.科式流量计在液化气贸易计量中的应用[J].中国测试技术，2008，34(06): 126-128.

中图分类号：TH814

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2016)01-0065-04

作者简介：王浩(1985—)，2010年毕业于北京邮电大学检测技术与自动化装置专业，获硕士学位，现就职于中海油研究总院，主要从事海上油气田自动化系统设计和原油与天然气计量研究工作，任工程师。

稿件收到日期： 2015-11-12。