加气站库存储气(液)量的计算

王友良

〔中国石化浙江嘉兴石油分公司 浙江嘉兴 314000〕

加气站库存储气(液)量的计算

王友良

〔中国石化浙江嘉兴石油分公司 浙江嘉兴 314000〕

针对目前加气站库存储气(液)量手工计算比较繁琐，相关计算机软件尚未开发、数据波动大、准确性较差的现状，分别介绍了CNG库存(体积、质量)储气量和LNG储液罐中(液体、气体)库存量的计算方法，并在具体应用中对近似方法和标准方法举例进行了说明，认为对加气站库存量的管理还需要不断摸索和总结，以达到降低损耗，提高企业效益的目的。

加气站 储气(液) 计算方法 探讨

目前，加气站主要有CNG母站、常规站、子站和LNG站、L-CNG站几种。CNG加气站库存储气量主要通过储气井(罐)容积和压力二项参数进行计算，不进行温度、压力修正；LNG加气站库存储气量主要通过差压变送器进行储罐量计算，不考虑储罐气体库存量和LNG密度变化。因此计量的准确性较差、数据波动大，不利于准确核销及分析月度损溢。

本文在分析影响因素的基础上，提出了日计量采用近似方法、月底盘存时采用标准方法计算加气站库存储气(液)量的方法，并进行了实例计算。

1 CNG库存储气量的计算

1.1 CNG体积储气量的计算

目前，加气站仍以体积销售的，日(月)进货、销售量都以标准状态下的天然气体积(m3)为单位进行统计。每日计量时，没有计算机盘存计算软件的加气站，由于计算过于复杂，储存容器内天然气的量不作温度、压力修正，多采用近似方法计算CNG库存量。月底的储气井(罐)、车载管柱型管组储气瓶库存量必须进行温度、压力修正，需采用标准方法计算CNG实际库存量。

(1)日计量采用近似方法计算。

例1：2016年6月10日8点，某站日计量参数为：1号、2号和3号储气井容积V#均为2m3，高、中、低压力P#分别为20.36 MPa、15.32 MPa、10.50 MPa，管柱型管组储气瓶容积V管为15 m3P管压力为10.75 MPa，求储气井和管柱型管组储气瓶总库存各为多少m3？

计算储气井(罐)、储气瓶存量V存式(1)：

V存=储气容器容积(V)×压力(p)×换算系数

式中换算系数一般设定为10。

具体计算过程如下：

1高压存量：2×20.36×10=407.20m3

2中压存量：2×15.32×10=306.40m3

3低压存量：2×10.50×10=210.00m3

储气井总存量：高压存量+中压存量+低压存量=407.20+306.40+210.00=923.60m3

储气瓶存量：15×10.75×10=1612.50m3

总库存量=923.60+1612.50=2536.10 m3

(2)月底库存量采用标准方法计算。

在标准状态和实际工作状态下的理想气体压力、温度和体积的关系为式(2)：

(2)

式中：V标——标准状态下的理想气体体积量，m3；

V工——工作状态下的理想气体体积量，m3；

t——工作状态下的气体温度，℃；

P——工作状态下的气体压力，kPa。

标准状态下理想气体与实际气体的体积量需经压缩因子修正式(3)：

(3)

式中：Vn——标准状态下的实际气体体积量；

Z——气体的压缩因子。

月底盘存时，为准确地计算出加气站库存量，储存容器内CNG库存量必须进行温度、压力修正，把理想状态转化为实际状态。

例2：2016年6月30日24点，在同一座加气站盘存参数为：1号、2号和3号储气井压力分别为20.14 MPa 、17.15 MPa、10.08 MPa，管柱型管组储气瓶压力为11.00 MPa，求储气井和管柱型管组储气瓶总库存为多少m3？

天然气压缩因子速查表见表1。

表1 天然气压缩因子速查表

具体计算过程依式(2)：

查天然气压缩因子速查表(表1)计算：

同理可得，V中=438.38 m3，V低=244.73 m3

储气井总存量：V高+V中+V低=1190.75m3

查天然气压缩因子速查表得Z=0.8165

总库存=1 190.75+1 960.95=3 151.70 m3

1.2 CNG质量储气量的计算

1.2.1 CNG密度计算

根据GB/T11062—1998《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》和天然气质量检验报告，天然气的密度值可按以下步骤计算：

第一步：依式(4)计算理想气体的密度

(4)

其中：ρ0(t，p)——理想气体的密度；R——摩尔气体常数是8.314 510J/(mol·K)；

T——绝对温度；

Xj——组分j的摩尔分数；

Mj——组分j的摩尔质量。

第二步：依式(5)计算真实气体压缩因子

(5)

其中：Zmix(t，p)——真实气体的压缩因子；Zj——组分j的压缩因子。

第三步：依式(6)计算真实气体的密度：

(6)

其中：ρ0(t，p)——真实气体的密度。

例3：按表2某CNG加气站天然气质量报告和表3天然气各组分在标准状态下的压缩因子计算该天然气的密度。

表2 某CNG加气站天然气组成检验结果

表3 天然气各组分在标准状态下的压缩因子

注：标准状态20℃、101.325KPa。

计算第一步依式(4)按表2数据和相对原子数据计算可得到理想气体的密度：

ρ0(t，p)=[101.325×1 000/(8.314 510×293.15)]×(0.01×4.002 6+0.67×28.013 5+0.64×44.010+98.64×16.043+0.04×30.070)/100

=677.9 g/m3=0.677 9 kg/m3

第二步按表2和表3数据计算可得到真实气体压缩因子：

Zmix(t，p)=(0.01×1.000 5+0.67×0.999 7+0.64×0.994 4+98.64×0.998 1+0.04×0.992 0)/100=0.998 08

第三步按第一、二步计算结果得到真实气体的密度：

ρ(t，p)=0.677 9/0.998 08=0.679 2 kg/m3

1.2.2 CNG库存储气质量的计算

目前，大部分地区加气站销售已经以质量单位进行计量，进货量、销售量、库存量都以kg(公斤)为计量单位进行管理。进货量有二种情况：子站以kg(公斤)数交货；而常规站以标准状态(N)下的m3数交货的，需通过密度换算为质量。CNG库存储气质量计算也有二种方法，具体如下：

(1)近似方法计算。每日计量时，没有储存容器库存计算软件的加气站，在对储存容器内天然气的库存量不作温度、压力修正时，先采用近似方法计算CNG体积库存量，然后取当天批次CNG密度(向供货询要或根据CNG组分计算)，计算出CNG加气站库存质量。

例4：例1中，若当天车载管柱型管组储气瓶内CNG密度为0.679 5 kg/ m3，需用1号、2号和3号储气井密度0.679 5kg/m3，将储气井和管柱型管组储气瓶的总库存量2 536.10m3换算成为1 723.28 kg。

(2)标准方法计算。每月盘存时，月底的储气井(罐)、车载管柱型管组储气瓶库存量须进行温度、压力修正。先采用标准方法计算出CNG体积库存量，然后取最后一批次CNG密度(向供货询要或根据CNG组分计算)，计算出CNG加气站库存质量。

例5：例2中，若最后一车车载管柱型管组储气瓶内CNG密度为0.679 2kg/ m3，需用1号、2号和3号储气井CNG密度0.679 2kg/ m3，将储气井和管柱型管组储气瓶总库存量3 151.70m3换算为2 140.63 kg。

2 LNG储液罐储量的计算

2.1 LNG密度计算

LNG的密度主要取决于LNG的组分，通常为430～470 kg/m3，其中甲烷含量越高，密度越小。根据GB/T21068—2007《液化天然气密度计算模型规范》，结合GB/T24962—2010，ISO6578：1991.MOD《冷冻烃类流体静态测量计算方法》等， LNG的密度ρt的计算依公式(7)：

(7)

式中：Xi——i组分的摩尔分数， (mol/mol)%；

Mi——i组分的摩尔质量，/kmol；

Vi——i组分的摩尔体积，m3/kmol；

Vt——组分在温度t混合时缩小的体积，m3/kmol。

其中Vt可由式(8)计算。

Vt=[k1+(k2-k1)XN2/0.0425]XCH4

(8)

式中：k1、k2——修正因子，可查修正因子k1、k2(表4、表5)；

XN2——组分N2的摩尔分数，%；

XCH4——组分CH4的摩尔分数，%。

例6：用某加气站的LNG气质检验报告的组分参数(表6)和表4、表5数据求LNG密度。

表4 修正因子k1查询表 m3/kmol

表5 修正因子k2查询表 m3/kmol

表6 LNG组分参数表(-158.7℃)

首先，通过LNG组分(表6)，可以得到LNG组分摩尔质量和摩尔体积：

∑XiMi=17.381 06kg/kmol

∑XiVi=0.039 329m3/kmol

再通过查表4、5，求得修正因子k1，k2：

k1=0.000 297 m3/kmol，

k2=0.000 592 m3/kmol

Vt=[0.000 297+(0.000 592-0.000 297)×0.21 %/0.042 5]×91.85 %=

0.000 2862 m3/kmol

则LNG密度计算结果：

ρt=17.381 06/(0.039 329-0.000 286 2)=445.18 kg/m3

2.2 LNG储液罐储量计算

LNG在极低温度(约-162℃)下储存，储罐计量通过差压式液位计和温度传感等计量器具测量相关技术参数后,计算出重量。

2.2.1 简易的LNG储罐计量方式

当前，一般用差压式液位计测量液柱高，即LNG储罐上下各开一个气相口和液相口，经差压变送器测出差压传送到SCADA控制系统，通过对LNG密度设定，系统显示储罐液位、压力和LNG重量等，但重量计量误差大。

2.2.2 LNG储液罐储量的计算

第一步：修正容积(m3)=液容积×容积修正系数；

第二步：修正密度(g/cm3)=液密度-密度修正系数(1.1kg/m3)；

第三步：液体库存量(t)=修正容积×修正密度；

第四步：气体容积(m3)=储罐全容积(N)-液容积(H)；

第五步：气体修正系数=气体容积/(273+气体温度)×(1.033+压力)×相对分子量×修正密度/(液密度×11.798)；

第六步：气体库存量(t)=气体容积×气体修正系数/1000；

第七步：液化气库存量(t)=液体库存量+气体库存量。

例7：LNG储罐容积为54 m3，SCADA控制系统中潜液泵入口温度为-160℃，液位为1 000 mm水柱(10.0 kPa), 密度为426 kg/m3。另外，LNG储罐气相压力为0.8MPa、温度为-80℃，LNG天然气由97 %甲烷、1 %乙烷、0.5 %丙烷、0.5 %丁烷、0.5 %戊烷、二氧化碳0.5 %组成。利用表7、8、9求液体库存量、气体库存量和总的液化气库存量。

表7 54m3立式低温液体储罐液位换算表

表8 储罐容积温度系数参照表(Vt=k×V-160)

表9 天然气各组分的摩尔质量

(1)由1 000 mm水柱和液位换算表(表7)得，V液容积=9.481 m3

由-160℃和温度系数参照表(表8)得，k1=1.000 00

V液=V液容积×k1=9.481×1=9.481 m3

(2)ρ液=0.426g/cm3，k2=0.0011 g/cm3

ρ修正=ρ液-k2=0.424 9 g/cm3

(3)M液=V液×ρ修正=9.481×0.4249=4.028 t

(4)V气=V罐-V液=54-9.481=44.519 m3

(5)M分子量=16.043×0.97+30.07×0.01+44.097×0.005+58.123×0.005+78.150×0.005+44.010×0.005=16.954

P压=0.8×106/(9.8×10 000)=8.163 kg/cm2

气体修正系数k3=[V气/(273.15+T气)]×(1.033+P压)×M分子量×[ρ修正/(ρ液×11.798)]=[44.519/(273.15-80)]×(1.033+8.163)×16.954×0.4249/[(0.426×11.798)]=3.038

(6)M气=V气×k3/1000=44.519×3.038/1000=0.135 t

(7)M总=M液+M气=4.028+0.135=4.163 t

即液体库存量为4.028 t，气体库存量为0.135 t，总的库存量为4.163 t。

3 结束语

近几年加气站发展非常迅速，但加气站库存量管理还需要不断摸索、总结。知晓加气站库存量近似计算法和准确掌握加气站库存量计算，能为正确核销、分析损耗提供准确的库存量，也能从操作、设备、工艺等环节查找损耗原因，达到降低损耗，提高企业效益之目的。

[1] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T21068-2007液化天然气密度计算模型规范[S].北京:中国标准出版社,2007:3-4.

[2] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T24962-2010.ISO 6578：1991.MOD冷冻烃类流体静态测量计算方法[S].北京:中国标准出版社,2010:8-9,11-13.

[3] 张进.浅析LNG加气站储罐计量准确性影响因素及对策[J].石油库与加油站.2015(3)：14-18.

[4] 徐顺福.成品油计量与管理[M].北京:中国石化出版社,2015.

2016-10-11。

王友良(1966-)，男，1986年8月毕业浙江舟山商校石油储存专业和1990年毕业于浙江工学院工业管理专业，大专学历，工程师，现任中石化浙江嘉兴石油分公司安全总监兼安全数质量部经理，主要从事安全、数质量管理工作，参与2015年10月由中国石化出版社出版的《成品油计量与管理》编写工作，主编了第9章加气站计量与管理。