油气管网体制改革后天然气计量技术的发展分析

大庆油田有限责任公司第二采油厂

2019年3月，中央全面深化改革委员会第七次会议通过了《石油天然气管网运营机制改革实施意见》，油气管网体制改革实施迫在眉睫。随着油气管网体制改革的不断深入，加之近年来天然气产业的飞速发展，天然气计量数据的准确性、可靠性、实时性将受到各方的密切关注，倒逼天然气计量技术的发展。因而对现有天然气计量技术进行研究，分析我国现有天然气计量技术在油气管网体制改革后的适用性，并充分借鉴天然气计量技术领先经验，预测我国天然气计量技术的发展趋势是十分必要的。

1 天然气计量技术现状

1.1 国内技术现状

我国于20 世纪80 年代起对天然气计量技术进行研究，以国际现有标准体系为基础，结合我国国情，最终形成适应我国天然气交接计量的国家标准体系，即GB 17820《天然气》和GB/T 18603《天然气计量系统技术要求》，并在此基础上拓展了相关天然气交接计量技术的标准、规范，形成了一套完整、成熟的量值溯源体系[1]。

GB 17820 主要对天然气的气质指标提出了详细要求并进行分类，其指标涉及环境保护、安全卫生、经济效益等方面[1-2]；而GB/T 18603 是在OMIL R140标准体系和EN1776标准体系的基础上形成的计量站工作标准体系，不仅规定了天然气交接计量站点新建或改扩建过程中对计量体系建设的要求，还规定了计量系统配套仪表准确度等级要求，以及不同天然气计量方式的技术指标和计算方法[2]。

由于我国油气管网尚未分离，根据天然气计量技术国家标准体系及现场实际情况，天然气交接计量主要以体积交接为主，质量交接为辅。体积交接方式主要应用于管输气，采用在线气相色谱分析仪、定期取样或赋值法测量气质指标，监测气体质量，并采用标准孔板、涡轮流量计、气体超声流量计等计量仪表计量天然气体积流量。目前，标准孔板在我国应用逐渐减少，计量方式逐渐由贸易交接计量转变为场站内部交接计量，涡轮流量计主要应用在DN150以下管线进行体积流量计量，而气体超声流量计主要应用在DN100以上管线进行体积流量计量。质量交接方式主要应用于液体天然气（如LNG、CNG），且采用质量流量计对液化天然气进行计量。

1.2 国外技术现状

国际上天然气计量技术领先的国家通常采用能量计量方式进行天然气交接。尤其在已完成油气管网体制改革且天然气产业成熟的国家和地区（如美国、欧洲），能量计量以其科学性、公正性、公平性广泛应用于该类国家和地区。目前，全球LNG国际贸易交接计量全部使用能量计量方式进行交接，且国际标准化组织也为能量计量的顺利实施制订了相关标准和规范[3]。

能量计量发源于美国，其原理为：包含在一定量天然气中能量可由E=H×Q表示，其中E为能量，H为天然气发热量，Q为天然气体积或质量。能量E可以直接测定，或者由天然气气体体积、发热量进行计算。为了保证天然气能量计量精确度，需要在国际标准ISO 13443 规定的标准下（温度为288.15 K，压力为101.325 kPa），测定气体体积、发热量，通过两者相乘，可以获得天然气能量。

1978 年，美国通过《天然气法》规定了以能量计量作为天然气买卖基础，天然气能量计量得到了飞速发展，缓解了天然气完全市场化后出现的计量纠纷。在计量技术发展的同时，美国标准化学会（ANSI）、美国气体协会（AGA）、美国气体加工协会（GPA）、美国石油学会（API）及美国材料与试验协会（ASTM）均发布有涉及天然气分析测试技术、天然气取样技术、天然气流量测量技术等与天然气能量计量技术密切相关的标准，为能量计量技术标准体系的建设提供了支持。现已全面采用能量计量进行天然气交接，欧洲各国已形成了各自的天然气能量计量技术体系，同时以ISO国际标准化组织发布的标准、导则建立了欧洲各国家间天然气贸易交接计量技术标准体系。

随着能量计量在全球主要天然气市场的广泛运用，国际标准化组织ISO/TC193/SC2于1998年成立工作组并制定了《天然气能量测定》国标标准，并于2007 年12 月1 日正式发布，规范了全球天然气能量计量方法。

能量计量结果主要通过测量天然气体积流量和体积发热量的方式间接获得。体积发热量测量一般有直接法与间接法两种方法。直接法即连续燃烧法，一定量的气体通过湿式气体流量计进入燃烧室完全燃烧，再通过热交换器检测该气体的发热量；间接法即对所测天然气进行物性分析，通过计算得到所测天然气的发热量[4]。当前，国际上普遍使用间接法测定天然气发热量，多数大型流量站点都配备有外置的在线气相色谱分析仪（即BTU 仪），而中小型计量站多采用赋值技术确定天然气发热量[5]。体积流量测量采用气体流量计计量，美国多采用标准孔板进行体积流量计量，约占总流量计数量的70%，其次为涡轮流量计、气体超声流量计；而欧洲多使用气体超声流量计及涡轮流量计。

2 技术发展分析

油气管网体制改革后，我国天然气贸易交接将呈现“多气源上传，未知气体下载”的模式。多种类、多归属天然气进入管网，在管网内混合后，混合天然气总体积减小，气质指标改变，管网进口天然气体积及气质将与管网出口相差较大，将不可避免地出现计量纠纷[6]。其实质为我国现有天然气交接计量方式将不同质量的天然气强行统一了价格。因而为确保参与天然气贸易交接的各方处于一个公平、公正的环境，现有天然气交接计量方式必将改变。根据天然气计量技术国际领先的国家、大型能源公司及科研院所的相关资料，油气管网分离后天然气交接计量方式将由体积计量转变为能量计量，相应有关天然气发热量、气质的技术指标、流量计的量值溯源和检定技术，以及现有天然气计量标准体系都将随之改变。

根据国内外天然气计量技术现状及油气管网体质改革情况，天然气计量技术的发展可体现在以下几个方面。

2.1 计量方式从体积计量转变为能量计量

管网分离后，为保证购气用户所购天然气与接收到的天然气能源价值相同，确保贸易交接计量及结算时公平、公正，现有体积计量方式已无法满足要求[7]；且随着天然气贸易交接计量向国际化发展，各国对天然气贸易的公平性提出了越来越高的要求，而能量计量是目前国际公认的天然气贸易交接计量最公平的方式，因此天然气体积计量方式转变为能量计量方式是我国天然气计量技术的必经之路[8]。

2019 年5 月，国家发改委等四部门正式发布《油气管网设施公平开放监管办法》，提出天然气管网设施运营企业接收和代天然气生产、销售企业向用户交付天然气时，应当对发热量、体积、质量等进行科学计量，并接受政府计量行政主管部门的计量监督检查。文件要求24 个月内建立天然气能量计量计价体系，将加速天然气能量计量推广应用。

目前，与国际天然气能量计量成熟运作地区相比，我国的天然气能量计量体系仍不完善。发热量溯源技术水平有待提升，天然气能量计量应用技术尚未形成，相应标准亟待修订，且部分天然气交接计量站点缺少在线色谱分析仪等在线品质分析设备。据悉，三大石油公司及相关企业均积极开展天然气能量计量研究，加速设施配置，确保天然气能量计量的全面应用，有效维护天然气交接计量公平、科学、准确、可靠。

2.2 计量仪表向自动化、智能化、远程化发展

随着科技的进步，天然气流量计、在线气相色谱分析仪、流量计算机等计量仪表正向着自动化、智能化、远程化不断发展，通过互联网技术可以实现天然气计量数据自动采集、远传及计量仪表配套设施远程控制等功能。

在天然气能量计量系统中，能量计算所需参数较多，如何集成系统，协调各系统工作将是未来天然气能量计量自控系统的发展方向之一。同时，随着各项参数远程上传功能的实现，可对各项参数建立数据库，通过将实时数据与数据库内数据进行比对，在线分析计量仪表的运行状态，可实现部分计量仪表的在线校准或诊断功能。

2.3 气体流量计的量值溯源及检定技术

由于天然气流量参数具有动态性，使得流量计额量值溯源成为了制约仪表准确度最主要的因素。至今国际上尚未有公认流量量值实物标准。流量量值的原级标准是一座流量标准装置，装置将长度、时间及温度等基本量进行计算后得到导出量——流量，因此气体流量计未能真正体现出天然气流量参数的动态特性[9]。近些年，气体流量计检定方式逐渐从离线检定发展为实流检定技术，由于该技术通过对天然气在接近实际工况下的状态参数和物性参数进行动态量值溯源，来实现对天然气流量计的检定，因而天然气流量计检定数据较为接近实际情况，天然气流量量值溯源将逐步向实流检定方向发展。

2.4 天然气计量标准体系逐渐完善

随着能量计量在我国应用的可行性逐步增加，现有天然气计量标准体系已不再适用。因而为保证能量计量顺利实施，应结合国际计量标准体系，完善健全我国计量标准体系，逐渐形成适应我国现状的计量标准体系，不断丰富其内容，逐步从单一标准向多重标准发展[10]。

3 结束语

（1）能量计量是目前国际上主流的计量方式，管网分离后，我国天然气计量方式将由体积计量转变为能量计量。

（2）天然气计量方式转变为能量计量方式后，我国现行部分标准、技术体系、量值溯源链均需重新建立。

（3）从国内现有天然气交接计量站计量仪表配置情况可知，大型天然气计量站多数可满足能量计量要求，中小型计量站多数缺少天然气物性检测设备，可采用赋值技术实现能量计量。