天然气能量计量的必要性与可行性

赵俊杰 (山东中油天然气有限公司，山东 济南 250000)

1 天然气能量计量概述

所谓的天然气能量计量，就是以能量计数为度量尺度计算天然气的数量，以确保天然气的计算精度。计量工作是国民经济发展的一个重要环节，是国家经济发展的一个重要基础，只有保证准确的计量，才能保证国民经济的平稳、正常发展。从我国现有的气田规划来看，其“西气东输，北气南下，海气登陆，就近供应”模式已基本形成，只有加强对能源的计量控制，才能更好地为天然气的生产和运输提供计量基础。天然气是一种可燃烧的气体能源，一定数量的天然气产生的总热量由能量总量决定。但是，天然气是多种成分的混合物。由于天然气的来源、组成、含量等因素的差异，使得计量工作比较复杂。

能源交易中实行能量计量，更加准确、公平，有利于我国天然气工业的健康发展，也能反映出物美价廉的基本原则，有利于规范市场。在天然气工业中，计量工作贯穿于整个生产和运营，其与安全化、节能化、规范化相结合，为天然气工业提供了准确的数据保证，实现了对燃气能源的测量，实现了对天然气产量的精确显示。对于广大的燃气用户来说，精准的计量达到透明、精确地显示用户使用数据，保证了群众的权益，保证了天然气供应的公平性和准确性。这对我国天然气事业的发展具有重要促进作用。

2 天然气常用计量方式

2.1 体积计量

目前世界上常用的计量气体容积技术和方式有：

(1)孔板式流量计。在天然气工业中，孔板式流量计是最早采用的基于管内压力差的流量计。目前，这种仪表正在逐步被涡轮式流量计所取代，它具有稳定性强、价格低廉、不需要进行专门检查等特点。然而，在实际应用中，流量计的测量精度不够高，上游段的长度必须大于流量计的30倍；而在下游，管道长度必须大于流量计端口内径的7倍，而且这种流量计必须与法兰中的管路相连，容易出现泄漏现象，必须经常进行检修。

(2)涡轮流量计。这种流量计在石油和天然气工业中使用比较普遍，是一种速度型的液体测量仪器。在实际应用中，可靠性高、精度高、使用方便，具有维修方便，结构简单等特点。但它也有一些不足之处，例如在使用过程中，涡轮部分会有持续的摩擦，需要进行及时的润滑；为了防止涡轮叶片的损坏，必须在流量计的上面加装过滤器。如果管道的流速超过10 m/s，这种流量计就会出现“气蚀”。这些缺陷给这种流量计的推广和开发带来了困难。

(3)超声流量计。它适用于大直径、高压力的输气管线的流量测量。使用时，不容易受到客观因素的影响，精度高，维护保养方便。与孔板式流量计、涡轮流量计相比，具有较高的数字化水平。然而，由于国内超声流量计大多采用进口，设备昂贵，而且这种流量计对直径小于100 mm的管材不适合。

2.2 质量计量

(1)科氏质量流量计。1832年，法国的科里奥利提出了一种叫做“科氏力”的概念，在1977年由美国发明了科氏质量流量计，适用范围广、测量精度高、使用范围广、稳定性好。但是，由于科式质量流量计产品大多是国外的，其成本很高，而且在使用中对安装的要求也很高，很难适应直径大于200 mm的管线。目前，这类计量装置多用于加气站、天然气井口等。

(2)热式质量计量计。这种流量计的工作原理是，当介质被加热后，其内部的温度会发生改变，并且影响它所需要的能源和流量之间的函数关系。为了保证介质温度和管路的温差，在管段内设有2个电加热设备。随着介质流速的提高，制冷效果也会增强，电加热设备的恒流也会增加。

(3)差压式质量流量计。该方法以马格努斯效应为基础，利用传输器中的介质之间的压力差值来测定流速。普通的差压式质量流量计是一种双孔板式结构，它在管道上设有两个相同的孔，而在分流线上设有两个流量反向的计量泵，并在两个孔的入口处安装一个压力计[1]。

3 天然气能量计量必要性

在天然气需求量不断增长的今天，为了使我国的天然气计量技术尽快与世界接轨，必须将能量计量纳入到主流计量技术之中。天然气能量计量是以天然气能源供给过程中的发热量为基本结算单位的一种重要的计量手段，它是根据容积计量的原理逐渐发展起来的，得出了经过输气管道断面的总能量，现在在技术上已经具备了使用的可行性。

4 天然气能量计量方法应用

4.1 原理

能量计量是以燃气的发热量作为结算单元，以计量为依据，根据燃气的发热量，对其进行总的流量计算。热能的测定方法主要有间接方法和直接方法。间接方法主要是利用气体的气相组成来获得热能，通常都是利用层析技术进行；直接测定是用特定的气体进行测定。在实际操作中，由于直接法律适用条件多、技术不成熟、过程复杂等原因，将其作为一种比较方法。大型的测温站，可以使用色谱法对燃气进行测定，小型的测温站则可以使用离线型的测温计，再利用可变的和恒定的方法来进行。

4.2 应用价值

(1)与国家的能源发展战略相适应。天然气是一种混合气，由于其产地的差异，其组成成分也会有差异，从而导致各区域的天然气燃烧产生的能量也不尽相同。目前国内天然气的发热量最低为33.9 MJ/m3，最高为45 MJ/m3。采用传统的容积计量方法来完成各种热值天然气的交易，明显违背了常识。此外，我国天然气产业的发展潜力很大，随着管线的互联互通，各区域的天然气将会形成全国范围内的管网；混合气是今后天然气的主要发展方向，但目前仍采用传统的容积计量方法难以实现，从而加大了结算的难度。由于利用天然气的热量而产生的销售偏差，很明显地不能满足这种需求，因此，为了适应国家的发展战略，必须采用能量计量的方法[2]。

(2)促进国际天然气贸易的发展。到2020年，我国对天然气的需求量将达到3 600×108m3，而进口的天然气总量将达到1 530×108m3。目前，我国已建成中俄、中缅、中亚管道等国际管道，全部完工后，可实现每年1 650×108m3的进口。由此可以看出，我国的天然气对外依存度很高，能量计量是国际上通用的计量模式。而我国是天然气的进口大国，为了确保公平贸易，计量必须与国际接轨，尤其是当天然气全国联网时，采用能量计量更为合理。

5 天然气能量计量的可行性发展措施

5.1 正确选用计量装置、加强计量装置维护

由于天然气计量设备存在问题，造成计量工作不能顺利进行，因此，在选择计量设备时，必须选择合适的计量设备。正所谓“工欲善其事，必先利其器”，若要成功地进行天然气能量计量工作，必须加强对能源计量设备的选择，从而为今后的能源计量工作打下坚实的基础。定期检查燃气能源计量设备，强化精细管理观念，根据仪表内部磨损状况及时检修或替换，加强对计量设备内孔板工艺的检测；确保设备自身的质量问题。必须遵循评审和评判的原则，并且调整的时间要“循序渐进，稳步推进”。

5.2 优化配置气质分析设备

气态成分与气态成分有着密切的联系，不同界面、不同气源、不同气质组分会随管道网络的迅速连通而变化；由于各气相组成的混合度存在差异，导致在特定的时空条件下，要得到真实成分，需要对联机GC仪器进行密码设置，同时要满足业务的需要，同时要兼顾就近的要求；从整体上看，为了得到更为逼真的管路组分，对中心成分采样进行了优选，并对其进行了适当的布置；这样可以获得更精确的精度。

5.3 建立天然气能量计量系统性能评价标准

目前国内测量准确率的仪器，例如体积流量计、在线气相色谱分析仪、各类变送仪等，均已制定相应的测试标准，但是关于能源测量的资料采集及分析仪器尚不健全，以确保各类测量资料的准确、可靠；应尽早制定与计量系统相适应的计量指标，确定计量方式、计量单位及配套设施的标定；天然气基准发热量，天然气价格，管输费的转换方式；在特定情况下采取的各种补偿手段，对我国的能源测量体制进行有效的改革[3]。

5.4 加强计量工作统筹

在天然气能量计量工作中，必须加强对天然气能源的统一管理，以保证能量计量工作的顺利进行和准确的计量。加强对燃气能量计量工作的各项指标的记录，发现问题及时采取措施；确保燃气能量计量工作的正常进行。

5.5 探索发热量直接测定

采用一种直接测定某一特定的量的热量，采用了一种直接测定的方法。通过对煤气的直接测定，不仅可以避免因间接测定引起的误差，而且能够更直观地显示出煤气的发热量，而且还可以对间接气相色谱进行检测。

5.6 加强天然气能量计量工作人员技术的培训

只有加强对燃气能源计量人员的施工技术培训，才能使计量工作的计量质量得到最大的保障。天然气能量计量工作中，由于工作人员的综合素质不高，导致了计量工作的不准确，工作人员不能完全依靠仪表来完成计量工作，还要对各种突发事件进行预防；要加强对能量计量人员的技术培训，定期开展培训和检查，从源头上保证能量计量工作的稳定性，以保障我国天然气工业的长期、稳定发展。

5.7 建立满足能量计量要求的天然气分析用气体标准物质体系

我国现有天然气中含有11组分的一阶天然气标准物质只有其中3种，其准确度、浓度覆盖范围、类型等方面均与世界水平有较大差距，难以适应天然气行业多源、多品种的需求。笔者认为，在我国正式实施燃气计量之前，应首先进行天然气标准品的调查和开发高品质的检测技术；为进一步提高能量计量准确率，开发出具有较高准确度的多组份气体标准品，并对我国现行的标准品进行改进和改进。

6 未来发展展望与建议

6.1 计量技术朝着智能化和自动化的方向发展

在现代社会，计算机网络技术、因特网信息通信技术、物联网技术、大数据技术等技术的迅速发展，使得天然气计量技术和计量技术不断朝着自动化、数字化、智能化方向发展。目前，利用天然气计量技术对流量测量方法进行全程在线监控，对监测数据进行实时采集，可实现对燃气计量流程的远程调度；而且，在未来天然气流量测量方法很有可能具有故障自检的能力，从而提高天然气计量精度。

6.2 计量标准体系更加完善化

随着国家的整体实力的提高，天然气的计量系统得到了迅速的发展和完善。在充分借鉴国际先进计量标准的基础上，结合国内天然气分布模式和市场运行情况，建立了一套较为完备的计量体系，并将其从单一的评价指标向多元评价的方向。

6.3 计量方式向能量化方向发展

在天然气的计量中，能量计量是一种更为公平、公正、科学、合理的计量手段。当前，世界各国对天然气的国际市场交易都采用了能量计量的方法，从而促使我国的天然气计量模式向着能源量化的方向发展。加强与国际接轨，有利于提高我国在国际天然气市场中的话语权。

6.4 计量管理越来越严格化

随着科学技术的发展，人民的物质生活水平的提高，对天然气的需求日益多元化，越来越个性化，天然气的生产规模也逐渐增加，而天然气的计量也逐渐成为我国天然气资源的重要组成部分。为此，应加强对现场天然气流量的测量方法和计量人员的管理，并加强使用、安装和数据传送业务的培训；通过对天然气的各种问题进行检查，可以使天然气的计量管理更加严格、透明化，从而避免在市场上发生不必要的争议，从而降低企业的信誉与经济效益。

7 结语

目前国内常用的计量方式有容积计量、质量计量，计量误差较大，因此我国正在大力推行天然气能量计量，采用容积计量与能源计量的计量模式转换；同时，推进管道运输定价改革，逐步以能源计量代替容积计量，为规范、公正的天然气市场打下技术基础。