能量計(jì)量在浙江LNG 中的可行性研究

趙治周，王宇輝，胡昊翀，李廣楊，王子濟(jì)

(中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江 寧波 315800)

0 引言

國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等四部門制定了《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》，明確了建立天然氣能量計(jì)量計(jì)價(jià)體系的要求，應(yīng)于《辦法》實(shí)施之日起24個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱值(能量)計(jì)量，天然氣能量計(jì)量計(jì)價(jià)終于提上日程。在國(guó)際上通用的計(jì)量方式是能量計(jì)量，能量計(jì)量的優(yōu)勢(shì)在于無論天然氣的產(chǎn)地、組分如何變化，總能量不改變，通過能量計(jì)量可以解決天然氣混輸?shù)挠?jì)量結(jié)算問題。通過能量計(jì)量的計(jì)量計(jì)價(jià)方式與國(guó)際通用方式接軌，更能體現(xiàn)出公平與優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的原則。隨著時(shí)間的腳步一步步逼近，能量計(jì)量必將在浙江LNG 實(shí)施，本文結(jié)合筆者的工作實(shí)踐，主要探究能量計(jì)量在浙江LNG 實(shí)施的可行性。

1 實(shí)施能量計(jì)量的必要性

1.1 國(guó)家政策

在國(guó)家能源清潔化發(fā)展方針和優(yōu)惠政策的支持下，國(guó)家官網(wǎng)的資源整合，我國(guó)的天然氣市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展，天然氣銷售機(jī)制和天然氣價(jià)格的市場(chǎng)化改革也在積極推進(jìn)之中，實(shí)行天然氣能量計(jì)量和計(jì)價(jià)改革比以往任何時(shí)候都更加迫切。

1.2 不同氣源的發(fā)熱量差異較大

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)僅有中海油輸送至香港地區(qū)部分計(jì)量站及廣東LNG、福建LNG、廣東管道公司采用能量計(jì)量，其余管輸天然氣基本采用體積計(jì)量。浙江LNG 從運(yùn)行至今已接卸LNG 船達(dá)到400 多艘，其中包含了各種氣源、不同產(chǎn)地和類型的天然氣。不同國(guó)家不同產(chǎn)地的天然氣組分和含量存在極大的差異，組分的變化意味著密度的不同，密度不同導(dǎo)致同樣體積和質(zhì)量的天然氣，其燃燒產(chǎn)生的熱能也存在極大差異。單位體積的發(fā)熱量差異較大，無論是單獨(dú)還是混合輸送和銷售，體積計(jì)量和計(jì)價(jià)無法反映出商品天然氣的主要技術(shù)指標(biāo)—發(fā)熱量及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而能量計(jì)量的方式可避免體積計(jì)量的不足。浙江LNG 接收站接收的天然氣的體積發(fā)熱量最小為36.9 MJ/m3，最大為46.2 MJ/m3，二者間的差異達(dá)到了25%。體積計(jì)量和能量計(jì)量各有優(yōu)缺點(diǎn)，體積計(jì)量較為方便和便捷，而能量計(jì)量有利于準(zhǔn)確計(jì)量、體現(xiàn)公平、減少計(jì)算糾紛，但是能量計(jì)量所需硬件條件較多，還因涉及二次計(jì)量，其準(zhǔn)確性和不確定性均是計(jì)量難點(diǎn)。

1.3 三種計(jì)價(jià)制度的差異

天然氣的計(jì)量方式主要包括三種，分別為體積計(jì)量、質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量。浙江LNG 以上三種計(jì)量方式都有涉及。LNG 的進(jìn)口貿(mào)易計(jì)量使用能量計(jì)量，LNG 的氣態(tài)貿(mào)易計(jì)量使用體積計(jì)量，LNG 的液態(tài)貿(mào)易計(jì)量使用質(zhì)量計(jì)量。

LNG 進(jìn)口貿(mào)易計(jì)量以能量計(jì)量結(jié)算，而LNG 氣化后通過管道的一次銷售按體積進(jìn)行結(jié)算，通過槽車液態(tài)外輸?shù)陌凑召|(zhì)量進(jìn)行結(jié)算。進(jìn)口和外輸不同的計(jì)量計(jì)價(jià)制度和氣源間的熱值差異勢(shì)必影響他們的融合。

2 能量計(jì)量在浙江LNG 的應(yīng)用

2.1 能量計(jì)量的基礎(chǔ)條件分析

2.1.1 天然氣能量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系基本建立

現(xiàn)有的發(fā)熱量測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)約有25 項(xiàng)，流量計(jì)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系14 項(xiàng)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22723—2008 《天然氣能量的測(cè)量》和GB/T 18603—2014 《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》作為能量計(jì)量的核心也已確認(rèn)。比如按照《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)條件》：6.1.1“天然氣發(fā)熱量采用直接或間接測(cè)量方法獲得，推薦使用組成分析數(shù)據(jù)計(jì)算的間接測(cè)量方法，對(duì)于管網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)使用在線色譜儀分析組成數(shù)據(jù)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，其結(jié)算的發(fā)熱量應(yīng)該使用賦值計(jì)算方法獲得”。此標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)浙江LNG計(jì)算發(fā)熱量的方法。

按照《天然氣能量的測(cè)量》的要求，可以通過賦值的方法進(jìn)行能量計(jì)量，即為所測(cè)天然氣體積賦一個(gè)有代表性的熱值，此標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)浙江LNG 可以通過間接賦值的方式計(jì)算能量。

2.1.2 能量計(jì)量溯源體系接近完成

圍繞天然氣能量計(jì)量技術(shù)發(fā)展的需要，在流量計(jì)量和發(fā)熱量測(cè)量?jī)煞矫娼⒘藰?biāo)準(zhǔn)方法、測(cè)量設(shè)備、氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等，ISO 等國(guó)際組織相繼發(fā)布并修訂了一系列重要標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。最主要的目的是通過建立與完善溯源和量傳體系以提高能量計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

2.1.3 浙江LNG 基礎(chǔ)設(shè)施基本滿足要求

浙江LNG 從取樣系統(tǒng)開始配備在線分析儀、硫化氫分析儀等，再到實(shí)驗(yàn)室配備三臺(tái)離線色譜儀，最后在計(jì)量橇配備兩臺(tái)在線色譜儀，可以做到對(duì)氣質(zhì)情況的全覆蓋監(jiān)測(cè)(表1)。

表1 浙江LNG 基礎(chǔ)設(shè)施清單

2.2 計(jì)量在浙江LNG 的實(shí)際運(yùn)用

通過浙江LNG 工藝流程示意圖可以知道浙江LNG 主要涉及三種計(jì)量方式，筆者將從LNG 進(jìn)口、LNG 氣態(tài)外輸、LNG 液態(tài)外輸這三個(gè)不同的方面進(jìn)行闡述(圖1)。

圖1 浙江LNG 工藝流程示意圖

2.3 浙江LNG 進(jìn)口貿(mào)易計(jì)量

LNG 卸貨計(jì)量的目標(biāo)就是為了計(jì)算在卸貨過程中從船方到岸方所卸貨物的總能量，目前任何貿(mào)易形式下的卸貨能量計(jì)算國(guó)際上都有統(tǒng)一的做法。首先由艙容表確定卸貨LNG 體積乘以由組分計(jì)算的密度和單位質(zhì)量熱值計(jì)算而來，同時(shí)需要考慮扣除返回氣體及作為燃料或通往氣體燃燒裝(GCU)天然氣能量。現(xiàn)行的LNG 國(guó)際貿(mào)易是通過能量計(jì)量進(jìn)行結(jié)算，在此不再贅述。

2.4 浙江LNG 氣態(tài)外輸

浙江LNG 氣態(tài)外輸通過配備的超聲波流量計(jì)及其配套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)行的氣態(tài)外輸計(jì)量方式主要是通過體積進(jìn)行計(jì)量，但是超聲波流量計(jì)天然氣貿(mào)易計(jì)量數(shù)據(jù)中，同時(shí)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出體積、能量、質(zhì)量等參數(shù)，其中能量數(shù)據(jù)可以直接運(yùn)用于氣態(tài)外輸?shù)哪芰坑?jì)量。通過現(xiàn)有的計(jì)量橇相關(guān)設(shè)備設(shè)施可以做到體積計(jì)量到能量計(jì)量的無縫轉(zhuǎn)換，浙江LNG 無需為氣態(tài)外輸新增額外的設(shè)備設(shè)施。

2.5 浙江LNG 液態(tài)外輸

浙江LNG 液態(tài)外輸通過槽車運(yùn)輸進(jìn)行，因?yàn)榻ㄔO(shè)期較早并未在槽車區(qū)域安裝在線色譜儀進(jìn)行組分的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)行的計(jì)量方式主要通過地磅進(jìn)行質(zhì)量稱重，結(jié)算方式也是質(zhì)量計(jì)量。

簡(jiǎn)單來說，液態(tài)外輸?shù)哪芰繙y(cè)定有直接法、間接法兩種。雖然直接測(cè)量天然氣熱量的儀器已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，但可靠性，準(zhǔn)確性有待改進(jìn)，故直接法暫時(shí)不能采用。

目前國(guó)際上常用的是間接法，采用可變賦值法進(jìn)行能量計(jì)量更適合浙江LNG 實(shí)際情況，即由天然氣的體積流量和體積發(fā)熱量的乘積計(jì)算獲得天然氣的能量。GB/T 22723—2008 《天然氣能量的測(cè)量》規(guī)定在上游進(jìn)氣和下游分輸計(jì)量界面，可采用氣相色譜分析儀測(cè)定熱值和流量計(jì)測(cè)定流量，采用可變賦值法進(jìn)行能量測(cè)定。

2.6 液態(tài)外輸能量計(jì)量方案

浙江LNG 選用的能量方式取決于實(shí)際使用的計(jì)量設(shè)備和方法，根據(jù)流量、氣體的商業(yè)價(jià)值、冗余要求以及儀器的技術(shù)規(guī)格選擇最合適的能量計(jì)量方式。

2.6.1 標(biāo)準(zhǔn)參比條件

能量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件可參照體積計(jì)量確定為20 ℃和101.325 kPa，有特殊要求也可按照合同規(guī)定的其他條件。

2.6.2 計(jì)量單位

我國(guó)要求使用公制計(jì)量單位，能量計(jì)量單位可選擇千瓦小時(shí)(kW·h) 和焦耳(J) 做出選擇。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《天然氣能量的測(cè)定》也規(guī)定一般能量計(jì)量單位為MJ 和kW·h，一般沿用氣質(zhì)分析慣用的焦耳作為能量計(jì)量單位。

2.6.3 計(jì)量方式

對(duì)于間接能量測(cè)定，能量可以通過已測(cè)定或已計(jì)量的體積、質(zhì)量、發(fā)熱量和其他參數(shù)進(jìn)行再測(cè)定的。浙江LNG 的液態(tài)外輸?shù)哪芰坑?jì)量，需要知道質(zhì)量和質(zhì)量發(fā)熱量。其中質(zhì)量可以通過地磅稱量所得，所以下文主要是闡述質(zhì)量發(fā)熱量的獲得。

通過浙江LNG 工藝流程可知，LNG 接收站的氣態(tài)外輸?shù)谋举|(zhì)是將LNG 加壓后氣化外輸?shù)囊粋€(gè)物理過程，不涉及化學(xué)變化。不管是氣態(tài)外輸還是液態(tài)外輸，其LNG 都是從儲(chǔ)罐中獲得，其氣源為同一個(gè)。雖然槽車外輸系統(tǒng)中未安裝色譜儀，但是可以使用計(jì)量站中的色譜儀作為液態(tài)外輸組分的依據(jù)。在貿(mào)易交接中，通過色譜分析法可以提供包括相對(duì)密度、聲速、沃泊指數(shù)、烴露點(diǎn)、H2S 測(cè)量值等天然氣能量計(jì)量所需的全部測(cè)量信息。通過天然氣色譜儀提供天然氣組成成分以及其他重要參數(shù)相關(guān)的精確可靠信息，通過計(jì)算可以獲得質(zhì)量發(fā)熱量。浙江LNG 在線色譜儀每四分鐘會(huì)獲得一個(gè)組分?jǐn)?shù)據(jù)，一天會(huì)有三百六十個(gè)數(shù)據(jù)，考慮到實(shí)際的成本和人力物力，只能通過賦值的方法確定液態(tài)外輸?shù)慕M分?jǐn)?shù)據(jù)。按照以往的經(jīng)驗(yàn)，賦值周期為一天，因?yàn)樵缟习它c(diǎn)為交接點(diǎn)，通常把早上八點(diǎn)的組分?jǐn)?shù)據(jù)作為當(dāng)天的組分?jǐn)?shù)據(jù)。早期的液態(tài)LNG 計(jì)量設(shè)計(jì)時(shí)，只有質(zhì)量計(jì)量的概念，全國(guó)所有早期的LNG 都未在槽車區(qū)域安裝取樣設(shè)施，對(duì)現(xiàn)階段的能量計(jì)量造成了一定的困擾。現(xiàn)階段液態(tài)的能量計(jì)量通常有兩種方案，第一種方式就是通過間接賦值的方法進(jìn)行計(jì)算，第二種方式就是通過在槽車區(qū)域新增一套取樣分析設(shè)備通過直接賦值的方法進(jìn)行計(jì)算。

3 能量計(jì)量面臨的主要問題

3.1 技術(shù)層面

國(guó)家尚未建成基準(zhǔn)級(jí)發(fā)熱量測(cè)量裝置，即國(guó)際0 級(jí)水平的基準(zhǔn)氣體熱量計(jì)。天然氣熱值變化范圍大，管輸和儲(chǔ)氣環(huán)節(jié)實(shí)施能量計(jì)價(jià)困難。如果浙江LNG 液態(tài)外輸計(jì)量按照能量結(jié)算，價(jià)格隨著賦值間隔周期的變化而變化。賦值間隔的周期如何設(shè)置，既能兼顧廣大用戶的利益也能兼顧公司的利益。

天然氣官網(wǎng)能量計(jì)量下的合理輸差尚未進(jìn)行規(guī)定，需要建立完善的市場(chǎng)監(jiān)管體系，加強(qiáng)政府主管部門的監(jiān)督，及時(shí)制定和完善相關(guān)法律法規(guī)。制定能量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和天然氣產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)等，建立完整的能量計(jì)量系統(tǒng)認(rèn)證體系。

目前天然氣計(jì)量在線色譜儀等關(guān)鍵設(shè)備儀器國(guó)產(chǎn)化水平還比較低。各流量?jī)x表生產(chǎn)企業(yè)要能夠突破陳規(guī)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)新產(chǎn)品，同時(shí)借鑒其能量計(jì)量方面的經(jīng)驗(yàn)，逐步完善能量計(jì)量配套設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)能量計(jì)量提供硬件支持。

3.2 管理層面

適應(yīng)我國(guó)計(jì)量計(jì)價(jià)管理體系還需要做諸多工作，發(fā)熱量的賦值方式實(shí)質(zhì)上是在原來體積(質(zhì)量)計(jì)量的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)，在賦值的過程中要確保上面所說的計(jì)量“四個(gè)屬性”，必須加強(qiáng)監(jiān)管才能保證包括消費(fèi)者在內(nèi)的各方面利益。需要制定監(jiān)管的實(shí)施細(xì)則，建議國(guó)家制定“天然氣熱值賦值規(guī)則”等具有操作性的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，要做到法律法規(guī)先行，監(jiān)管到位。同時(shí)，還需做好宣傳工作，讓廣大用戶了解到計(jì)量改革的必要性和好處。平衡各主場(chǎng)主體利益存在較大難度，實(shí)行天然氣能量計(jì)量難點(diǎn)是相對(duì)合理的計(jì)量方式與其不相適應(yīng)的計(jì)量手段之間的矛盾及其衍生出來的問題。如果賦值的值不能做到公開透明，有理有據(jù)，用戶有理由懷疑賦值的合理性。所以必須保證賦值的準(zhǔn)確性，合法性，公開透明。天然氣能量計(jì)量改革并不是政府和業(yè)界的事情，應(yīng)該包括廣大的天然氣用戶。積極響應(yīng)號(hào)召，努力推進(jìn)天然氣行業(yè)的改革，作為計(jì)量戰(zhàn)線工作者的我們希望早日實(shí)現(xiàn)天然氣能量計(jì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

浙江LNG 天然氣計(jì)量方式從體積計(jì)量轉(zhuǎn)向能量計(jì)量是大勢(shì)所趨，公司也將盡快落實(shí)能量計(jì)量的方式和配備能量計(jì)量所需的硬件。天然氣的計(jì)量改革勢(shì)在必行，早日實(shí)現(xiàn)科學(xué)、公正、合理的能源計(jì)量，與國(guó)際接軌，是我國(guó)天然氣行業(yè)發(fā)展的必由之路。