LNG到港交接计量的影响因素及误差核定

仲从响

（中国石油天然气股份有限公司天然气销售江苏分公司，江苏南京 211102）

能源物资是现代社会的根本驱动力，液化天然气（LNG）是一种清洁能源而被广泛关注。我国“多煤、缺油、少气”的资源结构决定了天然气需要依赖大规模的进口。2020年，我国天然气进口量超过1亿t，其中液化天然气进口量占比超过7成[1]。在液化天然气贸易及运输过程中LGN接收站扮演着重要的角色，其不仅需要对LGN进行接收，更需要对其进行计量核算。一般规则下，LNG的国际贸易遵循到港交接的方式，这更进一步提高了LNG接收站计量误差的要求。基于此，本文从交接计量方式出发，探究交接中的误差计算方式，为精准计量提供必要保障。

1 液化天然气的计量方式与计算规则

1.1 液化天然气的计量

基于能源资源的不均衡分布，液化天然气的国际贸易较为频繁。在长期的国际贸易实践中，液化天然气贸易建立了一整套基于接收站的到港贸易流程与模式，并具有相对可靠且得到广泛认可的计量体系。目前在交易过程中，双反基本遵循国标组织ISO6578关于冷冻碳氢化合物液体静态计量程序的要求进行实操[2]。在具体的计量过程中大体分为三个基本过程。

①对卸载体积进行计量。LNG的体积随着温度压强的变化而变化，在具体的卸载体积核定过程中采用的是差量法对其进行计算，即用卸载前体积与卸载后的剩余体积差值来表征卸载体积，在实操层面上是采用随船安装的交接计量系统来进行。值得注意的是该过程应该在货运方、收货方、审核方以及进出口管理部门等多方的共同见证下进行。②对返气热量进行计算。在LNG卸载过程中采用压力自留的方式进行卸载，进而需要对舱内的压力进行平衡，此部分平衡均通过LNG蒸发气来进行。常见的方式是直接计算返仓天然气的热量，计算中需要对气态样本进行采样以求得不同组分所占比例，再根据体积比例按照不同物质的热值求得返仓气态的热量[3]。③对卸载热量进行计算。卸载热量的计算是根据卸载体积求出卸载液化天然气在燃烧情况下能够产生的总热量，再减去返仓气体的热量进行求解。同时，在卸载过程中为了维持LNG仓温度与压力，船体需要启动发动机，发动机的能源消耗也需要计算到热量扣除量中。

1.2 液化天然气计量的计算规则

液化天然气的计算分为三个方面，进而在具体的计算规则上也包含了三个基本步骤。

（1）卸载体积的计算

卸载体积应该根据温度、压力以及船体的倾斜角度来进行综合计算。在实操过程中LNG运输船属于专用运输船的范畴，随船安装交接计量系统，该系统通过内置方程算法的方式对温度、压力以及船体倾斜角度进行了公式参数设定。进而在实际的交接过程中，监督单位需要对上述指标的系统参数设定进行监督，而不需要进行具体计算。计算过程可以简化为卸货前的LNG体积与卸货后的体积差值。

其中：VLNG表示卸载的实际LNG体积；V1表示卸载前的LNG体积；V2表示卸载后的LNG体积。

（2）返气热量的计算

不同物质的热值不同，在具体热量计算中需要按照检测样品的不同气态组分所占的质量比例，按照不同物质的热值对返气热量进行求解。为了计算的精准性，一般按照摩尔分数来进行计算，在特定温度下，返仓气体的体积按照公式（2）计算[4]。

其中：DLNG代表温度T下的气体体积，kg/m3；M为组分的摩尔质量，kg/kmol；V为组分的摩尔分数，%；k1、k2为液体体积缩减的校正系数；Xn为氮气的摩尔分数，%；Xc为甲烷的摩尔分数，%。值得注意的是温度应该取液化天然气卸载过程中的平均温度。

液化天然气的组分相对复杂，除了主要成分甲烷之外，还包括乙烷、丙烷、异戊烷等，需要按照上述公式对可检出的组分进行分别求解，最后采用加权的方式计算出最终的返气热量，见式（3）。

其中：G表示发热量；xi、Mi、Gi分别代表了i组分的摩尔分数、摩尔质量与发热量。单位分别为%、kg/kmol与 kJ/kg。

（3）交接天然气热量的计算

交接天然气的热量为交接总热量扣除返仓天然气热量及交接过程中发动机的消耗热量，即可以表示为如下公式。

其中：Q表示交接天然气热量，MJ；VLNG、DLNG、G气分别表示液化天然气的交接体积、摩尔质量以及高位热量；E返仓、E发动机分别代表返仓气体与发动机的能量损耗。

其中返仓气体的总消耗按照公式3进行计算；发动机的总消耗按照交接过程中消耗的气体总量与气体热值的乘积来计算，消耗的气体总量可以根据发动机燃烧炉的进气仪表直接测量。

2 液化天然气的误差核定

通过对液化天然气到港交接的计算过程分析，不难发现其计算过程较为复杂，且存在多个流程与步骤，进而计算后的结果必然存在一定的误差。按照不同的来源，误差可以分为两种，即天然误差与测量误差。天然误差主要是指摩尔质量、常数等参数在引入公式的过程中精确的有效数字位数带来的误差，此种误差是无法避免的。测量误差主要是指对参数进行测定过程中可能产生的误差。如对天然气仓内液面的测量、发动机燃烧室用气流量的测量、对气体组分的测量等。这些过程中由于测量精度的问题其误差必然存在，但是可以通过多次测量以及提高设备与人工精度的方式来尽量降低。

无论是何种误差均无法完全消除，进而需要对可能误差进行经验性求解，从而达到修正的效果，进一步使得计算值与实际交接值更为贴近。值得注意的是，液化天然气交接环节较为复杂，计量方式经过了多步骤计算，而原则上每次测量与计算均会产生误差，便会形成误差的累积。在多幂累积下误差会得到放大，这也是针对交接误差的计算十分必要的原因所在。

在具体的计算过程中，误差采用联动累积的方式予以计算，此种计算方式符合液化天然气交接的计算规律，也与客观事实相符，具体如公式（5）。

其中：Y为间接测量值误差；Xi为直接测量值误差。直接测量值误差可以采用经验带入的方式进行，也可以通过多次测量后进行误差计算的方式予以确定。在实际操作中固定设备的直接测量误差变化较小，一般多采用经验值代入的方式来进行。

多元函数中的增量可以通过全微分进行表示，进而公式（5）中的增量可以表示为不同直接测量过程中全微分加权值，公式（5）可以变形为公式（6）。

在公式（6）中，可以对误差较小变量的微分量进行替代，从而达到缩减运算量的根本目的，在经过了缩减后，利用误差传递公式可以对不同误差过程中的比例进行求解，从而获得变量与最终计算结果（热量）之间的相关关系。在物理层面上的意义表现为不同直接测量过程对交接热量的影响比例大小。

从这一角度，误差的累积最终计算公式如下[5]：

经过整理与参数带入结果见式（8）：

3 液化天然气的误差实证与影响因素

为了进一步探讨与认证本文对误差计算方式的正确性，并对具体的误差计算结果应用方式进行探究。选择2021年7月到港的某艘液化天然气到港船只的实际交接过程为具体的数据来源，对各步骤的计算方式进行实证计算。可直接测量参数如表1所示。

表1 直接测量指标结果统计表

通过直接测量的方式能够获得包括温度、卸货体积等直接数据，将所获得的数据代入到上述公式体系中可以对实际的交接结算量进行计算。本实证计算则更关注不同部位的误差拟合计算的最终结果。通过现场判断发现误差主要来源于直接测量数值，具体包括液态体积误差、返仓温度误差、返仓压力误差、发动机损耗误差、甲烷含量误差等，具体的误差数值及产生原因如表2所示。

表2 误差来源及结果统计表

将误差参数代入公式（8）中，对总误差进行计算，并分别计算各个误差在总体误差中的比例。同时，热量误差为最终的误差结果，在计算过程中以热量误差为100%，对其他各误差影响因素在误差中的占比进行计算，其结果如表3所示。

表3 误差所占比例结果统计表

从表2中看出，案例船只的总交易发热量为35.57亿MJ。发热量的总误差为57.45万MJ，占交易量的比例为0.016 2%。

其中各个部分的误差占比存在较大的差异，按照误差占比进行排序，其中液态体积测量过程中的误差占比最高，能够解释总误差中56.07%的变量，甲烷含量测量误差占比为31.51%。上述两项指标累积解释的误差变量超过85%，在实际操作过程中，为进一步简便计算流程与结算规则，可以在上述两者误差之和的基础上浮10%的方式来表征总体误差。其他误差占比均较小，如返仓气体温度误差占比3.69%，发动机损耗误差占比1.96%等。

4 总结

液化天然气到港交接受到温度、压力等影响，且计算过程较为复杂。在本文的研究中，最终的热量误差在0.015%以上，这对于大宗交易已推高了成本及交易损耗。在此种情况下，本文在总结了计量方式及计算规则的基础上，对误差的来源及影响因素进行了系统分析。并通过实例计算的方式探讨不同误差对总误差的占比，发现液态体积测量过程以及甲烷含量测量过程中产生的误差最大，分别达到86.07%和31.51%，二者可以共同解释误差变量大于85%适宜于作为误差计算的标志性指标。