能量计量在浙江LNG 中的可行性研究

2023-10-12赵治周王宇辉胡昊翀李广杨王子济

化工管理 2023年28期

赵治周，王宇辉，胡昊翀，李广杨，王子济

(中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江宁波 315800)

0 引言

国家发改委、国家能源局等四部门制定了《油气管网设施公平开放监管办法》，明确了建立天然气能量计量计价体系的要求，应于《办法》实施之日起24个月内实现热值(能量)计量，天然气能量计量计价终于提上日程。在国际上通用的计量方式是能量计量，能量计量的优势在于无论天然气的产地、组分如何变化，总能量不改变，通过能量计量可以解决天然气混输的计量结算问题。通过能量计量的计量计价方式与国际通用方式接轨，更能体现出公平与优质优价的原则。随着时间的脚步一步步逼近，能量计量必将在浙江LNG 实施，本文结合笔者的工作实践，主要探究能量计量在浙江LNG 实施的可行性。

1 实施能量计量的必要性

1.1 国家政策

在国家能源清洁化发展方针和优惠政策的支持下，国家官网的资源整合，我国的天然气市场正在蓬勃发展，天然气销售机制和天然气价格的市场化改革也在积极推进之中，实行天然气能量计量和计价改革比以往任何时候都更加迫切。

1.2 不同气源的发热量差异较大

据不完全统计，目前国内仅有中海油输送至香港地区部分计量站及广东LNG、福建LNG、广东管道公司采用能量计量，其余管输天然气基本采用体积计量。浙江LNG 从运行至今已接卸LNG 船达到400 多艘，其中包含了各种气源、不同产地和类型的天然气。不同国家不同产地的天然气组分和含量存在极大的差异，组分的变化意味着密度的不同，密度不同导致同样体积和质量的天然气，其燃烧产生的热能也存在极大差异。单位体积的发热量差异较大，无论是单独还是混合输送和销售，体积计量和计价无法反映出商品天然气的主要技术指标—发热量及其经济价值，而能量计量的方式可避免体积计量的不足。浙江LNG 接收站接收的天然气的体积发热量最小为36.9 MJ/m3，最大为46.2 MJ/m3，二者间的差异达到了25%。体积计量和能量计量各有优缺点，体积计量较为方便和便捷，而能量计量有利于准确计量、体现公平、减少计算纠纷，但是能量计量所需硬件条件较多，还因涉及二次计量，其准确性和不确定性均是计量难点。

1.3 三种计价制度的差异

天然气的计量方式主要包括三种，分别为体积计量、质量计量和能量计量。浙江LNG 以上三种计量方式都有涉及。LNG 的进口贸易计量使用能量计量，LNG 的气态贸易计量使用体积计量，LNG 的液态贸易计量使用质量计量。

LNG 进口贸易计量以能量计量结算，而LNG 气化后通过管道的一次销售按体积进行结算，通过槽车液态外输的按照质量进行结算。进口和外输不同的计量计价制度和气源间的热值差异势必影响他们的融合。

2 能量计量在浙江LNG 的应用

2.1 能量计量的基础条件分析

2.1.1 天然气能量计量标准体系基本建立

现有的发热量测量相关标准约有25 项，流量计专业标准体系14 项，两个标准GB/T 22723—2008 《天然气能量的测量》和GB/T 18603—2014 《天然气计量系统技术要求》作为能量计量的核心也已确认。比如按照《天然气计量系统技术条件》：6.1.1“天然气发热量采用直接或间接测量方法获得，推荐使用组成分析数据计算的间接测量方法，对于管网系统当使用在线色谱仪分析组成数据不经济时，其结算的发热量应该使用赋值计算方法获得”。此标准指导浙江LNG计算发热量的方法。

按照《天然气能量的测量》的要求，可以通过赋值的方法进行能量计量，即为所测天然气体积赋一个有代表性的热值，此标准指导浙江LNG 可以通过间接赋值的方式计算能量。

2.1.2 能量计量溯源体系接近完成

围绕天然气能量计量技术发展的需要，在流量计量和发热量测量两方面建立了标准方法、测量设备、气体标准物质等，ISO 等国际组织相继发布并修订了一系列重要标准与规范。最主要的目的是通过建立与完善溯源和量传体系以提高能量计量系统的准确性。

2.1.3 浙江LNG 基础设施基本满足要求

浙江LNG 从取样系统开始配备在线分析仪、硫化氢分析仪等，再到实验室配备三台离线色谱仪，最后在计量橇配备两台在线色谱仪，可以做到对气质情况的全覆盖监测(表1)。

表1 浙江LNG 基础设施清单

2.2 计量在浙江LNG 的实际运用

通过浙江LNG 工艺流程示意图可以知道浙江LNG 主要涉及三种计量方式，笔者将从LNG 进口、LNG 气态外输、LNG 液态外输这三个不同的方面进行阐述(图1)。

图1 浙江LNG 工艺流程示意图

2.3 浙江LNG 进口贸易计量

LNG 卸货计量的目标就是为了计算在卸货过程中从船方到岸方所卸货物的总能量，目前任何贸易形式下的卸货能量计算国际上都有统一的做法。首先由舱容表确定卸货LNG 体积乘以由组分计算的密度和单位质量热值计算而来，同时需要考虑扣除返回气体及作为燃料或通往气体燃烧装(GCU)天然气能量。现行的LNG 国际贸易是通过能量计量进行结算，在此不再赘述。

2.4 浙江LNG 气态外输

浙江LNG 气态外输通过配备的超声波流量计及其配套系统实现。现行的气态外输计量方式主要是通过体积进行计量，但是超声波流量计天然气贸易计量数据中，同时会自动计算出体积、能量、质量等参数，其中能量数据可以直接运用于气态外输的能量计量。通过现有的计量橇相关设备设施可以做到体积计量到能量计量的无缝转换，浙江LNG 无需为气态外输新增额外的设备设施。

2.5 浙江LNG 液态外输

浙江LNG 液态外输通过槽车运输进行，因为建设期较早并未在槽车区域安装在线色谱仪进行组分的监测，现行的计量方式主要通过地磅进行质量称重，结算方式也是质量计量。

简单来说，液态外输的能量测定有直接法、间接法两种。虽然直接测量天然气热量的仪器已经进入市场，但可靠性，准确性有待改进，故直接法暂时不能采用。

目前国际上常用的是间接法，采用可变赋值法进行能量计量更适合浙江LNG 实际情况，即由天然气的体积流量和体积发热量的乘积计算获得天然气的能量。GB/T 22723—2008 《天然气能量的测量》规定在上游进气和下游分输计量界面，可采用气相色谱分析仪测定热值和流量计测定流量，采用可变赋值法进行能量测定。

2.6 液态外输能量计量方案

浙江LNG 选用的能量方式取决于实际使用的计量设备和方法，根据流量、气体的商业价值、冗余要求以及仪器的技术规格选择最合适的能量计量方式。

2.6.1 标准参比条件

能量计量的标准参比条件可参照体积计量确定为20 ℃和101.325 kPa，有特殊要求也可按照合同规定的其他条件。

2.6.2 计量单位

我国要求使用公制计量单位，能量计量单位可选择千瓦小时(kW·h) 和焦耳(J) 做出选择。根据国家标准《天然气能量的测定》也规定一般能量计量单位为MJ 和kW·h，一般沿用气质分析惯用的焦耳作为能量计量单位。

2.6.3 计量方式

对于间接能量测定，能量可以通过已测定或已计量的体积、质量、发热量和其他参数进行再测定的。浙江LNG 的液态外输的能量计量，需要知道质量和质量发热量。其中质量可以通过地磅称量所得，所以下文主要是阐述质量发热量的获得。

通过浙江LNG 工艺流程可知，LNG 接收站的气态外输的本质是将LNG 加压后气化外输的一个物理过程，不涉及化学变化。不管是气态外输还是液态外输，其LNG 都是从储罐中获得，其气源为同一个。虽然槽车外输系统中未安装色谱仪，但是可以使用计量站中的色谱仪作为液态外输组分的依据。在贸易交接中，通过色谱分析法可以提供包括相对密度、声速、沃泊指数、烃露点、H2S 测量值等天然气能量计量所需的全部测量信息。通过天然气色谱仪提供天然气组成成分以及其他重要参数相关的精确可靠信息，通过计算可以获得质量发热量。浙江LNG 在线色谱仪每四分钟会获得一个组分数据，一天会有三百六十个数据，考虑到实际的成本和人力物力，只能通过赋值的方法确定液态外输的组分数据。按照以往的经验，赋值周期为一天，因为早上八点为交接点，通常把早上八点的组分数据作为当天的组分数据。早期的液态LNG 计量设计时，只有质量计量的概念，全国所有早期的LNG 都未在槽车区域安装取样设施，对现阶段的能量计量造成了一定的困扰。现阶段液态的能量计量通常有两种方案，第一种方式就是通过间接赋值的方法进行计算，第二种方式就是通过在槽车区域新增一套取样分析设备通过直接赋值的方法进行计算。

3 能量计量面临的主要问题

3.1 技术层面

国家尚未建成基准级发热量测量装置，即国际0 级水平的基准气体热量计。天然气热值变化范围大，管输和储气环节实施能量计价困难。如果浙江LNG 液态外输计量按照能量结算，价格随着赋值间隔周期的变化而变化。赋值间隔的周期如何设置，既能兼顾广大用户的利益也能兼顾公司的利益。

天然气官网能量计量下的合理输差尚未进行规定，需要建立完善的市场监管体系，加强政府主管部门的监督，及时制定和完善相关法律法规。制定能量计量标准和天然气产品质量标准及检测方法标准等，建立完整的能量计量系统认证体系。

目前天然气计量在线色谱仪等关键设备仪器国产化水平还比较低。各流量仪表生产企业要能够突破陈规，引进国外先进技术，研发新产品，同时借鉴其能量计量方面的经验，逐步完善能量计量配套设备，为实现能量计量提供硬件支持。

3.2 管理层面

适应我国计量计价管理体系还需要做诸多工作，发热量的赋值方式实质上是在原来体积(质量)计量的基础上乘以一个转换系数，在赋值的过程中要确保上面所说的计量“四个属性”，必须加强监管才能保证包括消费者在内的各方面利益。需要制定监管的实施细则，建议国家制定“天然气热值赋值规则”等具有操作性的监管标准，要做到法律法规先行，监管到位。同时，还需做好宣传工作，让广大用户了解到计量改革的必要性和好处。平衡各主场主体利益存在较大难度，实行天然气能量计量难点是相对合理的计量方式与其不相适应的计量手段之间的矛盾及其衍生出来的问题。如果赋值的值不能做到公开透明，有理有据，用户有理由怀疑赋值的合理性。所以必须保证赋值的准确性，合法性，公开透明。天然气能量计量改革并不是政府和业界的事情，应该包括广大的天然气用户。积极响应号召，努力推进天然气行业的改革，作为计量战线工作者的我们希望早日实现天然气能量计量。