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摘要：近年来，现代化建设的发展迅速，我国的天然气工程的发展也有了进步。目前我国城市天然气计量仍采取体积计量方式，而国际天然气贸易和消费通行能量计量方式。天然气按能量计量能保证天然气的质量，实现按值定价，确保用户使用不同天然气在价格上的公平性，体现天然气作为燃料的核心价值，减少天然气交易中的供需矛盾。随着城市燃气多气源供气格局的形成和全球经济一体化的加快，按能量计量已成为我国天然气计量、结算的必然趋势。
关键词：热值仪;天然气能量计量;应用研究
引言
2018年3月，国家统计局发布数据显示2017年天然气产量1480.3×108m3，较2016年增加8.2%，与2012年相比，产量增加374.3×108m3，年均增长6.0%。2017年，天然气进口946.3×108m3，比上年增长26.9%;进口量与国内产量之比由2012年的0.4：1扩大到0.6：1，天然气进口量持续快速增长。尽管天然气产量和进口量均大幅增加，2017年冬季全国还是出现了一定程度的“气荒”。从天然气的需求和国家能源局及各政府部门的《加快推进天然气利用的意见》和《能源发展“十三五”规划》等文件精神来看，未来天然气的产量、进口量和消费量还将持续快速增加。我国主要气田自产气和各进口气源高位发热量范围为33.23～44.92MJ/m3，不同气源发热量相差较大，最大可达35%。同一气源在不同时期发热量也有不同，以中俄东线进口天然气为例，根据相关合同条款，发热量范围为36～38MJ/m3，尽管同为合格气体，不同时期发热量相差可达5.6%[1]。目前的天然气贸易仍以体积计量、结算为主，不同发热量的天然气以同样的体积价格进行交易，这种模式显然已不能适应当前形势的需要，推进天然气能量计量、结算模式实施工作，受到政府、生产企业、运输企业和用户等各方面的重视。在天然气能量计量工作中，能量值的产生和计算是最为重要的环节之一，是天然气贸易各方结算的基础数据，能量值计算方式对贸易结算值的影响是需要探讨的重要问题。
1我国天然气能量计量必要性与可行性
一方面，现阶段美国、加拿大等北美及欧洲国家（德国、英国、荷兰、挪威等）、韩国、日本、印度、泰国等国均实行能量计量;而俄罗斯、我国均执行体积计量。为了加快天然气计量技术水平与国际接轨，因此，在我国天然气计量中引入能量计量方法非常必要。另一方面，2019年5月24日，国家发改委发布《油气管网设施公平开放监管办法》通知（發改能源规（2019）916号）第十三条明确提出：“国家推行天然气能量计量计价，于本办法施行之日起24个月内建立天然气能量计量计价体系。”上述文件的提出，为天然气能量计量方法在我国天然气行业的有效利用提供了政策支撑。
2概述
根据国家标准GB/T22723—2008《天然气能量的测定》，天然气能量计量是测定一段时间内，通过某界面的气体能量。确定气体热值是天然气能量计量系统的主要特征和关键之一。天然气热值的测定原理主要有：燃烧、组成分析、物性参数关联等几种。其中，基于燃烧原理的水流式热量计由于操作繁杂而难以应用于日常测量。基于组成分析的色谱仪可以在线连续测量，精度高，但系统投资及运行维护成本高，运行维护流程较复杂，一般在长输管线和门站应用，以及在热电厂等对热值和组成均关心的用户使用。对大量的下游工商业用户，需要选取既能准确测定热值，又安全可靠、使用简便、投资及运行维护成本低的设备。基于红外气体分析技术或物性参数关联技术的在线天然气热值仪既可以在线连续测量，又具有使用成本低、维护简便等优势，适合于无需组成测量的用户，目前多应用于天然气气质监测以及生产工艺的控制，在天然气贸易计量中应用较少。为确定热值仪应用于下游天然气能量计量的可行性，本文建立了基于热值仪的能量测定实验系统。通过与在线色谱仪的测量数据进行对比，得到热值仪测量偏差、测量重复性;通过连续运行，验证仪器可靠性及稳定性。实验结果用于改进热值仪热值测定程序、提高测量准确性，为在供热厂站、一般工商业用户等推广能量测量、降低实施成本提供参考。①连续测量样品气和参考气的质量流量、温度及压力，数据采集分析系统连续计算样品气热值，并每隔5min记录热值结果。②对欧洲天然气气源，天然气热值测量准确度优于1%。③装置配备仪器记录数据，可以通过Mini-USB线连接到电脑，并读取数据。在线数据可连接到本地SCADA。④操作步骤少，操作简单，无需人工值守。⑤运行维护费用低，仅需纯度99.9%的CH4气瓶进行自动校准。⑥结构紧凑，热值仪尺寸（长×宽×高）为300mm×140×mm×600mm，便于各类用户安装使用。
3热值仪测定实验系统
该热值仪在欧洲已得到应用，无须测定组成，且测量准确度满足能量计量要求。由于测量原理基于热值和质量流量等物理性质的映射关系，该映射关系与气源气质有关，国内燃气与欧洲燃气气质存在差异，因此为达到准确度要求，需要根据测量结果修正现有映射规律。分别对2种气源进行热值测定。气源1为常规管道天然气，由CH4、C2H6、C3H8、i-C4H10、n-C4H10、i-C5H12、n-C5H12、N2、CO2等组成。气源2为煤制天然气，由CH4、H2、C2H6、C3H8、N2、CO2组成。图2为热值测定实验系统。该系统包括样品分析箱（含一级调压器、过滤器）、二级调压器、热值仪、甲烷气瓶（甲烷纯度99.9%）、放散管、微量水分析仪、H2S分析仪。该实验装置将对两种气源进行热值测定，得到热值仪与色谱仪的热值测定偏差及其重复性，并验证仪器可靠性及稳定性。样品气进入样品分析箱，经一级调压器调压至0.2～0.3MPa，经一级过滤器过滤后分为两部分，一部分进入微量水分析仪，测得水露点;另一部分进入二级过滤器，去除水分后又分为两路，一路经过二级调压器调压，压力降至0.1～0.15MPa后分别进入在线色谱仪和热值仪，分别测定燃气热值，用于比对和能量计量;第二路进入H2S分析仪。最后样品气经放散管排出室外。热值仪与计算机通过数据线连接，测量结果由数据采集系统读出。
结语
目前常见的天然气计量方式有体积计量、质量计量以及能量计量3种方式。我国主要采用的是体积计量和质量计量，国际上主要采用的是能量计量，3种计量方式相比，能量计量的优势较为明显。在我国推行天然气能量计量势在必行。推行能量计量符合我国能源发展战略、有利于天然气国际贸易、有利于我国天然气行业的持续发展。在天然气能量计量方式实施过程中，作为结算基础的能量值是最为重要的计量数据，标准中规定的不同能量计算方式，对能量值的计算结果有直接影响。由长输管道2个计量站6个月的计量数据统计结果来看，不同发热量计算方式得到的能量值有明显差异。在能量计量方式实施前，应对天然气贸易交接界面的计量数据进行详细分析，按照标准规定，选择最为科学、公平、合理的能量值计算方案。
参考文献
[1]王保群，迟健飞，王保登，等.浅析我国天然气能量计量必要性与可行性[J].石油规划设计，2017，28（5）：1-4，48.
[2]全国天然气标准化技术委员会.天然气能量的测定：GB/T22723—2008[S].北京：中国标准出版社，2009.
[3]邓传忠，沈宏，涂少勇，等.基于油气能量计量的多个气田产品分配方法：以崖城13-1和崖城13-4气田为例[J].天然气工业，2013，33（4）：125-130.
[4]金美华，任学弟.上海天然气贸易交接采用能量计量的探索[J].上海计量测试，2012，39（4）：64-65.
[5]全国石油天然气标准化技术委员会.天然气计量系统技术要求：GB/T18603—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.
[6]马应奎，蒲振东.天然气计量影响因素定量分析[J].石油工业技术监督，2017，33（2）：35-38.
关键词：热值仪;天然气能量计量;应用研究
引言
2018年3月，国家统计局发布数据显示2017年天然气产量1480.3×108m3，较2016年增加8.2%，与2012年相比，产量增加374.3×108m3，年均增长6.0%。2017年，天然气进口946.3×108m3，比上年增长26.9%;进口量与国内产量之比由2012年的0.4：1扩大到0.6：1，天然气进口量持续快速增长。尽管天然气产量和进口量均大幅增加，2017年冬季全国还是出现了一定程度的“气荒”。从天然气的需求和国家能源局及各政府部门的《加快推进天然气利用的意见》和《能源发展“十三五”规划》等文件精神来看，未来天然气的产量、进口量和消费量还将持续快速增加。我国主要气田自产气和各进口气源高位发热量范围为33.23～44.92MJ/m3，不同气源发热量相差较大，最大可达35%。同一气源在不同时期发热量也有不同，以中俄东线进口天然气为例，根据相关合同条款，发热量范围为36～38MJ/m3，尽管同为合格气体，不同时期发热量相差可达5.6%[1]。目前的天然气贸易仍以体积计量、结算为主，不同发热量的天然气以同样的体积价格进行交易，这种模式显然已不能适应当前形势的需要，推进天然气能量计量、结算模式实施工作，受到政府、生产企业、运输企业和用户等各方面的重视。在天然气能量计量工作中，能量值的产生和计算是最为重要的环节之一，是天然气贸易各方结算的基础数据，能量值计算方式对贸易结算值的影响是需要探讨的重要问题。
1我国天然气能量计量必要性与可行性
一方面，现阶段美国、加拿大等北美及欧洲国家（德国、英国、荷兰、挪威等）、韩国、日本、印度、泰国等国均实行能量计量;而俄罗斯、我国均执行体积计量。为了加快天然气计量技术水平与国际接轨，因此，在我国天然气计量中引入能量计量方法非常必要。另一方面，2019年5月24日，国家发改委发布《油气管网设施公平开放监管办法》通知（發改能源规（2019）916号）第十三条明确提出：“国家推行天然气能量计量计价，于本办法施行之日起24个月内建立天然气能量计量计价体系。”上述文件的提出，为天然气能量计量方法在我国天然气行业的有效利用提供了政策支撑。
2概述
根据国家标准GB/T22723—2008《天然气能量的测定》，天然气能量计量是测定一段时间内，通过某界面的气体能量。确定气体热值是天然气能量计量系统的主要特征和关键之一。天然气热值的测定原理主要有：燃烧、组成分析、物性参数关联等几种。其中，基于燃烧原理的水流式热量计由于操作繁杂而难以应用于日常测量。基于组成分析的色谱仪可以在线连续测量，精度高，但系统投资及运行维护成本高，运行维护流程较复杂，一般在长输管线和门站应用，以及在热电厂等对热值和组成均关心的用户使用。对大量的下游工商业用户，需要选取既能准确测定热值，又安全可靠、使用简便、投资及运行维护成本低的设备。基于红外气体分析技术或物性参数关联技术的在线天然气热值仪既可以在线连续测量，又具有使用成本低、维护简便等优势，适合于无需组成测量的用户，目前多应用于天然气气质监测以及生产工艺的控制，在天然气贸易计量中应用较少。为确定热值仪应用于下游天然气能量计量的可行性，本文建立了基于热值仪的能量测定实验系统。通过与在线色谱仪的测量数据进行对比，得到热值仪测量偏差、测量重复性;通过连续运行，验证仪器可靠性及稳定性。实验结果用于改进热值仪热值测定程序、提高测量准确性，为在供热厂站、一般工商业用户等推广能量测量、降低实施成本提供参考。①连续测量样品气和参考气的质量流量、温度及压力，数据采集分析系统连续计算样品气热值，并每隔5min记录热值结果。②对欧洲天然气气源，天然气热值测量准确度优于1%。③装置配备仪器记录数据，可以通过Mini-USB线连接到电脑，并读取数据。在线数据可连接到本地SCADA。④操作步骤少，操作简单，无需人工值守。⑤运行维护费用低，仅需纯度99.9%的CH4气瓶进行自动校准。⑥结构紧凑，热值仪尺寸（长×宽×高）为300mm×140×mm×600mm，便于各类用户安装使用。
3热值仪测定实验系统
该热值仪在欧洲已得到应用，无须测定组成，且测量准确度满足能量计量要求。由于测量原理基于热值和质量流量等物理性质的映射关系，该映射关系与气源气质有关，国内燃气与欧洲燃气气质存在差异，因此为达到准确度要求，需要根据测量结果修正现有映射规律。分别对2种气源进行热值测定。气源1为常规管道天然气，由CH4、C2H6、C3H8、i-C4H10、n-C4H10、i-C5H12、n-C5H12、N2、CO2等组成。气源2为煤制天然气，由CH4、H2、C2H6、C3H8、N2、CO2组成。图2为热值测定实验系统。该系统包括样品分析箱（含一级调压器、过滤器）、二级调压器、热值仪、甲烷气瓶（甲烷纯度99.9%）、放散管、微量水分析仪、H2S分析仪。该实验装置将对两种气源进行热值测定，得到热值仪与色谱仪的热值测定偏差及其重复性，并验证仪器可靠性及稳定性。样品气进入样品分析箱，经一级调压器调压至0.2～0.3MPa，经一级过滤器过滤后分为两部分，一部分进入微量水分析仪，测得水露点;另一部分进入二级过滤器，去除水分后又分为两路，一路经过二级调压器调压，压力降至0.1～0.15MPa后分别进入在线色谱仪和热值仪，分别测定燃气热值，用于比对和能量计量;第二路进入H2S分析仪。最后样品气经放散管排出室外。热值仪与计算机通过数据线连接，测量结果由数据采集系统读出。
结语
目前常见的天然气计量方式有体积计量、质量计量以及能量计量3种方式。我国主要采用的是体积计量和质量计量，国际上主要采用的是能量计量，3种计量方式相比，能量计量的优势较为明显。在我国推行天然气能量计量势在必行。推行能量计量符合我国能源发展战略、有利于天然气国际贸易、有利于我国天然气行业的持续发展。在天然气能量计量方式实施过程中，作为结算基础的能量值是最为重要的计量数据，标准中规定的不同能量计算方式，对能量值的计算结果有直接影响。由长输管道2个计量站6个月的计量数据统计结果来看，不同发热量计算方式得到的能量值有明显差异。在能量计量方式实施前，应对天然气贸易交接界面的计量数据进行详细分析，按照标准规定，选择最为科学、公平、合理的能量值计算方案。
参考文献
[1]王保群，迟健飞，王保登，等.浅析我国天然气能量计量必要性与可行性[J].石油规划设计，2017，28（5）：1-4，48.
[2]全国天然气标准化技术委员会.天然气能量的测定：GB/T22723—2008[S].北京：中国标准出版社，2009.
[3]邓传忠，沈宏，涂少勇，等.基于油气能量计量的多个气田产品分配方法：以崖城13-1和崖城13-4气田为例[J].天然气工业，2013，33（4）：125-130.
[4]金美华，任学弟.上海天然气贸易交接采用能量计量的探索[J].上海计量测试，2012，39（4）：64-65.
[5]全国石油天然气标准化技术委员会.天然气计量系统技术要求：GB/T18603—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.
[6]马应奎，蒲振东.天然气计量影响因素定量分析[J].石油工业技术监督，2017，33（2）：35-38.