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    國內天然氣計量的必要性、可行性及相關流量計選擇論述

    發表時間:2018-02-24   點擊次數:751 技術支持:1560-1403-222
            作為一種應用極為廣泛、清潔高效的能源,天然氣越來越受用戶的歡迎,伴隨國內國內對于環保工作的重視,對于天然氣流量計的測量的要求也在逐步提高,天然氣計量包括體積計量、質量計量和能量計量3 種方式。國內天然氣貿易和歐美等國家多采用能量計量方式,在國同仍然是以以體積計量方式為主。本文針對性地介紹了國內外天然氣計量現狀,分析了我國天然氣能量計量的必要性和可行性。天然氣能量計量符合國家能源發展“十三五”規劃對天然氣資源精細化管理的要求,有利于推進我國天然氣市場化改革的進程。目前,我國已制定能量計量相關技術標準,基本具備能量計量技術條件,建議加快推進我國天然氣能量計量相關工作。

    1 天然氣計量方式
    天然氣計量包括體積計量、質量計量和能量計量3 種方式。國內天然氣貿易、歐美日韓等工業發達國家廣泛采取能量計量,而我國及周邊俄羅斯、中亞地區天然氣資源國家以體積計量為主,天然氣質量計量應用少。
    1.1 體積計量
    天然氣體積計量儀表包含孔板流量計、渦輪流量計、超聲波流量計、腰輪流量計、渦街流量計、進旋渦流量計等。
    1.1.1 孔板流量計
    孔板流量計為壓差式流量計,主要應用于投產的天然氣管道,连年來,正升級改造為渦輪流量計或超聲波流量計。優點:價格低;結構簡單,便于安裝;职能穩定;投用前無需實流校核。缺點:測量精度一般,且精度難以提高;測量范圍較窄,滿足計量精度的前提下一般為3:1~5:1,选择雙量程壓差計可達10:1;對上下游直管段長度要求高,一般要求上游直管段為30D,下游直管段為7D;通過節流裝置,壓力損失較大;因为孔板流量計由法蘭連接,易產生漏氣問題,維護工作量較大。
    1.1.2 渦輪流量計
    渦輪流量計屬于速度式儀表,在長輸天然氣管道分輸站場較為常見。優點:結構簡單而牢固,可靠性高;安裝方便,便于維修;精度高,重復性好;測量范圍較大,可達25:1,在高壓輸氣情況下,還可進一步增大。缺點:渦輪高速轉動引起機械摩擦,需注意潤滑;需在流量計上游配套過濾器,避免較大固體顆粒損壞渦輪葉片;對上下游直管段長度有一定要求,一般要求上游10D,下游5D;上限流速受“氣蝕”現象限制,一般為10 m/s。
    1.1.3 超聲波流量計
    超聲波流量計屬于速差式流量計,是繼孔板流量計、渦輪流量計之后的第三類適用于高壓力、大口徑、高精度的天然氣流量計。優點:測量精度高;測量范圍大,可達100:1;能實現雙向流量計量;無可動部件;無壓損;不受氣體壓力、溫度、組分變化的影響;有強大的自檢測與自診斷功能;全數字式計量系統,易于實現數字化通讯;維護簡單,可帶壓更換超聲換能器。缺點:而今多為進口設備,價格昂貴,適用于大、中口徑;對上下游直管段有要求,一般要求上游10D,下游5D;不適用于小口徑天然氣計量。
    1.1.4 其他計量儀表
    腰輪流量計又稱羅茨流量計,屬于轉式容積式流量計,適用于小口徑、小流量天然氣計量,在長輸天然氣管道中應用較少。渦街流量計是一種流體振蕩型流量計,一般用于玻璃廠、建材廠等企業內部流量監視、考核和能耗計量,在長輸天然氣管道中基本沒有利用。旋進旋渦流量計屬于新型氣體流量儀表,主要應用于油田內部和城市燃氣小型配氣站,在長輸天然氣管道中應用較少。
    1.2 質量計量
    天然氣質量計量儀表一般指科氏質量流量計,是一種直接式質量流量儀表。優點:測量范圍廣,可達50:1;上下游不要求直管段;可直接測量流體質量;測量精度較高,穩定性好;對介質的適應性廣,可適用于濕氣或臟氣的計量,也能適用于氣體組分和密度變化較大的氣體。缺點:價格昂貴;不能測量低壓氣體;壓力損失較大;對安裝固定要求高;不能用于較大口徑管道天然氣。而今,科氏質量流量計在小口徑天然氣管道計量、臟污天然氣計量、燃驅壓氣站自耗氣計量、天然氣生產井計量及城市車用CNG加氣機計量等相關領域有所應用。
    1.3 能量計量
    天然氣能量計量是體積計量或質量計量的扩张,可通過體積計量、質量計量與單位流量天然氣的發熱值乘積計算獲得。與體積計量、質量計量方式相比,能量計量能科學體現天然氣作為燃料的商品價值。天然氣的發熱值可通過直接燃燒法測量,可通過分析氣體組分計算而得。對于規模較大的計量站,需配套安裝在線氣相色譜儀實時測量天然氣發熱值;對于規模小的計量站,可拔取離線氣相色譜分析方法計算熱值,根據對應氣源的種類及氣源熱值的穩定性,選擇固定賦值或可變賦值的想法確定對應計量站天然氣的發熱值。

    2 國內外天然氣計量現狀
    2.1 國內間常用計量方式
    2.1.1 LNG 國內貿易計量方式
    LNG國內貿易主要分為北美、歐洲和亞太地區三大市場。个中,北美LNG 贸易價格合座市場化,并以美國亨利樞紐主题現貨或期貨價格為基準價格;歐洲LNG 交易價格多采取與替代燃料價格聯動的定價方式;亞太地區LNG 商业價格多选择與進口原油價格直接掛鉤的定價方式。盡管各區域市場LNG 貿易定價方式分别,現貨交易價格出入較大,但計量方式均选择能量計量的方式[1],單位為美元/MMBtu。
    2.1.2 跨國天然氣管道貿易計量方式
    歐美地區跨國天然氣管道多选取能量計量的方式,亞洲地區多采用體積計量。挪威至歐洲天然氣管道采取能量計量方式,定價方式與輕油、低硫重油等替代燃料價格掛鉤,單位為歐分/,俄羅斯至德國天然氣管道采取的計量方式;加拿大至美國天然氣管道选拔能量計量的方式,價格參照北美LNG 贸易價格,單位為美元/MMBtu;中亞至中國天然氣管道、中俄東線天然氣管道及部门俄羅斯至歐洲國家天然氣管道采用體積計量的方式,計價單位為美元/103 m3,相關合同條款會規定天然氣發熱值范圍,超過或低于相應范圍,天然氣價格需隨之調整。
    2.2 國內模范國家天然氣計量方式
    美國是宇宙上實施天然氣能量計量早的國家。1980 年过去运用體積計量,1980 年起開始采用能量計量,計價單位為美元/MMBtu。英國天然氣管輸和配送均选拔能量計量, 計價單位為歐分/,管輸公司定期布告各區域天然氣熱值,配氣公司配氣費根據用戶的年用氣量及可中斷性進行收取。法國輸氣管道管輸費也选拔能量計量,計價單位為歐元/,管輸費包括容量費和使用費,可中斷用戶容量費為連續用戶的75%~90%,运用費根據進氣點和出氣點所在區域對距離進行計算。韓國和日本天然氣資源主要為進口LNG,选拔能量計量,計價單位為韓元/MJ 和日元/kcal。印度天然氣管輸價格和終端銷售價格选拔能量計量,計價單位為盧比/MMbtu。俄羅斯和哈薩克斯坦选择體積計量,計價單位為盧布/m3 和堅戈/m3。
    2.3 我國常用計量方式
    我國天然氣計量方式主要為體積計量,主要选取孔板流量計、超聲波流量計、渦輪流量計等計量裝置。近年來,超聲波流量計比渦輪流量計占增加,孔板流量計占比減少。據統計,截至2013 年5 月,中火油北京天然氣管道有限公司天然氣計量設備中,超聲波流量計約占87.3%,孔板流量計約占7.2%,渦輪流量計等其他計量設備約占5.5%;中國石油西氣東輸管道公司所屬天然氣管道建成時間較晚,超聲波流量計占71%,渦輪流量計占比約28%,其他計量設備占1%;中國煤油西部管道公司所屬天然氣管道中,超聲波流量計占52.9%,孔板流量計占32.2%,渦輪流量計占14.9%;川渝地區因为天然氣管網投用較早,孔板流量計占比85%以上,超聲波流量計等其他計量設備占比不敷15%[2]。其它,中國煤油西南管道公司所屬天然氣管道投產時間較晚,天然氣計量設施以超聲波流量計為主。

    3 我國天然氣能量計量必要性
    一是,合适能源發展“十三五”規劃對天然氣資源精細化管理要求。我國主要氣田自產氣和各進口氣源高位發熱值范圍為33.23~44.92 MJ/m3,区别氣源熱值出入較大,其中,LNG 熱值較高,吉林油田天然氣熱值相對較低,进出35%。其它,同一氣源在不同時期熱值也不盡,以中俄東線進口天然氣為例,根據相關合同條款,熱值范圍為36~38 MJ/m3,盡管同為及格氣體,分别時期熱值收支可達5.6%,中俄東線每年進口氣量為380×108 m3,因熱值引起的銷售誤差較大。
    2016 年12 月,中華人民共和國國家發展和改革委員會發布的「能源發展“十三五”規劃」中提出,要推動水電氣熱計量器具智能化升級改造,加強能源資源精細化管理。天然氣能量計量方式可有效避免因氣源差别引起的發熱值偏差,符合國家能源發展“十三五”規劃對資源精細化管理的要求。
    二是,有利于與天然氣貿易國內慣例的對接。據統計,2016 年,我國天然氣消費量為2 058×108 m3,此中天然氣進口量為721×108 m3,對外依存度為35.0%。2020 年,我國天然氣消費量預計為3 600×108 m3,个中進口天然氣1 530×108 m3,對外依存度為42.5%。我國建成中亞天然氣管道A線、B 線、C 線和中緬天然氣管道,正在建設中俄東線天然氣管道,并規劃建設中亞天然氣管道D 線、中俄西線等其他天然氣管道,總輸氣才干達1 650×108 m3/a。此外,在我國東南沿海建成11座LNG 接收站,在建8 座LNG 接收站,總接收才干達5 760×104 t/a。隨著我國經濟的發展,對清潔能源的需求進一步增加,天然氣對外依存度將進一步升迁。是以,我國天然氣能量計量方式的推廣有利于與天然氣貿易國內慣例對接。
    三是,有利于體現差异氣源的價格公平性。根據「天然氣發展“十三五”規劃」,截至2015岁尾,我國天然氣干線管道總里程達6.4×104 km,基本酿成國家級天然氣基干管網。2016 年,西氣東輸三線東段、港-清三線及寶坻—香河—西集天然氣管道建成投產。“十三五”期間,我國新建陜京四線、中俄東線等干線及配套天然氣管道約4×104 km,天然氣干線管道一次輸氣能力達4 000×108 m3/a。因为我國天然氣管網涉及中亞氣、緬甸氣、西南氣、新疆氣、長慶氣、青海氣、煤制氣、頁巖氣及進口LNG 等多種氣源,且区别國家進口天然氣、國內差异地區自產天然氣,以及分歧類型天然氣組分各不相同,單位體積發熱值进出較大。以是,我國天然氣能量計量的推廣和實施,有利于天然氣基礎設施的公正開放,有利于實現区别氣源的價格公平性。
    四是,有利于我國天然氣交易中心功能的發揮。如今,形成了北美、歐洲和亞太三個主要的區域天然氣市場,个中北美和歐洲变成以美國亨利樞紐大旨、英國國家均衡點為代表的天然氣交易中心,亞太地區尚未变成國內間區域性天然氣交易中心。2016 年11 月26 日,上海石油天然氣交易中心作為國家級天然氣商业平臺正式投入運行;2017 年1 月12 日,重慶煤油天然氣交易中心正式掛牌。我國天然氣能量計量方式的推廣和實施有助于上海火油天然氣交易中心和重慶火油天然氣交易中心向亞太地區天然氣交易中心方向發展。
    五是,有利于推進我國天然氣市場化改革進程。國家發改委發布的「天然氣發展“十三五”規劃」中提出,要放開非居民用氣價格,進一步圆满居民用氣定價機制。2016 年下半年,國家發改委下發了「天然氣管道運輸價格管理辦法」及「關于推進化肥用氣價格市場化改革的通知」等一系列文件,天然氣價格市場化改革步伐加快。于居民用戶,非居民用氣企業用氣量較大,差别氣源引起的天然氣熱值波動對用氣企業經濟收益影響較大。天然氣能量計量方式的推廣和實施為企業用氣單位判斷可继承氣價供给依據,使供氣和用氣雙方天然氣生意公開、透明、合理,有利于快速推進我國天然氣市場化改革進程。

    4 我國天然氣能量計量可行性
    一是,我國制訂相關技術標準。我國2001 年發布GB/T 18603「天然氣計量系統技術要求」,對天然氣貿易計量站計量系統按規模進行了分級,對其設計、建設、投產運行及維護方面提出了相關要求。2014 年12 月,對該規范進行了修訂,增加了天然氣熱值賦值的定義和要求、在線色譜儀职能評價要求等內容,并對天然氣計量站計量系統進行了从新分級。中國天然氣標準化技術委員會于2003 年開始跟蹤研究ISO 15112:2007「天然氣能量測量」等國內標準,并結合我國國情于2008 年12 月發布了GB/T 22723—2008「天然氣的能量測定」,填補了國內關于天然氣能量計量標準的空缺,為我國天然氣貿易計量與國內接軌供应了標準和技術撑持。
    二是,天然氣管道站場基本具備能量計量技術條件。根據GB/T 18603—2014「天然氣計量系統技術要求」,天然氣計量站計量系統可按規模分為A、B、C 三級。A 級計量系統配套設置在線發熱量和氣質測量設施,B 級、C 級計量系統具備选择離線或賦值發熱量值測定條件。当前,我國干線天然氣管道氣源站場和規模相對較大的分輸站場均為A 級計量系統,并配置在線發熱值測量設施,對于支干線或支線管道分輸規模較小計量站場,遵从要求也須配置相關離線或賦值發熱量值測定的條件。因而,我國天然氣管道相關站場基本具備能量測量的技術條件。
    三是,我國已有部门計量站開創能量計量先例。1996 年,中國海洋石油總公司從崖13-1 氣田向香港中華公司供應天然氣,在龍鼓灘接收站設置了當時的孔板式能量計量系統,設計本领為100×104 m3/h,設置了6 套孔板流量計裝置,并配置了在線氣相色譜儀[3]。作為我國*次在天然氣貿易交接過程中选拔能量計量方式的大流量計量站,龍鼓灘接收站為我國天然氣能量計量方式的推廣提供了榜样模范。
    投產的廣東LNG 接收站和福建LNG 接收站也选取了能量計量的方式。另外,中海油氣電集團有限公司珠海貿易分公司與珠海天然氣發電廠在上海煤油天然氣交易中心于2015 年12 月30 日完成了我國*筆以熱值計量的天然氣現貨交易合同,成交量1 492×104 GJ,成交單價為74.54 元/GJ,該筆贸易對我國后續天然氣能量計量方式的推廣具有重要的树模和推動功用。
    四是,天然氣能量計量符合社會各界民意渴望。根據相關資料,我國400 家相關企業和当局單位參與的天然氣能量計量民意問卷調查結果顯示:政府單位對天然氣能量計量的贊同率達70%;供氣企業對天然氣能量計量的贊同率達87%;天然氣用戶企業對天然氣能量計量的贊同率達65%[4]。因此,天然氣按能量計量的方式符合國內社會各界民意渴望。

     5 問題與建議
    天然氣能量計量涉及法律法規、價格體系、配套政策等多方面成分。盡管我國具備主要標準依據和基本技術條件,但是,從體積計量轉換為能量計量,氣田與長輸管道之間、長輸管道與都邑管網之間、城市管網與用戶之間的交接計量需進行技術改造,改造工程量較大。所以,天然氣能量計量需國家政府、供氣企業及各類天然氣用戶多方面聯合推進。
    鑒于計量方式的改進更新涉及范圍廣、設備多、投資大、周期長,建議分期實施,先期選擇部门省份或區域進行試點,成熟后在國內范圍內推廣實施。同時,應充分借鑒國內和成熟的經驗,結合我國國情同意配套司法法規文件,完善能量計量相關測量檢定技術和主意,以加快推進我國天然氣計量方式由體積計量向能量計量轉變。

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