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    国内天然气计量的必要性、可行性及相关流量计选择论述

    发表时间:2018-02-24   点击次数:  技术支持:15601403222
            作为一种应用极为广泛、清洁高效的能源,天然气越来越受用户的欢迎,伴随国内国内对于环保工作的重视,对于天然气流量计的测量的要求也在逐步提高,天然气计量包括体积计量、质量计量和能量计量3 种方式。国内天然气贸易和欧美等国家多采用能量计量方式,在国同仍然是以以体积计量方式为主。本文针对性地介绍了国内外天然气计量现状,分析了我国天然气能量计量的必要性和可行性。天然气能量计量符合国家能源发展“十三五”规划对天然气资源精细化管理的要求,有利于推进我国天然气市场化改革的进程。目前,我国已制定能量计量相关技术标准,基本具备能量计量技术条件,建议加快推进我国天然气能量计量相关工作。
     
      1 天然气计量方式
      天然气计量包括体积计量、质量计量和能量计量3 种方式。国内天然气贸易和欧美日韩等工业发达国家广泛采用能量计量,而我国及周边俄罗斯、中亚地区天然气资源国家仍以体积计量为主,天然气质量计量应用相对较少。
      1.1 体积计量
      天然气体积计量仪表包括孔板流量计、涡轮流量计、超声波流量计、腰轮流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计等。
      1.1.1 孔板流量计
      孔板流量计为压差式流量计,主要应用于较早投产的天然气管道,近年来,正陆续升级改造为涡轮流量计或超声波流量计。优点:价格较低;结构简单,便于安装;性能稳定;投用前无需实流校核。缺点:测量精度一般,且精度难以提高;测量范围较窄,满足计量精度的前提下一般为3:1~5:1,采用双量程压差计可达10:1;对上下游直管段长度要求较高,一般要求上游直管段长度为30D(D 为流量计内径),下游直管段长度为7D;通过节流装置,压力损失较大;由于孔板流量计由法兰连接,易产生漏气问题,维护工作量较大。
      1.1.2 涡轮流量计
      涡轮流量计属于速度式仪表,在长输天然气管道分输站场较为常见。优点:结构简单而牢固,可靠性高;安装方便,便于维修;精度高,重复性好;测量范围较大,可达25:1,在高压输气情况下,还可进一步增大。缺点:涡轮高速转动引起机械摩擦,需注意润滑;需在流量计上游配套过滤器,避免较大固体颗粒损坏涡轮叶片;对上下游直管段长度有一定要求,一般要求上游10D,下游5D;上限流速受“气蚀”现象限制,一般为10 m/s。
      1.1.3 超声波流量计
      超声波流量计属于速差式流量计,是继孔板流量计、涡轮流量计之后的第三类适用于高压力、大口径、高精度的天然气流量计。优点:测量精度高;测量范围大,可达100:1;能实现双向流量计量;无可动部件;无压损;不受气体压力、温度、组分变化的影响;有强大的自检测与自诊断功能;全数字式计量系统,易于实现数字化通信;维护简单,可带压更换超声换能器。缺点:目前多为进口设备,价格昂贵,只适用于大、中口径;对上下游直管段长度有一定要求,一般要求上游10D,下游5D;不适用于较小口径(管径小于100 mm)天然气计量。
      1.1.4 其他计量仪表
      腰轮流量计又称罗茨流量计,属于旋转式容积式流量计,仅适用于小口径、小流量天然气计量,在长输天然气管道中应用较少。涡街流量计是一种流体振荡型流量计,一般用于玻璃厂、建材厂等企业内部流量监视、考核和能耗计量,在长输天然气管道中基本没有使用。旋进旋涡流量计属于新型气体流量仪表,主要应用于油田内部和城市燃气小型配气站,在长输天然气管道中应用较少。
      1.2 质量计量
      天然气质量计量仪表一般指科氏质量流量计,是一种直接式质量流量仪表。优点:测量范围广,可达50:1;上下游不要求直管段;可直接测量流体质量;测量精度较高,稳定性好;对介质的适应性较广,可适用于湿气或脏气的计量,也能适用于气体组分和密度变化较大的气体。缺点:价格昂贵;不能测量低压气体;压力损失较大;对安装固定要求较高;不能用于较大口径(管径大于200 mm)管道天然气。目前,科氏质量流量计在小口径天然气管道计量、脏污天然气计量、燃驱压气站自耗气计量、天然气生产井计量及城市车用CNG(压缩天然气)加气机计量等相关领域有所应用。
      1.3 能量计量
      天然气能量计量是体积计量或质量计量的延伸,可通过体积计量、质量计量与单位流量天然气的发热值乘积计算获得。与体积计量、质量计量方式相比,能量计量更能科学体现天然气作为燃料的商品价值。天然气的发热值可通过直接燃烧法测量,也可通过分析气体组分计算而得。对于规模较大的计量站,需配套安装在线气相色谱仪实时测量天然气发热值;对于规模较小的计量站,可采用离线气相色谱分析方法计算热值,再根据对应气源的种类及气源热值的稳定性,选择固定赋值或可变赋值的方法确定对应计量站天然气的发热值。
      
            2 国内外天然气计量现状
      2.1 国内间常用计量方式
      2.1.1 LNG 国内贸易计量方式
      LNG(液化天然气)国内贸易主要分为北美、欧洲和亚太地区三大市场。其中,北美LNG 交易价格完全市场化,并以美国亨利枢纽中心现货或期货价格为基准价格;欧洲LNG 交易价格多采用与替代燃料价格联动的定价方式;亚太地区LNG 交易价格多采用与进口原油价格直接挂钩的定价方式。尽管各区域市场LNG 贸易定价方式不同,现货交易价格也相差较大,但计量方式均采用能量计量的方式[1],单位为美元/MMBtu。
      2.1.2 跨国天然气管道贸易计量方式
      欧美地区跨国天然气管道多采用能量计量的方式,亚洲地区多采用体积计量。挪威至欧洲天然气管道采用能量计量方式,定价方式与轻油、低硫重油等替代燃料价格挂钩,单位为欧分/(kW·h),俄罗斯至德国天然气管道也采用相同的计量方式;加拿大至美国天然气管道采用能量计量的方式,价格参照北美LNG 交易价格,单位为美元/MMBtu;中亚至中国天然气管道、中俄东线天然气管道及部分俄罗斯至欧洲国家天然气管道采用体积计量的方式,计价单位为美元/103 m3,相关合同条款会规定天然气发热值范围,超过或低于相应范围,天然气价格需随之调整。
      2.2 国内典型国家天然气计量方式
      美国是世界上实施天然气能量计量早的国家。1980 年以前使用体积计量,1980 年起开始采用能量计量,计价单位为美元/MMBtu。英国天然气管输和配送均采用能量计量, 计价单位为欧分/(kW·h),管输公司定期公告各区域天然气热值,配气公司配气费根据用户的年用气量及可中断性进行收取。法国输气管道管输费也采用能量计量,计价单位为欧元/(kW·h),管输费包括容量费和使用费,可中断用户容量费为连续用户的75%~90%,使用费根据进气点和出气点所在区域相对距离进行计算。韩国和日本天然气资源主要为进口LNG,也采用能量计量,计价单位分别为韩元/MJ 和日元/kcal。印度天然气管输价格和终端销售价格均采用能量计量,计价单位为卢比/MMbtu。俄罗斯和哈萨克斯坦采用体积计量,计价单位分别为卢布/m3 和坚戈/m3。
      2.3 我国常用计量方式
      我国天然气计量方式主要为体积计量,主要采用孔板流量计、超声波流量计和涡轮流量计等计量装置。近年来,超声波流量计和涡轮流量计占比逐渐增加,孔板流量计占比逐渐减少。据统计,截至2013 年5 月,中石油北京天然气管道有限公司天然气计量设备中,超声波流量计约占87.3%,孔板流量计约占7.2%,涡轮流量计等其他计量设备约占5.5%;中国石油西气东输管道公司所属天然气管道建成时间相对较晚,超声波流量计占比约71%,涡轮流量计占比约28%,其他计量设备仅占1%;中国石油西部管道公司所属天然气管道中,超声波流量计占比约52.9%,孔板流量计占比约32.2%,涡轮流量计占比约14.9%;川渝地区由于天然气管网投用较早,孔板流量计占比85%以上,超声波流量计等其他计量设备占比不足15%[2]。另外,中国石油西南管道公司所属天然气管道投产时间相对较晚,天然气计量设施以超声波流量计为主。

      3 我国天然气能量计量必要性
      一是,符合能源发展“十三五”规划对天然气资源精细化管理要求。我国主要气田自产气和各进口气源高位发热值范围为33.23~44.92 MJ/m3,不同气源热值相差较大,其中,LNG 热值相对较高,吉林油田天然气热值相对较低,相差约35%。另外,同一气源在不同时期热值也不尽相同,以中俄东线进口天然气为例,根据相关合同条款,热值范围为36~38 MJ/m3,尽管同为合格气体,不同时期热值相差可达5.6%,中俄东线每年进口气量为380×108 m3,因热值引起的销售误差较大。
      2016 年12 月,中华人民共和国国家发展和改革委员会(简称国家发改委)发布的《能源发展“十三五”规划》中提出,要推动水电气热计量器具智能化升级改造,加强能源资源精细化管理。天然气能量计量方式可有效避免因气源不同引起的发热值偏差,符合国家能源发展“十三五”规划对资源精细化管理的要求。
      二是,有利于与天然气贸易国内惯例的对接。据统计,2016 年,我国天然气消费量为2 058×108 m3,其中天然气进口量为721×108 m3,对外依存度为35.0%。2020 年,我国天然气消费量预计为3 600×108 m3,其中进口天然气1 530×108 m3,对外依存度为42.5%。我国已建成中亚天然气管道A线、B 线、C 线和中缅天然气管道,正在建设中俄东线天然气管道,并规划建设中亚天然气管道D 线、中俄西线等其他天然气管道,届时总输气能力将达1 650×108 m3/a。另外,在我国东南沿海已建成11座LNG 接收站,在建8 座LNG 接收站,届时总接收能力达5 760×104 t/a。随着我国经济的发展,对清洁能源的需求将进一步增加,天然气对外依存度也将进一步提升。因此,我国天然气能量计量方式的推广有利于与天然气贸易国内惯例对接。
      三是,有利于体现不同气源的价格公平性。根据《天然气发展“十三五”规划》,截至2015年底,我国天然气干线管道总里程达6.4×104 km,基本形成国家级天然气基干管网。2016 年,西气东输三线东段、港-清三线(大港—永清)及宝坻—香河—西集天然气管道建成投产。“十三五”期间,我国将新建陕京四线、中俄东线等干线及配套天然气管道约4×104 km,天然气干线管道一次输气能力将达4 000×108 m3/a。由于我国天然气管网涉及中亚气、缅甸气、西南气、新疆气、长庆气、青海气、煤制气、页岩气及进口LNG 等多种气源,且不同国家进口天然气、国内不同地区自产天然气,以及不同类型天然气组分各不相同,单位体积发热值相差较大。因此,我国天然气能量计量的推广和实施,有利于天然气基础设施的公平开放,也有利于实现不同气源的价格公平性。
      四是,有利于我国天然气交易中心功能的发挥。目前,形成了北美、欧洲和亚太三个主要的区域天然气市场,其中北美和欧洲已形成以美国亨利枢纽中心、英国国家平衡点为代表的天然气交易中心,亚太地区尚未形成国内间区域性天然气交易中心。2016 年11 月26 日,上海石油天然气交易中心作为国家级天然气交易平台正式投入运行;2017 年1 月12 日,重庆石油天然气交易中心也正式挂牌。我国天然气能量计量方式的推广和实施有助于上海石油天然气交易中心和重庆石油天然气交易中心向亚太地区天然气交易中心方向发展。
      五是,有利于推进我国天然气市场化改革进程。国家发改委发布的《天然气发展“十三五”规划》中提出,要放开非居民用气价格,进一步完善居民用气定价机制。2016 年下半年,国家发改委陆续下发了《天然气管道运输价格管理办法(试行)》及《关于推进化肥用气价格市场化改革的通知》等一系列文件,天然气价格市场化改革步伐加快。相对于居民用户,非居民用气企业用气量较大,不同气源引起的天然气热值波动对用气企业经济效益影响较大。天然气能量计量方式的推广和实施将为企业用气单位判断可承受气价提供依据,使供气和用气双方天然气交易更加公开、透明、合理,有利于快速推进我国天然气市场化改革进程。

      4 我国天然气能量计量可行性
      一是,我国已制订相关技术标准。我国已于2001 年发布GB/T 18603《天然气计量系统技术要求》,对天然气贸易计量站计量系统按规模进行了分级,对其设计、建设、投产运行及维护方面提出了相关要求。2014 年12 月,对该规范进行了修订,增加了天然气热值赋值的定义和要求、在线色谱仪性能评价要求等内容,并对天然气计量站计量系统进行了重新分级。中国天然气标准化技术委员会于2003 年开始跟踪研究ISO 15112:2007《天然气能量测量》等国内标准,并结合我国国情于2008 年12 月发布了GB/T 22723—2008《天然气的能量测定》,填补了国内关于天然气能量计量标准的空白,为我国天然气贸易计量与国内接轨提供了标准和技术支持。
      二是,天然气管道站场基本具备能量计量技术条件。根据GB/T 18603—2014《天然气计量系统技术要求》,天然气计量站计量系统可按规模分为A、B、C 三级。A 级计量系统须配套设置在线发热量和气质测量设施,B 级、C 级计量系统须具备采用离线或赋值发热量值测定条件。目前,我国干线天然气管道气源站场和规模相对较大的分输站场均为A 级计量系统,并已配置在线发热值测量设施,对于支干线或支线管道分输规模较小计量站场,按照要求也须配置相关离线或赋值发热量值测定的条件。因此,我国天然气管道相关站场已基本具备能量测量的技术条件。
      三是,我国已有部分计量站开创能量计量先例。1996 年,中国海洋石油总公司从崖13-1 气田向香港中华公司供应天然气,在龙鼓滩接收站设置了当时的孔板式能量计量系统,设计能力为100×104 m3/h,设置了6 套孔板流量计装置,并配置了在线气相色谱仪[3]。作为我国*次在天然气贸易交接过程中采用能量计量方式的大流量计量站,龙鼓滩接收站为我国天然气能量计量方式的推广提供了典型范例。
      已投产的广东LNG 接收站和福建LNG 接收站也采用了能量计量的方式。另外,中海油气电集团有限公司珠海贸易分公司与珠海天然气发电厂在上海石油天然气交易中心于2015 年12 月30 日完成了我国*笔以热值计量的天然气现货交易合同,成交量1 492×104 GJ(约合4×108 m3 天然气),成交单价为74.54 元/GJ,该笔交易对我国后续天然气能量计量方式的推广具有重要的示范和推动作用。
      四是,天然气能量计量符合社会各界民意期望。根据相关资料,我国约400 家相关企业和政府单位参与的天然气能量计量民意问卷调查结果显示:政府单位对天然气能量计量的赞同率达70%;供气企业对天然气能量计量的赞同率达87%;天然气用户企业对天然气能量计量的赞同率达65%[4]。因此,天然气按能量计量的方式符合国内社会各界民意期望。

      5 问题与建议
      天然气能量计量涉及法律法规、价格体系、配套政策等多方面因素。尽管我国已具备主要标准依据和基本技术条件,但是,从体积计量转换为能量计量,气田与长输管道之间、长输管道与城市管网之间、城市管网与用户之间的交接计量均需进行技术改造,改造工程量较大。因此,天然气能量计量需国家政府、供气企业及各类天然气用户多方面联合推进。
      鉴于计量方式的改进更新涉及范围广、设备多、投资大、周期长,建议分期实施,先期选择部分省份或区域进行试点,成熟后再在国内范围内推广实施。同时,应充分借鉴国内和成熟的经验,结合我国国情制定配套法律法规文件,完善能量计量相关测量检定技术和方法,以加快推进我国天然气计量方式由体积计量向能量计量转变。

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