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１．概述
天然氣是一種混合氣體，它含有甲烷，乙烷，丙烷等烴類組分和氮、二氧化碳等非烴類組分，個組分含量并不相同，不同國家的天然氣組分含量可能有所不同。即使是在同一地區(qū)同一氣田的天然氣也可能不同，由于天然氣組成的差異，同樣體積的天然氣，他們所產(chǎn)生的能量是不同的，例如美國的天然氣（根據(jù)２６個城市的統(tǒng)計(jì)）體積發(fā)熱量zui小為36.1MJ/m3，zui大為45MJ/m3，二者相差24.6％。我國管輸商品天然氣的高熱量zui小為33.90MJ/m3，zui大為44.35MJ/m3，二者相差30.8％。作為燃料天然氣的商品價值是其所含的發(fā)熱量，即天然氣銷售使用的實(shí)質(zhì)是天然氣的能量，而不是體積。當(dāng)天然氣作為燃料時，能量計(jì)量顯然比體積計(jì)量（或質(zhì)量計(jì)量）更科學(xué)。
2.能量計(jì)量的原理
天然氣的能量計(jì)量是通過兩個不相關(guān)的測量來完成的，即體積或質(zhì)量流量的測量和體積或質(zhì)量發(fā)熱量的測量，將這兩種測量合成，計(jì)算出天然氣的能量，其計(jì)算式如下：
E=Q×Hs
式中E-一段時間內(nèi)天然氣的能量，MJ；
Q-一段時間內(nèi)天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積或質(zhì)量；m3或kg
H-天然氣高位發(fā)熱量，MJ/m3或MJ/kg
應(yīng)注意，當(dāng)采用能量計(jì)量，其單價為X X元／MJ，故貿(mào)易結(jié)算時單價乘以能量（MJ）便得到金額，而不必按發(fā)熱量對天然氣進(jìn)行分級，只需規(guī)定天然氣的發(fā)熱量達(dá)到某限定值即可。例如加拿大NOVA公司
新版《中國儀器儀表廠商名錄》征集中規(guī)定管輸天然氣的高位發(fā)熱量應(yīng)不小于 36MJ/m3
3、天然氣的能量計(jì)量
天然氣的能量計(jì)量是流量計(jì)量、發(fā)熱量計(jì)量和組成分析三部分的組合。
1）流量計(jì)量：它是能量計(jì)量的主要部分，上節(jié)已討論過，這里不再贅述。
2）發(fā)熱量計(jì)量：發(fā)熱量計(jì)量分直接和間接兩種方法
a）直接法
發(fā)熱量直接測量法有水流式和氣流式兩種。氣流式對設(shè)備和環(huán)境的要求比水流式嚴(yán)格，但準(zhǔn)確度和靈敏度高。美國20世紀(jì)70年代使用水流式，80年代用氣流式取代了水流式。我國煤氣發(fā)熱量測量為水流式（GB 12206）。
b）間接法
發(fā)熱量間接測量法是利用組成分析數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)有IS06976，ASTMD3588和GB/T11062。
2）組分分析
天然氣的組分分析可分為在線分析和離線分析兩種。由取樣和分析兩部分組成。對應(yīng)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)有IS010715和IS06974及GB/T13609和GB/Tl3610。
4、ISO/WD15112和ISO/CD15112簡介
ISO/WD15112為ISO/TC193/SC2/WG4的天然氣能量計(jì)量工作組文件，ISO/CD15112為委員會文件。
2000年5月在成都召開的ISO/TC93第12次年會上討論了ISO/WD15112，2000年12月提出了委員會文件ISO/DC15112。
在討論會上英國、匈牙利、奧地利、意大利和德國介紹了他們國家氣質(zhì)測量的方法。
l）英國氣質(zhì)測量方法
英國的熱能計(jì)算規(guī)范規(guī)定在一個計(jì)費(fèi)區(qū)內(nèi)使用一個發(fā)熱量進(jìn)行結(jié)算。發(fā)熱量測量有三種方式：
a）．zui低發(fā)熱量，在一個計(jì)費(fèi)區(qū)內(nèi)，測量所有交接點(diǎn)進(jìn)氣發(fā)熱量取每天的zui低值用于該區(qū)當(dāng)天的能量結(jié)算。
b）．發(fā)熱量，在一個計(jì)費(fèi)區(qū)內(nèi)，一個供需雙方承認(rèn)的發(fā)熱量用于該區(qū)的能量結(jié)算。
c）．加權(quán)平均發(fā)熱量，在一個計(jì)費(fèi)區(qū)內(nèi)，同時測量所有交接點(diǎn)進(jìn)氣發(fā)熱量和體積量并計(jì)算能量，以每天的能量除以體積量得出的發(fā)熱量用于該區(qū)當(dāng)天的能量結(jié)算。
2）匈牙利氣質(zhì)測量方法
a）．在輸氣管線系統(tǒng)的交匯處或大流量的高壓城市門站，安裝過程氣相色譜儀測量氣質(zhì)。
b）．選擇氣相色譜儀安裝場所的原則，是保證流過每個交接點(diǎn)的氣流氣質(zhì)隨時可以得到。
c）．每一批流過體積測量點(diǎn)的天然氣氣質(zhì)測量點(diǎn)，并可按管輸操作模式重新氣質(zhì)測量點(diǎn)。
d）．每個氣質(zhì)測量點(diǎn)都有備用的測量系統(tǒng)，備用系統(tǒng)可為另一色譜儀或在線實(shí)驗(yàn)室測量。
e）．氣質(zhì)數(shù)據(jù)（發(fā)熱量、相對密度、二氧化碳和氮?dú)夂浚┦荢CADA系統(tǒng)收集。氣質(zhì)平均數(shù)據(jù)是按供氣合同中規(guī)定的方法和周期由每個體積測量點(diǎn)計(jì)算得到。平均結(jié)算周期有
．瞬時加權(quán)平均；
．在交接點(diǎn)以小時加權(quán)發(fā)熱量和體積測量為基礎(chǔ)的加權(quán)平均；
．在交接點(diǎn)以日加權(quán)發(fā)熱量和體積測量為基礎(chǔ)的加權(quán)平均。
f）．如果在體積測量點(diǎn)有氣相色譜儀，流量計(jì)算機(jī)在線地從氣相色譜儀下載發(fā)熱量，并計(jì)算能量；否則，由SCADA中心按上述方法用發(fā)熱量和對應(yīng)的體積計(jì)算能量。
3）奧地利氣質(zhì)測量方法
一個計(jì)量站每個計(jì)量點(diǎn)的能量是由日或月體積累積量和相應(yīng)的加權(quán)平均發(fā)熱量計(jì)算，加權(quán)平均發(fā)熱量計(jì)算方法如下：
a）．測量每個進(jìn)氣或出氣口的發(fā)熱量，并計(jì)算日加權(quán)平均發(fā)熱量。
b）．測量每個進(jìn)氣和出氣口的發(fā)熱量，并計(jì)算日加權(quán)平均發(fā)熱量，用于進(jìn)氣和出氣之間所有計(jì)量點(diǎn)的能量計(jì)算。
c）．把月加權(quán)平均發(fā)熱量與前月比較，若超出規(guī)定的誤差（如1％）用當(dāng)月新值，否則用前月值。
4）意大利氣質(zhì)測量方法
從特定氣相色譜儀站的日平均發(fā)熱量測量值計(jì)算月平均值，用于在計(jì)費(fèi)區(qū)內(nèi)的所有用戶。發(fā)熱量有如下三種：
a）．測量發(fā)熱量，從氣相色譜儀站得到未經(jīng)修改的發(fā)熱量，并用相同周期的體積測量量計(jì)算能量。
b）．調(diào)整發(fā)熱量，從氣相色譜儀站得到發(fā)熱量，用氣相色譜站到體積測量點(diǎn)的時間差進(jìn)行調(diào)整的發(fā)熱量計(jì)算能量。
c）．校正發(fā)熱量，從氣相色譜儀站得到發(fā)熱量，用經(jīng)過不可預(yù)見的環(huán)境因素校正后的發(fā)熱量計(jì)算有量。
5）德國氣質(zhì)測量方法
德國的平均發(fā)熱量有加權(quán)平均和算術(shù)平均兩種。
ISO/CD15112的主要內(nèi)容如下：
l）點(diǎn)接點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)中定義了如下6個交接點(diǎn)的
a）．生產(chǎn)商或貯存公司與輸氣公司或貯存公司之間的交接；
b）．輸氣公司或貯存公司與區(qū)域分銷商或輸氣公司或貯存公司之間的交接；
c）．區(qū)域分銷商或輸氣公司或貯存公司與地區(qū)分銷公司或貯存公司之間的交接；
d）．地區(qū)分銷公司或貯存公司與居民用戶之間的交接；
e）．地區(qū)分銷公司或貯存公司與工業(yè)用戶之間的交接；
f）．地區(qū)分銷公司或貯存公司與商業(yè)用戶之間的交接。
2）體積測量
體積測量是能量計(jì)量的重要組成部分，雖然ISO只有孔板（ISO5167）和渦輪ISO9951兩種流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及超聲流量計(jì)的技術(shù)報(bào)告（ISO/TR12765），但提示附錄A中還提供了用于不同交接點(diǎn)體積測量流量計(jì)的建議，如表4所示。
流量計(jì)類型交接點(diǎn)類型123456膜式流量計(jì)√ √ √腰輪流量計(jì) √ √ √ √ √ √旋渦流量計(jì)* √ √渦輪流量計(jì) √ √ √ √ √孔板流量計(jì) √ √ √ √超聲波流量計(jì) √ √ √ √ √文丘里噴嘴流量計(jì)√質(zhì)量流量計(jì)√注：＊包括渦街和旋進(jìn)流量計(jì)；√--可用
由于能量計(jì)量用的流量是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積量或質(zhì)量，不同國家使用的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)并不一樣，標(biāo)準(zhǔn)中亦介紹了與體積換算有關(guān)的溫度、壓力、密度和壓縮因子的測量方法。
3）發(fā)熱量測量
發(fā)熱量測量有直接和間接兩種測量方法。為了得到有代表性的熱量數(shù)據(jù)。兩種測量方法都必須使用正確的天然氣樣品采集方法。
5、我國天然氣能量計(jì)量工作開展的情況
在天然氣貿(mào)易計(jì)量中，以能量的方式進(jìn)行結(jié)算是zui公平的方法。隨著市場經(jīng)濟(jì)的完善和我國加人WTO，在我國天然氣貿(mào)易計(jì)量中實(shí)行能量計(jì)量勢在必行。
我國已有一些天然氣計(jì)量站配備天然氣在線分析系統(tǒng)，它可提供天然氣組成和發(fā)熱量的數(shù)據(jù)，如華北油田向北京供氣的東郊門站配備有引進(jìn)的天然氣流量計(jì)算機(jī)和在線氣相色譜儀等。1993年華北油田向北京市供氣的第二條輸氣管道投產(chǎn)，建在這條管道末端的南郊門站配備有從美國貝克公司引進(jìn)的天然氣流量計(jì)算機(jī)和在線氣相色譜儀，十幾年來華北油田除按體積流量計(jì)量外，同時也記錄了天然氣的發(fā)熱量。
中國海洋石油總公司于1996年投產(chǎn)了南海涯13-l氣田，該氣田有30億立方米的年生產(chǎn)能力，其中90％的商品天然氣經(jīng)跨底管道輸送香港，用作中華電力公司的燃料，此天然氣按ISOS 167和AGAN08報(bào)告進(jìn)行流量計(jì)算，采用自動取樣器定時定量取得天然氣氣樣，由化驗(yàn)室的氣相色譜儀分析天然氣組成，氣相色譜儀每次使用前用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行校準(zhǔn)，zui后以能量計(jì)量方式進(jìn)行天然氣的計(jì)量交接。據(jù)介紹，此商品天然氣計(jì)量系統(tǒng)的不確定度可達(dá)1.0％。
綜上所述，天然氣的能量計(jì)量是在體積測量的基礎(chǔ)上，再配備天然氣發(fā)熱量的測量裝置。為了今后在我國逐步實(shí)行按能量計(jì)量進(jìn)行貿(mào)易交接，應(yīng)積極進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作：
1．積極進(jìn)行天然氣按能量計(jì)量的試點(diǎn)工作，推出天然氣按能量計(jì)量的法規(guī)性管理文件，逐漸使能量計(jì)量如體積計(jì)量一樣被大家所接受
2．開展天然氣能量計(jì)量配套技術(shù)研究，積極推行天然氣能量計(jì)量體系。首先應(yīng)引進(jìn)消化*的在線氣相色譜儀和流量計(jì)算機(jī)，按照我國的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步發(fā)展適用我國的流量計(jì)量系統(tǒng)。
3．積極完善和制定天然氣計(jì)量的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別要盡快研究制定天然氣能量計(jì)量的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和天然氣產(chǎn)品
儀器儀表產(chǎn)品目錄
《全國擬在建項(xiàng)目匯編》征訂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其檢測方法標(biāo)準(zhǔn)。
4．制定燃料價格時應(yīng)將它們的發(fā)熱量高低作為一項(xiàng)重要因素考慮。