企業(yè)經營管理液化天然氣的計量方法及其標準化

1、企業(yè)經營管理液化天然氣的計量方法及其標準化液化天然氣的計量方法及其標準化液化天然氣,標準化,計量第 36 卷第 2 期石油與天然氣化工CHEMlCALENGlNEERlNGOFOlL&GAS1575液化天然氣的計量方法及其標準化張福元王勁松孫青峰。羅勤許文曉(1中石油西南油氣田公司天然氣研究院 2西氣東輸管道公司南京計量檢測中心 3中石油天然氣與管送分公司 LNG 處).摘要介紹了國際貿易中通用的液化天然氣計量方法和相關標準，結合我國實際情況提出了液化天然氣計量方案的建議。關鍵詞儲罐容積標定液位測量密度計算/液化天然氣(以下簡稱 LNG)是一種新興的一級能源，其形成產業(yè)的歷史尚不足 5

2、0 年。與壓縮天然氣(CNG)一樣，LNG 也是商品天然氣的一種特殊形式，生產此種形式天然氣的目的是解決資源地域分布與市場需求之間的特殊矛盾。上世紀 90 年代以來，由于 LNG 生產和儲運工藝技術開發(fā)都取得了長足進步，隨著全球經濟一體化進程的加速，LNG 產業(yè)的發(fā)展極為迅速。近 10 多年來，LNG 消費量的年平均增長率達到 616，遠高于其它一級能源(天然氣：220，核能：247，水力能：152，石油：106，煤炭：085)。為緩解天然氣供不應求且缺口嚴重的矛盾，在充分進行了可行性研究的基礎上，我國政府做出大規(guī)模引進 LNG 以解決沿海經濟發(fā)達地區(qū)能源短缺問題的重大決策，并于 2001 年

3、審批了中海油的廣東LNG 試點項目和福建 LNG 項目。而后又審批了中石油、中石化和中海油其他 8 個 LNG 項目。目前廣東項目已經投產，福建項目將于 2007 年投產。我國的 LNG 產業(yè)步人了高速發(fā)展的軌道。由于 LNG 屬新興產業(yè)，目前在我國基本上是個空白的領域。為適應產業(yè)發(fā)展的需要，全國天然氣標準化技術委員會(SACTC244)于 2000 年設立了液化天然氣標準技術工作組，著手制定急需的技術標準，并開展 LNG 專業(yè)的標準體系研究，目前已經發(fā)布了 1 項國家標準，報批了 3 項國家標準，發(fā)布了 2 項行業(yè)標準。這些標準都屬于基本建設類的標準，沒有涉及到計量方面。l 液化天然氣計量方

4、法從 LNG 產業(yè)鏈看，其計量可分為液化前、氣化前和氣化后的計量，液化前和氣化后的計量屬于管道天然氣計量，國內的技術和標準化都處于國際水平上，在此只討論 LNG 氣化前的計量方法。從原理上講，LNG 氣化前的計量與油品類似，可分為動態(tài)和靜態(tài)計量兩種方式。由于 LNG 氣化前是處于極低溫度(約一 165oC)下儲存和輸送，雖然個別流量計(如質量式)能對其流量進行動態(tài)測量，但流量計當時尚不可能進行檢定或校準，故其量的測量只能使用靜態(tài)計量方式。LNG靜態(tài)計量與油品的靜態(tài)計量類似，都是通過測量儲罐的液位等參數(shù)后計算其體積，再使用密度計算質量，不同的是;所使用的設備和方法受到極低溫度的限制，在能量計量方

5、式中，還要計算發(fā)熱量和能量。當前國外 LNG 氣化前的計量方法概要如下：(1) 儲罐容積標定。儲罐容積標定方法有物理;測量、立體照相測量和三角測量 3 種方法；(2) 液位測量。液位測量有電容液位計、浮式液位計和微波液位計 3 種；(3) 液相和氣相溫度測量。液相和氣相溫度測.量有電阻溫度計和熱電偶 2 種；(4) 樣品采集。要求使用特殊設備采集液體樣品，并使之均勻氣化，壓縮到氣體樣品容器中供組成分析用；158 液化天然氣的計量方法及其標準化(5) 組成分析。LNG 的組成分析方法與管輸天然氣的方法相同；(6) 密度計算。使用組成分析和測量的液體溫度數(shù)據計算；(7) 體積計算。使用測量的液位、

6、溫度和壓力，利用儲罐容積標定(校正)表計算；(8) 質量計算。使用計算的密度和體積計算；(9) 發(fā)熱量計算。使用組成分析數(shù)據計算；(10) 能量計算。使用計算的發(fā)熱量和質量計算。對大宗 LNG 貿易交接計量，國際慣例是采用離岸交接計量(FOB)，計量地點是在裝載 LNG 的船.上；對使用汽車和火車運輸?shù)挠嬃浚鞘褂玫匕鹾蛙壍篮庵苯臃Q量質量，測量技術和標準與油品計量相:同。2 液化天然氣計量標準與 LNG 計量相關的標準目前只有 ISO 和 ASTM 兩個標準化組織在制定，共有 l3 份標準，全國天然.氣標準化技術委員會已經把這些標準納入 LNG 標!準體系。21 交接程序標準ISO13398

7、規(guī)定了 LNG 船上貿易交接程序，主要內容如下：(1)規(guī)定了測量液位、溫度、壓力的測量儀器的數(shù)量(最少)和安裝據要求；(2)保證液位、溫度和壓力測量準確度預防措施； (3)LNG 取樣和分析方法；(4)儲罐(棱柱形和球形)橫傾和縱傾校正表,制作程序； (5)安全的防范要求。22 儲罐容積標定標準儲罐容積標定方法有物理測量(ISO831ll2) 、. 立體照相測量(ISO9091 一 l) 和三角測量 (ISO90912)3 種方法，前者適用于船上薄膜儲罐和獨立菱形儲罐，后 2 個適用于船上球形儲罐。3 個標準對測量公差要求如下：(1)ISO8311 和 ISO9091 一 l 的要求為： 20

8、)mm：±2mm，>20ram：±3mm，扁移：±05mm； (2)ISO909l 一 2 的要求為：l6s。23 液位測量標準)ISO8309(電容液位計)、ISO10574(浮式液位計)和 ISO13689(微波液位計)是以液位測量原理為基礎制定的標準，適用于船上和岸上儲罐液位的測量；ISO18132 一 l。和 ISO181322(工作組文件階段)是以儲罐所處位置(船上和岸上)為基礎制定的標準；當 ISOl81322 發(fā)布時，后 2 個標準將代替前面 3 個標準。由于 ISO181322 正處于工作組文件階段，沒有取得相應的文件，只能就在船上儲罐液位測

9、量方面對前 2 個標準的技術指標; 進行比較，結果列于表 l 。項目ISO8309ISO10574ISO13689ISO181321分辨率 1mm1mm1mm1mm合成(綜合)誤差±5ram±75ram最大允許誤差±(7510)mm±2mm±(3374)mm注：誤差與液位有關，液位取(050)m 計算。24 溫度測量標準ISO8310 規(guī)定了冷凍輕烴流體液相和氣相溫度測量的方法，有電阻溫度計和熱電偶兩種。綜合誤差要求列于表 2。用于 LNGLPG 和其他 3A 級液相±03C±1(適用于貿易計量)氣相±2C

10、7;2C8q,W5h:x(8C B 級液相±2C±2C3d;(適用于一般計量)氣相注：特有的誤差取決于 LNG、LPG 和其它流體的膨脹系數(shù)的差異。25 樣品采集標準LNG 樣品采集標準為 ISO8943¨，目前已經采標，正處于國標報批稿階段。26 參數(shù)計算標準ISO6578¨規(guī)定了與冷凍輕烴流體計量相關的計算有密度、體積、質量、發(fā)熱量和能量等的計算方法；ASTMD4784 規(guī)定了 LNG 密度計算方法，并已經采標，正處于國標報批稿階段。目前國外只有 ISO6578 規(guī)定了與冷凍輕烴流第 36 卷第 2 期石油與天然氣化工CHEMICALENGINEER

11、INGOFOIL&GASl59-d)體計量相關的計算有體積、質量、發(fā)熱量和能量等的計算方法，并且 ASTMD4784 沒有提供計算 LNG 密度所需要的數(shù)據(需要購買)，實際使用時還需要使用 ISO6578 計算 LNG 密度。由于該標準只提供計 算 15c=下發(fā)熱量的數(shù)據，我國的標準參比溫度為 20C，需要時可使用 GBT11062 或 ISO6976標準計算 20(2 的發(fā)熱量。 3 液化天然氣能量計量方案目前國際上 LNG 進口采用的貿易方式是離岸價格(FOB)方式。對于岸上儲罐，也需要對 LNG 進行計量。前者是貿易交接計量，后者是內部管理計量，兩者設備和計量準確度上都有所區(qū)別

12、。此外，還應考慮 LNG 運輸者從船上向擁有岸上儲罐的企業(yè)輸送 LNG 的計量，這種計量一般屬于不同部門之間的內部交接計量，也可能涉及到商檢計量。31 離岸貿易交接計量)離岸貿易交接計量是在國外 LNG 裝載港口進行的，計量設備不屬于我方。只能對其進行確認，建議在合同中明確進行規(guī)定。涉及到的內容如下：311 船上交接計量程序按 ISO13398 標準規(guī)定的方法制定貿易交接計量程序。312 儲罐容積標定根據船上 LNG 儲罐的類型，要求采用如下 ISO標準規(guī)定的方法標定儲罐容積：(1)薄膜罐和獨立菱形罐：物理測量(2)球形罐：立體照相測量(ISO9091131)或三角測量(ISO90912)。要

13、求標定機構必需有資質(如實驗室認可)，有標定報告及相關的校正表等資料，并在有效期內，具體要求見采用的標準。313 儲罐液位測量每個儲罐至少安裝兩套不同工作原理的液位測量儀表，如下為 3 種 ISO 標準確認的液位測量儀表：(1)電容式液位計(ISO8309)；(2)浮式液位計(ISO1057461)；(3)微波式液位計(ISO13689)。要求對液位測量儀表進行檢定或校準。檢定或校準機構必需有資質(如實驗室認可)，有檢定或校準報告及與儲罐配套的容積(體積)一液位表和相關的校正表等資料，并在有效期內，具體要求見采用的標準。314 儲罐液相和氣相溫度測量可采用熱電阻或熱電偶，建議采用智能式鉑電阻溫

14、度變送器。要求對溫度變送器進行檢定或校準。檢定或校準機構必需有資質(如實驗室認可)，有檢定或校準報告及相關的校正表等資料，并在有效期內，具體要求見 ISO8310。315 蒸氣壓力測量要求對壓力變送器進行檢定或校準。檢定或校準機構必需有資質(如實驗室認可)，有檢定或校準報告及相關的校正表等資料，并在有效期內。316 體積計算按 ISO13398標準規(guī)定的方法先修改相應的測量值，而后計算體積。317 天然氣組成分析LNG 組成分析的應注意如下幾點：(1)LNG 樣品采集，取樣口和取樣裝置應按 ISO8943 標準的要求配置和安裝。(2)組成分析，使用實驗室氣相色譜儀分析采集的天然氣樣品組成，所使

15、用的標準應為 GBT 13610 或 ASTMD1945 或 ISO6974 或/GPA2261 之一。(3)標準氣體組成分析用的標準氣體應是有證的二級或一級標準氣體；標準氣體的組成應盡量接近 LNG 實際組成并在有效期內，與樣品相比，對于摩爾分數(shù)不大于 5的組分，標準氣體中相應組分的摩爾分數(shù)應不大于 10，也不低于 50，對于摩爾分數(shù)大于 5的組分，標準氣體中相應組分的摩爾分數(shù)應不大于 200，也不低于 50；標準氣體配制廠家最好是國際上認可的。(4)組成分析實驗室或承擔者應是通過實驗室認可或相關政府或權威機構授權。318 密度計算按 ISO6578或 ASTMD4784 標準規(guī)定的 l60

16、 液化天然氣的計量方法及其標準化 2007 方法計算對應溫度下 LNG 的密度。319 發(fā)熱量計算按 ISO6578 或 ISO6976(GBT11062)標準規(guī)定的方法計算標準參比條件下 LNG 的質量發(fā)熱量3110 質量計算按 ISO6578¨標準規(guī)定的方法使用計算得到的密度和體積計算 LNG 的質量。3111 能量計算按 ISO657812 標準規(guī)定的方法使用計算得到的質量和標準參比條件下的質量發(fā)熱量計算標準參比條件下 LNG 的能量。3112 船上自耗氣計量一般情況，LNG 船的動力和生活能量都取自船,上的 LNG，應有相應的計量儀表計量從離岸至到岸所消耗的天然氣，計量儀表應

17、該通過相應機構的檢定或校準，并在有效期內。32 到岸計量到岸計量是船上儲罐向岸上儲罐的交接(可能#g)也是企業(yè)內部的交接)計量，也可能是商檢計量，此時船上的計量儀表與離岸貿易交接計量是相同的對于船上儲罐向岸上儲罐的交接計量，因不屬于法制計量，除 LNG 組成數(shù)據使用離岸時的數(shù)據外，其余方法與 31 相同，同時還要考慮船上自耗氣的量。當要求進行商檢計量時，除要遵循船上儲罐向岸上儲罐的交接計量的要求外，還應考慮如下事宜：(1)船上的儲罐容積標定、液位、溫度和壓力等計量儀表的檢定或校準結果應得到商檢部門的認可，一般采用如下方法： a商檢部門認可直接使用離岸時船上所有檢定或校準資料； b檢定或校準由國

18、內的授權機構或認可的國外機構(如檢定或校準結果互認的機構)完成； e委托國內授權機構參與國外機構檢定或校準活動，國內外機構共享數(shù)據，但出據自己的檢定或校準報告等資料。(2)與商檢部門協(xié)商使用離岸時的 LNG 組成數(shù)據，如果協(xié)商未果，應按 317 的要求配置 LNG采樣和組成分析設備(可以是移動的，幾個接收站共享)，此時組成分析用標準氣體應使用國內或國家認可的有證標準氣體(二級或一級)，分析標準使用 GBT136102003。不管是否存在商檢計量，建議按 ISO894311標準的要求在船上儲罐向岸;上儲罐輸送 LNG 的管道上安裝取樣口(在岸上)。33 內部管理計量內部管理計量是指對岸上儲罐內

19、LNG 的計量，不屬于法制計量管理范疇，基本方法同 31，不同之處為：(1)內部管理可使用體積量進行管理，故不涉及到密度、發(fā)熱量和質量的計算，不需要考慮 311316 的內容(2)岸上儲罐容積標定可采用標準尺，必要時可參照 JJG168 規(guī)程制定標準尺(測量尺)及相應的溫度修正的內部檢定和校準規(guī)程，也可請國內相關機構進行標定。(3)岸上儲罐液位及溫度等計量儀表的檢定或校準可參照國內現(xiàn)有規(guī)程和如下相應標準進行：a液位，根據選擇的液位計類型，可使用 ISO8309(電容式液位計)、ISO10574(浮式液位計)或 ISO13689(微波式液位計)； b溫度，ISO83101o； c壓力，ISO13

20、398。必要時可參照相應標準和規(guī)程制定內部檢定和校準規(guī)程，也可請國內相關機構進行檢定或校準。管理計量的方法可納入企業(yè)內部的 QHSE 體系。 4 結束語本文就 LNG 計量方法和標準化進行了探討，歸納總結如下： (1)由于技術條件限制，目前 LNG 計量只能采用靜態(tài)計量方法。(2)13 個 LNG 計量標準包括了 LNG 產品計量中的儲罐標定、液位計標定及液位測定、汽液相溫度測量、蒸汽壓力測量、液體取樣、密度計算、發(fā)熱量計算、能量計算和船上貿易交接程序等，能滿足 LNG 產品計量領域對技術和標準需求。(3)這 13 個標準中的 12 個標準為 ISO 標準，這些 ISO標準能滿足 LNG計量對

21、參數(shù)測量和計算， 石油與天然氣化工CHEMICALENGINEERINGOFOIL&GASl6l最終到計算用于貿易結算的質量或能量的所有環(huán)節(jié)的技術、方法和標準要求，配套性強。 (4)對于使用罐車或槽車的 LNG 公路或鐵路運輸?shù)挠嬃浚刹捎糜推酚嬃恐械牡匕趸蜍壍篮夥QLNG 的質量，再計算 LNG 能量。參考文獻1ISO13398：1997，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsLiquefied naturalgasProcedureforcustodytransferOilboardship 2ISO8311：1989，Refrigeratedlight

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