天然气贸易计量的准确性与可靠性保障措施

王博*新疆新捷燃气有限责任公司

天然气是一种优质的燃料和化工原料，由于它燃 烧完全,单位发热量大，燃烧后的产物对环境污染小， 因而被人们视为清洁能源而深受青睐。随着国民经 济的快速增长，我国天然气工业步入一个高速发展时 期 国内天然气年产量于 2011 年已突破 1000×108m3， 中亚年进口量 300×108m3，LNG 年进口量超过 280× 108m3，中缅年进口量 300×108m3，中俄规划年进口 600 至 700×108m3，煤制气、煤层气、页岩气进入天然 气管网投入利用，全国天然气消费量从 1976 年的 100×108m3/a 增加到 2013 年的 1600×108m3/a，与此同 时全国性的天然气输送管网正在形成。由于天然气 贸易量的极大增加，确保天然气贸易计量的准确性和 可靠性就成为一件非常重要的工作。

上个世纪我国贸易计量主要以孔板计量为主，近 年来孔板流量计所占比例逐渐减少，超声流量计和涡 轮流量计所占比例逐渐增大，小型计量站采用小口径 旋进漩涡、孔板、涡轮流量计居多，贸易计量方式 80% 采用体积计量，随着气源的多元化，特别是随着中亚、 中缅和中俄管道天然气以及 LNG 进口业务的快速发 展，我国现行的天然气计量交接方式——体积计量已 不能充分反映天然气的实际价值。国际上天然气计 量方式以能量计量为主，体积计量为辅，能量计量以 流量和发热量乘积的方式获取。

国内已经开始重视对天然气贸易计量准确度和可靠性质量控制方法的研究，许多国内天然气贸易交 接计量场站都在积极实施定期的贸易计量系统的性 能评价，具体的方法主要是控制天然气贸易交接计量 的各个环节，根据各个贸易交接计量站场的不同特点 和管理要求制定天然气贸易交接计量准确性和可靠 性保障措施，并形成管理制度和规则。

(1)设备选型 根据贸易计量的压力、测量流量范围、流量波动

范围、气质等确定选择的流量计选择是否合适，压力 温度仪表或变送器是否合适，具体选型应参考 Q/SY 196-2013《用于天然气贸易计量的流量计选型指南》;

(2)工艺安装工艺安装从两个方面影响流量仪表的计量性能:

1涡轮、超声等速度式流量计和孔板、喷嘴等差压式 流量计，都要求被测介质在进入流量计入口处时，达 到充分发展或特定的速度分布，尽可能避免速度畸 变、旋涡流和脉动流，而影响来流的因素包括管路的 走向及布置形式、流量计前后阻流件形式、前后直管 段长度及整流器形式、离脉动源的距离等;2科氏力 质量流量计等对安装应力、机械震动比较敏感，不当 安装所造成的多余应力会影响到流量计振动管的自 由振动，影响流量计的频率输出，机械震动也会干扰 输出信号的检测，从而影响流量计的示值。

确保工艺安装流量计所需最短的上、下游直管段长度要求，对管道内流体有强干扰的设备、管件，在满 足工艺要求和整体布置的前提下，应尽量安装在流量 计的下游直管段外。避免对其入口速度剖面的干扰， 确保计量准确。控制和测量的环境条件应适宜和稳 定，应消除振动。如果天然气气源有回流现象发生， 应考虑安装单流阀或类似装置，以避免因天然气回流 而引起的测量值误差;

(3)环境和辅助设施 天然气是一种可压缩气体，在相同流速下，不同温度、压力下的天然气换算到标准状态的流量是不同 的。流量仪表的操作条件或运行条件直接影响计量 性能，因此要考虑环境温湿度是否在流量计运行允许 范围内、夏季计量器具有无遮阴降温设施、冬季计量 器具有无保温加热设施等。

为确保贸易计量准确可靠，还要考虑流量计直管 段规定长度的上下游有无阻流件、上下游阀门的开闭 是否完全、是否有旁通、旁通有无加铅封管理等;

(4)气质条件 天然气是由甲烷，乙烷，丙烷等烃类组分和氮气、二氧化碳非烃类组成的复杂混合物，其组分含量并不 相同，不同国家的天然气组分含量也可能有所不同。 即使是在同一地区同一气田的天然气组成的也有差 异。天然气各组分含量是天然气计量的基础参数，当 选用的计量方式与天然气组分有关时，若未对计量系 统进行实时的在线修正，则势必造成很大的计量误 差。以涡轮流量计为例，其特性易受介质物性和流体 流动特性的影响，愈是高准确度，其影响愈敏感，例如 介质脏污、结垢使叶片及通道发生变化，流量计特性 亦随之改变，轴承磨损使特性偏移等。当天然气中含 有酸性气体时，在集输过程中由于温度和压力的变化 会使水蒸气从天然气中析出液态水。当液态水溶解 了酸性气体后，会对设备内壁产生腐蚀，减少其使用 寿命，这就使得计量设备及其配套仪器、仪表的材质、 性能、维护、保养的要求较高。

4.1 计量系统现场性能评价 对现场贸易计量系统进行性能评价是判断贸易

计量准确可靠的重要技术手段，通过对流量计、配套 仪表、流量计算机和数据通道、色谱仪、计量用软件系 统的评价可以确认该计量系统能否在国家规程规定 的范围内正常工作，其工作压力范围、测量范围等能否满足现场贸易计量的要求等。

 (1)对流量计进行性能评价

在有条件的地方，可采用核查流量计的方法来对 现场流量计的测量性能进行监测和评价。核查流量 计和现场流量计串联装，可以是永久串联安装或短期 串联安装，安装方式应使两台流量计间无相互影响。 通过对每个流量计的输出和关键参数进行监测和比 较，来确定两台流量计之间的一致性。推荐使用工作 原理不同的流量计作为核查流量计。

对于无法安装核查流量计的地方，但具备自诊断 功能的智能流量计，可以通过对现场流量计量四个环 节的检查，可以对流量计的状态、性能给出具体评 价。见图 1;

(2)对配套仪表进行性能评价 

主要检查评价配套仪表其是否在有效检定周期内，合格证标示填写是否规范，有无明显的外观破损 和其他损坏，有无铅封或铅印，量程选用范围是否正 确【微信关注“标准天然气”】，有无抗雷击或屏蔽缺陷，有无明显的示值显示异 常，有无定期校验记录，校验满足变送器检定规程及 现场准确度要求等。如有必要，则使用标准设备对现 场压力温度变送器和压力温度通道进行检查，并按检 定记录的标准填写相关记录;

(3)对流量计算机和数据通道进行性能评价 

对流量计算机和数据通道的评价应参考 GB/ T18603《天然气计量系统技术要求》的要求，采用经 过计量技术机构认证的专用计量系统对在用计量系 统及通道进行核查。流量计算机的流量计算误差不 超过上 0.05%，日流量累积时间的误差不超过土0.05%，日累计流量次数的误差不超过±0.002%;

 (4)对在线色谱仪进行性能评价

天然气取样系统设计应符合 GB/T 13609《天然气取样导则》，计量系统同时设置离线和在线取样口时，两个取样口应尽量靠近。取样探头的位置应在阻流 件的下游至少 20 倍管径处，并在水平管上部，取样探 头应插到管径 1/3 处。对于在线气质分析设备，由取 样口到分析设备的样品管线需架空铺设，并尽量减小 取样管线长度。在线取样系统、在线气质分析设备应 安装在计量系统场内计量系统的入口管线处。

气相色谱仪分在线型和离线性两种，在线型应至 少每月用合格标气校准一次，离线型应在使用前进行 校准。气相色谱仪分离度、重复性、再现性要求按 GB/T 13610《天然气的组成分析-气相色谱法》进行。 同一管线天然气气质分析周期不超过 3 个月。如相 邻两次的密度变化超过 1%，应缩短分析周期，气源发 生变化应立即进行取样分析。

在检定周期内，应至少每 3 个月采用离线分析仪 器对在线分析仪器进行一次核查，核查无误的方可继 续使用;否则，以离线分析数据作为质量交接依据，在 线分析仪器重新检定后使用;

(5)对计量用软件系统进行性能评价 

计量软件系统算法评价应使用经国家相关机构 验证合格的中立机构的算法软件来对现场计量系统 的计量算法进行验算，两种算法软件计算值误差应在 0.05%以内。计量软件系统其他性能也需要进行检查 评价，具体包括:系统登录安全性、历史数据记录、查询功能历史参数记录、历史事件记录、数据远传功能、 是否具有报警功能、对那些参数提供报警功能、是否 保存报警事件等。

4.2 现场计量监督检查

贸易交接计量需要严格控制计量资料的填报、录 入、保存等工作, 制定严格周密的贸易计量监督管理 制度能够确保贸易计量准确可靠受控。当计量系统 性能由于外界因素而发生变化时，或者由于某些外在 因素造成计量出现偏差时，计量监督管理制度将及时 发现这些变化并通告计量管理人员，计量管理人员根 据现场的计量资料反映的情况作出处理，杜绝问题积 累造成大的损失。

(1)贸易计量所需的计量资料 贸易计量资料应包括贸易计量数据保存、计量参数设置、计量器具档案、计量装置清洗记录、使用中检 验报告.、仪表零位记录检查等;

(2)贸易计量的监督管理制度 贸易计量主管部门应按相关规定定期组织对天然

气销售计量站的计量配置、安装和使用，计量器具的检定及流量计算办法，计量资料等进行监督检查。天然 气计量监督管理应特别重视计量数据管理，天然气流 量计量数据作为统计业务、会计核算的重要依据，任何 单位或个人不得以任何名义采用假计量、假数据。监 督管理制度的制定可以参考中油质字〔2001〕214《中国 石油天然气集团公司计量管理办法》。

(1)正确选型:任何流量计和配套仪表都有其自 身的测量范围，各计量站应根据现场实际情况(包括 计量管路流量和压力的大小、变化波动情况、腐蚀、洁 净、操作和维护及经济合理等因素)正确选择对应器 具，从而保证天然气计量的科学性与公正性;

(2)严格执行标准规范:根据流量计量准确性的 影响因素，在仪表、设备的选择、设计、安装、使用及计 算方面，必须严格执行管理规程中维修和定期检验要 求，使计量装置符合工艺技术要求;

(3)保证设备的环境条件要求:加装必要的保温 和降噪设施，防止计量设备在极端气候条件下或振 动、大噪音的情况下工作;

(4)定期送计量机构进行检定:气体流量仪表是 被列入《国家强制检定的计量器具目录》的计量器具， 因此，每台流量仪表安装前均必须首检，【微信关注“标准天然气”】并严格遵照 各流量仪表检定规程规定的检定周期和现场天然气 气质条件综合确定各仪表的检定时间，保证计量仪表 的计量准确度及其稳定性;

(5)定期进行计量系统现场性能评价:当计量系 统性能由于外界因素而发生变化时，如果质量控制不 到位，没有对计量系统采取相应的性能评价测试，就 不能及时发现上述变化给计量系统带来的影响，而不 能及时采取相应质量控制措施，造成计量偏差。通过 定期进行计量系统现场性能评价可以确认该计量系 统能否在国家规程规定的范围内正常工作，其输出数 据的准确性和可靠性能否满足现场贸易计量的要求;

(6)加强人员培训:由于技术的发展，天然气计量 已逐步向在线、实时、智能靠近，同时依靠网络技术实 现远程化通讯、监控和管理，提高计量维护人员的技 术水平是及时发现问题、解决问题的有力保障;

(7)完善并严格执行监督管理制度:监督管理制 度不仅仅是针对计量器具的管理，还包括数据管理、 人员的管理、设备管理和用户的管理。对重点用户加 强数据监控,确保数据统计的规范性，当发生故障时也有一套相应的数据处理方案;确保计量检定设备、 计量设备有完善的计量资料，在加强计量设备的日常 维护的同时，确保计量设备提供数据的准确性、可靠 性和科学性;加强用户的管理，及时了解用户的用气 数据与计量系统的适应状况，从而做出相应的调整。

由于影响贸易计量准确性和可靠性的因素是极 其复杂的，因此天然气贸易计量的准确性与可靠性的 保障措施也是一系列复杂精密的工作的组合。为了 保证贸易计量的准确可靠，既需要计量设备配置合理 科学，也需要定期精确严谨的对现场计量系统性能进行评价，还需要周密全面的监督管理制度设计和严格 的计量资料管理。各个环节措施的严密实施配合才 能保障天然气贸易计量的准确性和可靠性。