企业经营管理液化天然气的计量方法及其标准化

1、企业经营管理液化天然气的计量方法及其标准化液化天然气的计量方法及其标准化液化天然气,标准化,计量第 36 卷第 2 期石油与天然气化工CHEMlCALENGlNEERlNGOFOlL&GAS1575液化天然气的计量方法及其标准化张福元王劲松孙青峰。罗勤许文晓(1中石油西南油气田公司天然气研究院 2西气东输管道公司南京计量检测中心 3中石油天然气与管送分公司 LNG 处).摘要介绍了国际贸易中通用的液化天然气计量方法和相关标准，结合我国实际情况提出了液化天然气计量方案的建议。关键词储罐容积标定液位测量密度计算/液化天然气(以下简称 LNG)是一种新兴的一级能源，其形成产业的历史尚不足 5

2、0 年。与压缩天然气(CNG)一样，LNG 也是商品天然气的一种特殊形式，生产此种形式天然气的目的是解决资源地域分布与市场需求之间的特殊矛盾。上世纪 90 年代以来，由于 LNG 生产和储运工艺技术开发都取得了长足进步，随着全球经济一体化进程的加速，LNG 产业的发展极为迅速。近 10 多年来，LNG 消费量的年平均增长率达到 616，远高于其它一级能源(天然气：220，核能：247，水力能：152，石油：106，煤炭：085)。为缓解天然气供不应求且缺口严重的矛盾，在充分进行了可行性研究的基础上，我国政府做出大规模引进 LNG 以解决沿海经济发达地区能源短缺问题的重大决策，并于 2001 年

3、审批了中海油的广东LNG 试点项目和福建 LNG 项目。而后又审批了中石油、中石化和中海油其他 8 个 LNG 项目。目前广东项目已经投产，福建项目将于 2007 年投产。我国的 LNG 产业步人了高速发展的轨道。由于 LNG 属新兴产业，目前在我国基本上是个空白的领域。为适应产业发展的需要，全国天然气标准化技术委员会(SACTC244)于 2000 年设立了液化天然气标准技术工作组，着手制定急需的技术标准，并开展 LNG 专业的标准体系研究，目前已经发布了 1 项国家标准，报批了 3 项国家标准，发布了 2 项行业标准。这些标准都属于基本建设类的标准，没有涉及到计量方面。l 液化天然气计量方

4、法从 LNG 产业链看，其计量可分为液化前、气化前和气化后的计量，液化前和气化后的计量属于管道天然气计量，国内的技术和标准化都处于国际水平上，在此只讨论 LNG 气化前的计量方法。从原理上讲，LNG 气化前的计量与油品类似，可分为动态和静态计量两种方式。由于 LNG 气化前是处于极低温度(约一 165oC)下储存和输送，虽然个别流量计(如质量式)能对其流量进行动态测量，但流量计当时尚不可能进行检定或校准，故其量的测量只能使用静态计量方式。LNG静态计量与油品的静态计量类似，都是通过测量储罐的液位等参数后计算其体积，再使用密度计算质量，不同的是;所使用的设备和方法受到极低温度的限制，在能量计量方

5、式中，还要计算发热量和能量。当前国外 LNG 气化前的计量方法概要如下：(1) 储罐容积标定。储罐容积标定方法有物理;测量、立体照相测量和三角测量 3 种方法；(2) 液位测量。液位测量有电容液位计、浮式液位计和微波液位计 3 种；(3) 液相和气相温度测量。液相和气相温度测.量有电阻温度计和热电偶 2 种；(4) 样品采集。要求使用特殊设备采集液体样品，并使之均匀气化，压缩到气体样品容器中供组成分析用；158 液化天然气的计量方法及其标准化(5) 组成分析。LNG 的组成分析方法与管输天然气的方法相同；(6) 密度计算。使用组成分析和测量的液体温度数据计算；(7) 体积计算。使用测量的液位、

6、温度和压力，利用储罐容积标定(校正)表计算；(8) 质量计算。使用计算的密度和体积计算；(9) 发热量计算。使用组成分析数据计算；(10) 能量计算。使用计算的发热量和质量计算。对大宗 LNG 贸易交接计量，国际惯例是采用离岸交接计量(FOB)，计量地点是在装载 LNG 的船.上；对使用汽车和火车运输的计量，是使用地磅和轨道衡直接称量质量，测量技术和标准与油品计量相:同。2 液化天然气计量标准与 LNG 计量相关的标准目前只有 ISO 和 ASTM 两个标准化组织在制定，共有 l3 份标准，全国天然.气标准化技术委员会已经把这些标准纳入 LNG 标!准体系。21 交接程序标准ISO13398

7、规定了 LNG 船上贸易交接程序，主要内容如下：(1)规定了测量液位、温度、压力的测量仪器的数量(最少)和安装据要求；(2)保证液位、温度和压力测量准确度预防措施； (3)LNG 取样和分析方法；(4)储罐(棱柱形和球形)横倾和纵倾校正表,制作程序； (5)安全的防范要求。22 储罐容积标定标准储罐容积标定方法有物理测量(ISO831ll2) 、. 立体照相测量(ISO9091 一 l) 和三角测量 (ISO90912)3 种方法，前者适用于船上薄膜储罐和独立菱形储罐，后 2 个适用于船上球形储罐。3 个标准对测量公差要求如下：(1)ISO8311 和 ISO9091 一 l 的要求为： 20

8、)mm：±2mm，>20ram：±3mm，扁移：±05mm； (2)ISO909l 一 2 的要求为：l6s。23 液位测量标准)ISO8309(电容液位计)、ISO10574(浮式液位计)和 ISO13689(微波液位计)是以液位测量原理为基础制定的标准，适用于船上和岸上储罐液位的测量；ISO18132 一 l。和 ISO181322(工作组文件阶段)是以储罐所处位置(船上和岸上)为基础制定的标准；当 ISOl81322 发布时，后 2 个标准将代替前面 3 个标准。由于 ISO181322 正处于工作组文件阶段，没有取得相应的文件，只能就在船上储罐液位测

9、量方面对前 2 个标准的技术指标; 进行比较，结果列于表 l 。项目ISO8309ISO10574ISO13689ISO181321分辨率 1mm1mm1mm1mm合成(综合)误差±5ram±75ram最大允许误差±(7510)mm±2mm±(3374)mm注：误差与液位有关，液位取(050)m 计算。24 温度测量标准ISO8310 规定了冷冻轻烃流体液相和气相温度测量的方法，有电阻温度计和热电偶两种。综合误差要求列于表 2。用于 LNGLPG 和其他 3A 级液相±03C±1(适用于贸易计量)气相±2C

10、7;2C8q,W5h:x(8C B 级液相±2C±2C3d;(适用于一般计量)气相注：特有的误差取决于 LNG、LPG 和其它流体的膨胀系数的差异。25 样品采集标准LNG 样品采集标准为 ISO8943¨，目前已经采标，正处于国标报批稿阶段。26 参数计算标准ISO6578¨规定了与冷冻轻烃流体计量相关的计算有密度、体积、质量、发热量和能量等的计算方法；ASTMD4784 规定了 LNG 密度计算方法，并已经采标，正处于国标报批稿阶段。目前国外只有 ISO6578 规定了与冷冻轻烃流第 36 卷第 2 期石油与天然气化工CHEMICALENGINEER

11、INGOFOIL&GASl59-d)体计量相关的计算有体积、质量、发热量和能量等的计算方法，并且 ASTMD4784 没有提供计算 LNG 密度所需要的数据(需要购买)，实际使用时还需要使用 ISO6578 计算 LNG 密度。由于该标准只提供计 算 15c=下发热量的数据，我国的标准参比温度为 20C，需要时可使用 GBT11062 或 ISO6976标准计算 20(2 的发热量。 3 液化天然气能量计量方案目前国际上 LNG 进口采用的贸易方式是离岸价格(FOB)方式。对于岸上储罐，也需要对 LNG 进行计量。前者是贸易交接计量，后者是内部管理计量，两者设备和计量准确度上都有所区别

12、。此外，还应考虑 LNG 运输者从船上向拥有岸上储罐的企业输送 LNG 的计量，这种计量一般属于不同部门之间的内部交接计量，也可能涉及到商检计量。31 离岸贸易交接计量)离岸贸易交接计量是在国外 LNG 装载港口进行的，计量设备不属于我方。只能对其进行确认，建议在合同中明确进行规定。涉及到的内容如下：311 船上交接计量程序按 ISO13398 标准规定的方法制定贸易交接计量程序。312 储罐容积标定根据船上 LNG 储罐的类型，要求采用如下 ISO标准规定的方法标定储罐容积：(1)薄膜罐和独立菱形罐：物理测量(2)球形罐：立体照相测量(ISO9091131)或三角测量(ISO90912)。要

13、求标定机构必需有资质(如实验室认可)，有标定报告及相关的校正表等资料，并在有效期内，具体要求见采用的标准。313 储罐液位测量每个储罐至少安装两套不同工作原理的液位测量仪表，如下为 3 种 ISO 标准确认的液位测量仪表：(1)电容式液位计(ISO8309)；(2)浮式液位计(ISO1057461)；(3)微波式液位计(ISO13689)。要求对液位测量仪表进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校准报告及与储罐配套的容积(体积)一液位表和相关的校正表等资料，并在有效期内，具体要求见采用的标准。314 储罐液相和气相温度测量可采用热电阻或热电偶，建议采用智能式铂电阻温

14、度变送器。要求对温度变送器进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校准报告及相关的校正表等资料，并在有效期内，具体要求见 ISO8310。315 蒸气压力测量要求对压力变送器进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校准报告及相关的校正表等资料，并在有效期内。316 体积计算按 ISO13398标准规定的方法先修改相应的测量值，而后计算体积。317 天然气组成分析LNG 组成分析的应注意如下几点：(1)LNG 样品采集，取样口和取样装置应按 ISO8943 标准的要求配置和安装。(2)组成分析，使用实验室气相色谱仪分析采集的天然气样品组成，所使

15、用的标准应为 GBT 13610 或 ASTMD1945 或 ISO6974 或/GPA2261 之一。(3)标准气体组成分析用的标准气体应是有证的二级或一级标准气体；标准气体的组成应尽量接近 LNG 实际组成并在有效期内，与样品相比，对于摩尔分数不大于 5的组分，标准气体中相应组分的摩尔分数应不大于 10，也不低于 50，对于摩尔分数大于 5的组分，标准气体中相应组分的摩尔分数应不大于 200，也不低于 50；标准气体配制厂家最好是国际上认可的。(4)组成分析实验室或承担者应是通过实验室认可或相关政府或权威机构授权。318 密度计算按 ISO6578或 ASTMD4784 标准规定的 l60

16、 液化天然气的计量方法及其标准化 2007 方法计算对应温度下 LNG 的密度。319 发热量计算按 ISO6578 或 ISO6976(GBT11062)标准规定的方法计算标准参比条件下 LNG 的质量发热量3110 质量计算按 ISO6578¨标准规定的方法使用计算得到的密度和体积计算 LNG 的质量。3111 能量计算按 ISO657812 标准规定的方法使用计算得到的质量和标准参比条件下的质量发热量计算标准参比条件下 LNG 的能量。3112 船上自耗气计量一般情况，LNG 船的动力和生活能量都取自船,上的 LNG，应有相应的计量仪表计量从离岸至到岸所消耗的天然气，计量仪表应

17、该通过相应机构的检定或校准，并在有效期内。32 到岸计量到岸计量是船上储罐向岸上储罐的交接(可能#g)也是企业内部的交接)计量，也可能是商检计量，此时船上的计量仪表与离岸贸易交接计量是相同的对于船上储罐向岸上储罐的交接计量，因不属于法制计量，除 LNG 组成数据使用离岸时的数据外，其余方法与 31 相同，同时还要考虑船上自耗气的量。当要求进行商检计量时，除要遵循船上储罐向岸上储罐的交接计量的要求外，还应考虑如下事宜：(1)船上的储罐容积标定、液位、温度和压力等计量仪表的检定或校准结果应得到商检部门的认可，一般采用如下方法： a商检部门认可直接使用离岸时船上所有检定或校准资料； b检定或校准由国

18、内的授权机构或认可的国外机构(如检定或校准结果互认的机构)完成； e委托国内授权机构参与国外机构检定或校准活动，国内外机构共享数据，但出据自己的检定或校准报告等资料。(2)与商检部门协商使用离岸时的 LNG 组成数据，如果协商未果，应按 317 的要求配置 LNG采样和组成分析设备(可以是移动的，几个接收站共享)，此时组成分析用标准气体应使用国内或国家认可的有证标准气体(二级或一级)，分析标准使用 GBT136102003。不管是否存在商检计量，建议按 ISO894311标准的要求在船上储罐向岸;上储罐输送 LNG 的管道上安装取样口(在岸上)。33 内部管理计量内部管理计量是指对岸上储罐内

19、LNG 的计量，不属于法制计量管理范畴，基本方法同 31，不同之处为：(1)内部管理可使用体积量进行管理，故不涉及到密度、发热量和质量的计算，不需要考虑 311316 的内容(2)岸上储罐容积标定可采用标准尺，必要时可参照 JJG168 规程制定标准尺(测量尺)及相应的温度修正的内部检定和校准规程，也可请国内相关机构进行标定。(3)岸上储罐液位及温度等计量仪表的检定或校准可参照国内现有规程和如下相应标准进行：a液位，根据选择的液位计类型，可使用 ISO8309(电容式液位计)、ISO10574(浮式液位计)或 ISO13689(微波式液位计)； b温度，ISO83101o； c压力，ISO13

20、398。必要时可参照相应标准和规程制定内部检定和校准规程，也可请国内相关机构进行检定或校准。管理计量的方法可纳入企业内部的 QHSE 体系。 4 结束语本文就 LNG 计量方法和标准化进行了探讨，归纳总结如下： (1)由于技术条件限制，目前 LNG 计量只能采用静态计量方法。(2)13 个 LNG 计量标准包括了 LNG 产品计量中的储罐标定、液位计标定及液位测定、汽液相温度测量、蒸汽压力测量、液体取样、密度计算、发热量计算、能量计算和船上贸易交接程序等，能满足 LNG 产品计量领域对技术和标准需求。(3)这 13 个标准中的 12 个标准为 ISO 标准，这些 ISO标准能满足 LNG计量对

21、参数测量和计算， 石油与天然气化工CHEMICALENGINEERINGOFOIL&GASl6l最终到计算用于贸易结算的质量或能量的所有环节的技术、方法和标准要求，配套性强。 (4)对于使用罐车或槽车的 LNG 公路或铁路运输的计量，可采用油品计量中的地磅或轨道衡称LNG 的质量，再计算 LNG 能量。参考文献1ISO13398：1997，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsLiquefied naturalgasProcedureforcustodytransferOilboardship 2ISO8311：1989，Refrigeratedlight

22、hydrocarbonfluidsCalibration ofmembranetanksandindependentprismatictanksinships-Physi。calmeasurement 3ISO90911：1991，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsCalibration-ofsphericaltanksinshipsPartl： Stereophotogrammetry3 4ISO90912：1992，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsCalibration ofsphericaltanksinshipsPa

23、rt2：Triangulationmeasurement5ISO8309：1991，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsMeasurement/V4ofliquidlevelintankscontainingliquefiedgases-Electricalcapaci·tancegauges. 6ISO10574：1993，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsMeasure。 mentofliquidlevelsintankscontainingliquefiedgases-Float typelevelgauges

24、7ISO13689：2001，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsMeasure。 mentofliquidlevelsintankscontainingliquefiedgasesMicrowavetypelevelgauge-+R,B2J5u%j&u3g8ISO181321：2006RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsGeneral2requirementsforautomaticlevelgau gesPartI：Gaugesonboard&Ashipscarryingliquefiedgases9ISOWD

25、181322RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsGeneral2requirementsforautomaticl evelgaugesPart2：Gaugesinrefrigera。tedtypeshoretanks10ISO8310：1991，RefrigeratedlighthydrocarbonfluidsMeasurementoftemperatureintankscontainingli quefiedgases-Resistancethermometersandthermocouples8m711ISO8943：1991，Refrigeratedl

26、ighthydrocarbonfluidsSamplingofliquefiednaturalgasContinuousme thod12ISO6578：1991，RefrigeratedhydrocarbonfluidsStaticmeasurement.Calculationprocedure 13ASTM1)4784-93StandardSpecificationforLNGDensityCalcula-tionModels 14GBT110621998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数,计算方法 15ISO6976：1995，NaturalgasCalculationofcalo

27、rificvalues，density， relativedensityandWobbeindexfromcomposition 16GBT136102003，天然气组成分析气相色谱法17ASTMD19451996，NaturalgasDeterminationofhydrogen，inertgasesandhydrocarbonGaschromatographicmethod18ISO69741：2000NaturalGasDeterminationofCompositionwithdefineduncertaintybygaschromatogr aphypart1：GuidelinesMfortailoredanalysis$ 19ISO69742：2001，NaturalGasDeterminationofComposition withdefineduncertaintybygaschromatographypart2：Measuringsystemcharacteristicsandstatisticsforprocessingdata20ISO69743：2000，NaturalGasDeterminationofComposition1withdefineduncertaintybygaschroma