天然气能量计量系统及方法

　　1　概　述

　　我国绝大部分天然气贸易交接点均以流量进行结算。事实上,能源是产生能量的物质,其价值在于产生能量的多少。而我国天然气的体积发热量最小为33.9MJ/m3,最大为45MJ/m3,二者间的差异达到了31%。考虑到天然气的可用部分是能量而不是体积。因此,采用能量计量比体积计量更科学、更公平。此外,目前用量最大的还是孔板流量计,这种流量计的使用必须提供正确的流体密度值。当天然气组份变化时,密度将发生变化,如只按输入的固定密度值进行计算而不是根据组份来计算密度,造成的流量测量偏差有可能超过1%,无法达到标称的准确度水平。由于上述问题的存在,已产生了大量的贸易纠纷,且呈现数量增加、数额巨大的趋向。欧美等发达国家已普遍采用能量计量。ISO/DIS 15112[1]作为国际标准化组织(ISO)天然气能量计量工作组制定的文件,已成为国际上通行的标准。随着市场经济的完善和我国加入WTO,在我国能源贸易计量中实行能量计量势在必行。但基于我国以往在能量计量领域内的研究匮乏,2005年中国计量科学研究院以科技部国家科技基础条件平台建设项目“完善城市能源计量体系并建立能源计量标准”为依托,对天然气能量计量开展了研究。

　　本文以此课题的部分研究成果为基础,北京现场试验为例,重点对天然气能量计量系统的建立及不同种类能量计量方法对计量结果的影响等问题进行分析。

　　2　能量计量系统的组成

　　如图1所示,天然气数据采集器工作时,可实现如下功能:

　　1)正确接受色谱仪直接传输过来的或网络发布的气质数据并计算密度、发热量等参数;

　　2)现场采集的流量、温度、压力等信号通过模/数转换、通讯接口或网络实现传输;

　　3)以上数据通过网络发送到中心服务器,中心服务器的能量计量软件实现不同时间段发热量平均值的计算及相关参数的计算;

　　4)流量积算仪应用组份、发热量等参数修正流量示值并计算能量。

　　3　能量计量方法

　　按国际标准,能量计量方法主要有算术平均及加权平均方法两种:(1)算术平均方法:将一段时间内的测量数据按算术平均求得平均数据。(2)加权平均方法:将每小时的发热量乘同一小时的流量在一段时间内积分,再除以这段时间的总流量,得到发热量的加权平均值。同理,得到周及月加权平均数据。

　　3.1　算术平均方法

　　设:i份在第j小时的摩尔分数为Xij,则每天的组份算术平均值-Xid为

　　每周的组份算术平均值为

　　3.2　加权平均方法

　　设同一天然气用户区内有3个不同的天然气来源,对于第k个来源,i组分在第j小时的摩尔分数为Xijk,同一时间段的同一天然气来源的流量为qjk,则每天组份的加权平均值-X0id为