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天然氣的能量計量分析

點擊次數:3145 發布時間:2009-10-22
 

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,他們所產生的能量是不同的,例如美國的天然氣(根據26個城市的統計)體積發熱量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熱量,即天然氣銷售使用的實質是天然氣的能量,而不是體積。當天然氣作為燃料時,能量計量顯然比體積計量(或質量計量)更科學。
2.能量計量的原理
天然氣的能量計量是通過兩個不相關的測量來完成的,即體積或質量流量的測量和體積或質量發熱量的測量,將這兩種測量合成,計算出天然氣的能量,其計算式如下:
E=Q×Hs
式中E-一段時間內天然氣的能量,MJ;
Q-一段時間內天然氣標準狀態的體積或質量;m3或kg
H-天然氣高位發熱量,MJ/m3或MJ/kg
應注意,當采用能量計量,其單價為X X元/MJ,故貿易結算時單價乘以能量(MJ)便得到金額,而不必按發熱量對天然氣進行分級,只需規定天然氣的發熱量達到某限定值即可。例如加拿大NOVA公司規定管輸天然氣的高位發熱量應不小于 36MJ/m3
3、天然氣的能量計量
天然氣的能量計量是流量計量、發熱量計量和組成分析三部分的組合。
1)流量計量:它是能量計量的主要部分,上節已討論過,這里不再贅述。
2)發熱量計量:發熱量計量分直接和間接兩種方法
a)直接法
發熱量直接測量法有水流式和氣流式兩種。氣流式對設備和環境的要求比水流式嚴格,但準確度和靈敏度高。美國20世紀70年代使用水流式,80年代用氣流式取代了水流式。我國煤氣發熱量測量為水流式(GB 12206)。
b)間接法
發熱量間接測量法是利用組成分析數據進行計算,國內外標準有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。對應的國內外標準有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測量的方法。
l)英國氣質測量方法
英國的熱能計算規范規定在一個計費區內使用一個發熱量進行結算。發熱量測量有三種方式:
a).zui低發熱量,在一個計費區內,測量所有交接點進氣發熱量取每天的zui低值用于該區當天的能量結算。
b).發熱量,在一個計費區內,一個供需雙方承認的發熱量用于該區的能量結算。
c).加權平均發熱量,在一個計費區內,同時測量所有交接點進氣發熱量和體積量并計算能量,以每天的能量除以體積量得出的發熱量用于該區當天的能量結算。
2)匈牙利氣質測量方法
a).在輸氣管線系統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。
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的氣流氣質隨時可以得到。
c).每一批流過體積測量點的天然氣氣質測量點,并可按管輸操作模式重新氣質測量點。
d).每個氣質測量點都有備用的測量系統,備用系統可為另一色譜儀或在線實驗室測量。
e).氣質數據(發熱量、相對密度、二氧化碳和氮氣含量)是SCADA系統收集。氣質平均數據是按供氣合同中規定的方法和周期由每個體積測量點計算得到。平均結算周期有
.瞬時加權平均;
.在交接點以小時加權發熱量和體積測量為基礎的加權平均;
.在交接點以日加權發熱量和體積測量為基礎的加權平均。
f).如果在體積測量點有氣相色譜儀,流量計算機在線地從氣相色譜儀下載發熱量,并計算能量;否則,由SCADA中心按上述方法用發熱量和對應的體積計算能量。
3)奧地利氣質測量方法
一個計量站每個計量點的能量是由日或月體積累積量和相應的加權平均發熱量計算,加權平均發熱量計算方法如下:
a).測量每個進氣或出氣口的發熱量,并計算日加權平均發熱量。
b).測量每個進氣和出氣口的發熱量,并計算日加權平均發熱量,用于進氣和出氣之間所有計量點的能量計算。
c).把月加權平均發熱量與前月比較,若超出規定的誤差(如1%)用當月新值,否則用前月值。
4)意大利氣質測量方法
從特定氣相色譜儀站的日平均發熱量測量值計算月平均值,用于在計費區內的所有用戶。發熱量有如下三種:
a).測量發熱量,從氣相色譜儀站得到未經修改的發熱量,并用相同周期的體積測量量計算能量。
b).調整發熱量,從氣相色譜儀站得到發熱量,用氣相色譜站到體積測量點的時間差進行調整的發熱量計算能量。
c).校正發熱量,從氣相色譜儀站得到發熱量,用經過不可預見的環境因素校正后的發熱量計算有量。
5)德國氣質測量方法
德國的平均發熱量有加權平均和算術平均兩種。
ISO/CD15112的主要內容如下:
l)點接點
標準中定義了如下6個交接點的
a).生產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域分銷商或輸氣公司或貯存公司之間的交接;
c).區域分銷商或輸氣公司或貯存公司與地區分銷公司或貯存公司之間的交接;
d).地區分銷公司或貯存公司與居民用戶之間的交接;
e).地區分銷公司或貯存公司與工業用戶之間的交接;
f).地區分銷公司或貯存公司與商業用戶之間的交接。
2)體積測量
體積測量是能量計量的重要組成部分,雖然ISO只有孔板(ISO5167)和渦輪ISO9951兩種流量計的標準及超聲流量計的技術報告(ISO/TR12765),但提示附錄A中還提供了用于不同交接點體積測量流量計的建議,如表4所示。
流量計類型 交接點類型
1 2 3 4 5 6
膜式流量計      
腰輪流量計
旋渦流量計*        
渦輪流量計  
孔板流量計    
超聲波流量計  
文丘里噴嘴流量計          
質量流量計          
注:*包括渦街和旋進流量計;√--可用

由于能量計量用的流量是標準狀態下的體積量或質量,不同國家使用的標準狀態并不一樣,標準中亦介紹了與體積換算有關的溫度、壓力、密度和壓縮因子的測量方法。
3)發熱量測量
發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據。兩種測量方法都必須使用正確的天然氣樣品采集方法。
5、我國天然氣能量計量工作開展的情況
在天然氣貿易計量中,以能量的方式進行結算是zui公平的方法。隨著市場經濟的完善和我國加人WTO,在我國天然氣貿易計量中實行能量計量勢在必行。
我國已有一些天然氣計量站配備天然氣在線分析系統,它可提供天然氣組成和發熱量的數據,如華北油田向北京供氣的東郊門站配備有引進的天然氣流量計算機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,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的天然氣流量計算機和在線氣相色譜儀,十幾年來華北油田除按體積流量計量外,同時也記錄了天然氣的發熱量。
中國海洋石油總公司于1996年投產了南海涯13-l氣田,該氣田有30億立方米的年生產能力,其中90%的商品天然氣經跨底管道輸送香港,用作中華電力公司的燃料,此天然氣按ISOS 167和AGAN08報告進行流量計算,采用自動取樣器定時定量取得天然氣氣樣,由化驗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準氣體進行校準,zui后以能量計量方式進行天然氣的計量交接。據介紹,此商品天然氣計量系統的不確定度可達1.0%。
綜上所述,天然氣的能量計量是在體積測量的基礎上,再配備天然氣發熱量的測量裝置。為了今后在我國逐步實行按能量計量進行貿易交接,應積極進行一些準備工作:
1.積極進行天然氣按能量計量的試點工作,推出天然氣按能量計量的法規性管理文件,逐漸使能量計量如體積計量一樣被大家所接受
2.開展天然氣能量計量配套技術研究,積極推行天然氣能量計量體系。首先應引進消化*的在線氣相色譜儀和流量計算機,按照我國的標準進一步發展適用我國的流量計量系統。
3.積極完善和制定天然氣計量的有關標準,特別要盡快研究制定天然氣能量計量的有關標準和天然氣產品質量標準及其檢測方法標準。
4.制定燃料價格時應將它們的發熱量高低作為一項重要因素考慮。

 

 
 
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