中國天然氣能量計量探討

武睿

山西華新氣體能源研究院有限公司 山西 太原 030032

中國現在是全球第一大天然氣進口國，同時也位列天然氣消費國前三位。隨著中國天然氣生產和消費的快速增長，過去傳統的體積測量方法無法適應天然氣行業的高質量發展。國家發改委就《油氣管網設施公平開放監管辦法》公開征求意見，標志著油氣管網設施向第三方開放進入快速發展的道路[1]。此次發布的《辦法》，第一次規定了天然氣使用熱值作為新的計量方式，即能量計量將取代體積計量。這是針對天然氣計量方式的一項重大變革[2]?！短烊粴饽茉礈y量》GB/T 22723—2008的實施為我國今后推廣天然氣能量計量提供了技術標準，同時也為我國與國際接軌提供了技術支持，對于天然氣能量測量方法等的規范化有著重大意義。國家管網公司未來將接收上游天然氣資源，代天然氣銷售企業向用戶出售天然氣時，應以熱值和體積作為計量標準，以熱量作為貿易結算依據，接受政府主管部門的計量檢查?？紤]到設備改造需要一定時間，且相關部門后續應制定相關管理政策和技術標準便于有效銜接，《辦法》同時要求：“暫不具備熱值計量條件的，應于本法施行之日起24個月內實現熱值計量”[3]。

天然氣體制機制和天然氣價格市場化改革正在國家能源清潔化發展方針和相關優惠政策的支持下積極推進，天然氣能量計量與計價改革的推進顯得比過去更加緊迫。我國天然氣市場進入了新的高速發展期。

1 天然氣計量方式的轉變

天然氣作為一種可以燃燒的氣體，其價值與煤炭和石油相同，都是通過燃燒提供熱量。天然氣按照來源可以分為油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣幾大類。不同產地來源的天然氣組分和含量皆不相同。因此，不同來源的天然氣，單位體積和質量燃燒產生的能量并不相同，相應的商品價值也不一樣。從能量角度來看，天然氣主要由氣態低分子烴和非烴氣體混合組成，其中甲烷占比為80%以上，還有少量乙烷、丙烷、丁烷和氫化物及微量的稀有氣體。天然氣中可利用的是具有一定發熱量的烴類組分。作為一種清潔能源，其商品價值是燃燒所產生的發熱量。也就是說，生產生活中使用天然氣，可用的其實是它的熱量，體積只是一種數量方面的描述。因此，以能量為單位才是天然氣買賣最合理的方式。

通過計算公式對2種測量數據運算后的結果可以得出天然氣的能量，即體積的測量和體積發熱量的測量來實現。計算公式如下：

式中：E—天然氣的能量，MJ；Q—天然氣標準狀態的體積，m3；H—天然氣高位發熱量，MJ/m3。

當企業選擇這種方式進行貿易結算時，能量單位單價乘以能量數也就是天然氣的銷售金額。目前，對于天然氣能量計量，企業在貿易結算和各節點上的計量中，信息收集還遠遠不夠，除密度、溫度、壓力、壓縮因子等外，還應收集與其有關的其他參數，如天然氣組分（甚至實時組分）、天然氣氣質數據。通過天然氣氣相色譜分析設備對實時采集的各種數據進行分析，再由流量計算機通過計算轉化為能量值進行貿易結算。

2 能量計量優勢分析

2.1 各類氣源統一進入國家管網，需要統一計量標準

國家管網公司建立后，來自不同地區的天然氣，包括煤層氣、頁巖氣等，未來都要統一進入天然氣管網，實現全國天然氣管網的互聯互通。然而，相同體積和質量的天然氣氣源并不相同，也就導致了燃燒產生的熱值不同。所以，天然氣更合理的計量方式是能量計量，而不是體積計量。這有利于體現公平合理原則，規范標準化計量。這樣既減少了結算爭議，且有利于天然氣行業的健康發展。

今后，無論是來國內的氣田和煤層中產生的天然氣，或者來自中亞、中緬等天然氣的進口管道氣，亦或是來自我國海上的自產天然氣和從國外進口的液化天然氣，都將統一進入國家管網。天然氣熱值計量計價體系是其重要的基礎，也是具有決定性的中樞環節。計量方式的改革成敗將直接決定我國天然氣行業體制改革的成果和進度。

2.2 能量計量計價，體現天然氣實際價值

一般商品的價值由品質和數量這兩部分組成。天然氣的質量計量或體積計量只能代表數量上的計量，天然氣的品質和實際價值皆無法體現。

通過收集對比我國氣田的自產氣和國外進口氣源的熱值，其高位發熱值范圍為33.23～44.92MJ/m3。不同氣源熱值差異較大，個別油田的天然氣熱值較低，液化天然氣（LNG）熱值整體較高，兩者相差竟達到35%之多。此外，同一氣源在不同時期也可能是不同的熱值。例如俄羅斯東線進口天然氣，合同內容規定了天然氣熱值范圍為36～38 MJ/m3。雖然符合合同規定認定為合格氣體，熱值差異也可以達到5.6%。由此可見，銷售量越大的貿易引起的銷售誤差也就越大。

天然氣能量計量的以質論價、優質優價，推動了天然氣價格的計價方法回歸到了常見的商品定價方式。

2.3 滿足用戶熱值需求，規范天然氣行業亂相

對于工業用戶來說管網中有來自不同氣源的天然氣，如果供應給工業用戶的天然氣熱值不穩定、忽高忽低，將影響玻璃、陶瓷、半導體工業等行業，其產品質量將受到嚴重影響。此外，不同類型的用氣設備也有嚴格的熱值范圍要求。

對熱值要求不高的用戶，可調和天然氣以降低熱值。熱值計量既能滿足不同用戶的用氣需求，又能防止摻假、以次充好、以假充真等天然氣問題的發生。

采用熱值測量，實時監測天然氣熱值，可杜絕天然氣摻入空氣、氮氣、液氮弄虛作假的機會。

2.4 推動多元氣源氣質提升

《天然氣》（GB 17820－2018，2019年6月1日實施）標準要求進入長輸管道的天然氣應符合一類氣的質量要求，重點對天然氣中的高位發熱量、總硫、硫化氫和二氧化碳等含量進行管控，同時要求天然氣中應不存在液態水和液態烴。某公司長輸管道爆炸的主要因素是不合格的非常規氣體進入長輸管道腐蝕管道內壁。由此可見，不同氣質成分的氣源沒有進行定期的合規檢測，加之燃氣公司運行不規范、監督不到位，給安全生產和人民生命財產安全帶來極大隱患。國家管網公司的建立，整合了天然氣產業上中下游全產業鏈，是深化油氣體制改革和管網運行機制改革的重要環節。將多主體多渠道供應天然氣并入國家一張網，對提供選配的優質天然氣起到了很好的推動作用。

3 天然氣能量計量的技術條件

發熱量計量、流量計量和組分分析是能量計量的主要組成部分。其中，發熱量計量即熱值計量是技術關鍵。

3.1 發熱量計量

熱值（發熱量）檢測是天然氣能量計量最主要的部分。熱值的測量原理主要為3個，直接測量法（燃燒式熱量計等）、間接測量法（如氣相色譜儀等）和關聯技術法。燃燒式熱量計操作流程較為復雜，實用性不強，難以應用于日常測量。關聯技術法目前仍在科研階段，不具備實際應用條件。

間接測量法是當前使用的主流方法，這是一種通過氣相色譜儀收集天然氣組分數據并進行集合運算的方法。各計量站配備氣相色譜分析儀，通過采集樣本，分析得出天然氣組分數據。在線氣相色譜儀可在A級計量站中配備，離線氣相色譜儀可在B級、C級計量站中配備。組件變化較小的B級和C級計量系統也可采用固定值帶入法。

3.2 流量計算機

計量站內配備的流量計為流量計算機提供工況信號。每個計量回路配套的溫度變送器和壓力表將對應的溫度信號和壓力值發送到流量計算機。流量計算機使用相應的數值，根據工況和標準密度為基礎，計算出天然氣的標況體積流量。

在線氣相色譜儀為流量計算機提供天然氣組分分析數據后，計算機生成工況和標況密度。在獲得某一周期的標況體積流量和對應的平均高位發熱值后，計算出總能量。

4 天然氣能量計量現存問題

國家之間的天然氣貿易和大部分歐美等發達國家多采用能量計量。我國LNG接收站也采用了這種方式。從技術上講，沒有太多問題。據悉，目前中海油的所有門站都已擁有能量計量的條件。中石化、中石油的部分門站也已擁有該條件。雖然具備了技術條件，但全盤推行還是有很多問題亟待解決。

現階段，城市燃氣用戶計量的方式仍為體積計量或質量計量，一次性更換現有（儲量）的大量流量計操作難度很大。熱值表比體積表單價更高，我國是一個人口大國，隨著城市化進程的快速發展，城燃居民及工商業用戶基數龐大，因此購買熱值表的總成本較高。針對上述問題，有專家表示，居民用戶仍然可以采用體積計量方式，而應該從保證熱值穩定的角度來確保計量的公平性而不必更換計量設備，這樣可以大量的節省成本。此外，也有專家預測，未來水表、電表、熱表、冷表、燃氣表‘五表合一’是智能城市的發展趨勢，將來根據國家政策統一規劃即可?！?/p>

對于城市燃氣企業來說，從上游購買的商品天然氣是基于能量計量單位的MJ，面對下游大多數用戶還是使用體積計量器具單位的m3。這就存在一個問題，從上游買來的天然氣通過測量換算成熱質量的價格，與下游用戶結算時仍按用戶流量計的體積量的價格來收費；亦或，借助于賦值法將用戶流量計的體積量轉化成熱量跟用戶進行金額結算。但無論以何種方式，天然氣用戶都可以感受到一定量的天然氣在每個時間段的價格都不一樣。畢竟用戶只能看到“量”的部分，看不到“質”的部分，能感受到的也只是“量”的變化。如果賦值數據不公開透明，做不到合理有根據，用戶將對賦值的真實性做出懷疑；因此，必須保證數據的準確性、合法性、公開透明性。天然氣能量計量改革不僅僅是政府和行業的一項變革，下游的廣大用戶也置身其中。在保證中上游企業利益的同時兼顧到下游用戶的權益是一個重要課題。

能量計量的全面推廣，對我國國產計量設備提出了更高的標準。目前我國國產的部分計量設備也具備熱量計量功能，但準確度和可靠性仍有待驗證，仍需未來一定階段的實際應用來驗證技術的發展和使用。技術與設備的優劣終將在市場中得到驗證。

如《油氣管網絡設施公平開放監管辦法》中未按要求進行商品計量或計量監督檢查結果不合格的，政府計量行政主管部門根據有關法律法規予以處罰。但企業未按時按要求進行熱值計量或偽造組分數據的，究竟如何處罰，處罰措施是什么，什么時候實施更細致的限制措施。另外，關于如何限制能量計量、價格計算的整個工作流程，也沒有明確的規定，這也需要出臺改進措施和解決辦法。

5 結論

目前，國內除大型計量站外，有越來越多的分輸場站及城市門站逐漸增設分析小屋用于氣質分析檢測。這樣可以在原有氣質組分分析的基礎上僅需增加流量計量模塊就可以完成體積計量到能量計量的轉換，極大地節省了投資成本。

能量計量體系經過幾年的推動實踐已初具雛形。熱值測量和分析設備在技術研發和規?；慨a上逐步成熟，設備檢測技術法規、賦值方法、測量標準已日益完備?？梢哉f，我國在能量計量方面已有一定基礎。但在發熱量間接測量技術方面和相關的法律法規及能量計量標準體系有待進一步提高和完善，管理制度尚待建立。盡快推動流量計量向能量計量的轉變普及是非常有必要的。

能量計量的實施是一項復雜的系統工程，要想未來盡快完成計量方式的轉變離不開技術、法規、政策、價格體系等多方面廣泛的共同推動。