中国天然气能量计量探讨

武睿

山西华新气体能源研究院有限公司 山西 太原 030032

中国现在是全球第一大天然气进口国，同时也位列天然气消费国前三位。随着中国天然气生产和消费的快速增长，过去传统的体积测量方法无法适应天然气行业的高质量发展。国家发改委就《油气管网设施公平开放监管办法》公开征求意见，标志着油气管网设施向第三方开放进入快速发展的道路[1]。此次发布的《办法》，第一次规定了天然气使用热值作为新的计量方式，即能量计量将取代体积计量。这是针对天然气计量方式的一项重大变革[2]。《天然气能源测量》GB/T 22723—2008的实施为我国今后推广天然气能量计量提供了技术标准，同时也为我国与国际接轨提供了技术支持，对于天然气能量测量方法等的规范化有着重大意义。国家管网公司未来将接收上游天然气资源，代天然气销售企业向用户出售天然气时，应以热值和体积作为计量标准，以热量作为贸易结算依据，接受政府主管部门的计量检查。考虑到设备改造需要一定时间，且相关部门后续应制定相关管理政策和技术标准便于有效衔接，《办法》同时要求：“暂不具备热值计量条件的，应于本法施行之日起24个月内实现热值计量”[3]。

天然气体制机制和天然气价格市场化改革正在国家能源清洁化发展方针和相关优惠政策的支持下积极推进，天然气能量计量与计价改革的推进显得比过去更加紧迫。我国天然气市场进入了新的高速发展期。

1 天然气计量方式的转变

天然气作为一种可以燃烧的气体，其价值与煤炭和石油相同，都是通过燃烧提供热量。天然气按照来源可以分为油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气几大类。不同产地来源的天然气组分和含量皆不相同。因此，不同来源的天然气，单位体积和质量燃烧产生的能量并不相同，相应的商品价值也不一样。从能量角度来看，天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成，其中甲烷占比为80%以上，还有少量乙烷、丙烷、丁烷和氢化物及微量的稀有气体。天然气中可利用的是具有一定发热量的烃类组分。作为一种清洁能源，其商品价值是燃烧所产生的发热量。也就是说，生产生活中使用天然气，可用的其实是它的热量，体积只是一种数量方面的描述。因此，以能量为单位才是天然气买卖最合理的方式。

通过计算公式对2种测量数据运算后的结果可以得出天然气的能量，即体积的测量和体积发热量的测量来实现。计算公式如下：

式中：E—天然气的能量，MJ；Q—天然气标准状态的体积，m3；H—天然气高位发热量，MJ/m3。

当企业选择这种方式进行贸易结算时，能量单位单价乘以能量数也就是天然气的销售金额。目前，对于天然气能量计量，企业在贸易结算和各节点上的计量中，信息收集还远远不够，除密度、温度、压力、压缩因子等外，还应收集与其有关的其他参数，如天然气组分（甚至实时组分）、天然气气质数据。通过天然气气相色谱分析设备对实时采集的各种数据进行分析，再由流量计算机通过计算转化为能量值进行贸易结算。

2 能量计量优势分析

2.1 各类气源统一进入国家管网，需要统一计量标准

国家管网公司建立后，来自不同地区的天然气，包括煤层气、页岩气等，未来都要统一进入天然气管网，实现全国天然气管网的互联互通。然而，相同体积和质量的天然气气源并不相同，也就导致了燃烧产生的热值不同。所以，天然气更合理的计量方式是能量计量，而不是体积计量。这有利于体现公平合理原则，规范标准化计量。这样既减少了结算争议，且有利于天然气行业的健康发展。

今后，无论是来国内的气田和煤层中产生的天然气，或者来自中亚、中缅等天然气的进口管道气，亦或是来自我国海上的自产天然气和从国外进口的液化天然气，都将统一进入国家管网。天然气热值计量计价体系是其重要的基础，也是具有决定性的中枢环节。计量方式的改革成败将直接决定我国天然气行业体制改革的成果和进度。

2.2 能量计量计价，体现天然气实际价值

一般商品的价值由品质和数量这两部分组成。天然气的质量计量或体积计量只能代表数量上的计量，天然气的品质和实际价值皆无法体现。

通过收集对比我国气田的自产气和国外进口气源的热值，其高位发热值范围为33.23～44.92MJ/m3。不同气源热值差异较大，个别油田的天然气热值较低，液化天然气（LNG）热值整体较高，两者相差竟达到35%之多。此外，同一气源在不同时期也可能是不同的热值。例如俄罗斯东线进口天然气，合同内容规定了天然气热值范围为36～38 MJ/m3。虽然符合合同规定认定为合格气体，热值差异也可以达到5.6%。由此可见，销售量越大的贸易引起的销售误差也就越大。

天然气能量计量的以质论价、优质优价，推动了天然气价格的计价方法回归到了常见的商品定价方式。

2.3 满足用户热值需求，规范天然气行业乱相

对于工业用户来说管网中有来自不同气源的天然气，如果供应给工业用户的天然气热值不稳定、忽高忽低，将影响玻璃、陶瓷、半导体工业等行业，其产品质量将受到严重影响。此外，不同类型的用气设备也有严格的热值范围要求。

对热值要求不高的用户，可调和天然气以降低热值。热值计量既能满足不同用户的用气需求，又能防止掺假、以次充好、以假充真等天然气问题的发生。

采用热值测量，实时监测天然气热值，可杜绝天然气掺入空气、氮气、液氮弄虚作假的机会。

2.4 推动多元气源气质提升

《天然气》（GB 17820－2018，2019年6月1日实施）标准要求进入长输管道的天然气应符合一类气的质量要求，重点对天然气中的高位发热量、总硫、硫化氢和二氧化碳等含量进行管控，同时要求天然气中应不存在液态水和液态烃。某公司长输管道爆炸的主要因素是不合格的非常规气体进入长输管道腐蚀管道内壁。由此可见，不同气质成分的气源没有进行定期的合规检测，加之燃气公司运行不规范、监督不到位，给安全生产和人民生命财产安全带来极大隐患。国家管网公司的建立，整合了天然气产业上中下游全产业链，是深化油气体制改革和管网运行机制改革的重要环节。将多主体多渠道供应天然气并入国家一张网，对提供选配的优质天然气起到了很好的推动作用。

3 天然气能量计量的技术条件

发热量计量、流量计量和组分分析是能量计量的主要组成部分。其中，发热量计量即热值计量是技术关键。

3.1 发热量计量

热值（发热量）检测是天然气能量计量最主要的部分。热值的测量原理主要为3个，直接测量法（燃烧式热量计等）、间接测量法（如气相色谱仪等）和关联技术法。燃烧式热量计操作流程较为复杂，实用性不强，难以应用于日常测量。关联技术法目前仍在科研阶段，不具备实际应用条件。

间接测量法是当前使用的主流方法，这是一种通过气相色谱仪收集天然气组分数据并进行集合运算的方法。各计量站配备气相色谱分析仪，通过采集样本，分析得出天然气组分数据。在线气相色谱仪可在A级计量站中配备，离线气相色谱仪可在B级、C级计量站中配备。组件变化较小的B级和C级计量系统也可采用固定值带入法。

3.2 流量计算机

计量站内配备的流量计为流量计算机提供工况信号。每个计量回路配套的温度变送器和压力表将对应的温度信号和压力值发送到流量计算机。流量计算机使用相应的数值，根据工况和标准密度为基础，计算出天然气的标况体积流量。

在线气相色谱仪为流量计算机提供天然气组分分析数据后，计算机生成工况和标况密度。在获得某一周期的标况体积流量和对应的平均高位发热值后，计算出总能量。

4 天然气能量计量现存问题

国家之间的天然气贸易和大部分欧美等发达国家多采用能量计量。我国LNG接收站也采用了这种方式。从技术上讲，没有太多问题。据悉，目前中海油的所有门站都已拥有能量计量的条件。中石化、中石油的部分门站也已拥有该条件。虽然具备了技术条件，但全盘推行还是有很多问题亟待解决。

现阶段，城市燃气用户计量的方式仍为体积计量或质量计量，一次性更换现有（储量）的大量流量计操作难度很大。热值表比体积表单价更高，我国是一个人口大国，随着城市化进程的快速发展，城燃居民及工商业用户基数庞大，因此购买热值表的总成本较高。针对上述问题，有专家表示，居民用户仍然可以采用体积计量方式，而应该从保证热值稳定的角度来确保计量的公平性而不必更换计量设备，这样可以大量的节省成本。此外，也有专家预测，未来水表、电表、热表、冷表、燃气表‘五表合一’是智能城市的发展趋势，将来根据国家政策统一规划即可。”

对于城市燃气企业来说，从上游购买的商品天然气是基于能量计量单位的MJ，面对下游大多数用户还是使用体积计量器具单位的m3。这就存在一个问题，从上游买来的天然气通过测量换算成热质量的价格，与下游用户结算时仍按用户流量计的体积量的价格来收费；亦或，借助于赋值法将用户流量计的体积量转化成热量跟用户进行金额结算。但无论以何种方式，天然气用户都可以感受到一定量的天然气在每个时间段的价格都不一样。毕竟用户只能看到“量”的部分，看不到“质”的部分，能感受到的也只是“量”的变化。如果赋值数据不公开透明，做不到合理有根据，用户将对赋值的真实性做出怀疑；因此，必须保证数据的准确性、合法性、公开透明性。天然气能量计量改革不仅仅是政府和行业的一项变革，下游的广大用户也置身其中。在保证中上游企业利益的同时兼顾到下游用户的权益是一个重要课题。

能量计量的全面推广，对我国国产计量设备提出了更高的标准。目前我国国产的部分计量设备也具备热量计量功能，但准确度和可靠性仍有待验证，仍需未来一定阶段的实际应用来验证技术的发展和使用。技术与设备的优劣终将在市场中得到验证。

如《油气管网络设施公平开放监管办法》中未按要求进行商品计量或计量监督检查结果不合格的，政府计量行政主管部门根据有关法律法规予以处罚。但企业未按时按要求进行热值计量或伪造组分数据的，究竟如何处罚，处罚措施是什么，什么时候实施更细致的限制措施。另外，关于如何限制能量计量、价格计算的整个工作流程，也没有明确的规定，这也需要出台改进措施和解决办法。

5 结论

目前，国内除大型计量站外，有越来越多的分输场站及城市门站逐渐增设分析小屋用于气质分析检测。这样可以在原有气质组分分析的基础上仅需增加流量计量模块就可以完成体积计量到能量计量的转换，极大地节省了投资成本。

能量计量体系经过几年的推动实践已初具雏形。热值测量和分析设备在技术研发和规模化量产上逐步成熟，设备检测技术法规、赋值方法、测量标准已日益完备。可以说，我国在能量计量方面已有一定基础。但在发热量间接测量技术方面和相关的法律法规及能量计量标准体系有待进一步提高和完善，管理制度尚待建立。尽快推动流量计量向能量计量的转变普及是非常有必要的。

能量计量的实施是一项复杂的系统工程，要想未来尽快完成计量方式的转变离不开技术、法规、政策、价格体系等多方面广泛的共同推动。