天然气能量的测定.docx
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天然气能量的测定
前言
本标准修改采用ISO15112:
2007《天然气——能量测定》。
本标准根据IS015112:
2007重新起草。
本标准与ISO15112:
2007的主要差异如下：
——把ISO15112标准中与计量器具相关的“校准”修改成“检定或校准”；
——第1章范围，在保持ISO15112内容的基础上，增加标准参比条件的规定和提示按GB/T18603—2001《天然气计量系统技术要求》标准的要求配置计量系统的注；
——第2章规范性引用文件，用GB/T11062标准替代ISO15112中的ISO6976标准，并增加了GB/T18603和GB/T20604标准，以及JJF1001规范；
——第3章术语与定义，删除引用标准GB/T20604标准和JJF1001规范已经有的定义，只保留IS015112中的23项定义；
——第4章符号与单位，把ISO15112中的符号及对应的单位按GB/T1.1的要求列表；
——附录A（资料性附录）能量测定推荐使用的仪器和方法，参照GB/T18603—2001重新编写，
给出我国不同界面的推荐内容；
——附录E（资料性附录）体积换算和能量计算实例，在ISO15112附录E的基础上增加我国可能
使用的计算方法的注；
——删除ISO15112附录I，后续附录编号顺延；
——参考文献，使用国内的标准替代国外标准，标准文本中涉及到的引用也做相应的修改。
本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G、附录H和附录I均为资料性附录。
本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244）提出。
本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244）归口。
本标准主要起草单位：
中国石油西南油气田分公司天然气研究院。
本标准参加起草单位：
中国石油大庆油田股份有限公司、中国石油西气东输管道公司南京计量测试中心、中国石油西南油气田分公司天然气计量检测中心和中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司。
本标准主要起草人：
黄黎明、张福元、郭绪明、徐兆明、常宏岗、罗勤、高军、丘逢春、许文晓、陈赓良、黄和、唐蒙。
天然气能量的测定
1范围
本标准提供了采用测量或计算的方式对天然气进行能量测定的方法，并描述了必需采用的相关技术和措施。
能量的计算是基于分别测量被输送天然气（以下简称“气体”）的量（质量或体积）及其发热量（由测量或计算获得）。
本标准还给出能量测定不确定度估算的通用方法。
本标准仅涉及目前正在使用的系统。
本标准适用于从民用气到高压气输送的任何气体计量站。
本标准不排斥新技术的应用，只要该技术被证实与本标准所涉及的技术等同或更好。
气体计量系统不是本标准的主题。
注：
本标准的使用者应按照GB/T18603的要求选择相应的能量测定方法。
本标准采用的标准参比条件为：
体积计量：
压力为101.325kPa，温度为20℃；能量计量：
压力为101.325kPa，温度为20℃，干基。
也可使用合同规定的其他参比条件。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T11062天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法（GB/T11062—1998，neqISO6976:
1995）
GB/T18603—2001天然气计量系统技术要求
GB/T20604天然气词汇（GB/T20604—2006，IS014532:
2001，IDT）
JJF1001通用计量术语及定义
3术语和定义
GB/T20604和JJF1001确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
赋值方法assignmentmethod
在只有体积测量的特定界面上使用的气体发热量获取方法。
3.2
有效性availability
在任何时候，测量系统或者组成该测量系统的测量仪器，能按照其技术指标要求运行的可能性。
3.3
发热量站calorificValuestation
在管线上由测定天然气发热量所需设备构成的装置。
3.4
调整发热量adjustedcalorificvalue
对在计量站测定的发热量，用气体从此站输送到使用其值的对应体积计量站所需时间进行补偿的发热量。
3.5
校正发热量correctedcalorificvalue
为了补偿系统误差，对测量值进行校正的发热量。
3.6
公告发热量declaredcalorificvalue
预先通报在各界面使用的、用于能量测定目的的发热量。
3.7
有代表性的发热量representativecalorificvalue
公认的、与某个界面的实际发热量非常接近的发热量。
3.8
计费区chargingarea
使用相同方法进行能量测定的一系列界面。
3.9
换算conversion
将操作条件下的体积转换为参比条件下的体积。
3.10
测定determination
为了提供某个物体的定性或定量信息，而对其实施的一系列操作。
注：
本标准中，术语测定仅用于定量。
3.11
能量energy
气体量（质量或者体积）与其发热量在给定条件下的乘积。
注1：
能量也可称为能量总量。
注2：
能量通常以MJ为单位表示。
3.12
能量测定energydetermination
在测量或采用测量值计算的基础上，对一定量气体的能量总数进行定量测定。
3.13
能量流量energyflowrate
单位时间内流经横截面的气体能量。
注：
能量流量通常以MJ/s单位表示。
3.14
固定赋值fixedassignment
对于在某个特定的发热量测量站测定的发热量，或者为通过一个或多个界面的气体预先公告的发热量，在使用期间其值不进行修正。
3.15
气体输送商gastransporter
将天然气通过管道从一个地方输送至另一个地方的公司。
3.16
管网模拟gridsimulation
根据给出的管道布局数据、入口点和出口点的流量以及各点的压力和温度，通过数学模型计算出一组管道或管网中的压力和流量数据。
注：
任何管网模拟的目的都是为了获得未来状态下气体的压力和流量信息。
模拟结果是气体流动状态下的一种估计。
3.17
界面interface
在输送或供气管道上，气体的所有权发生变化或者发生自然交接的地方。
注：
一般而言，每个界面都有一个相关的计量站。
3.18
本地分销商localdistributioncompany
将天然气输送给工业、商业和（或）居民用户的公司。
3.19
合理性plausibility
量值的一个特性，指其处于合理的界限之内。
3.20
生产商producer
将未加工的天然气从气藏中开采出来，经过加工处理和（贸易）计量后，以干天然气的形式供应至输送系统的公司。
3.21
区域分销商regionaldistributor
将天然气交付给本地分销商和（或）工业、商业或居民用户的公司。
3.22
可变赋值variableassignment
基于发热量站的测量值，以一种赋值程序确定通过一个或多个界面发热量的方法。
注：
所应用的发热量可能会涉及将气体从发热量测定站输送到相应体积计量站所需要的时间和其他影响因素，以获得管网的平均发热量，及整个管网发热量变化的状态重构等。
3.23
零位浮点zerofloatingpoint
输气管网中的一个分界位置，在此位置的两端有不同气质气体。
4符号与单位
表1中的符号与单位适用于本标准。
表1符号与单位
符号
含义
量纲a
单位符号
E
能量b
ML2T-2
MJ，kWh
P
能量流量
ML2T-3
MJ/h，kWh/s
H
发热量
L2T-2或ML-1T-2
MJ/m3，kWh/m3或MJ/kg，kWh/kg
M
摩尔质量
Mm-1
g/tool，kg/kmol
P
压办（绝对）
ML-1T-2
MPa；kPa
Q
天然气的量c
L3或M
m3或kg
y
体积（天然气）
L3
m3
T
温度（绝对）
0
K
f
时间
T
s，h，d
Z
压缩因子
1
θ
温度
θ
℃
ρ
密度
ML-3
kg/m3
下标：
S表示高位（发热量）；
1表示操作条件；
m表示质量；
n表示标准参比条件。
a在“量纲”栏中，质量、长度、时间、摩尔和热力学温度的量纲，分别用M、L、T、m和θ表示。
b此处发热量单位为MJ/m3，天然气体积单位为m3，或者发热量单位为MJ/kg，天然气质量单位为kg，则计算的能量值的单位为MJ；此处发热量的单位为kWh/m3，而天然气体积单位为m3，或者发热量单位为kWh/kg，而天然气质量单位为kg，则计算的能量值的单位为kWh；将MJ换算为kWh时，除以3.6。
c当天然气的量以m3表示时，则应限定温度和压力值。
5一般原理
一定量气体所含能量（E）为气体量（Q）与对应发热量（H）的乘积。
可直接测定能量（见图1），也可通过气体量及其发热量计算能量（见图2）。
通常，气体的量以体积表示，其发热量则以体积为计算基准。
为了能够准确地进行能量测定，应使气体体积和发热量处于同一参比条件下。
能量测定既可以是连续的几组发热量和相同时间内流量乘积的累加计算，也可以是这段时间内气体的总体积与其有代表性的（赋值）发热量的乘积。
在发热量不断变化及测量流量和（有代表性的）发热量测定在不同地点进行的情况下，应考虑流量和发热量测定的时间差异而引起的对准确度的影响（见第11章）。
气体体积可以在标准参比条件下测量和呈报；也可以在其他参比条件下测量，并以合适的体积换算方法将其换算为标准参比条件下的等量体积。
在特定气体体积计量站使用的体积换算方法可能需要在其他位置上测量的气质数据。
发热量可以在气体计量站测定；也可以在其他一些有代表性的地点测定，并将结果赋值给气体计量站。
气体的量及其发热量也可以质量为基准表示。
第10章将进一步论述当气体的量分别以体积和质量为基准时能量测定的一般原理。
为了计算一段时间内通过某气体计量站的气体的能量，可采用第7章至第10章中的能量测定方法。
这些方法涉及整个时间段的积分，包括对能量流量的积分或对气体流量在该时间段的积分以获得气体量数据，再将该气体量乘以有代表性的发热量。
第7章至第10章中能量测定的一般原理与所使用的积分方法无关。
积分方法影响测定能量的不确定度，在第11章中考虑了这些影响。
6气体计量
6.1概述
计量站实际使用的计量设备和方法取决于流量、气体的商业价值、气质变化、冗余要求以及仪器的技术规格。
只宜使用已在各个界面通过验证、并符合GB/T18603不同等级计量系统要求的方法和计量设备或产品测量天然气的量。
附录A给出不同界面推荐使用的技术、方法和设备。
应根据标准和（或）国家法规使用合适的流量和发热量测量方法。
宜采取措施以识别和解决系统影响。
例如，使用不同的国家标准、法规和（或）操作程序，会引入系统差值；合同各方宜确定适当的方法克服这些差值。
一般而言，测量结果的质量取决于操作条件、维护频率和质量、检定或校准标准、取样和清洗、气体组成的改变以及计量设备老化等因素。
如果能够满足厂家及相关标准的要求，并严格遵循操作、检定或校准及维护的所有操作程序，则能获得高的准确度。
6.2体积测量
天然气计量站内的体积流量计量系统由一个或多个计量回路组成。
通常这些流量计是测量实际操作条件下的气体体积。
为某个特定的应用选择流量计系统时，至少要考虑流动条件、流量测量范围、操作条件（尤其是操作压力）、可接受的压力损失以及要求的准确度等因素。
附录A中列出了在第1至6个输送界面中最常使用的测量天然气体积流量的仪器设备。
6.3发热量测量
6.3.1测量技术和取样
发热量测量系统由取样系统和直接测量（例如燃烧式热量计）、间接测量（例如气相色谱仪）、关联技术等三种测量设备中的一种组合构成。
发热量测量过程中，要取得较高的准确度需要使用有代表性的样品。
它取决于测量系统、操作程序、气体组成的波动和（或）输送气体的量。
可使用连续直接取样、周期定点取样和递增（累积）取样等技术之一进行取样，所取样品既可用于在线分析，也可用于离线分析。
6.3.2直接测量——热量计法
直接测量是以恒定流速流动的天然气在过量的空气中燃烧，所释放的能量被传递到热交换介质，并使其温度升高。
气体的发热量与升高的温度直接相关。
热量计法用于界面1至3和界面5。
6.3.3间接测量
间接测量是依据GB/T11062由气体组成计算发热量。
应用最广泛的分析技术是气相色谱。
气相色谱法测量用于界面1至3和界面5。
6.3.4关联技术
关联技术是利用气体的一个或多个物理性质及其发热量之间的关系进行测定。
也可使用化学计量燃烧原理。
6.4体积换算
6.4.1概述
将在操作条件下测量的天然气体积换算为参比条件下的体积是基于气体压力、温度和压缩因子（pTZ换算）或操作和参比条件下的气体密度（密度换算）方法。
详细参见附录C、E.1和E.2。
6.4.2密度
体积数据的换算可能需要用到参比条件下的密度。
质量流量测定或体积换算都需要测定操作条件下的密度。
6.4.3压力和温度
将操作条件下的气体体积换算为参比条件下的体积时应测量压力和温度。
6.4.4压缩因子
对于气体体积换算，压缩因子可以用摩尔组成分析对气体组成进行计算而得（参见E.2），或用物理性质及某些（非烃）组分含量进行计算而得（参见E.1），也可以由Z值仪测定而得。
可以根据GB/T11062计算标准参比条件下的压缩因子。
根据某个特定计量点输送的气体量以及压力、温度和组成的变化情况，压缩因子可被设为一个常量或应随时计算。
本标准的用户在高压下选择压缩因子计算方法时应考虑气体组成（尤其是较重烃类之间的摩尔关系）对计量准确度的影响。
6.5检定或校准
检定或校准的质量对测量结果的真实度有显著影响。
由测量设备的稳定性决定检定或校准频率。
检定或校准应能溯源到合适的标准装置和标准物质。
有代表性的检定或校准宜在接近计量仪表的操作条件下进行。
对于发热量测量设备而言，所使用的标准气的发热量或组成宜接近被测气体预期的发热量或组成。
在对用于能量测定的任何测量仪器进行检定时，如果仪器读数和由标准给出的相应值之间的偏差超出了规定的范围，则应对可能建立测量值和标准给出值之间最小差值的仪器进行调整，或者对后续周期的测量值进行校正以得到正确值的方法，对测量仪器进行检定或校准。
视仪器的类型不同，实际的调整或校正过程可手动或自动进行。
在检定或校准发热量测量仪器时，如果测量值和认证值之间出现差值，则应在后续运行周期中使用测量值的校正值或调整值。
6.6数据储存和传输
应安全储存能量测定的相关数据。
储存时间和地点应考虑国家法规、标准和（或）合同要求。
数据包括提供和（或）构成能量的信息，和数据有效性或计量站（硬件和软件）运行信息。
对于数据传输，应采取安全的程序以确保数据的完整性。
7能量测定
7.1界面
7.1.1从生产厂商或储气库到终端用户的合同各方之间的天然气贸易交接，一般要通过气体输送商、区域分销商、本地分销商中的某些或所有中间阶段。
图3和图4中标记为1至6的方框代表交接链中不同的界面；它们在物理上可以是由一个真实的计量站构成，也可被当做没有任何测量发生的虚拟界面，或作为表示按合同要求规定的发送或重新发送地点。
合同方之间交接链中的能量测定在界面1至6进行（见图3和图4），这些界面常被称为发送和（或）重新发送地点。
图3为从生产商到终端用户之间的交接链；图4附加地包括一个储气操作商，它通常为生产商、气体输送商和区域分销商储存供今后使用的气体。
不同输气管线的界面数量可能有差异。
如果这些界面是实际的计量站，则它们可用作气体计费界面。
7.1.2不同交接情况的三种不同模式示例
7.1.2.1气体输送商直接向工业用户供气
为了在界面5进行能量测定，需在界面2或5测量气体的体积。
由于没有涉及区域分销商或储气公司以及本地分销商，如果预计气体量（参见图B.1）能基本保持稳定，就可以使用在界面2测定的发热量。
7.1.2.2气体生产商直接向工业用户供气
几个气体输送商和区域分销商共同使用管道系统输送气体，不涉及本地分销商。
在到达工业用户的途中，气质不会发生变化。
在界面5进行能量测定时，气体体积在界面5测定，而发热量可在界面5、3或2测定。
7.1.2.3本地分销商供气给终端用户、商业和工业用户
本地分销商由区域分销商或气体输送商或储气公司供气。
进行能量测定时体积测量在界面4至6进行。
由于气质不同（参见图B.3），区域分销商为界面3的发热量测定应用状态重构程序；本地分销商将此发热量用于界面4至6的能量测定。
7.1.3能量测定方法与许多重要的因素有关；制定适宜的能量测定策略时应考虑这些因素，以便使本标准的用户能够进行正确的能量测定。
这些因素包括管网布局、流动方向、气体外输结构或消费结构、发热量变化规律、技术装备、合同要求和国家法规。
7.2能量测定方法
本书给出方法的主要目的是支持输送官网内符合要求的能量平衡，以及给各界提供考虑了经济方面因素的合理的能量测定方法。
7.2.1直接能量测定
直接能量测定法（见图5）不测定单个的物理参数（如Q和H）。
在测定点检定或校准并显示能量流量和能量数值。
在本标准的准备阶段，直接能量测定仪器已进入市场，但它们仍未被证实是可以用于贸易交接计量的技术。
目前也没有相应的国际和国家标准。
7.2.2间接能量测定
对于间接能量测定，能量是基于已测定或计算的体积或质量、发热量和其他参数测定的。
7.2.2.1在同一计量站测定体积或质量和发热量
对于间接能量测定，气体的体积或质量、发热量和诸如CO2含量和气体密度等于其他物理参数是在计量站分别测定（见图6）；这些测量设备均单独检定或校准。
在测定点，典型的显示数据是体积流量和能量数值。
例如跨国贸易中，在2个计量站都有大量气体通过时（Q1和Q2），分别用两台发热量测定设备测定其发热量（Hs1和Hs2）是应该的（见图15）。
另一种方法是收集计量站的发热量和体积数据，并将数据发送到不同的能量测定中心站，在此测定能量流量和能量数量。
由于局部气质情况和经济上的原因，有时在计量站内（按时间控制或流动控制方式）采集气体样品，但在其他地方测定发热量（见图7）。
7.2.2.2在不同计量站测定体积或质量和发热量
在合同各方的不同交接点均进行体积测定时，如果也同时操作发热量测定设备，则因其费用极其昂贵而难以实现。
因此最常用的方法（尤其在大规模供气系统）是为所测体积赋一个有代表性的发热量值（见第9章）。
为这些界面（体积测定点）赋值的发热量是别处的测量值或是由几个有代表性的测量值产生的一个值（见图8）。
这些值是能量测定的基础。
赋值方式由管网中的输入站或输出站的位置和气体流动状态决定（见第9章）。
8策略与程序
8.1概述
本标准中所谓的“设计”包含了实现能量测定策略所必需的信息及其获取途径，并结合考虑了预期的数据处理过程。
能量测定以评估合理的能量测定策略开始，然后是所测数据合理性检验；接下来的步骤是有代表性发热量的赋值和数据组合（计算程序）；最后为质量控制。
包括“开始”和“结束”的能量测定示意图如图9所示。
原则上，应采用精心制定的能量测定策略和适用的能量测定方法和程序，并保持不变。
除非能够保证改善或维持结果的准确度，或由于气体流动情况和（或）气质条件发生变化，致使这些方法或程序不再适用，才可改变。
另外，当经济方面发生重大变化时，也应改变适用的方法或程序。
气体计量系统并非本标准的主题。
然而，由新系统或经过改进的设备产生的数据可能会引起数据的变化；这可能会造成对能量测定的修正。
8.2能量测定策略
在能量测定周期中，合理的能量测定策略需要考虑在特定界面上与供气状况有关的发热量变化过程和特定界面上所测量数据的正确性（如原始数据）。
考虑某个界面的气质变化是能量测定合理性和准确性的关键因素，例如，有关界面上发热量测定的溯源性。
上述溯源性非常重要，因为各界面间的能量测定即使只有一处不相对应，就会对合同的某一方不利，故应避免出现这种情况。
例如，在那些只测定体积的界面上使用不匹配的发热量或其他一些物性数据（如密度和CO2含量），或者在不进行严格检查的情况下使用原始数据，就会出现上述情况。
通常，气质变化取决于该界面的供气情况，因而应证明：
a）通过后续界面的气体是否仅来自一个气源（见图12、图13和图15）或
b）通过后续界面的气体是否来自多个气源（见图14和图15）。
根据图14和图15的供气现状，经常会由于气体进出界面而导致合理的气质变化。
因此，当决定是否将一个应用于计费目的的能量测定周期（例如一个月或一年）再细分为不同周期时，在该能量测定周期中的气质变化状况是极为重要的。
一天内的气质变化通常不再细分到每小时之间的变化。
示例参见附录B。
8.2.1单个界面的策略
8.2.1.1概述
一般情况下量大的气体通过界面1至3（见图3和图4）。
对于界面2和3而言，相关发热量可相对容易地由本地测量（见图6和图7）、远程发热量测量（见图8）和如质量跟踪（见9.3.3）的合适的赋值方法测定。
这取决于合同各方和地方政府规定的配套方法。
因技术或经济方面的原因，输气管网中那些不能对发热量和其他重要气质参数进行测量的交接点，有时可以通过间接方式获取这些参数（见9.2、9.3.1、9.3.2或9.3.3）。
8.2.1.2界面1
计算参比条件下的体积时，可使用p、T和Z或ρn和ρ的方法进行体积换算。
应在线测定该界面的发热量（见6.3）。
在单个气藏采气的情况下，因为气体组成不随时间变化，在线发热量测定可能不合理。
此时可通过周期取样进行离线分析所获得的数据计算发热量。
示例参见附录I。
用统计方法评估与初始发热量相关的个别发热量随时间的变化情况。
如果变化值超过了商定的极限值（例如0.5%，参见图I.1），则测定方法将从离线改为在线。
应用上述发热量测定方法时应考虑到交接气体的组成在很大程度上取决于气体处理装置这一事实。
压缩因子的测定见6.4.4。
8.2.1.3界面2
按8.2.1.2中的规定计算参比条件下的体积。
可通过测量（见6.3）或赋值（见第9章）方法确定应用于能量测定的发热量。
8.2.1.4界面3
按8.2.1.3中的方法测定用于能量测定的所有参数值。
8.2.1.5界面4
由于技术和（或）经济方面的原因，输气管网中的界面4通常可不测量发热量和其他重要的气质参数。
对该界面而言，赋值方法（见第9章）是必不可少的。
在测量装置的上游，需通过压力控制设备保证压力的稳定。
本地分销商确定用于能量测定中的温度和压力的设置程序，并考虑大气压力。
由于压力低，可将压缩因子设
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