在天然气的发热量随时间而有变化时， 往往是 在各不同的位置上测定流量， 并从其中取得有代表
性的发热量数据用于能量计量。此时， 必须考虑由 流量测定与发热量测定之间的时间差别而产生的对 计量准确度的影响。 气体体积可以 ISI 〕 推荐的标准参比条件报告， 也可以其它条件计量再用合适的方法换算为 】 SO 标 准参比 条件下的相应体积， 但在某一个特定的气体 体积计量站上进行换算时， 可能需要在其它位置上 测定的有关气质数据。同样， 发热量可以在气体计 量站上测定， 也可以在对该气体计量站设定的某个 有代表性的点上测定; 测定结果不仅可以体积为基 础来表示， 也可以质量为基础来表示。能量计量的 基本原理对气体的体积基计量与质量基计量是同样
组成应接近被测定的天然气。
(IS01 (Y 71 5)[11， 西 南油 气田 分公司 天然气 研究院 在
等效采用 L 90 10715 的基础上， 对原制定的国家标准 进行了 修订， 国家质量技术监督局于 1999 年发布了 经 修订的国家标准“ 天然气的取样方法” ( GB/
T1 3609 一 1 999)[1 3 1.
2 所示。
口 一天然气的量(体积或质量) 。
上式中的 E 可以直接测定， 但此项计量技术目 前尚在探索之中， 故本文讨论的是通过气体体积及 其发热量( 以体积为基础) 来计算的能量计量技术， 其基本原理如图 1 所示。
圈 2 能. 计f 过粗中可能存在的交搜界面
圈 1 能，计，的名本原理
为了精确地测定能量， 气体体积及发热量必须 在相同的参比条件下测定。国际标准 」 阳 13443 已 经规定 L S[) 推荐的标准参比条件 : 温度为 288. 15K, 压力为 101.325kPa 。由于各国规定的标准参比状态
分为两种方式:一是对能量流积分; 二是对气体流量 积分求得气体总量， 再乘以一个有代表性的发热量。 采用何种积分方式往往取决于销售合同或国家法律 规定。必须指出， 能量计量的基本原理与计算采用 的积分方式无关， 后者只影响能量计量的不确定度。
气体计量
天然气从生产者( 储气库) 到最终用户的交接计 量一般是通过 3 个交接界面进行的:①输气公司; ② 区域性分配分司; ③地区性分配公司。 在输气和分配过程中可能存在的交接界面如图
发展概况
目前天然气的年产量已达到 2 .3 万亿左右。天 然气的产区与其消费地区之间的距离就决定了此项 能源的国际贸易量甚大， 20 世纪 90 年代以来此数
历史， 但真正直接对天然气进行能量测定的系统还
正在开发之中， 估计近期内难以商品化[21 因 此， 当
前国外所采用的能量计量方法均立足于间接测定 : 即分别测定夭然气发热量和体积， 然后通过计算求 得总能量。发热量和体积的测定有时是在同一位置 上进行 ;但更多情况下是在不同位置上进行， 此时就
口
研 究 与 操 讨 —
件; ②维修质量与频率; ③校准用的标准;④取样/ 清 零; ⑤气体的 组成变化; ⑥计量 设备的新度。 在计量站中， 天然气的流量计量都是在操作条
件下进行的。主要涉及两个国际标准 IS05167 一1
样 ;③取累积样。 取得的样品可以在线分析 . 也可以离线分析。
体积换算与密度换算
巨大潜在经济影响的文件， 但它在很多方面仅阐明 处理问题的原则， 而不作具体的规定。这样既为各 国执行 自己的计量法规提供方便， 又为缔约各方选 择具体方法留有余地， 只要所用方法可以溯源到已
准化组织天然气技术委员会(L SO / TC193) 成立伊始.
就建立专门小组开展标准化工作。经近 10 年的反
根据上述有关标准， 测定发热量时天然气的取 样可采用以下 3 种方法中的一种: ①连续直接取样;
②如果天然气的组分变化不大 . 可以周期性地取点
口; E9S% RM ,1 t .G O R1 7a M5) M2 00 1!}5J q 一 一 一—
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研 究 与 裸 讨
复修改才于2000 年底完成了 C D 文件[t1 预计 2002
年正式出版。
我国天然气交接计量中迄今尚未采用能量计量 的方式。随着“ 西气东输” 的宏伟工程逐步实施， 改 进天然气交接计量的方式势在必行。最近， 中国石 油天然气股份公司决定对能量计量进行试点， 准备 在取得实践经验的基础上完成能量计量技术的标准
在操作条件下计量的天然气体积应根据它与压 力、 温度和压缩因子的关系换算为标准参比条件下 的体积; 也可以同 样的原理进行天然气密度的换算。
(差 压 式流 量 计)[4〕 和‘ 09951(涡轮 式流 量计)[51 0
针对某种特定的应用而选择流量计时， 主要应考虑 以 下因素: ①气流的条件; ②流量的范围; ③操作条 件( 尤其是操作压力) ;④可以接受的压力损失; ⑤要 求的准确度。
Z,一 参比 条件下 压缩因子。 进行体积换算时， 同样也会涉及参比条件下的 气体密度。后者可由 质量流量计测定后再经体积换 算而求得。 对组成变化较大且压力高于 1.6M Pa 的
谱 测 定 天 然 气 的 组 分 [8,9 1， 然 后 计 算 其 发 热 量 〔 1 0,1 1 10
至于关联技术则是利用天然气发热量与其某种物理 性质之间的关系进行测定 ， 例如可以利用当量燃烧 的原理进行测定， 此类测定技术目前国内外均尚未 发布有关标准。 天然气发热量测定结果的准确度与取样的代表 性密切有关。 一般说来， 气体取样理论上存在问题 较少而实践上比较困难， 尤其是天然气这样一种组 分数可能多达 10 个以 上的高压气体混合物， 在取样 过程中应周密地设计流程， 选择设备与材料， 以及取 样方式与方法， 同时还需要注意安全要求。于 S〕 L 于 1994 年发 布 了经 修 汀 的 “ 天 然 气一取 样 导 则”
天然 气， 在 其计量点 上应安装密度 换算设备〔 1 41
将天然气的体积由 操作条件下换算为标准参比 条件下时， 必须准确地测量天然气的温度与压力， 有 关细节可参考 ISO / DIS15970。换算过程中 需使用的 压缩因子Z可用仪器直接测定〔 1 41， 也可以利用已 测 定天然气组分数据或物性数据进行计算[1 5.1 61。对 某个特定的计量点而言， 要根据处理的天然气量， 以 及其温度、 压力与组成变化情况来确定是使用一个 固定的 Z， 还是需要随时计算 Zo 无论流量计量还是发热量测定， 校准的质量对 测量结果的准确度有重要影响。应根据测量设备的 稳定性来确定其校准的频率， 且校准的结果应能溯 源到合适的标准或参比物质。有代表性的校准过程 应在接近计量设备实际操作的条件下进行; 对发热 量测定设备的校准， 使用的标准物质的发热量或其
遇到的另一个困难。
尽管天然气能量计量技术问世已有近 20 年的
口 ;5ATiIY $ ft , AG 3 6n O 3NsM 2 00 1 i, sA
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基本原理
包含在一定量天然气中的能量可由式 ( 1) 来表
达:
研 究 与 探 讨
E = 万x 母
式中 E- 能量 ; 万 一 天然气的发热量;
(1)
式中 V一参比 状态下的 体积;
) 2 ( ) 3 (
量热计) ; ②间接测定发热量( 如用气相色谱仪测定 组分) ;③关联技术。 直接测定天然气发热量的国际标准还在制定之
V- 操 作状态下的体 积;
M一 气体质量 ;
中 [61， 此 类方 法主 要应用 在 交接 界面卜 3 和5。 天
然气作为燃料使用时， 实质上也是城市燃气的一种， 故国家标准 GBI2206 一 90“ 城市然气热值测定方法” 中所介绍的仪器与方法均适用于天然气发热量的测
定[71。 西南油气田 分公司 天然气研究院已 在1 1 S 型
水流式然气热量计上， 进行了天然气发热量测定的 验证研究， 证实了采用上述国标的可行性。应用最 广泛的间接测定夭然气发热量的方法是利用气相色
M m 一气体的 摩尔质量; P+一操作条件下的 压力; P,一参比 条 件下的 压力; Ro 一通用 气 体 常 数; T 一操 作温 度; T,一参比 温度; Za 一操 作条件下的 压缩因子;
由于能量计量在交接计量中的重要性， 国际标
涉及对一定体积天然气发热量的“ 设定方式” ， 这是 一个比较复杂的问题。
如果把天然气能量计量中涉及的各种测量方法
和设定方式应用于跨越国界的国际贸易时， 又将涉 及不同国家可能存在不同的法律与法规， 问题将变 得更加复杂。鉴此， 尽管 ISO/ CD15112 是一个具有
适用的。
据以下条件而定: ①有关的国家法规: ②天然气流 量 ;③天然气的商业价值; ④气质变化状况; ⑤对供 气富 裕量的要求; ⑥仪器仪表规格。 天然气流量测定的主要设备示于表 t o
表 1 工业上 已在不同交接界面使用的流 . 计 流最计类型
隔膜式 旋转式
x x X
界
1 2
面
3
编
4
x
号
5
x
6
x
根 据欧 洲标准 EN 1 776[ 17 1， 体积与密度换算的
公式如式(2) 和式(3) 所示:
发热量的测定
由取徉系统与测定设备组成的发热量测定系统 有以下 3 种测定方式 : ①直接测定发热量( 如燃烧式
V ,=V + -P P ,"T . "T Z Z , (m 3 ) m 二 、 .T-Z P a"M . -R . . (k g )
有关问是。
主翅词 天然气 标准化 能童 计童 不确定度
Abstrac t An introduction to the basic principles for eneW rneas rr emait of natural gas, meastatnc oTdpma r t , meaaut rg meth o ds, esthnate of mrcataNty and standardimtion L s glues in 触 light of 雌 Raf t Intematiana dStandards being prepared 勿 L SO门C1 93 and 团is ado rrced forekyi standards. Su bjec t He a din gs Natural gas, Standardizdion, Energy, Meau m anerd, lhrcertafnty