液化天然气的计量方法及其标准化

液化天然气的计量方法及其标准化 液化天然气, 标准化, 计量 第36卷第2期

石油与天然气化工

CHEMlCAL ENGlNEERlNG OF OlL& GAS 1575 液化天然气的计量方法及其标准化

张福元 王劲松 孙青峰。 罗 勤 许文晓

(1．中石油西南油气田公司天然气研究院2．西气东输管道公司南京计量检测中心 3．中石油天然气与管送分公司LNG处).

摘 要 介绍了国际贸易中通用的液化天然气计量方法和相关标准，结合我国实际情况提出 了液化天然气计量方案的建议。

关键词 储罐容积标定液位测量 密度计算/ }

液化天然气(以下简称LNG)是一种新兴的一级能源，其形成产业的历史尚不足50年。与压缩天

然气(.G)一样，LNG也是商品天然气的一种特殊形式，生产此种形式天然气的目的是解决资源地域分布与市场需求之间的特殊矛盾。上世纪90年代以来，由于LNG生产和储运工艺技术开发都取得了长足进步，随着全球经济一体化进程的加速，LNG产业的发展极为迅速。近10多年来，LNG消费量的年平均增长率达到6．16％ ，远高于其它一级能源(天然气：2．20％ ，核能：2．47％ ，水力能：1．52％ ，石油：1．06％ ，煤炭： 0．85％ )。

为缓解天然气供不应求且缺口严重的矛盾，在充分进行了可行性研究的基础上，我国政府做出大 规模引进LNG以解决沿海经济发达地区能源短缺问题的重大决策，并于2001年审批了中海油的广东 LNG试点项目和福建LNG项目。而后又审批了中石油、中石化和中海油其他8个LNG项目。目前广东项目已经投产，福建项目将于2007年投产。我国的LNG产业步人了高速发展的轨道。由于LNG属新兴产业，目前在我国基本上是个空白的领域。为适应产业发展的需要，全国天然气标准化技术委员会(SAC／TC244)于2000年设立了液化天然气标准技术工作组，着手制定急需的技术标准，并开展LNG专业的标准体系研究，目前已经发布了1项国家标准，报批了3项国家标准，发布了2项行业标准。这些标准都属于基本建设类的标准，没有涉及到计量方面。 l 液化天然气计量方法

从LNG产业链看，其计量可分为液化前、气化前和气化后的计量，液化前和气化后的计量属于管 道天然气计量，国内的技术和标准化都处于国际水平上，在此只讨论LNG气化前的计量方法。从原理上讲，LNG气化前的计量与油品类似，可分为动态和静态计量两种方式。由于LNG气化前是处于极低温度(约一165 oC)下储存和输送，虽然个别流量计(如质量式)能对其流量进行动态测量，但流量计当时尚不可能进行检定或校准，故其量的测量只能使用静态计量方式。LNG静态计量与油品的静态计量类似，都是通过测量储罐的液位等参数后计算其体积，再使用密度计算质量，不同的是;所使用的设备和方法受到极低温度的限制，在能量计量方式中，还要计算发热量和能量。当前国外LNG气化前的计量方法概要如下：

(1) 储罐容积标定。储罐容积标定方法有物理;测量、立体照相测量和三角测量3种方法； (2) 液位测量。液位测量有电容液位计、浮式液位计和微波液位计3种；

(3) 液相和气相温度测量。液相和气相温度测.量有电阻温度计和热电偶2种；

(4) 样品采集。要求使用特殊设备采集液体样品，并使之均匀气化，压缩到气体样品容器中供组成分析

用； 158 液化天然气的计量方法及其标准化

(5) 组成分析。LNG的组成分析方法与管输天然气的方法相同； (6) 密度计算。使用组成分析和测量的液体温度数据计算；

(7) 体积计算。使用测量的液位、温度和压力，利用储罐容积标定(校正)表计算； (8) 质量计算。使用计算的密度和体积计算；

(9) 发热量计算。使用组成分析数据计算； (10) 能量计算。使用计算的发热量和质量计算。

对大宗LNG贸易交接计量，国际惯例是采用离岸交接计量(FOB)，计量地点是在装载LNG的船.上；对使用汽车和火车运输的计量，是使用地磅和轨道衡直接称量质量，测量技术和标准与油品计量相:同。 2 液化天然气计量标准

与LNG计量相关的标准目前只有ISO和ASTM两个标准化组织在制定，共有l3份标准，全国天然.气标准化技术委员会已经把这些标准纳入LNG标!准体系。 2．1 交接程序标准

ISO 13398 规定了LNG船上贸易交接程序， 主要内容如下：

(1)规定了测量液位、温度、压力的测量仪器的 数量(最少)和安装据要求；

(2)保证液位、温度和压力测量准确度预防措施； (3)LNG取样和分析方法；

(4)储罐(棱柱形和球形)横倾和纵倾校正表,制作程序； (5)安全的防范要求。 2．2 储罐容积标定标准

储罐容积标定方法有物理测量(ISO 831l l2 )、.立体照相测量(ISO 9091一l )和三角测量(ISO9091—2 )3种方法，前者适用于船上薄膜储罐和独立菱形储罐，后2个适用于船上球形储罐。3个 标准对测量公差要求如下：

(1)ISO 831 1和ISO 9091一l的要求为：

20)mm：±2mm，>20ram：±3mm，{扁移：±0．5mm； (2)ISO 909l一2的要求为：l6s。 2．3 液位测量标准)

ISO 8309(电容液位计) 、ISO 10574(浮式液位计) 和ISO 13689(微波液位计) 是以液位测量原理为基础制定的标准，适用于船上和岸上储罐液位的测量；ISO 18132一l 。 和ISO 18132—2 (工作组文件阶段)是以储罐所处位置(船上和岸上)为基础制定的标准；当ISO l8132—2发布时，后2个标准将代替前面3个标准。由于ISO 18132—2正处于工作组文件阶段，没有取得相应的文件，只能就 在船上储罐液位测量方面对前2个标准的技术指标;进行比较，结果列于表l。项 目 ISO 8309 ISO 10574 ISO 13689 ISO 18132—1 分辨率 1mm 1mm 1mm 1mm

合成(综合)误差 ±5ram ±7．5ram

最大允许误差±(7．5—10)mm ±2mm ±(3．3—7．4)mm 注： 误差与液位有关，液位取(0～50)m计算。 2．4 温度测量标准

ISO 8310 规定了冷冻轻烃流体液相和气相温度测量的方法，有电阻温度计和热电偶两种。综合误差要求列于表2。用于LNG LPG和其他3 } A级 液相 ±0．3~C ±1℃

(适用于贸易计量) 气相 ±2~C ±2~C8 q, W5 h: x( }8 C B级 液相 ±2~C ±2~C3 d; (适用于一般计量) 气相

注：特有的误差取决于LNG、LPG和其它流体的膨胀 系数的差异。

2．5 样品采集标准

LNG样品采集标准为ISO 8943¨ ，目前已经采标，正处于国标报批稿阶段。 2．6 参数计算标准

ISO 6578¨ 规定了与冷冻轻烃流体计量相关的计算有密度、体积、质量、发热量和能量等的计算 方法；ASTM D4784 规定了LNG 密度计算方法，并已经采标，正处于国标报批稿阶段。目前国外只有ISO 6578规定了与冷冻轻烃流 第36卷 第2期 石油与天然气化工

CHEMICAL ENGINEERING OF OIL& GAS l59- d)

体计量相关的计算有体积、质量、发热量和能量等的 计算方法，并且ASTM D4784没有提供计算LNG密 度所需要的数据(需要购买)，实际使用时还需要使 用ISO 6578计算LNG密度。由于该标准只提供计 算15 c《=下发热量的数据，我国的标准参比温度为 20~C，需要时可使用GB／T 1 1062 或ISO 6976 标准计算20~(2的发热量。 3 液化天然气能量计量方案

目前国际上LNG进口采用的贸易方式是离岸

价格(FOB)方式。对于岸上储罐，也需要对LNG进行计量。前者是贸易交接计量，后者是内部管理计量，两者设备和计量准确度上都有所区别。此外，还应考虑LNG运输者从船上向拥有岸上储罐的企业 输送LNG的计量，这种计量一般属于不同部门之间的内部交接计量，也可能涉及到商检计量。 3．1 离岸贸易交接计量)

离岸贸易交接计量是在国外LNG装载港口进行的，计量设备不属于我方。只能对其进行确认，建议在合同中明确进行规定。涉及到的内容如下： 3．1．1 船上交接计量程序

按ISO 13398 标准规定的方法制定贸易交接 计量程序。

3．1．2 储罐容积标定

根据船上LNG储罐的类型，要求采用如下ISO 标准规定的方法标定储罐容积： (1)薄膜罐和独立菱形罐：物理测量

(2)球形罐：立体照相测量(ISO 9091—1[31)或三角测量(ISO 9091—2 )。

要求标定机构必需有资质(如实验室认可)，有标定报告及相关的校正表等资料，并在有效期内，具 体要求见采用的标准。 3．1．3 储罐液位测量

每个储罐至少安装两套不同工作原理的液位测量仪表，如下为3种ISO标准确认的液位测量仪表： (1)电容式液位计(ISO 8309 )； (2)浮式液位计(ISO 10574[61)； (3)微波式液位计(ISO 13689 )。

要求对液位测量仪表进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校 准报告及与储罐配套的容积(体积)一液位表和相关的校正表等资料，并在有效期内，具体要求见采用的标准。

3．1．4 储罐液相和气相温度测量可采用热电阻或热电偶，建议采用智能式铂电 阻温度变送器。

要求对温度变送器进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校准报告及

相关的校正表等资料，并在有效期内，具体要 求见ISO 8310 。 3．1．5 蒸气压力测量要求对压力变送器进行检定或校准。检定或校准机构必需有资质(如实验室认可)，有检定或校准

报告及相关的校正表等资料，并在有效期内。 3．1．6 体积计算

按ISO 13398? 标准规定的方法先修改相应的测量值，而后计算体积。 3．1．7 天然气组成分析

LNG组成分析的应注意如下几点：

(1)LNG样品采集，取样口和取样装置应按 ISO 8943 标准的要求配置和安装。

(2)组成分析，使用实验室气相色谱仪分析采集的天然气样品组成，所使用的标准应为GB／T 13610 或ASTM D1945 或ISO 6974 或/GPA 2261 之一。 (3)标准气体组成分析用的标准气体应是有证

的二级或一级标准气体；标准气体的组成应尽量接近LNG实际组成并在有效期内，与样品相比，对于摩尔分数不大于5％ 的组分，标准气体中相应组分的摩尔分数应不大于10％ ，也不低于50％ ，对于摩尔分数大于5％ 的组分，标准气体中相应组分的摩尔分数应不大于200％ ，也不低于50％ ；标准气体配制厂家最好是国际上认可的。

(4)组成分析实验室或承担者应是通过实验室认可或相关政府或权威机构授权。 3．1．8 密度计算

按ISO 6578? 或ASTM D4784 标准规定的l60 液化天然气的计量方法及其标准化 2007方法计算对应温度下LNG的密度。 3．1．9 发热量计算

按ISO 6578 或ISO 6976 (GB／T 11062 )标准规定的方法计算标准参比条件下LNG的质量发热量。 3．1．10 质量计算

按ISO 6578¨ 标准规定的方法使用计算得到 的密度和体积计算LNG的质量。 3．1．1 1 能量计算

按ISO 6578 12]标准规定的方法使用计算得到的质量和标准参比条件下的质量发热量计算标准参比条件下LNG的能量。

3．1．12 船上自耗气计量

一般情况，LNG船的动力和生活能量都取自船,上的LNG，应有相应的计量仪表计量从离岸至到岸 所消耗的天然气，计量仪表应该通过相应机构的检定或校准，并在有效期内。 3．2 到岸计量

到岸计量是船上储罐向岸上储罐的交接(可能# g)也是企业内部的交接)计量，也可能是商检计量，此时船上的计量仪表与离岸贸易交接计量是相同的对于船上储罐向岸上储罐的交接计量，因不属于法 制计量，除LNG组成数据使用离岸时的数据外，其余方法与3．1相同，同时还要考虑船上自耗气的量。当要求进行商检计量时，除要遵循船上储罐向岸上储罐的交接计量的要求外，还应考虑如下事宜： (1)船上的储罐容积标定、液位、温度和压力等计量仪表的检定或校准结果应得到商检部门的认可，一般采用如下方法：

a．商检部门认可直接使用离岸时船上所有检定或校准资料；

b．检定或校准由国内的授权机构或认可的国外机构(如检定或校准结果互认的机构)完成；

e．委托国内授权机构参与国外机构检定或校准活动，国内外机构共享数据，但出据自己的检定或校准报告等资料。

(2)与商检部门协商使用离岸时的LNG组成数据，如果协商未果，应按3．1．7的要求配置LNG采样和组成分析设备(可以是移动的，几个接收站共享)，此时组成分析用标准气体应使用国内或国家认可的有证标准气体(二级或一级)，分析标准使用GB／T 13610—2003 。不管是否存在商检计量，建议按ISO 8943 11]标准的要求在船上储罐向岸;上储罐输送LNG的管道上安装取样口(在岸上)。 3．3 内部管理计量

内部管理计量是指对岸上储罐内LNG的计量，不属于法制计量管理范畴，基本方法同3．1，不同之处为：

(1)内部管理可使用体积量进行管理，故不涉及到密度、发热量和质量的计算，不需要考虑3．1．1 ～ 3．1．6的内容

(2)岸上储罐容积标定可采用标准尺，必要时可参照JJG 168规程 制定标准尺(测量尺)及相应的温度修正的内部检定和校准规程，也可请国内相关机构进行标定。

(3)岸上储罐液位及温度等计量仪表的检定或校准可参照国内现有规程和如下相应标准进行： a．液位，根据选择的液位计类型，可使用ISO8309 (电容式液位计)、ISO 10574? (浮式液位计)或ISO 13689 (微波式液位计)； b．温度，ISO 8310 1o]； c．压力，ISO 13398 。

必要时可参照相应标准和规程制定内部检定和校准规程，也可请国内相关机构进行检定或校准。 管理计量的方法可纳入企业内部的QHSE体系。 4 结束语

本文就LNG计量方法和标准化进行了探讨，归纳总结如下： (1)由于技术条件限制，目前LNG计量只能采 用静态计量方法。

(2)13个LNG计量标准包括了LNG产品计量中的储罐标定、液位计标定及液位测定、汽液相温度

测量、蒸汽压力测量、液体取样、密度计算、发热量计算、能量计算和船上贸易交接程序等，能满足LNG产品计量领域对技术和标准需求。

(3)这13个标准中的12个标准为ISO标准， 这些ISO标准能满足LNG计量对参数测量和计算，石油与天然气化工CHEMICAL ENGINEERING OF OIL& GAS l6l

最终到计算用于贸易结算的质量或能量的所有环节的技术、方法和标准要求，配套性强。

(4)对于使用罐车或槽车的LNG公路或铁路 运输的计量，可采用油品计量中的地磅或轨道衡称 LNG的质量，再计算LNG能量。 参考文献

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5 ISO 8309：1991，Refrigerated light hydrocarbon fluids — Measurement/ V4of liquid level in tanks containing liquefied gases —- Electrical capaci·tance gauges. } 6 ISO 10574：1993，Refrigerated light hydrocarbon fluids — Measure。 ment of liquid levels in tanks containing liquefied gases —- Float —‘