0 　引言

歐美工業(yè)發(fā)達國家自 20 世紀 80 年代就實施天然氣能量計量。隨著中國天然氣工業(yè)的快速發(fā)展 ^[1-2] ，“十二五”以來，以中石油為代表的國內(nèi)能源公司以及法定計量技術機構相繼開展了大量的天然氣能量計量技術和標準體系研究工作 ^[3-10] ，截至“十三五”末已基本具備能量計量技術條件，并形成了以 GB/T 18603 — 2014 《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》 ^[11] （以下簡稱 GB/T 18603 ）、 GB/T 22723 — 2008 《天然氣能 量的測定》 ^[12] （以下簡稱 GB/T 22723 ）和 GB/T 35186 — 2017 《天然氣計量系統(tǒng)性能評價》 ^[13] （以下簡稱 GB/T 35186 ）為核心的天然氣能量計量標準體系，為天然氣作為燃料實施能量計量更能體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、優(yōu)價的商品價值奠定了重要的基礎條件。

2019 年 5 月，國家發(fā)展與改革委員會同國家能源局、住房城鄉(xiāng)建設部、市場監(jiān)管總局發(fā)布了《油氣管網(wǎng)設施公平開放監(jiān)管辦法》，該管理辦法第十三條中明確提出國家推行天然氣能量計量計價，并要求本辦法施行之日起 24 個月內(nèi)建立天然氣能量計量計價體系。為此，國家質(zhì)量監(jiān)管總局也組織起草了國家計量技術規(guī)范《天然氣能量計量技術規(guī)范》。

隨著國內(nèi)天然氣貿(mào)易量的穩(wěn)定增長，據(jù)預測，“十四五”期間中國天然氣年表觀消費量將達到 4 000 × 10 ⁸ m ^3[14] 。因此，天然氣能量計量系統(tǒng)的合理建設和運行過程中合理評價天然氣能量計量系統(tǒng)，保障計量結果的準確可靠成為天然氣貿(mào)易交接各相關方關注的焦點。筆者結合國家計量技術規(guī)范和國家標準的相關要求，對國內(nèi)外天然氣能量計量系統(tǒng)技術要求的相關標準差異和測量不確定度評定進行了分析，提出了中國天然氣能量計量系統(tǒng)相關標準修訂建議，為下步實施天然氣能量計量系統(tǒng)設計建設和運行提供借鑒。

1 　國內(nèi)外相關標準對比分析

1.1 　天然氣計量系統(tǒng)分級

目前國內(nèi)外主要有國際建議 OIML R140:2007 《燃氣計量系統(tǒng)》 ^[15] （以下簡稱 OIML R140 ）、中國國家標準 GB/T 18603 、《天然氣能量計量技術規(guī)范》和歐盟標準 EN 1776:2015 《燃氣基礎設施 燃氣計量系統(tǒng) 功能要求》 ^[16] （以下簡稱 EN 1776 ）給出了天然氣能量計量系統(tǒng)分級，對這 4 個標準和規(guī)范的現(xiàn)行有效版本中相關內(nèi)容進行對比分析，結果如表 1 所示。

從表 1 的對比分析，結合歐美發(fā)達國家的實際實施情況 ^[17-18] 及國內(nèi)現(xiàn)狀 ^[19-21] ，可以得出以下結論：

1 ） GB/T 18603 規(guī)定了新建和改擴建天然氣計量站貿(mào)易計量系統(tǒng)的設計、建設、投產(chǎn)運行、維護、停運方面的技術要求。其天然氣計量系統(tǒng)分級要求和 OIML R140 一致，按照天然氣計量系統(tǒng)的輸氣量（小時標況流量）提出 A 、 B 、 C 這 3 個等級的分級，與歐洲一些大型天然氣管輸公司按照標準體積流量進行天然氣計量系統(tǒng)分級設計和建設類似，符合實際需求。

2 ）《天然氣能量計量技術規(guī)范》規(guī)定了用于貿(mào)易計量的天然氣能量計量系統(tǒng)的評價、天然氣能量計量結果的核驗及其等級的評定方法，根據(jù)計量結果的最大允許誤差來判定計量系統(tǒng)的級別。

3 ） EN 1776 按照實際運行中的計費周期內(nèi)能量測量不確定度進行計量系統(tǒng)的分級，計量系統(tǒng)設計、建設、運行和維護中的詳細技術要求由貿(mào)易交接合同雙方通過合同約定，如果合同中沒有相關詳細技術要求，則按照 EN 1776 以及其他配套標準執(zhí)行。

1.2 　計量儀表配置要求

目前國內(nèi)外標準中， GB/T 18603 和 OIML R140 給出了不同等級的天然氣計量系統(tǒng)配套計量儀表的最大允許誤差要求（表 2 ）。各個參數(shù)的要求比較明確， 其中，在 OIML R140 明確了工況流量的最大允許誤差不僅包括流量計本體的最大允許誤差，還包括現(xiàn)場安裝條件下流態(tài)的影響、檢定（校準）壓力及溫度與實際使用時壓力及溫度不同帶來的影響。因此， 可以理解為 A 級計量系統(tǒng)應配備準確度等級 0.5 級的流量計才能更好地滿足 A 級計量系統(tǒng)的要求。同時， 標準中給出的是最低要求，這兩點應該在正在修訂中的 GB/T 18603 中明確。 EN 1776 中并未給出不同等級的天然氣計量系統(tǒng)配套計量儀表的最大允許誤差要求，但對計量系統(tǒng)配置提出了不同等級計量系統(tǒng)的最低技術要求。 3 個標準對于計量儀表配置的要求對比分析如表 2 所示。

2 　國內(nèi)外標準A 級天然氣能量計量系統(tǒng)測量不確定度計算對比分析

目前國內(nèi)外有 GB/T 35186 、《天然氣能量計量技術規(guī)范》和 EN 1776 給出了天然氣能量計量系統(tǒng)測量不確定度評定方法和示例。以體積流量為例給出計算方法如下：

采用以上 3 個標準規(guī)范中給出的計算方法和示例數(shù)據(jù)，參考國內(nèi)天然氣能量計量系統(tǒng)不確定度評定相關文獻 ^[22-24] ，以 A 級計量系統(tǒng)為例，采用體積流量測量的計量系統(tǒng)能量不確定度計算結果如表 3 所示。

根據(jù)表 3 中的計算結果，可以得到以下結論：

1 ）國內(nèi)外技術標準和規(guī)范在測量不確定度評定的相同點包括：能量合成方法、壓縮因子標準不確定度計算方法相同，時間測量不確定度可以忽略；

2 ）國內(nèi)外技術標準和規(guī)范在測量不確定度評定方面存在不同點：①《天然氣能量計量技術規(guī)范》示例中采用 1.0 級流量計最大允許誤差計算體積量標準不確定度； GB/T 35186 和 EN 1776 均按照流量計檢定或校準證書給出的不確定度計算體積量標準不確定度。 EN 1776 還考慮了流量計、壓力溫度測量儀表的周期偏移（如：流量計 4 ～ 6 年為周期校準結果最大偏移限 0.3% ；壓力周期校準結果偏移限 0.15% ；溫度儀表周期校準結果偏移限 0.2 K ），較為合理。依據(jù)成都分站開展的周期檢定偏移量統(tǒng)計分析（圖 1 ），流量計周期偏移帶來的影響不容忽略。②《天然氣能量計量技術規(guī)范》示例中采用二級標物、甲烷由差減法計算，合成壓縮因子影響得到天然氣發(fā)熱量標準不確定度； GB/T 35186 采用二級標物、甲烷由差減法計算，合成壓縮因子影響得到天然氣發(fā)熱量標準不確定度。但《天然氣能量計量技術規(guī)范》按照在線氣相色譜計量檢定規(guī)程中相對標準偏差要求進行計算，因此計算結果大 1 倍左右。③針對 A 級計量系統(tǒng)， 《天然氣能量計量技術規(guī)范》與 EN 1776 的發(fā)熱量測量不確定度計算結果較為接近。 EN 1776 強調(diào)了在線發(fā)熱量測定設備的期間核查。

3 　天然氣能量計量系統(tǒng)達到A 級的可行性和測量不確定度評定示例

3.1 　天然氣能量計量系統(tǒng)等級評定原則

根據(jù)《天然氣能量計量技術規(guī)范》，按照測量不確定度小于最大允許誤差的原則，進行天然氣能量計量系統(tǒng)等級評定。

3.2 　符合GB/T 18603 中A 級站配置要求的能量計量系統(tǒng)測量不確定度評定示例

為分析中國天然氣能量計量系統(tǒng)測量不確定度評定結果達到 A 級的可行性，結合目前天然氣貿(mào)易計量系統(tǒng)儀表的實際和流量計檢定數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結果，依據(jù) JJF 1059.1 — 2012 《測量不確定度評定與表示》 ^[27] ，按照以下 3 種情況對輸氣量達到 A 級的計量系統(tǒng)進行測量不確定度評定示例如下。

流量計用不確定度 0.33% 的計量標準校準，假設流量計周期偏移達到準確度等級 1.0 級要求，壓力和溫度測量儀表滿足 GB/T 18603 給出的最低要求， 能量計量系統(tǒng)測量不確定度計算見表 4 。

當流量計用不確定度 0.25% 的計量標準（ 目前國內(nèi)高水平天然氣工作標準裝置不確定度為 0.16% ～ 0.25% ）校準，假設流量計周期偏移達到準確度等級 0.5 級要求，工況體積流量和發(fā)熱量不確定度計算方法分別采用 GB/T 35186 和《天然氣能量計量技術規(guī)范》，壓力和溫度測量儀表滿足 GB/T 18603 給出的最低要求，能量計量系統(tǒng)測量不確定度計算如表 5 所示。

當流量計用不確定度 0.16% 的計量標準校準， 假設流量計周期偏移達到準確度等級 0.5 級要求， 工況體積流量和發(fā)熱量不確定度計算方法分別采用 GB/T 35186 和《天然氣能量計量技術規(guī)范》，壓力和溫度測量儀表的配置根據(jù)目前國內(nèi)長輸管網(wǎng)實際使用的技術參數(shù)（高于 GB/T 18603 給出的最低要求），能量計量系統(tǒng)測量不確定度計算見表 6 。

從表4、5的計算結果可以得到以下結論：

采用國內(nèi)較為常用的二級標準物質(zhì)用于天然氣組成分析，若先用 1.0 級流量計，向不確定度 0.33% 左右的計量標準裝置溯源，考慮使用過程中周期偏移、計量器具按照 GB/T 18603 規(guī)定的最低配置時，能量測量不確定度不能達到 1.0% （ k =2 ）。

采用國內(nèi)較為常用的二級標準物質(zhì)用于天然氣組成分析，若先用 0.5 級流量計，向不確定度優(yōu)于 0.25% 的計量標準裝置溯源，考慮使用過程中周期偏移、計量器具按照較高技術參數(shù)配置時，同時在線色譜需定期核查，能量測量不確定度能夠達到 1.0% （ k =2 ）。

要保證 A 級計量系統(tǒng)運行期間測量不確定度不超過最大允許誤差，計量器具的穩(wěn)定性和期間核查非常重要。

3.3 　中國A級計量系統(tǒng)用流量計檢定（校準）能力分析

從表 4 ～ 6 的分析可以看出，用于流量計量值溯源的計量標準裝置技術水平對流量計用于現(xiàn)場的測量不確定度具有較為重要的影響。全國目前已建、在建和籌建的天然氣實流檢定站共有 14 個 ^[28] 。其中：中石油建有 4 個天然氣實流檢定機構（榆林在建）；中國石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司建有 6 個天然氣實流檢定機構（沈陽、貴陽 2 個在建）、 2 個檢定點；地方政府或省級燃氣建有 3 個天然氣實流檢定機構（其中內(nèi)蒙古自治區(qū)正籌建）與 1 個檢定點。中國現(xiàn)有天然氣實流檢定（校準）站點中，具備 0.5 級流量計檢定能力的站點見表 7 。

從表 7 可以看出，目前中國僅有 3 個天然氣實流檢定站具備 0.5 級流量計的檢定能力，下步全面實施能量計量后對于 0.5 級流量計的檢定需求將會顯著提升，這也說明中國天然氣計量標準裝置還需要進一步提高技術能力與水平，并逐步推進量值統(tǒng)一。同時，推進 GB/T 32201 — 2015 《氣體流量計》 ^[29] 在天然氣流量計型式評價中的指導作用。

4 　結論和建議

4.1 　結論

通過對中國技術標準和規(guī)范對天然氣能量計量系統(tǒng)分級和技術要求的對比分析，結合國外工業(yè)發(fā)達國家標準和實際運行、國內(nèi)多年以來的運行經(jīng)驗，可得到以下結論：

1）GB/T 18603主要參考OIML R140，按照流量大小分級可對能量計量系統(tǒng)的設計建設起到較好的指導作用，這也是歐洲工業(yè)發(fā)達國家大型管輸公司采用的方式。

2 ）應區(qū)別對待最大允許誤差和測量不確定度要求，針對中國的情況，可將 GB/T 18603 作為能量計量系統(tǒng)設計時選型最低要求，按照《天然氣能量計量技術規(guī)范》和 GB/T 35186 進行測量不確定度評定， 作為系統(tǒng)建成初期和運行中的計量性能評估、監(jiān)控。

3 ）天然氣能量計量系統(tǒng)設計建設時按照 GB/T 18603 進行配置和選型，雖然系統(tǒng)最大允許誤差能夠達到 A 級要求，但在運行中需要控制不確定度帶來的計量風險，加強標準的執(zhí)行宣貫和現(xiàn)場計量管理是非常重要和必要的。

4 ）目前 GB/T 18603 給出的工況體積量的最大允許誤差不僅包括流量計本體，還包括檢定 / 校準和實際運行時的壓力、溫度和流態(tài)變化等因素的影響。因此 A 級能量計量系統(tǒng)采用 0.5 級流量計，并配置核查流量計，是降低測量不確定度的重要保障。

4.2 　建議

天然氣能量計量不確定度主要由體積 / 質(zhì)量不確定度和發(fā)熱量不確定度組成，前者主要包括流量、壓力和溫度測量不確定度，后者主要包括標準物質(zhì)和組成分析儀器的不確定度。因此，保證天然氣能量計量系統(tǒng)的設計建設和實際運行能夠真正滿足預期的計量性能要求，需要在天然氣流量量值溯源、標準制修訂和計量管理等方面持續(xù)改進。

在流量量值溯源體系方面，持續(xù)改進提升榆林、塔里木、烏魯木齊、沈陽、貴陽、廣州分站音速噴嘴標準裝置能力，具備開展 0.5 級流量計檢定，使渦輪工作標準優(yōu)于 0.25% ；同時，定期開展量值比對，實現(xiàn)量值統(tǒng)一。

在標準制修訂方面， GB/T 18603 、 GB/T 22723 、 GB/T 35186 等標準制修訂時，與《天然氣能量計量技術規(guī)范》在計量系統(tǒng)分類、流量和發(fā)熱量測量不確定度評定方面協(xié)調(diào)一致；修訂 GB/T 18603 時，結合 OIML R140 在計量系統(tǒng)最大允許誤差計算、最大允許誤差與測量不確定度關系等方面進行補充完善；完善 GB/T 35186 不確定度評定方法，如：考慮儀表檢定（校準）期間穩(wěn)定性等。

在計量管理方面，對于大型天然氣能量計量系統(tǒng)，需加強流量、壓力溫度變送器和在線色譜分析儀、標準物質(zhì)的實時核查或周期核查；加強流量計尤其是準確度等級 0.5 級流量計的型式評價技術要求和管理；依據(jù)市場監(jiān)管總局下達的《關于加強標準物質(zhì)建設和管理的指導意見》及后續(xù)出臺與標準物質(zhì)相關的標準，加強氣體標物定值可靠性、氣體標準物質(zhì)生產(chǎn)商監(jiān)管，并應用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術提升現(xiàn)場計量管理水平，為智慧監(jiān)管提供支撐等。