采用能量計量評估蒸汽能耗方案

???????---對《蒸汽熱量計算方法》國家標準的討論

???北京博思達新世紀測控技術(shù)有限公司 ?張志力??王京安??100191

? ? ? ?摘要：由于沒(méi)有蒸汽物性值（密度、比焓等）計算方法的統一標準，給蒸汽的質(zhì)量（能量）計量和貿易結算造成諸多困難。蒸汽一直沿用質(zhì)量計量，這對于評估蒸汽能耗尚存在不足。本文在介紹《蒸汽熱量計算方法》國家標準的基礎上，分析了蒸汽能量計量的幾個(gè)問(wèn)題，希望引起流量界同仁的關(guān)注，共同探討蒸汽計量的科學(xué)方法。

? ? ? 關(guān)鍵詞：??國家標準 ???蒸汽能量計量 ????蒸汽密度 ???蒸汽比焓

? ? ? 1.標準立項背景

? ? ? GB17167-2006 《用能單位能源計量器具配備和管理通則》已于2007年1月1日頒布實(shí)施，該文件對用能單位能源計量器具的配備率、能源計量器具的準確度等級、能源計量器具的管理都有了明確規定，大多數一次儀表都有相應的標準和檢定規程可依，只需按標準及檢定規程生產(chǎn)、檢定，就能保證一定的準確度。然而，流體物性值對流量測量的影響是毋容質(zhì)疑的，在有關(guān)流量測量的標準（例如GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流量》）中都對這些影響有明確的描述，流體的密度、粘度、等熵指數都直接或間接地影響流量的量值。

蒸汽在工業(yè)企業(yè)以及社會(huì )能源消費中占有很大比重，由于我國沒(méi)有蒸汽物性值（密度、粘度、等熵指數等）計算方法的標準，致使在蒸汽計量中物性值取值方法不統一，給水蒸汽的質(zhì)量計量和貿易結算造成諸多困難。

? ? ? 蒸汽作為載能工質(zhì)，用戶(hù)使用的是水蒸汽所攜帶的熱量，而溫度、壓力不同，蒸汽比焓不同，所以用質(zhì)量流量來(lái)評估蒸汽用量或損耗顯然存在缺陷。目前我國蒸汽貿易結算已部分采用熱量計量，但由于沒(méi)有國家標準，比焓、熱量的計算和補償方法不統一，必然影響蒸汽能量準確計量。制定《蒸汽熱量計算方法》的國家標準是解決這一問(wèn)題的重要環(huán)節。為此，國家標準化委員會(huì )批準制定《蒸汽熱量計算方法》國家標準立項（計劃編號：20121520 - T - 424）。

? ? ??2.標準涉及的主要內容

? ? ? 2.1本標準主要參考IAPWS –IF97國際水和蒸汽性質(zhì)公式（International?Steam Tables?Properties of Water and Steam?Based on the Industrial?Formulation?IAPWS-IF97）。

? ? ? 2.2本標準給出了蒸汽物性值：比焓、密度、比熵、聲速、動(dòng)力粘度、等熵指數的計算方法(定義與作用見(jiàn)表1)；蒸汽熱量的計算方法以及比焓不確定度的估算方法。

表1 ?比焓、密度、比熵、聲速、動(dòng)力粘度、等熵指數的定義與作用

? ? ? ??2.3本標準適用范圍為：

當273.16 K ≤T≤623.15 K時(shí)，0MPa < p≤ps?(T)（溫度T對應的飽和蒸氣壓力）MPa；

當623.15 K ＜T≤1073.15 K時(shí)，0MPa <?p≤16.5292 MPa。

? ? ??3.標準應用的幾個(gè)問(wèn)題

? ? ??3.1統一物性值計算，提高水蒸汽質(zhì)量計量準確度

在實(shí)際蒸汽的流量計量過(guò)程中，人們重點(diǎn)關(guān)注的是溫度、壓力和差壓信號的準確性；由于缺乏對蒸汽密度計算復雜程度和計算依據的了解，往往忽略了密度值對蒸汽計量準確度的影響。節流式流量計蒸汽質(zhì)量流量計算公式為：

? ? ? ? ? ??

?

式中 ?qm——體積流量，m3/s；

? ? ? ? ?ε——可膨脹性系數；

? ? ? ? d——節流件開(kāi)孔直徑，m；

? ? ? ? D——管道內徑，m；

? ? ? ?β——直徑比，(β=d/D)?；

? ? ? ?ρ1——蒸汽密度，kg/m3；

? ? ? Δp——差壓，Pa；

? ? ? C——流出系數。

? ? ? ?從式1可以看出：差壓值Δp和密度值在計算中是處于同等位。此外，可膨脹性系數ε、流出系數C也會(huì )產(chǎn)生影響（此文不詳述），節流件開(kāi)孔直徑d、管道內徑D的準確性可通過(guò)控制加工和安裝精度予以保證。

正是因為蒸汽密度等物性值計算復雜，目前很多流量二次儀表的蒸汽密度的計算采用（1）采用簡(jiǎn)易的數學(xué)模型（出版物給出的或自己擬合的公式）。一般出版物給出的水蒸汽密度計算公式都是根據水蒸汽性質(zhì)表擬合得到，不僅存在擬合誤差，一般只適用某一區域（過(guò)熱區或飽和區）且量值范圍比較小。這類(lèi)公式在一些特定的條件和場(chǎng)所是可用的，但作為計量用計算模型其準確度和適用范圍必須經(jīng)過(guò)科學(xué)的認證。（2）查表法。蒸汽表數據量很大且不連續（兩個(gè)數據間的數值準確度難以保證），在實(shí)際操作中有很大困難。（3）PVT氣體方程修正法，在DCS上蒸汽密度計算普遍采用此法。用IAPWS-IFC 1997公式和PVT方程分別計算蒸汽密度值，對比數據見(jiàn)表2。

表2 ?用IAPWS-IFC 1997公式和PVT方程計算蒸汽密度值對比

（以250℃、3.9MPa的過(guò)熱蒸汽密度為參考點(diǎn)）

? ? ? ?從表2中的數據可以看出，不同的計算方法所得到的密度值差別很大，遠遠超出了人們的想象。水蒸汽密度的計算方法不能統一，不僅給能源管理造成了一定的混亂，甚至引發(fā)貿易糾紛。?另外，現場(chǎng)還有大量的蒸汽計量用表尚未配溫度、壓力補償，其準確度難以評估。

? ? ? ?3.2正確評估用能設備的能耗

? ? ? ?1）蒸汽能量計算原理

蒸汽的比焓是表征單位質(zhì)量的水蒸汽所具有能量的系統狀態(tài)參數，已知蒸汽的質(zhì)量流量及其比焓，蒸汽熱量Q按式（2）計算。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

式中：

——蒸汽質(zhì)量流量，?單位為千克每秒（kg/s），測量；

——為蒸汽溫度、壓力發(fā)生變化前后（某一裝置或設備入口與出口處）的水蒸汽的比焓之差；

——分別為蒸汽溫度、壓力發(fā)生變化前后（某一裝置或設備入口與出口處）蒸汽的比焓，單位為千焦每千克（kJ/kg）。

? ? ? ?2）質(zhì)量計量對用能設備能耗評估的缺陷

? ? ? ?某生產(chǎn)裝置過(guò)熱蒸汽采用階梯式運行方式，即蒸汽經(jīng)過(guò)兩級（或多級）裝置做功，蒸汽（仍是過(guò)熱狀態(tài)）的溫度、壓力逐級降低，焓值也逐級下降，但各極裝置的質(zhì)量流量不變（見(jiàn)圖1）。

? ? ? ?從上圖可以看出；入口的蒸汽（350℃、3.7Mpa）比焓值為3.1227MJ/kg，末級出口的蒸汽（140℃、0.35Mpa）比焓為2.7346MJ/kg，兩者相差12%，以質(zhì)量流量進(jìn)行結算，難以對單套生產(chǎn)裝置進(jìn)行能耗考核或能效評估。

? ? ? ?3）采用能量計量評估用能設備蒸汽能耗

? ? ? ?方案A：此方案可以計量單個(gè)生產(chǎn)裝置的蒸汽能耗情況。該生產(chǎn)裝置在運行過(guò)程中沒(méi)蒸汽的質(zhì)量損失（或可忽略），在生產(chǎn)裝置的蒸汽入口安裝一套蒸汽能量計量?jì)x表（由蒸汽流量計、溫度、壓力補償儀表，以及流量計算機構成），在生產(chǎn)裝置的蒸汽出口安裝一套溫度、壓力測量?jì)x表（見(jiàn)圖2）

? ? ? ?流量計算機根據生產(chǎn)裝置入口處流量F1、溫度T1、壓力P1和出口處的溫度T2、壓力P2，可按式2計算該裝置蒸汽能耗，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送到企業(yè)的能源計量數據中心。

? ? ? ?方案B：如果生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽有質(zhì)量損失，可采用此方案（見(jiàn)圖3）。

? ? ? ?此方案與方案A不同的是在生產(chǎn)裝置蒸汽出口再安裝一臺蒸汽計量?jì)x表。流量計算機根據生產(chǎn)裝置入口處流量F1、溫度T1、壓力P1和出口處的溫度F2、T2、壓力P2，可按式3計算該裝置蒸汽能耗。流量計算機將整個(gè)裝置的蒸汽能耗通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送到企業(yè)的能源計量數據中心。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

式中：

——分別為在溫度、壓力變化過(guò)程前后（換熱裝置入口與出口處）的操作條件下測得的蒸汽質(zhì)量流量，單位為千克每秒（kg/s），

? ? ? ?3.3采用能量計量評估蒸汽管網(wǎng)損耗

? ? ? ?1）基本分析

? ? ? ?眾所周知，蒸汽管輸過(guò)程中存在不容忽視的損耗。習慣上，蒸汽的損耗是通過(guò)蒸汽流量（質(zhì)量）輸差（管網(wǎng)進(jìn)口流量與出口流量之差）來(lái)進(jìn)行評估。人們巳經(jīng)注意到，除蒸汽的工況（溫度、壓力、流量）條件對用能設備效率產(chǎn)生影響外，蒸汽的損耗與蒸汽輸送流速、管道保溫、氣候條件等因素有很大關(guān)系。然而，只有通過(guò)能量計量才能科學(xué)的評估各種關(guān)聯(lián)因素與損耗之間的關(guān)系，這是解決問(wèn)題的重要舉措。

蒸汽的損耗來(lái)自于能量（熱量）損失和質(zhì)量損失。以過(guò)熱蒸汽為例，蒸汽在管道輸送過(guò)程中，在狀態(tài)未發(fā)生變化（保持過(guò)熱）的情況下，盡管溫度、壓力沿蒸汽走向逐漸降低，雖其質(zhì)量流量不變，但能量損失了。這部份損耗就是能量（熱量）損失，是無(wú)法通過(guò)質(zhì)量流量進(jìn)行定量評估的。

在管網(wǎng)末端蒸汽的損耗往往同時(shí)來(lái)自能量（熱量）損失和質(zhì)量損失。此時(shí)情況比較復雜，除了熱量損失（其中應包括蒸汽發(fā)生相變所消耗的汽化潛熱），還有質(zhì)量損失，其中包括管道泄漏和濕飽和蒸汽析出的冷凝水（一般蒸汽計量?jì)x表無(wú)法檢測這部分冷凝水的質(zhì)量）。

? ? ? ?2）解決方案

? ? ? ?方案C：長(cháng)輸管道（有質(zhì)量損失）能量損耗計量（見(jiàn)圖4）。

? ? ? ?此方案是在蒸汽生產(chǎn)廠(chǎng)（如熱電廠(chǎng)）的蒸汽出口和蒸汽接收方（如煉油廠(chǎng)）的入口各安裝一套蒸汽能量計量?jì)x表（由蒸汽流量計、溫度、壓力補償儀表，以及流量計算機構成），流量計算機可顯示瞬時(shí)、累積質(zhì)量流量和瞬時(shí)、累積能量。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送到企業(yè)的能源計量數據中心。??

? ? ? ?方案D：長(cháng)輸管道（無(wú)質(zhì)量損失）能量損耗計量（見(jiàn)圖5）。

? ? ? ?此方案中在蒸汽生產(chǎn)廠(chǎng)（如熱電廠(chǎng)）的蒸汽出口安裝一套蒸汽能量計量?jì)x表（由蒸汽流量計、溫度、壓力補償儀表，以及流量計算機構成），在蒸汽接收方（如煉油廠(chǎng)）的入口僅安裝一套溫度、壓力測量?jì)x表以及一臺數據轉換單元。此方案可在過(guò)熱蒸汽管道或不考慮管道輸送中蒸汽的質(zhì)量損失（即忽略跑、冒、滴、漏以及管道疏水）的情況下采用。

值得指出的是，上述方案已分別在兩個(gè)石化企業(yè)蒸汽計量中應用，并達到預期效果。

? ? ? ?3）建立關(guān)聯(lián)數據庫，為科學(xué)管理能源提供依據。

? ? ? ?將蒸汽管損能量計量數據與蒸汽工況（流量、溫度、壓力）信息、氣候信息、管道保溫工程信息等關(guān)聯(lián)因素共建數據庫，引入大數據概念，總結規律。在為能源考核工作奠定基礎的同時(shí)，也為調整蒸汽輸配方案、維護或改造蒸汽管網(wǎng)以及相關(guān)節能工程提供科學(xué)、可靠的依據。

結束語(yǔ)

? ? ? 《蒸汽熱量計算方法》國家標準的出臺，統一了我國蒸汽物性值的計算，為蒸汽質(zhì)量的準確計量奠定了基礎，也為能量計量創(chuàng )造了條件。讓新標準在節能降耗中發(fā)揮作用，是我們共同的期盼。

參考文獻

? ? ??IAPWS –IF97國際水和蒸汽性質(zhì)公式（International?Steam Tables?Properties of Water and Steam?Based on the Industrial?Formulation?IAPWS-IF97）

? ? GB/T 21188-2007 用臨界流文丘里噴嘴測量氣體流量

? ? GB/T 32224-2015 熱量表

? ? GB/T17167-2006 用能單位能源計量器具配備和管理通則

? ? GB/T17611-1998?封閉管道中流體流量的測量術(shù)語(yǔ)和符號

? ? GBT3102.4-1993?熱學(xué)的量和單位

工礦企業(yè)天然氣能量計量方案的討論

北京博思達新世紀測控有限公司 李佳?

20210519

????????摘要：隨著(zhù)天然氣能量計量體系的建立與完善，我國天然氣計量將逐步由體積計量向能量計量轉型，為維護貿易雙方的經(jīng)濟利益，確保轉型后上下游計量數據統一、結果合規有據，本文探討了下游工礦企業(yè)計量?jì)x表獲取天然氣實(shí)時(shí)氣質(zhì)數據（組分、發(fā)熱量等）的方法，以及實(shí)現低成本能量計量技術(shù)方案。

???? ? 關(guān)鍵詞：??天然氣、能量計量、賦值方法、數據管理

? ? ? ?0.問(wèn)題的提出

? ? ? 國家管網(wǎng)公司的成立，推進(jìn)了全國油氣干線(xiàn)管道“一張網(wǎng)”形成，我國天然氣管網(wǎng)將呈多種氣源(天然氣、液化天然氣、煤層氣、煤制氣、頁(yè)巖氣等）供氣的局面。由于不同氣源氣質(zhì)數據（組分、密度、發(fā)熱量）差異較大，沿用至今的體積計量已不能科學(xué)地衡量天然氣經(jīng)濟價(jià)值，必然對天然氣生產(chǎn)、供銷(xiāo)、使用等各方經(jīng)濟利益產(chǎn)生影響。隨著(zhù)四部委聯(lián)合發(fā)布的?“油氣管網(wǎng)設施公平開(kāi)放監管辦法”的實(shí)施，相關(guān)部門(mén)已經(jīng)啟動(dòng)了天然氣采用能量計量（包括計量系統改造）的相關(guān)工作。

? ? ? 天然氣采用能量計量，將對石化、熱電等行業(yè)以及工業(yè)園區的天然氣計量與管理產(chǎn)生影響。下游用戶(hù)面臨天然氣動(dòng)態(tài)組成數據轉型及獲取問(wèn)題，如何保證貿易計量核查可靠，上下游計量數據統一，亟待提出一套符合相關(guān)標準，滿(mǎn)足現場(chǎng)條件且低成本的天然氣計量系統改造方案。

? ? ? 1.天然氣計量現狀

目前下游天然氣工業(yè)用戶(hù)均采用體積計量，基本分為貿易計量核查和內部計量?jì)刹糠?，現狀為：?

a)?下游用戶(hù)一般沒(méi)有對天然氣組成進(jìn)行分析，也未從上游（供氣方）站點(diǎn)獲取天然氣實(shí)時(shí)組成數據，僅是定期從上游獲取天然氣固定組成數據用于體積計量的密度修正。

b）下游流量計量一次儀表種類(lèi)繁多。包括：標準節流式流量計、渦輪流量計、渦街流量計、科氏質(zhì)量流量計等。

c) 各種功能的流量數據處理設備并存，即：

1) 網(wǎng)絡(luò )型流量計算機：能實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集、流量計量、換算和積算，計算壓縮因子等物性參數，顯示數據，具備與上位機進(jìn)行數據交接網(wǎng)絡(luò )通訊功能；

2) 流量計算機：能實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集、流量計量、換算和積算，顯示數據；

3) 流量積算儀：能實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集、流量計量和積算，顯示數據；

4) 流量數據采集轉換裝置：能實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集、傳輸。

上述設備一般不具備接收動(dòng)態(tài)組分數據和能量計算的功能。

? 2.解決方案

? 2.1 組分數據獲取

? 天然氣采用能量計量，可根據計量系統性能要求及評價(jià)結果，從上游（供氣方）站點(diǎn)獲取天然氣實(shí)時(shí)組成數據，可采用如下賦值方法：

?a)對于GB/T 18603-2014中A級計量系統，采用可變賦值方法從上游獲取天然氣組成數據。見(jiàn)圖（1）。

?上述方案直接采用上游色譜儀在線(xiàn)組分數據，賦值最大允許誤差∠0.5%。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，并且省卻了色譜儀的采購和維護成本，但是要求下游流量計算機具有能量計算和接收實(shí)時(shí)組分數據的功能。

b）對于GB/T 18603-2014中B級（或C級）計量系統，從上游獲取天然氣組成數據，采用發(fā)熱量智能固定賦值（賦值最大允許誤差∠1.25%）。根據發(fā)熱量的波動(dòng)情況和計量最大允許誤差要求，自動(dòng)調整固定賦值周期。

c）對于GB/T 18603-2014中C級計量系統，從上游獲取天然氣組成數據，采用發(fā)熱量固定賦值（賦值最大允許誤差∠2.0%）。賦值周期為1周或根據實(shí)際情況確定。

? ? 2.2 能量計量系統構成

采用氣質(zhì)數據采集轉換儀（由工控機和配套軟件組成，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“轉換儀”），從上游線(xiàn)色譜儀或流量計算機上自動(dòng)讀取天然氣組分數據。轉換儀根據具體條件和需求，按照GB/T 22723《天然氣能量的測定》等相關(guān)標準，計算體積基高位發(fā)熱量、質(zhì)量基高位發(fā)熱量、沃泊指數、密度等氣質(zhì)數據，在完成數據處理的同時(shí)，將處理后的氣質(zhì)數據上傳到數據處理天然氣計量平臺（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“平臺”）。

平臺把實(shí)時(shí)氣質(zhì)數據（按小時(shí)、天、周、月、年不同統計方式）上傳到上位系統（企業(yè)能源網(wǎng)），現場(chǎng)流量計算機自動(dòng)下載數據，不能接收動(dòng)態(tài)數據的流量計算機，可通過(guò)氣質(zhì)數據賦值終端（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“賦值終端”）下載數據，從而實(shí)現發(fā)熱量賦值。系統構成見(jiàn)圖（2）

? ? 2.3流量計算機能量計量方案

根據各種功能流量數據處理設備，使用不同的數據處理方法，即：

? ? a）網(wǎng)絡(luò )型流量計算機能量計量方案為：

? ? 1) 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊和能量計算的組態(tài)；

? ? 2) 通過(guò)平臺或網(wǎng)絡(luò )接收天然氣組成數據；

? ? 3) 計算天然氣工作條件和標準參比條件下的壓縮因子（測量工作條件下的體積流量的流量計），以及標準參比條件下體積基或質(zhì)量基（質(zhì)量流量計）高位發(fā)熱量；

? ? 4) 進(jìn)行流量計算、體積換算（測量工作條件下的體積流量的流量計）、能量計算、積算；

? ? 5) 上傳計量數據。

? ? b）流量計算機能量計量方案為：

? ? 1) 增加網(wǎng)絡(luò )數據交換賦值終端；

? ? 2) 在平臺或上位系統計算天然氣工作條件和標準參比條件下的壓縮因子（測量工作條件下的體積流量的流量計），以及標準參比條件下體積基或質(zhì)量基（質(zhì)量流量計）高位發(fā)熱量，并通過(guò)賦值終端下傳至流量計算機；

? ? 3) 在流量計算機上進(jìn)行流量計算、體積換算（測量工作條件下的體積流量的流量計）、能量計算、積算；

? ? 4) 通過(guò)賦值終端上傳計量數據。

? ? c）流量積算儀能量計量方案為：

? ? 1) 增加網(wǎng)絡(luò )數據交換賦值終端；

? ? 2) 通過(guò)賦值終端上傳溫度、壓力和流量數據至平臺或上位系統；

? ? 3) 在平臺或上位系統上計算天然氣工作條件和標準參比條件下的壓縮因子（測量工作條件下的體積流量的流量計），以及標準參比條件下體積基或質(zhì)量基（質(zhì)量流量計）高位發(fā)熱量，并通過(guò)賦值終端下傳至流量積儀；

? ? 4) 在平臺或上位系統進(jìn)行體積換算（測量工作條件下的體積流量的流量計）、能量計算、積算。

? ? d）流量數據采集儀能量計量方案為：

? ? 1) 增加網(wǎng)絡(luò )數據交換賦值終端；

? ? 2) 通過(guò)賦值終端上傳溫度和壓力數據至平臺或上位機；

? ? 3) 在平臺或上位系統上計算天然氣工作條件和標準參比條件下的壓縮因子（測量工作條件下的體積流量的流量計），以及標準參比條件下體積基或質(zhì)量基（質(zhì)量流量計）高位發(fā)熱量，并通過(guò)賦值終端下傳至流量數據采集儀；

? ? 4) 在平臺或上位系統進(jìn)行流量計算、體積換算（測量工作條件下的體積流量的流量計）、能量計算、積算。

? ? 2.4.氣質(zhì)數據賦值終端的應用

對不具備接收實(shí)時(shí)組分的流量計算機，可通過(guò)賦值終端進(jìn)行賦值，具體有三種方式。

? ?（1）賦值到原有流量二次儀表

??? ??此方式適用于原有流量二次儀表有能量計量功能，但不具備接收實(shí)時(shí)組分數據功能的儀表。

? ? （2）使用原二次儀表的體積或質(zhì)量流量數據進(jìn)行能量計算

? ? ?此方式適合原有流量二次儀表，體積或質(zhì)量流量計量符合標準要求，但不具備能量計量功能的儀表。

? ? （3）賦值終端直接進(jìn)行天然氣能量計量

??? ? ??賦值終端自身具備高精度的流量和能量計算功能，可以直接采集原始信號（溫度、壓力、流量），完成體積或質(zhì)量流量及能量計算。此方式適用于原有流量二次儀表的流量補償計算不符合標準要求，不具備高精度流量、能量計量功能的儀表。

? ? 3.應用舉例

某企業(yè)為提高天然氣流量計量準確度并實(shí)現能量計量，上位系統采用有線(xiàn)通訊讀取色譜的組成數據并完成數據處理，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)通訊設備發(fā)送給下游流量計算機（具備接收實(shí)時(shí)組分數據功能），實(shí)現組分實(shí)時(shí)賦值。各站點(diǎn)流量計算機采用實(shí)時(shí)氣質(zhì)數據完成壓縮因子、密度、發(fā)熱量計算，從而提高天然氣物性參數的準確度，在體積流量計量的基礎上實(shí)現能量計量。方案見(jiàn)圖3。

? ?圖3

4.小結

以上方案遵從國家相關(guān)標準，以天然氣體積計量為基礎，根據實(shí)際條件充分挖掘現有設備、設施潛力，借助企業(yè)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，為貿易計量核準和下游計量系統改造，以及儀表的校準或核查提供一套低成本的天然氣體積向能量計量轉型技術(shù)方案。

參考文獻：

GB/T 18603《天然氣計量系統技術(shù)要求》

GB/T 35186《天然氣計量系統性能評價(jià)》

GB/T 11062 天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法

工業(yè)蒸汽計量技術(shù)與應用

???????---對《工業(yè)蒸汽計量技術(shù)要求》團體標準的討論

????華電國際電力股份有限公司天津分公司 ?王晶 ?王建光 ?張弘毅 肖明

（天津市河西區合肥道富力中心27樓，300203）

北京博思達新世紀測控技術(shù)有限公司 張志力朱昕姝?100191

（北京市海淀區龍翔路30號院2號樓801室，100191）

? ? ? ?摘要：長(cháng)期以來(lái)，由于我國沒(méi)有關(guān)于工業(yè)蒸汽計量的統一標準，使蒸汽計量在流量與物性值計算、儀表選型、量值溯源及運維管理等方面無(wú)據可依，給蒸汽的質(zhì)量、能量計量和貿易結算造成諸多困難。本文根據工業(yè)蒸汽計量存在的實(shí)際問(wèn)題，介紹《工業(yè)蒸汽計量技術(shù)要求》團體標準給出的解決方案。

? ? ??關(guān)鍵詞：??蒸汽標準 ???儀表選型 ??蒸汽物性值 ??寬量程 ??能量計量 ????

1.標準立項背景

工業(yè)蒸汽是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和供熱的主要能源，由于其經(jīng)濟價(jià)值高，計量是供需雙方關(guān)注的焦點(diǎn)。“電熱并舉”是熱電行業(yè)長(cháng)期經(jīng)營(yíng)戰略，蒸汽貿易計量直接關(guān)系供熱企業(yè)經(jīng)濟利益。由于蒸汽介質(zhì)和工況條件的特殊性（高溫、高壓、高流速、補償參數計算復雜等），其流量測量一直是計量領(lǐng)域的難點(diǎn)。蒸汽計量?jì)x表選型、使用、檢定或校準不規范，輸配不合理，造成蒸汽輸差大等問(wèn)題在工業(yè)領(lǐng)域普遍存在。為此，中國華電集團在對下屬供熱企業(yè)蒸汽計量情況進(jìn)行了全面調研（包括對7個(gè)企業(yè)的實(shí)地考察）的基礎上，開(kāi)展了專(zhuān)項課題研究，結合實(shí)際情況組織業(yè)內專(zhuān)家開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，編寫(xiě)T/CMA NY050-2020《工業(yè)蒸汽計量技術(shù)要求》團體標準，在標準編制、修改過(guò)程中，編寫(xiě)組采用現場(chǎng)走訪(fǎng)與問(wèn)卷調查相結合的方式，對華電集團下屬20家供熱企業(yè)蒸汽計量情況進(jìn)行了調研。該標準2021年1月1日發(fā)布后，受到了熱電、石化、石油、冶金等行業(yè)的計量主管部門(mén)重視，中國華電集團、中石化下屬企業(yè)組織相關(guān)技術(shù)人員結合蒸汽計量的實(shí)際需求開(kāi)展標準宣貫及討論，下面將就宣貫中大家普遍關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行闡述。

2.標準涉及的幾個(gè)主要問(wèn)題

2.1標準應用范圍及技術(shù)依據問(wèn)題

該標準適用于工業(yè)蒸汽的流量計量，規定了工業(yè)蒸汽流量計量技術(shù)要求及流量測量及其不確定度評定方法。特別強調了蒸汽計量系統包括一次儀表（含測量管）、補償儀表（溫度、壓力）及流量積算單元，并給出對計量系統性能要求。該標準引用或參考GB/T 2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》1、2、3、4部分，GB/T 34060-2017 《蒸汽熱量計算方法》，JJG 640-2016 《差壓式流量計》等標準和規程，確保與現行有效的國家標準、行業(yè)標準和國家檢定規程保持一致。

2.2.儀表選型與量值溯源問(wèn)題

2.2.1.流量計選型與溯源問(wèn)題

本標準推薦儀表的原則是依據現行有效國家或國際標準，確保所推薦儀表有據可依。由標準給出了所推薦的流量計適用范圍、安裝使用要求和檢定與校準要求。

（1）依據GB/T 2624.1-2006 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量

滿(mǎn)管流體流量 第1、2、3、4等部分，推薦了標準孔板、ISA1932噴嘴、長(cháng)徑噴嘴等。該類(lèi)型儀表全球通用，歷史悠久，制造技術(shù)成熟，是當前蒸汽計量的主力儀表。其最大特點(diǎn)是通過(guò)幾何檢定就可以實(shí)現節流裝置的量值溯源，無(wú)須實(shí)流標定。

? ?（2）依據GB∕T 25922-2010《封閉管道中流體流量的測量 用安裝在充滿(mǎn)流體的圓形截面管道中的渦街流量計測量流量的方法》推薦了渦街流量計。標準指出渦街流量計和管道的振動(dòng)應在制造商推薦的等級范圍內，儀表的技術(shù)指標（蒸汽的干度、壓力、溫度）等應滿(mǎn)足蒸汽計量實(shí)際需求以及儀表檢定（或校準）按JJG1029規定進(jìn)行。

? ?（3）依據SO 5167-5：2016 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量 第5部分：錐形流量計》。標準給出了流出系數C?和可膨脹性系數ε的取值方法。儀表檢定（或校準）采用系數檢測法按JJG640-2016中7.2規定進(jìn)行；采用示值誤差檢測法按JJG640-2016中7.3規定進(jìn)行。

(4)對其它類(lèi)型流量計的規定

其它類(lèi)型流量計是指用于蒸汽計量的插入式流量計（如皮托管流量計、均速管流量計、插入式渦街流量計等）、非標準節流式流量計（如多孔孔板等）。由于這些流量計目前沒(méi)有公任的相關(guān)標準支持，生產(chǎn)廠(chǎng)商應提供流量計的流量計算模型、使用范圍及使用要求等。

特別指出，這類(lèi)儀表的檢定（或校準）應依據JJG640-2016規定的示值誤差檢測法,在接近儀表實(shí)際使用的工況（介質(zhì)溫度、壓力和流速范圍）條件下，在蒸汽標準裝置上通過(guò)實(shí)流標定獲得儀表系數和不確定度。對于插入式流量計宜采用流量計與測量管段整體標定的方法，以避免在使用時(shí)由插入式流量計測量桿安裝定位、插入深度、實(shí)際管徑等因素帶來(lái)的誤差。

2.2.2 配套流量計算機選型與溯源問(wèn)題

流量計算機計算模型分為兩類(lèi)，一類(lèi)是與流量變送器（傳感器）相關(guān)流量計算模型，另一類(lèi)是物性值計算模型。

（1）流量計算機流量計算模型一般由公認的標準給出，本標準推薦的流量計的計算模型均取自于現行國家或國際標準。沒(méi)有公認標準支持的流量計流量計算模型，須在公認的標定裝置上通過(guò)實(shí)驗驗證得到。

（2）目前蒸汽流量計量的物性值有的是采用簡(jiǎn)易數學(xué)模型或理想氣體方程進(jìn)行計算，由于算法不統一，會(huì )對蒸汽計量準確度產(chǎn)生影響。

本標準推薦的流量計算機蒸汽密度、比焓、動(dòng)力粘度、等熵指數的物性值計算模型來(lái)源于GB/T 34060-2017 《蒸汽熱量計算方法》國家標準，該標準等效于國際水和水蒸汽性質(zhì)聯(lián)合會(huì )IAPWS-IF97公式（該文件指出，在商業(yè)合同中應采用IAPWS-IF97公式）。

（3）寬量程問(wèn)題

標準節流式流量計在傳統應用中，超測量范圍現象較為普遍，這是影響這類(lèi)流量計應用以及產(chǎn)生測量誤差因素之一，擴展測量范圍是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在?，F代智能化、寬量程的差壓變送器和運算功能強大的流量計算機的問(wèn)世，使標準節流式流量計實(shí)現自動(dòng)寬量程成為可能。蒸汽計量普遍使用的節流式流量計流量計算基本公式見(jiàn)（1）式：

? ? ? ? ??

? ? ? 在一定條件下（幾何檢測合格且使用條件在標準規定的范圍內），對于給定的標準節流件，C值僅與雷諾數有關(guān)，按式（2）計算。

式中： ?ReD?——管徑雷諾數。

根據這一原理，流量計算機通過(guò)實(shí)時(shí)迭代計算，得到不同雷諾數條件下的流出系數C和可膨脹性系數ε進(jìn)行流量計算，克服傳統上使用固定C和ε值帶來(lái)的誤差，從而實(shí)現量程擴展。傳統上流出系數C、可膨脹性系數ε均采用固定值，僅在量程比3：1的測量范圍內可實(shí)現準確計量。本標準在通則中對差壓式流量計寬量程功能提出了要求。

（4）流量計算機功能要求。

本標準根據當前和未來(lái)的應用需求，提出流量計算功能包括：支持瞬時(shí)質(zhì)量及累積質(zhì)量流量計算；支持瞬時(shí)能量及累積能量流量計算。為保證上述功能滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)及貿易計量的實(shí)際要求，對流量計算機主要性能（包括：環(huán)境條件、數據采集與處理周期、準確度、數據存儲、通訊接口、系統安全、平均無(wú)故障時(shí)間及自診斷功能）提出了明確要求。

2.3?關(guān)于蒸汽能量計量問(wèn)題

蒸汽作為載能工質(zhì)，用戶(hù)使用的是蒸汽所攜帶的熱量，而溫度、壓力不同，蒸汽比焓不同，所以用質(zhì)量流量來(lái)評估蒸汽用量或損耗存在缺陷。蒸汽輸送過(guò)程中存在損耗，習慣上，蒸汽的損耗是通過(guò)蒸汽流量（質(zhì)量）輸差進(jìn)行評估。過(guò)熱蒸汽在輸送過(guò)程中狀態(tài)未發(fā)生變化（保持過(guò)熱）的情況下，盡管溫度、壓力逐漸降低，雖其質(zhì)量流量不變，但能量損失了。這部份能量損失，是無(wú)法通過(guò)質(zhì)量流量進(jìn)行定量評估的。

標準編寫(xiě)前的調研情況表明，供熱公司外供蒸汽輸差大的情況較為普遍，除管道保溫因素外，有的供熱管道存在設計供汽量大，實(shí)際供汽量?。翱趶酱?、流速低）的問(wèn)題，在管網(wǎng)末端蒸汽的損耗不僅有能量損失還有質(zhì)量損失（其中包括管道泄漏和濕飽和蒸汽析出的冷凝水）。這是輸差大的主要原因，造成很大浪費，影響供熱企業(yè)經(jīng)濟效益。本標準提出蒸汽采用能量計量，旨在提升計量手段，對蒸汽管網(wǎng)熱損耗做出可以量化的評估。在實(shí)際操作中將蒸汽能量損耗數據與蒸汽工況（流量、溫度、壓力）、氣候、管道保溫工程等關(guān)聯(lián)因素共建數據庫，引入大數據概念，總結規律，為調整蒸汽輸配方案,維護或改造蒸汽管網(wǎng)以及相關(guān)節能工程提供科學(xué)、可靠的依據，也為蒸汽采用能量計量奠定基礎。

2.4?流量在線(xiàn)校準問(wèn)題

由于蒸汽的特殊性，在用蒸汽流量計（多為標準節流式流量計）存在不易拆卸或不能斷流的情況，大多不具備送實(shí)驗室檢定的條件。而在以往流量?jì)x表的檢定中，又只對一次儀表檢定，很少對二次儀表或整個(gè)系統進(jìn)行檢定或校準。致使現場(chǎng)運行儀表變送器超測量范圍使用，二次儀表計算模型不符合標準，或兩者存在設置與運行工況不符等諸多問(wèn)題不及時(shí)發(fā)現和解決。隨著(zhù)流量計在線(xiàn)校準在中石化、中石油、熱電企業(yè)逐步展開(kāi)，用在線(xiàn)校準替代強制檢定已成必然趨勢。為此，本標準結合蒸汽計量?jì)x表（包括配套變送器和流量積算單元）適用工況及現場(chǎng)條件，以規范性附錄形式對標準節流式流量計和流量計算機的在線(xiàn)校準給出操作方法及要求。為熱電、石化等行業(yè)在線(xiàn)蒸汽計量?jì)x表的量值溯源提供了參考依據。

結束語(yǔ)

《工業(yè)蒸汽計量技術(shù)要求》團體標準，是我國首個(gè)有關(guān)蒸汽計量的綜合性技術(shù)標準，明確了蒸汽計量的相關(guān)要求，規范儀表選型、量值溯源及運維管理，具有較強的實(shí)用性。通過(guò)實(shí)際應用，不斷充實(shí)、完善、提高。新標準能在節能降耗中發(fā)揮作用，是我們共同的期盼。

注【1】GB/T 2624.1-2006 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》 第3部分公式1。

注【2】GB/T 2624.1-2006 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》 第3部分公式3。

參考文獻

1.IAPWS –IF97國際水和蒸汽性質(zhì)公式（International?Steam Tables?Properties of Water and Steam?Based on the Industrial?Formulation?IAPWS-IF97）

2.GB/T 2624.1-2006 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》 第1、2、3、4等部分

3.GB/T 34060-2017 《蒸汽熱量計算方法》

4.JJG 640-2016 《差壓式流量計》

5.JJG 1003-2016 《流量積算儀》

用于蒸汽計量的標準節流裝置在線(xiàn)校準問(wèn)題的探討

朱昕姝，北京博思達新世紀測控技術(shù)有限公司，149655759@qq.com

李 長(cháng) 武 ， 蘇 州 市 計 量 測 試 院 ， ?????licw@szjl.com.cn?

韓鵬彥，中國石油撫順石化公司腈綸化工廠(chǎng)，13941363547@163.com

? ? ? ?摘要：流量?jì)x表在線(xiàn)校準已是國際上普遍采用的方法，其技術(shù)和管理均已成熟，并被貿易雙方所接受。隨著(zhù)我國市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展和社會(huì )誠信體系逐步完善， 相關(guān)政策、法規正在按照市場(chǎng)規則進(jìn)行調整，工業(yè)領(lǐng)域流量?jì)x表在線(xiàn)校準替代（或部分替代）強制檢定勢在必行。本文以 GB/T 34060-2017《蒸汽熱量計算方法》等標準和規程為依據，針對標準節流裝置和蒸汽的特點(diǎn)，探討用于蒸汽計量的標準節流裝置的在線(xiàn)校準系統構成、校準方法以及計量整改方案等若干問(wèn)題。

? ? ? 關(guān)鍵詞：蒸汽計量，在線(xiàn)校準，標準節流裝置，流量積算儀

一、問(wèn)題的提出?

蒸汽作為載能工質(zhì)，在石油、化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域能源消耗占比很高，我國中、高壓蒸汽流量計量多采用標準節流裝置。因此，對用于蒸汽計量的標準節流裝置進(jìn)行在線(xiàn)校準，既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)?，F場(chǎng)主要問(wèn)題有：

1、蒸汽物性值（密度、焓值）補償計算方法混亂，蒸汽尚未采用能量計量； ?

2、采用標準節流裝置測量蒸汽，超流量測量范圍問(wèn)題普遍； ?

3、蒸汽輸配環(huán)節輸差大，熱損失嚴重；

4、對蒸汽等介質(zhì)計量?jì)x表沒(méi)有在線(xiàn)校準手段，對輸差大等問(wèn)題束手無(wú)策。二、原因分析?

1、水蒸汽的性質(zhì)與理想氣體大不相同，其物理性質(zhì)獨特且運算復雜，故不能用簡(jiǎn)單的數學(xué)模型進(jìn)行計算。由于以前我國沒(méi)有蒸汽物性值計算統一的國家標準，在工程上采用的計算模型混亂（用理想氣態(tài)方程或固定值進(jìn)行密度補償的情況普遍），這不僅給能源計量管理帶來(lái)諸多困難，甚至造成貿易糾紛。

另外，蒸汽用戶(hù)消耗的是蒸汽所攜帶的熱量，而不同溫度、壓力蒸汽的比焓不同，攜帶的熱量不同。所以用質(zhì)量流量來(lái)評估蒸汽用量或損耗存在缺陷，致使無(wú)法對蒸汽損耗和碳排放量進(jìn)行科學(xué)、準確的評估；

2、傳統標準節流裝置測量范圍一般為3：1，而工業(yè)現場(chǎng)蒸汽流量變化遠遠超過(guò)3：1的范圍，這是引起節流裝置計量誤差的主要原因之一。

3、由于蒸汽的特殊性，蒸汽的工況條件不僅對用能設備效率產(chǎn)生影響，在 其輸送的過(guò)程中，隨著(zhù)溫度、壓力的降低，就產(chǎn)生了熱量損耗（包括熱量損失和 質(zhì)量損失） 。蒸汽的損耗與蒸汽輸送流速、管道保溫、氣候條件等因素有很大關(guān)系。習慣上，這部分損耗是通過(guò)蒸汽流量（質(zhì)量）輸差進(jìn)行評估存在兩個(gè)問(wèn)題： ?

（1）對過(guò)熱蒸汽而言，蒸汽在管道輸送過(guò)程中，在狀態(tài)未發(fā)生變化（保持過(guò)熱狀態(tài)）的情況下，質(zhì)量流量不變，但熱量損失（包括：合理?yè)p耗與不合理?yè)p耗兩部分）是無(wú)法通過(guò)質(zhì)量流量進(jìn)行定量評估的。 ?

（2）由于蒸汽輸送過(guò)程中產(chǎn)生的輸差全部分攤到下游，蒸汽輸配過(guò)程中的不合理?yè)p耗往往被忽視。

業(yè)內專(zhuān)家指出：在各行業(yè)的蒸汽輸送中，蒸汽普遍存在輸差大、輸配熱量損耗大的問(wèn)題。換言之，蒸汽輸配環(huán)節具有很大的節能空間。

4、用于蒸汽計量的標準節流裝置僅在安裝前做一次元件初檢。由于蒸汽連續生產(chǎn)等因素的限制，無(wú)法對在用的儀表進(jìn)行實(shí)流或幾何檢定。但是，影響流量量值除節流件本身外，還有補償計算、測量范圍、參數設置等諸多因素，現場(chǎng)實(shí)際情況表明：這些因素的影響往往超過(guò)了節流件不確定度影響，這需要通過(guò)在線(xiàn)校準來(lái)正確評估整個(gè)計量系統的準確性。?

三、解決方案?

???標準節流裝置與流量積算儀在線(xiàn)校準（或檢定）?

現場(chǎng)調研情況表明：用于蒸汽計量的標準節流裝置在線(xiàn)校準主要環(huán)節包括：

1.?在條件允許時(shí)，采用幾何測量設備對節流件的孔徑、光潔度、平整度等進(jìn)行實(shí)際測量，以評定測量結果。

2.?確認節流件是否在檢定周期內，檢查節流裝置的安裝及直管段，引壓管、取壓閥、平衡閥等是否符合 GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》、JJG640-2016《差壓式流量計》的要求。根據行業(yè)特 ?點(diǎn)，制定具體校準方案（必要時(shí)，可參考國內外的相關(guān)標準，開(kāi)展定期檢測，以檢查節流件長(cháng)周期運行后幾何尺寸及形位工差的變化情況）。

3.?在完成上述環(huán)節的基礎上，可開(kāi)展三類(lèi)校準：

Ⅰ類(lèi)校準：流量積算儀模型在線(xiàn)校準（校準流量計算模型、物性值計算、檢查儀表設置等）、差壓量程的校準。

? ? Ⅱ類(lèi)校準：流量積算儀檢定或校準

? ? 由高精度電流信號源提供電流信號，采用聯(lián)校的方法對二次儀表或 DCS?的信號通道及顯示值進(jìn)行檢定（或校準），以確定積算系統是否符合計量要求。主要核查物性值計算、寬量程補償運算以及儀表設置是否正確。

Ⅲ類(lèi)校準：流量系統校準

? ? 可采用便攜壓力源、干井對壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器進(jìn)行現場(chǎng)校驗，核查各變送器工作和參數設置是否在合理范圍，采用聯(lián)校的方法對整套系統進(jìn)行校準。

? ? ? 校準工作的開(kāi)展，應根據現場(chǎng)實(shí)際情況及用戶(hù)的要求，在充分調研的基礎上確定校準方案。通過(guò)現場(chǎng)校準判斷問(wèn)題 (一次裝置、流量與物性值計算模型、測量范圍以及參數設置等) 所在，從而對計量系統給出整改進(jìn)建議。

? ? 四、整改建議

? ? 方案 1

GB/T34060-2017《蒸汽熱量計算方法》國家標準實(shí)施，統一了蒸汽物性值（密度、比焓、熱量、等熵指數、粘度等）計算方法（據悉，目前我國蒸汽貿易結算已開(kāi)始采用熱量計量）。這為蒸汽質(zhì)量和能量計量提供了可靠依據。

? ? 對用于蒸汽貿易計量或用于碳排放量考核的蒸汽計量二次儀表（流量計算單元、DCS 等）的蒸汽物性值計算（密度、焓值等）模型統一采用國家標準，在保證質(zhì)量計量準確的同時(shí)，增加實(shí)時(shí)計算蒸汽能量功能，依據 GB/T3215-2015 工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則（及各行業(yè)具體要求）國家標準，增加蒸汽碳排放量自動(dòng)轉換功能。

? ??方案 2?

在流量二次儀表（流量計算單元或 DCS）開(kāi)發(fā)可實(shí)時(shí)計算流出系數 C 和可膨脹性系數ε?功能，使節流裝置流量范圍真正達到 6：1 或 20：1。在蒸汽流量計量系統植入標準節流裝置寬量程自動(dòng)補償功能。

? ?方案3：

? ? 例1：長(cháng)輸管道（有質(zhì)量損失）能量損耗計量（見(jiàn)圖3）。

圖3 ?

? ? 例1：是在蒸汽生產(chǎn)廠(chǎng)（如熱電廠(chǎng)）的蒸汽出口和蒸汽接收方（如煉油廠(chǎng)）的入口各安裝一套蒸汽能量計量?jì)x表（由蒸汽流量計、溫度、壓力補償儀表，以及流量計算機構成），流量計算機可顯示瞬時(shí)、累積質(zhì)量流量和瞬時(shí)、累積能量。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送到企業(yè)的能源計量數據中心。

? ? 例2：長(cháng)輸管道（無(wú)質(zhì)量損失）能量損耗計量（見(jiàn)圖4）

圖4??

例2中在蒸汽生產(chǎn)廠(chǎng)（如熱電廠(chǎng)）的蒸汽出口安裝一套蒸汽能量計量?jì)x表（由蒸汽流量計、溫度、壓力補償儀表，以及流量計算機構成），在蒸汽接收方（如煉油廠(chǎng)）的入口僅安裝一套溫度、壓力測量?jì)x表以及一臺數據轉換單元。此方案可在過(guò)熱蒸汽管道或不考慮管道輸送中蒸汽的質(zhì)量損失（即忽略跑、冒、滴、漏以及管道疏水）的情況下采用。上述方案說(shuō)明，只有通過(guò)熱量計量，才能科學(xué)的評估各種關(guān)聯(lián)因素與損耗之間的關(guān)系，這是解決問(wèn)題的重要舉措。

方案4

選用享有發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號：20140132364.5）權的《能量與碳數據采集轉換儀》可一攬子實(shí)現上述“方案1、2、3”的各項功能。該儀表是一款全新概念的流量、能量及碳排放數據計量設備。無(wú)鍵盤(pán)、微型顯示及小型化的設計， 使其能夠密集安裝在儀表柜內，完成對現場(chǎng)流量相關(guān)信號的采集，根據相關(guān)國家標準對現場(chǎng)節流裝置進(jìn)行寬量程補償，完成蒸汽流量、能量、碳數據計算，計算結果由以太網(wǎng)、串行接口等數字方式或由4~20mA標準電流信號，將數據上傳至

DCS系統或上位機系統。工作流程見(jiàn)下圖。

? ? ? 結束語(yǔ)

? ? ? 蒸汽采用能量計量和流量?jì)x表在線(xiàn)校準在我國方興未艾。本文簡(jiǎn)述了在這一領(lǐng)域初步研究與實(shí)踐，我們愿與流量界同仁攜手，共同探討適合各行業(yè)特點(diǎn)的流量在線(xiàn)校準系統和實(shí)施方法。

? ? ? 參考文獻： ??

? ? ? GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿(mǎn)管流體流量》；??

? ? ? GB/T34060-2017《蒸汽熱量計算方法》； ??

? ? ? JJG640-2016《差壓式流量計》 ； JJG1003-2016《流量積算儀》；

? ? ? GB/T32150-2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》。

能量計量與“碳達峰”

北京博思達新世紀測控技術(shù)有限公司 ??朱昕姝

0.前言

? ? ? 節能降耗是高耗能企業(yè)“控排”，實(shí)現“碳達峰”的首要舉措，而評估能耗、評價(jià)節能效果必須具備精準的計量手段。傳統上能源介質(zhì)（流體）的計量都是采用參比條件下的體積流量或質(zhì)量流量，對一般流體（空氣、氮氣、常溫水等）而言，這無(wú)疑是正確的，但對作為能源（或二次能源）介質(zhì)的計量則是不科學(xué)也不合理。 ???????

? ? ? 在目前能源結構條件下，冶金等高耗能行業(yè)實(shí)現“減碳”面臨著(zhù)巨大挑戰，而“碳數據”是推進(jìn)節能減排的基礎，是進(jìn)行碳交易（碳核查）和征收碳關(guān)稅的關(guān)鍵。蒸汽、人工煤氣、天然氣、煉廠(chǎng)干氣等能源介質(zhì)在冶金、石化等行業(yè)的能源消耗占有很大比重，傳統的計量方法（體積或質(zhì)量計量）在評估能耗，計算碳排量方面存在缺陷。推進(jìn)對上述介質(zhì)實(shí)施能量計量，對指導高效利用能源、降低損耗，促進(jìn)“碳達峰”具有重要的現實(shí)意義。

1.蒸汽質(zhì)量計量與能量計量

? ? ? 蒸汽是工業(yè)企業(yè)廣泛使用的能源介質(zhì)，由于蒸汽介質(zhì)的特殊性（高溫、高壓、高流速、補償參數計算復雜等），是計量的難點(diǎn)和企業(yè)能源管理的重點(diǎn)。傳統的蒸汽計量一直采用質(zhì)量計量作為貿易結算和內部考核的依據。但蒸汽氣作為載能介質(zhì)，相同質(zhì)量，不同溫度、壓力條件下其焓值不同，其所攜帶的能量也不同，在傳輸或做功過(guò)程中發(fā)生很大改變。?

1.1質(zhì)量計量對用能設備能耗評估的缺陷

? ? ??某生產(chǎn)裝置過(guò)熱蒸汽采用階梯式運行方式，即蒸汽經(jīng)過(guò)兩級（或多級）裝置做功，蒸汽（仍是過(guò)熱狀態(tài)）的溫度、壓力逐級降低，焓值也逐級下降，但各裝置的質(zhì)量流量不變見(jiàn)圖1。

圖1某生產(chǎn)裝置過(guò)熱蒸汽階梯式運行示意圖

? ? ? 從上圖可以看出；入口的蒸汽（350℃、3.7MPa）比焓值為3.1003MJ/kg，末級出口的蒸汽（140℃、0.35MPa）比焓為2.7346MJ/kg，兩者相差12%，以質(zhì)量流量進(jìn)行結算，難以對單套生產(chǎn)裝置進(jìn)行能耗考核或能效評估（以上數據來(lái)自某石化企業(yè)）。

? ? ? 1.2質(zhì)量計量評估蒸汽管網(wǎng)損耗的缺陷

? ? ? 蒸汽在輸送過(guò)程中存在不容忽視的損耗，通常蒸汽的損耗是通過(guò)蒸汽流量（質(zhì)量）輸差（管網(wǎng)進(jìn)口流量與出口流量之差）來(lái)進(jìn)行計算（評估）。人們巳經(jīng)注意到，除蒸汽的工況（溫度、壓力、流量）條件對用能設備效率產(chǎn)生影響外，蒸汽的損耗與蒸汽輸送流速、管道保溫、氣候條件等因素有很大關(guān)系。然而，只有通過(guò)能量計量才能科學(xué)的評估各種關(guān)聯(lián)因素與損耗之間的關(guān)系。

? ? ? 蒸汽在管網(wǎng)中的損耗來(lái)自于能量（熱量）損失和質(zhì)量損失（在輸送過(guò)程中蒸汽發(fā)生相變析出的冷凝水，一般蒸汽計量?jì)x表無(wú)法檢測這部分冷凝水的質(zhì)量）。以過(guò)熱蒸汽為例，在輸送過(guò)程中蒸汽狀態(tài)未發(fā)生變化（保持過(guò)熱）的情況下，盡管溫度、壓力沿蒸汽走向逐漸降低，雖其質(zhì)量流量不變，但能量損失了。這部份損耗就是能量（熱量）損失，是無(wú)法通過(guò)質(zhì)量流量進(jìn)行定量評估，這一點(diǎn)往往被忽視。

? ? ? 調研情況表明，蒸汽在輸送過(guò)程中輸差大的情況較為普遍，除管道保溫因素外，有的供熱管道存在設計供汽量大，實(shí)際供汽量?。翱趶酱?、流速低），這是輸差大的主要原因，造成很大浪費，影響供熱企業(yè)經(jīng)濟效益。蒸汽采用能量計量，旨在提升計量手段，對蒸汽管網(wǎng)熱損耗做出可以量化的評估。在實(shí)際操作中，將蒸汽能量損耗數據與蒸汽工況（流量、溫度、壓力）、氣候、管道保溫工程等關(guān)聯(lián)因素共建數據庫，引入大數據概念，總結規律，為調整蒸汽輸配方案,維護或改造蒸汽管網(wǎng)以及相關(guān)節能工程提供科學(xué)、可靠的依據，通過(guò)提升計量手段挖掘蒸汽輸配環(huán)節的節能潛力。

1.3?用折算法換算能量的缺陷

? ? ? 目前業(yè)內依據GB/T 50441-2016《最新能耗折算標準》，在能源消耗統計中采用折算成標油方法，以壓力等級就近原則進(jìn)行換算（這種方法是在質(zhì)量計量體系下，或缺少能量計量手段所形成的），其誤差較大，不能準確度量蒸汽的實(shí)際損耗，不利于精細化管理。能源介質(zhì)折算值見(jiàn)表1。

? ? ? 蒸汽在管輸過(guò)程中，由于工況變化，在折標壓力范圍內，溫度可能有較大的波動(dòng)。以3.50MPa級過(guò)熱蒸汽為例，絕對壓力從4.5MPa降至3.1MPa，溫度從410℃降至360℃，按照折標計算，都屬于3.5MPa級蒸汽折算標準，其1噸此等級的過(guò)熱蒸汽，折標能量值為 3684.384GJ。但根據實(shí)際參數進(jìn)行能量計算，1噸的蒸汽質(zhì)量，在兩種不同壓力和溫度下，其比焓值不同，4.5MPa，410℃過(guò)熱蒸汽的比焓值為 3229.56kJ/kg，3.1MPa，360℃的比焓值為 3137.4kJ/kg ，其攜帶的對應1噸過(guò)熱蒸汽的能量值分別為3229.56GJ，3137.4GJ。分別與3.5MPa級蒸汽折算能量值相差12.34 %和 14.85%。由此可以得出，同壓力等級下的蒸汽在最高和最低壓力時(shí)的實(shí)際蒸汽能耗相差很大（以上數據來(lái)自某石化企業(yè)）。

? ? ? 計量工作者在長(cháng)期的工作實(shí)踐中已經(jīng)注意到上述的問(wèn)題，并在蒸汽能量計量方面做了積極探索。例如：中石化安慶分公司在蒸汽計量方式上進(jìn)行了有益的實(shí)踐，通過(guò)采用能量計量評估蒸汽在裝置和管網(wǎng)能耗，取得了令人滿(mǎn)意的成果（安慶石化《應用蒸汽能量計量技術(shù)精準計量裝置能耗》列入2020年全國能源資源計量服務(wù)示范入圍項目）。

1.4關(guān)于蒸汽碳排放量轉換

? ? ? 根據《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南發(fā)電設施》，供熱量（購入蒸汽或輸出蒸汽）主要兩種監測方式。

? ? ? 方式1：采用直接計量熱量數據（優(yōu)先獲?。?。

? ? ? 方式2：采用結算憑證數據（在不能獲取直接計量熱量數據時(shí)，才能使用結算憑證數據，但各個(gè)年度獲取數據的方式和數據源應一致）。

? ? ? 在質(zhì)量計量體系下，直接計量熱量數據來(lái)自于蒸汽計量?jì)x表顯示（或輸出）的質(zhì)量流量（噸），需通過(guò)采用供熱工況條件下的比焓近似值（省缺值），將蒸汽質(zhì)量流量換算為熱量數據（吉焦）。該熱量數據通過(guò)碳排放因子換算得到所用蒸汽的碳排放量。

? ? ? 采用能量計量，蒸汽計量?jì)x表直接顯示（或輸出）熱量數據（吉焦），其熱量數據準確度遠高于采用比焓近似值（省缺值）進(jìn)行換算的結果。蒸汽計量表可以在顯示（或輸出）質(zhì)量（噸）和熱量的同時(shí)，顯示（或輸出）所用蒸汽的碳排放量（噸）。綜上所述，采用能量計量使得蒸汽碳排放量的計算更為準確、便捷。

2.?人工煤氣體積計量與能量計量

? ? ? 天然氣作為清潔能源，已被大力推廣替代其它化石燃料。目前天然氣采用計量方式有三種，即體積計量、質(zhì)量計量和能量計量，能量計量已被國際貿易普遍采納。隨著(zhù)國家管網(wǎng)公司的成立，我國天然氣輸送管網(wǎng)實(shí)現全網(wǎng)互聯(lián)互通，形成了多氣源（常規天然氣、非常規天然氣、液化天然氣和煤制氣）供氣局面。由于各氣源氣體組成不同，發(fā)熱量不同（據有關(guān)機構統計單位發(fā)熱量相差可達到20%以上），不同發(fā)熱量的天然氣以體積量或質(zhì)量進(jìn)行貿易結算，不能體現其真實(shí)價(jià)值，而采用能量計量符合優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、科學(xué)合理的貿易原則。為此，我國自2021年5月24日進(jìn)入天然氣能量計價(jià)體系。另外，天然氣能量數據可以便捷地通過(guò)碳排放因子直接換算為碳排放量數據。

? ? ? 人工煤氣包括焦爐、高爐、轉爐等，是冶金行業(yè)主要的二次能源，傳統上采用參比條件下的體積流量進(jìn)行計量。由于冶金生產(chǎn)工藝的特殊性，通常采用焦爐煤氣（或天然氣）與高爐煤氣、轉爐煤氣進(jìn)行混合供給燃氣設備，其混合比、用氣量常有波動(dòng)。由于各種煤氣的組分、密度和發(fā)熱量差別很大（見(jiàn)表2），不僅影響用能設備的燃燒效率，混合煤氣體積流量也難以準確計量。

????????????焦爐、高爐、轉爐煤氣物性參數表

(組份、密度、發(fā)熱量）

2.1問(wèn)題分析

? ? ? 混合煤氣組分波動(dòng)造成以下幾個(gè)問(wèn)題：

? ? ? （1）混合煤氣的密度通常采用估算值（按固定混合比），由于各種參與混合的煤氣體積流量隨時(shí)波動(dòng)，直接影響混合煤氣體積量流量準確度；

? ? ? （2）采用體積計量混合煤氣不利于生產(chǎn)工藝調控或直接影響用能設備燃燒效率。

? ? ? （3）由于各種煤氣發(fā)熱量差別很大（特別是天然氣參與摻燒后），其混合比又隨時(shí)變化，造成混合煤氣發(fā)熱量波動(dòng)且無(wú)法前置獲?。榻o工藝調控提供依據，也有采用熱值儀測定混合后煤氣發(fā)熱量），所以體積量無(wú)法準確計量混合煤氣實(shí)際能量流量（實(shí)際價(jià)值）。這與在多氣源混輸條件下，天然氣不適用體積計量的情況類(lèi)似。

2.2方案討論

? ? ? 上述分析表明，混合煤氣采用體積計量存在缺陷，借鑒天然氣能量計量氣質(zhì)數據賦值方法，在冶金行業(yè)逐步推廣人工煤氣及混合煤氣采用能量計量是解決上述問(wèn)題的途徑之一。隨著(zhù)計量及檢測水平的提高，我國能源介質(zhì)采用能量計量在技術(shù)上已日臻成熟， GB/T-11062《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法》等國家標準為人工煤氣（包括發(fā)生爐煤氣、煉廠(chǎng)干氣等）及混合煤氣的密度、發(fā)熱量等參數及能量的計算提供了依據和方法。

? ? ? 目前大多冶金企業(yè)定期對焦爐、高爐、轉爐煤氣的物性參數（組分、密度、發(fā)熱量）定期進(jìn)行測定，為體積流量密度計算和發(fā)熱量評估提供依據。測定數據表明：焦爐、高爐煤氣在一段時(shí)間內（同一批次燃煤），其組分和發(fā)熱量相對變化較小。因此，可以設定焦爐、高爐煤氣氣體組成是固定值（根據定期測定數據調整）。在此前提下，混合煤氣能量計量系統構成如圖2.

圖2?混合煤氣能量計量系統

? ? ? 圖中上游焦爐、高爐煤氣通過(guò)匯管向下游（各分支）輸送混合后的煤氣，需要對各節點(diǎn)進(jìn)行體積和能量流量計量。其流程如下：

? ? ? （1）在上游兩個(gè)流量積算單元設置焦爐、高爐煤氣組成數據（通過(guò)定期測定獲得），同時(shí)流量積算單元采集現場(chǎng)差壓、溫度和壓力信號，分別計算出焦爐煤氣流量Qj、高爐煤氣流量Qg。

? ? ? （2） 氣質(zhì)數據采集轉換儀接收上游兩個(gè)流量積算單元的流量數據（Qj、Qg）和焦爐、高爐煤氣組成數據，按流量加權計算出混合煤氣的動(dòng)態(tài)氣體密度、發(fā)熱量及匯管處混合煤氣的體積流量、能量流量；同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )（RS485等）或無(wú)線(xiàn)通訊將動(dòng)態(tài)氣質(zhì)數據發(fā)送給下游各流量積算單元。

? ? ? （3）下游各流量積算單元根據動(dòng)態(tài)氣氣質(zhì)數據完成各節點(diǎn)混合煤氣的體積流量、能量流量計算。

流量計算機技術(shù)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò )建設的成熟，為上述功能的實(shí)現奠定了基礎。這一方案在充分利用現有計量檢測設備的基礎上，通過(guò)對二次儀表及軟件系統升級改造，實(shí)現為下游流量?jì)x表遠程動(dòng)態(tài)賦值，體積流量和能量計量。煤氣介質(zhì)采用能量計量彌補了采用體積計量的不足，為混合煤氣的精準計量提供了科學(xué)、合理的方法。同時(shí)可以參考天然氣碳排放量的轉換方法，采用能量數據（吉焦）進(jìn)行碳數據轉換。為碳核查等提供了科、準確的方法。

2.3應用舉例

? ? ? 某企業(yè)為提高天然氣流量計量準確度并實(shí)現天然氣能量計量，上位系統采用有線(xiàn)通訊讀取色譜的組成數據并完成數據處理，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊設備發(fā)送給下游流量計算機（具備接收動(dòng)態(tài)氣體組成數據功能），實(shí)現實(shí)時(shí)賦值。各站點(diǎn)流量計算機采用實(shí)時(shí)數據完成壓縮因子、密度、發(fā)熱量計算，從而提高天然氣壓縮因子、發(fā)熱量等物性參數的準確度，實(shí)現了體積流量和能量流量計量，系統構成見(jiàn)圖3。

圖3

? ? ? 上述方案以天然氣體積計量為基礎，充分挖掘現有設備、設施潛力，借助企業(yè)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，依據國家相關(guān)標準，為貿易計量核準和下游計量系統改造，提供一套低成本的天然氣體積向能量計量轉型的技術(shù)方案，此方案或對混合煤氣能量計量具有參考價(jià)值。

3.小結

? ? ? 綜上所述，能源介質(zhì)采用能量計量彌補了體積或質(zhì)量計量的不足，提出了更科學(xué)、更合理的方法。還應指出：CMA YJ050-2021《混合煤氣流量計量技術(shù)要求》，TCMA NY050-2020《工業(yè)蒸汽計量技術(shù)要求》兩個(gè)中國計量協(xié)會(huì )的團體標準已于2021年正式發(fā)布并實(shí)施。這兩個(gè)標準對高耗能行業(yè)主要流體能源介質(zhì)計量具有指導意義，特別是對蒸汽、煤氣采用能量計量提出了具體的方法和要求，給出了將能源介質(zhì)從體積量（或質(zhì)量量）向碳數據轉換的技術(shù)路徑。

信息化數據平臺在天然氣能量計量中的應用

劉冰、陳帥、王京安

（中海石油氣電集團有限責任公司）

摘要：本文利用信息化手段助力“油氣管網(wǎng)設施公平開(kāi)放監管辦法”的實(shí)施推進(jìn)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，按照數十個(gè)國家和行業(yè)標準要求，開(kāi)發(fā)了信息化數據平臺，定位于計量轉型初期、穩定運行期的能量計量專(zhuān)項管理。賦值功能模塊解決了無(wú)法獲取天然氣組成的站場(chǎng)對組成分析的獲取問(wèn)題；計量器具和測量設備管理模塊，配合計量數據實(shí)時(shí)監控、核查功能使用，確保計量結果合規合法、準確可靠。數據綜合利用模塊為計量轉型初期開(kāi)發(fā)了體積、能量比對功能，在結算周期內比對計量、計價(jià)數據。平臺采用通用信息技術(shù)，可無(wú)縫移植到各類(lèi)天然氣管網(wǎng)信息化管理系統中。

關(guān)鍵詞：能量計量；計量器具和測量設備管理；賦值；實(shí)時(shí)監控及核查；數據管理

0.?引言

? ? ? 目前，我國多氣源供氣格局已經(jīng)確定，全國油氣干線(xiàn)管道“一張網(wǎng)”逐漸形成，現有體積計量無(wú)法評價(jià)天然氣的真實(shí)價(jià)值。在國家發(fā)改委、能源局、住建部、市場(chǎng)監督管理總局等多家部門(mén)聯(lián)合發(fā)布的 “油氣管網(wǎng)設施公平開(kāi)放監管辦法”的實(shí)施推動(dòng)下，無(wú)論天然氣的進(jìn)口方、生產(chǎn)方還是使用者，都已意識到在追求經(jīng)濟收益的共性需求之下，采用天然氣的真實(shí)發(fā)熱量及其經(jīng)濟價(jià)值作為計量基礎，是“一張網(wǎng)”貿易交接的基礎。同時(shí)，在智能化、網(wǎng)絡(luò )化高速發(fā)展的當下，借助本次計量方式轉型機會(huì )，加大基礎計量技術(shù)與信息技術(shù)的融合，勢必為計量交接、標定校準、監管服務(wù)模式提供轉型升級的機會(huì )。因此，本文介紹了一種天然氣能量計量信息化數據平臺，由傳統的計量數據采集向計量數據統計、分析、挖掘功能應用拓展，為建成信息完整、監管可溯、資源節約的天然氣貿易交接體系奠定基礎，也適應經(jīng)濟社會(huì )和天然氣工業(yè)發(fā)展的現實(shí)需要。

1.計量現狀和轉型存在的問(wèn)題

? ? ? 近十幾年來(lái)，在技術(shù)配套、標準修訂、量值溯源等方面已具備技術(shù)應用和標準體系基礎。并已明確了適應中國天然氣供應鏈格局的9個(gè)可能的交接界面（如圖1所示）。其中前六個(gè)界面中，特大型貿易交接界面、A級計量站均配備了符合GB/T 18603要求的超聲流量計，部分關(guān)鍵站點(diǎn)配備了在線(xiàn)色譜分析儀，其他B、C級站點(diǎn)可通過(guò)賦值或改造增設色譜分析儀的方式實(shí)現能量計量。后三個(gè)界面可采用賦值或增設色譜分析儀方式實(shí)現能量計量。

圖1?從天然氣生產(chǎn)到最終用戶(hù)的可能界面

? ? ? 中國海油半數以上的輸氣管線(xiàn)已實(shí)現了能量計量。大鵬LNG接收站全線(xiàn)采用實(shí)時(shí)能量計量結算。廣東管道向沿線(xiàn)電廠(chǎng)供氣采用能量計量，工業(yè)用戶(hù)采用離線(xiàn)能量計量（采用臨近站場(chǎng)色譜分析提供的單位平均發(fā)熱量）；香港中華電力供氣實(shí)行能量計量。雖然以上站點(diǎn)在國內天然氣能量計量中積累了大量實(shí)操經(jīng)驗，但全國“一張網(wǎng)”之后全面實(shí)施能量計量仍面臨一些問(wèn)題：

? ? ? （1）B、C級站點(diǎn)賦值類(lèi)型及離線(xiàn)取樣設置的合理性有待評估。若被賦值站點(diǎn)的組成和發(fā)熱量數據是從附近站點(diǎn)獲取，應跟蹤賦值站點(diǎn)在線(xiàn)色譜分析儀的組成數據，確認發(fā)熱量年平均變化率（小于1%可采用固定賦值）符合標準要求。判斷賦值站點(diǎn)位置及管道條件能否滿(mǎn)足可變賦值要求，對有條件的B、C級站點(diǎn)可通過(guò)設置離線(xiàn)取樣方式進(jìn)行比對。通過(guò)完整的組成數據分析、管道參數探勘、離線(xiàn)取樣數據的采集分析向被賦值用戶(hù)、監管部門(mén)提供科學(xué)合理的判斷依據。

? ? ? （2）國內外標準的過(guò)度和完整性解讀需要一段時(shí)間。中國海油天然氣能量計量多采用SO6974規定方法測定天然氣組成，ISO6976計算天然氣單位發(fā)熱量，ISO10723進(jìn)行不確定度性能評價(jià)。雖然國內標準體系已基本健全，但從分散的國標中屢清能量計量的整套實(shí)施細則需要消化理解的時(shí)間。

? ? ? （3）GB/T 35186《天然氣計量系統性能評價(jià)》的執行力度有待加強。由于組成偏差對能量計量的影響遠大于體積計量，應按GB/T 35186的方法對計量器具設備尤其是在線(xiàn)、離線(xiàn)色譜分析儀進(jìn)行統一評價(jià)，保證能量計量結果公平公正、合法合規、準確可靠。但目前，各計量站（用戶(hù)）對評價(jià)方法、評價(jià)服務(wù)機構的了解較少，應組織收集色譜儀檢測歷史數據，確定工作標準氣范圍，利用標準氣現場(chǎng)測試，通過(guò)蒙特-卡洛法偏差分析方法給出氣相色譜儀在測量范圍內檢測結果偏差的評價(jià)結果，判斷儀器是否工作正常。

? ? ? （4）在全面實(shí)施天然氣能量計量計價(jià)之后，多氣源管網(wǎng)的復雜輸配特性，部分區域無(wú)法增設色譜分析儀的現實(shí)性，導致準確計算出整個(gè)天然氣管網(wǎng)能量值存在挑戰，以能量為基礎的運行輸送損耗核算需要一段時(shí)間摸索建立。

2.?實(shí)施能量計量后提出的新需求

? ? ? 在輸配新格局及能量計量轉型的新形勢下，圍繞信息化與能量計量的融合，提出三方面新需求，支撐“互聯(lián)網(wǎng)+能量計量”發(fā)展。首先，需做好能量計量數據采集和應用。建立完善能量計量基礎數據庫，加強能量計量器具管理、數據采集、查詢(xún)、分析及深度應用功能。在數據的深度利用中，為計量方式的早期過(guò)度提供比對，為特殊用戶(hù)對氣質(zhì)數據的需求提供途徑，為管網(wǎng)氣質(zhì)跟蹤、設備使用、上下游用戶(hù)生產(chǎn)和消費總量提供基礎數據。其次，需加強能量計量器具配備和使用，進(jìn)行信息化監管。天然氣貿易計量站應按照計量標準規范建立計量器具臺帳，依法完成檢定或校準。根據性能評價(jià)結果及時(shí)了解設備使用情況。再次，需通過(guò)信息化手段建立可追溯、不可篡改的能量計量監督管理模式。建立天然氣管網(wǎng)氣體質(zhì)量和性能評價(jià)跟蹤系統，對關(guān)系到民生的公告發(fā)熱量產(chǎn)生、設備的運維情況、第三方授權機構的監督情況、數據采集應用的標準性進(jìn)行全面的監管。

3.?天然氣能量計量信息化數據平臺

? ? ? 該平臺以《天然氣計量系統技術(shù)要求》（GB/T 18603）、《天然氣計量系統性能評價(jià)》（GB/T 35186）和《天然氣能量的測定》（GB/T 22723）及其引用的數十個(gè)國家和行業(yè)標準，以及規程規范為基礎，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和試用。

3.1?信息化數據平臺功能

? ? ? 天然氣能量計量信息化數據平臺具體如下功能：

? ? ? （1）天然氣組成數據和發(fā)熱量賦值：該功能是解決沒(méi)有開(kāi)展組成數據分析的站場(chǎng)獲取組成數據或發(fā)熱量的問(wèn)題。根據氣源和管輸條件選擇固定和可變賦值方法。在一段獨立管道內不考慮兩站之間的氣體流動(dòng)時(shí)間和氣質(zhì)變化帶來(lái)的偏差時(shí)采用固定賦值，其他情況采用時(shí)間延時(shí)和多氣源混輸的質(zhì)量守恒可變賦值方式。

? ? ? （2）數據管理與核查：該功能無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)傳輸采集的生產(chǎn)數據進(jìn)行統計、計算與發(fā)布。涉及到工作條件下與標準參比條件下體積換算、發(fā)熱量和能量流量計算、能量積算，以及與能量計量相關(guān)的流量、溫度、壓力或差壓及組成數據的實(shí)時(shí)監控及故障數據的核查修復。建立年、月、日、時(shí)統計報表模型，實(shí)現各類(lèi)均值、誤差等參數的同比、環(huán)比統計分析和歷史查詢(xún)，繼而編輯圖表屬性得到個(gè)性化定制圖表。最后，根據用戶(hù)使用權限通過(guò)Web發(fā)布，從而使授權用戶(hù)可以使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器瀏覽發(fā)布數據、設備管理信息及各類(lèi)決策模塊信息。

? ? ? （3）計量器具和測量設備管理：該功能主要是對計量器具和測量設備的完整性管理，針對計量器具特有的定期檢定或校準工作進(jìn)行數據跟蹤，比如，對色譜分析儀使用中的標氣品牌、范圍、不確定度評定進(jìn)行記錄，為色譜儀數據溯源和監管提供信息化基礎。

? ? ? （4）數據綜合利用功能：該功能包括體積、能量計量計價(jià)比對功能，關(guān)鍵用戶(hù)用氣量統計和預測等功能。目的是充分發(fā)揮平臺基礎數據價(jià)值，為各方關(guān)心的貿易交接和市場(chǎng)預測提供分析。數據基礎來(lái)源于實(shí)時(shí)數據，輸出可在大屏幕上或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或電子媒介輸出。

3.2?信息化數據平臺架構

? ? ? 如圖2，平臺由數據采集轉換儀、4G/5G工業(yè)路由器/有線(xiàn)通訊設備、中心服務(wù)器、氣質(zhì)數據賦值終端組成。中心服務(wù)器部署在公有云或私有數據中心（IDC），數據轉換儀、4G/5G工業(yè)路由器/有線(xiàn)通訊設備安裝在天然氣輸配站，氣質(zhì)數據賦值終端安裝在天然氣用戶(hù)的計量站。平臺使用數據采集轉換儀采集天然氣輸配站色譜儀、流量計算機或站控SCADA系統的天然氣組成、流量、溫度和壓力等相關(guān)數據，氣質(zhì)數據采集轉換儀負責對組成數據進(jìn)行加工處理后使用有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)通訊方式提供給中心服務(wù)器使用，中心服務(wù)器負責將能量計量相關(guān)數據（包含組成、發(fā)熱量）發(fā)送給氣質(zhì)數據賦值終端，氣質(zhì)數據賦值終端負責與計量點(diǎn)的流量計算機交互完成該計量點(diǎn)的能量計量。

3.3 信息化數據平臺應用

? ? ? 在中國海油廣東管道選擇了典型站場(chǎng)進(jìn)行了數據接入，開(kāi)展了平臺的試用，初步實(shí)現了以下基本功能。首先，針對建立了完善的管線(xiàn)拓撲圖（如圖3所示），從拓撲圖活動(dòng)站點(diǎn)可以通過(guò)點(diǎn)擊方式查看站點(diǎn)詳情及能量計量相關(guān)實(shí)時(shí)數據。

圖3?管線(xiàn)拓撲圖

? ? ? 其次，基礎數據庫采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據（如圖4所示），展示該站點(diǎn)的數據源類(lèi)型（如采集站、賦值站、未授權三種）、天然氣組成、發(fā)熱量、溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)信息以及該站點(diǎn)的設備狀態(tài)信息，通過(guò)數據管理模塊建立氣質(zhì)物性計算模型，計算單位發(fā)熱量、沃泊指數等物性參數。

圖4?組成采集站實(shí)時(shí)監控圖

? ? ? 通過(guò)綜合數據計算與展示，提供氣質(zhì)數據統計、發(fā)熱量統計、站點(diǎn)流量/能量統計等信息，如圖5所示。

圖5?大屏幕輸出圖

4.結論

? ? ? 本文提供了一種基于天然氣能量計量的信息化數據系統開(kāi)發(fā)方案及初步試用結果。該系統利用“互聯(lián)網(wǎng)+”云平臺技術(shù)，采用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)多種通訊方式，將線(xiàn)上線(xiàn)下對接，實(shí)現計量與設備管理數據一體化、數字化、智能化和全生命周期的管理，初步實(shí)現了接入站點(diǎn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據的采集、監控、計算、查詢(xún)及核查。對各站點(diǎn)計量設備進(jìn)行統一編號管理，進(jìn)行全生命周期管理，實(shí)時(shí)追蹤設備的運維情況，方便交接誤差、設備異常、貿易糾紛后的設備合理化核查。過(guò)固定和可變賦值模型，為滿(mǎn)足條件的界面用戶(hù)提供氣質(zhì)數據，為不具備組成分析能力的站點(diǎn)提供可靠的組成數據，節省用戶(hù)站點(diǎn)分析設備的額外投入。同時(shí)提供友好接入界面，方便各類(lèi)站點(diǎn)和用戶(hù)使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器瀏覽發(fā)布數據、設備管理信息等內容。

參?考?文?獻

? ? ? [1] 常宏崗. 天然氣氣質(zhì)管理與能量計量[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2008.

? ? ? [2]?葉朋，顧志烈，施世信. 天然氣管網(wǎng)能量計量與管理系統的實(shí)現[J]. 計量技術(shù), 2014, 000(011):12-14.

? ? ? [3] 天然氣能量的測定：GB/T 22723-2008. 北京：中國標準出版社，2008.

? ? ? [4] 天然氣計量系統技術(shù)要求：GB/T 18603-2014. 北京：中國標準出版社，2014.

? ? ? [5] 天然氣計量系統性能評價(jià)：GB/T 35186-2017. 北京：中國標準出版社，2017.

作者簡(jiǎn)介：

? ? ? 劉冰（1983-），女，資深工程師，清華大學(xué)，從事儀表及通信工程研究。010-84526518、100028、北京市朝陽(yáng)區太陽(yáng)宮南街6號院C座。