敲黑板：天然气计量的知识，你都get到了吗？

天然气是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量乙烷、丙烷、丁烷，以及少量氮气、二氧化碳等非烃类气体，燃烧后几乎无粉尘、疏化物等产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。
目前，我国经济和石油与天然气行业的强力发展，天然气储运计量也日益重要。当前我国进口天然气管道陆续投产，全国天然气骨干管网已基本形成，部分区域性天然气管网逐步完善，非常规天然气管道蓬勃发展，“西气东输、北气南下、海气登陆、就近外供”的供气格局已经形成。
而且我国天然气消费量巨大，平均每天有超过5亿立方米天然气，通过国家天然气骨干管网输往全国各地，已形成国产常规气、非常规气（页岩气、致密砂岩气、煤层气等)、煤制天然气、进口液化天然气、进口管道气等多元化的供销格局。
2021年，我国天然气消费量占一次能源消费总量比重达8.9%，较上年提升0.5个百分点，主干天然气管道总里程达到11.6万公里。从消费结构看，工业用气、城市燃气、发电用气、化工化肥用气分别占天然气消费总量的40%、32%、18%、10%。
然而，我国在天然气计量方面仍处于落后阶段，如何提高天然气计量的准确性，是当前面临的重要问题。
天然气计量单位的不统一，不仅影响我国天然气市场化进程，也不利于油气管道基础设施第三方准入的实施。因此，过去粗放的体积计量方式已不能适应我国天然气高质量发展的内在需求，为适应当前我国天然气产业快速发展的需要，天然气计量改革刻不容缓。
我国作为WTO成员国，为尽快实现天然气贸易计量与国际接轨，近年来针对能量计量开展了大量的研究工作，同时颁布了一系列的标准、规范和规章制度等。特别是2019年5月24日，国家发改委等四部门联合发布了《油气管网设施公平开放监管办法》，其中第13条明确提出要求：国家推行天然气能量计量计价，于本办法施行之日起24个月内建立天然气能量计量计价体系。
根据GB／T22723－2008《天然气能量的测定》的规定，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。准确测定发热量，是确保天然气能量计量高质量实施的前提和保障。由此可见，发热量测定在天然气能量计量过程中的重要性程度。
什么是天然气热值
天然气计量是天然气生产、贸易、使用不可回避的问题
目前，天然气计量包括体积计量、质量计量和热值(能量)计量三种方式。
体积计量和质量计量，顾名思义就是计量天然气的体积和质量。我国因过去天然气产量低、规模小，管理上也较为粗糙，一直采用相对较为粗放的体积计量方式。但这种计量方式无法体现天然气的真实价值，“不同质却同价”在现实操作中带来了一系列问题，同时受到温度、压力、流速等诸多因素的影响，都会造成计量的偏差。
以西气东输陕京一线和陕京二线为例，前者体积发热值可达8500千卡，而后者为7900千卡，体积发热值相差600千卡，使用体积计量方式易导致用户使用燃气的质量存在较大差异。
显然一种合理的能够被大众所认同的计量方式在天然气贸易中是非常被需要的，而热值计量正是这样一种计量方式。
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什么是天然气能量计量？
热值计量也叫能量计量，是在体积计量的基础上，再测量天然气发热量，用天然气单位体积的热量乘以天然气体积，以获得流经封闭管道横截面的天然气总能量。
换句话说，天然气能量计量体系主要由体积流量测量Q和发热量测量Hs两部分组成。
热值计量反映的是天然气燃烧后所释放的热能，它是一种科学合理的计量方法，可以最好地反映天然气作为燃料的特性。
热值的理解：热值是燃料本身的一种特性，表示燃料完全燃烧时放热本领的大小，取决于燃料本身的化学成分，与燃料的质量、燃料燃烧是否完全、燃烧快慢等无关。
因此，从科学公平计量的角度看，天然气计量采用能量计量比体积计量更加合理，有利于准确计量、体现公平、减少结算纠纷和天然气行业的健康发展。
目前，在国际天然气计量中，有三种计量方式比较常见，分别是应用较少的质量计量，在中国、俄罗斯、中亚比较通用的体积计量以及在欧美、日本和国际天然气贸易市场上占主流地位的能量计量。
实施天然气热值计量的必要性与优点
实施天然气热值计量的必要性：
01国际天然气贸易对外接轨的需要；
02不同气质和发热量的天然气以同样的体积为基础进行贸易结算，不能体现优质优价的公平交易原则；
03采用热值计量、计价和结算，有利于提高天然气资源利用效率、管输效率；
04采用热值计量的天然气和采用体积计量的天然气，已经出现在同一管网内混输的情况，造成结算困难；
由于世界各地天然气的热值是不同的，所以天然气的价格也是不同的，为了实现公平贸易，必须要考虑热值计量因素，同时，热值计量的重要性与优点也是不言而喻的： 
▲ 按质论价、计量公平、买卖合理；
▲ 节能减排、降本增效、有利环保；
▲ 促进国家能源计量的标准化和统一化；
▲ 促进气源管理，提升高质量燃气生产的有效管理；
▲ 消除不完全燃烧、保证安全用气，保护环境；
▲ 实现能量数据化，为进行能源分析、优化提供手段；
如何分析计量天然气热值
目前国内外天然气成分热值分析普遍使用的方法较多，有气相色谱法、热导式热量仪、NDIR非分光红外光谱法、多传感器集成式热值分析仪、激光拉曼光谱法和可调滤波红外光谱法。
但是，这些热值分析技术均存在一定的局限性，如气相色谱法需要定期标定、需要消耗载气、成本较高、操作复杂等，NDIR非分光红外光谱法总体精度/重复性较差、需要频繁标定、受环境因素影响较大等。
除了以上的分析计量方法，声光关联测定法是目前发展较多的测定方法，其技术优势在于：
● 测定速度快，1s内可获得多个数据（包括声速数据）；
● 与超声流量计测量流速基本实现同步；
● 能有效地避免CO2 、N2 等不贡献发热量的组分对测定的干扰；
● 现场不需要载气；
● 相对气相色谱仪及热量计维护保养成本较低；
● 对环境要求不高；
● 能有效测定H2含量较高的气体；
● 可实现在线、便携和离线检测；
● 适用于天然气、煤制合成气、掺氢天然气、生物质气、炼厂气及液化天然气等；
目前，日本各大燃气公司、生物质气厂、天然气发电厂、乙烯加工厂和燃气用户等广泛使用的利用声速和可见光光谱关联测定天然气发热量的方法及相应设备。
理研计器的OHC-800型热值仪，就是一款声光关联法能量测定设备。
理研计器OHC-800型热值仪主要应用于可燃气体的贸易计量、质量管理、生产调控和工业生产的燃烧控制，可以精确测量气体的热值，还具有快速响应时间，这有助于实时监控生产过程。
▲这是一款伴随了理研公司近90年的传感器
在OHC-800内部有两种传感器：一种是‍光学传感器‍，另一种是声波传感器。
通过使用理研计器自己的Op-Sonic计算方法，OHC-800可以获得H2、CO2和CH4的浓度以及混合气体的热值。
声光关联法原理
声
“声”指的是声速传感器，利用碳氢类气体的声音传播速度与能量成正比的特性检测混合物的可燃性气体的能量；
光
“光”指的是光波干涉传感器，主要利用的是碳氢类气体的光学折射率和热值成正比的原理；
声光关联的组合技术的特点是，普遍的可燃气体是混合物，其中难免或者肯定含有不含能量的气体成分，这些成分对声速传感器的检测结果会造成影响，同样对光波干涉传感器亦然，但是两款传感器在检测同样的可燃气体时，这些不含能量的气体成分对两款传感器造成的影响程度有固定倍数关系。
我们发现了这个规律后，通过数学计算即可除去干扰因素，得到准确的检测结果，并且是实时在线的检测结果。
● 我国已于2020年7月发布了中国计量协会标准T／CMAYJ044—2020《天然气热值声光测量仪》。
● 国家能源局在2021年9月30日下发了文件“国家能源局综合司关于下达2021年能源领域行业标准制修订及外文版翻译计划的通知”（国能综通科技［2021］92 号），由全国天然气标准化技术委员会负责组织制定能源行业标准（计划号能源20210073）《天然气发热量的测定可见光光谱-超声波关联法》。
自2012年理研计器的OHC-800型热值仪进入中国市场以来，广泛应用于天然气生产时的质量管控领域、天然气混合的过程管理领域、天然气输送的质量监控领域、天然气能量计量的体积修正领域、天然气应用的空燃比调控领域。
除了在天然气领域发光发热以外，OHC-800型热值仪还广泛分布于：
01钢铁领域：如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气和发生炉煤气等；
02石化领域：在原油裂解生产各种油品过程中会产生生产尾气，又称作炼厂干气，干气的主要成分是CnHm和H2、CO2、O2；
03天然气发电领域：在燃烧中我们快速提供热值参数、在比重控制中我们快速在线提供CO2参数、在氮氧化物管理中我们快速在线提供N2参数、在天然气品质管理中我们快速在线提供CH4参数。
04其他领域：在生物质气、沼气、煤制天然气、煤层气、页岩气等领域，都有我们声光关联法热值检测设备的业绩，为城市环保、能源的有效利用，我们一直在做出贡献。与此同时，我们还在为LNG发动机提供着甲烷值、在为5～7MJ热值发电轮机提供着调控参数等。
结语
理研计器热值仪在中国的成功应用，为各种炉窑温度的自动控制及气柜各煤气配比的自动调节提供了精准的热值数据基础，有效地节约了煤气能源、提高了产品质量、保证了工艺操作准确性。
安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个最可靠、最准确、最安全的气体检测方案。
理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。