天然气发热量及其测量标准化一立方米天然气标准发热值

发热量(calorific value)又称热值，是商品天然气最重要的技术指标之一；由于该指标反映了商品天然气的经济价值，国家气质标准有明确规定（见表1）。中国的国家标准GB17820-2018规定：一类天然气高热量不小于36.0MJ/m3；二三类天然气高热量不小于31.4 MJ/m3 。
自20世纪80年代中期以来，天然气能量计量在北美和西欧发展迅速，已成为大规模交接计量中贸易结算的主要计量方法。常用的能量计量方法是确定天然气的体积流量和热量，然后乘积-总热量（GCV）作为结算的依据，准确测量天然气热量的重要性是不言而喻的。
燃气热量有高低两种。（Hs）指空气中规定量的天然气完全燃烧时释放的热量。当燃烧反应发生时，压力P1保持恒定，所有燃烧产品的温度降至规定燃烧t1燃烧相同的温度，除燃烧反应中产生的水外t1除液体外，所有其他产品均为气体。（Hi）也指空气中规定量的天然气完全燃烧时释放的热量。但当燃烧反应发生时，压力P1保持恒定，所有燃烧产品的温度降至规定燃烧t1燃烧相同的温度，所有产品均为气态；其值约为高热量的90% 。除特殊说明外，天然气能量测量采用高热量。
燃气燃烧时，测量的温度和压力称为测量参考条件；燃气燃烧时规定的温度（t1）和压力(P1)称为燃烧参考条件(见表2) 。
天然气发热的单位可以表示为质量基础(MJ/kg)、摩尔基（MJ/kmol）和体积基（MJ/m3）。但基准级（0级）热量计必须采用质量基础，以减少测量不确定性；商品天然气能量测量过程中在线测量的热量一般采用体积基。
现有的测量天然气热量的方法可分为两类。一种是通过气相色谱法测量天然气的组成，然后通过组成计算其热量（间接法）；另一种是通过各种类型的热量计直接测量天然气热量（以下简称直接法）。1990年以前用于天然气能量测量现场在线测量的仪器，大多改为间接法原理。然而，根据分析数据计算热量的间接测量方法是通过标准气体混合物(RGM)追溯，其追溯链最终只能追溯到由室间比较试验确定的公议值，而不是追溯到SI因此，计量可追溯性存在缺陷。有鉴于此，美国进一步提出了以能量供应为基准的原则，即能量计量的热量（H）它是指单位天然气在燃烧过程中实际释放的能量，而不是在规定条件下计算的能量，因此直接法是法定的基础（标准）标准方法。
直接法测量热量的特点是不涉及天然气组成的测量和计算，而是通过燃烧一定量天然气的方法（直接）在规定条件下测量热量。一般来说，直接法使用的仪器结构复杂，对实验室环境条件要求高，标准化工作相对滞后。中国于1990年发布了国家标准GB12206城市燃气热值测定方法主要介绍水流燃气热量计。该标准于2006年修订后更名为城市燃气热值及相对密度测定（GB/T12206）。但由于本标准的规定不完全针对天然气，水流热量计的准确性较差，在传统实验室条件下扩展的不规定性较差(U)仅为1%(k=2)，不能满足GB/T18603对天然气计量系统技术要求对热量测量的准确性要求。
【天然气发热量及其测量标准化一立方米天然气标准发热值】按据国际标准ISO15971根据天然气发热量和沃泊指数测定的规定，直接法测定仪器中的0级热量计最终可以追溯到SI制单位(焦耳，J) 。因此，从计量学可追溯性的角度来看，0级热量计必须用作发热测量的基准装置。
为加快天然气计量技术与国际接轨的步伐，中国于2009年初发布了国家标准天然气能量测量（GB/T 22723-2008），目前进口很多LNG该单位已通过能量计量结算。同时，天然气能量计量重点实验室正在大力开发热量直接测量的基准装置，其中一项关键技术。
自2007年7月1日起，各种天然气(包括液化天然气，根据欧盟解除管制法，全面开放天然气市场以来，LNG）分别从70多个交接点进入欧盟国家的输气管网，导致其商品天然气组成经常发生重大变化。需要进一步校准目前气相色谱分析间接测量热量的结果，这种校准的基础是直接测量热量。
另一方面，目前应用于GB/T11062（ISO6976）各种30年代和1970年代确定了各种烃类发热量（基础）数据。由于当时的技术条件，重复估计的甲烷测量不确定性约为0.12%；测量系统可能存在B不确定性(因为只有一个测量装置)是无法估计的。鉴于以上知识，国际标准化组织天然气技术委员会于20世纪90年代末举行（ISO/TC193）组织标准气体验证（VAMGAS）试验开始时，国内外普遍重视天然气发热直接测定技术及其基准装置的建设。
20192000年5月，国家发改委等四部委联合发布了《油气管网设施公平开放监管办法》，要求自实施之日起两年内建立天然气能量计量体系。作者认为，根据国外相关的发展经验，除上述任务外，还应完成GB/T22723除管理标准外，至少要转化并大力宣传实施如表3所示的一系列关键点ISO技术文件可以充分指导我国能量计量领域的技术进步。
表1（MJ/m3）*

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表2 各国规定的燃烧和计量参考条件

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表3 天然气发热量测定的关键ISO文件

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天然气发热量及其测量标准化 一立方米天然气标准发热值

天然气发热量及其测量标准化一立方米天然气标准发热值