LNG船的计量及天然气计量

1.LNG船的计量

LNG贸易交接的国际通用方法，是通过LNG运输船上的储罐液位获取体积（校准的储罐）；通过岸上的气相色谱仪确定组分；通过体积与组分数据计算接收到的总能量值。

船上的计量系统经独立验证方批准，提供备用计量系统。贸易交接计量系统由独立验证方和海关机构验证，结果由计算机处理生成。船上储罐中至少有4个液位的温度计量和储罐的绝对压力记录。

LNG船在大陆接收站码头靠泊、离港进行贸易交接的过程如下：

船抛锚→船入港许可确认→CIQ和第三方登船检查开始→卸载前检查执行→初始数据经确认→卸载臂连接开始→卸载臂连接完成→卸载线冷却开始→卸载线冷却完成→船岸间ESD测试→开始卸载（取样开始）→流量增至最大→连续自动取样→卸载结束前降低卸载流速→卸载完成（取样结束）→最终检查执行→最终数据经确认→卸载臂断开过程启动→卸载臂断开→CIQ和第三方检查结束→领航准备→船离岸→船启航。

配置连续取样装置，在整个LNG卸载过程中，从卸料总管内连续取样，以在化验室内由气相色谱仪和数据处理软件得到分析结果（组成、热值、密度、相对密度、华白指数）用于贸易交接和或进口货物报关，取决于LNG采用FOB或CIF方式。

2.天然气计量

（1）计量系统 汽化后的天然气经外输总管输往输气管线。外输管线设有计量站（撬装），使用超声波流量计，每个用户各有一台，有些用户可能在各自计量站下游设置自有计量撬。在外输天然气总管上设有一套天然气取样设施及在线气体分析仪，可实时监测外输天然气的质量，包括气体组成、烃露点、水露点、硫化氢及总硫。气体组成与计量站内超声波流量计的数据，送往流量计算机以计算外输量及热值，用于贸易交接。长输管线上的各分输站内使用相同原则配置。计量系统需经合法资质单位标定，系统产生的所有数据应有溯源性。

（2）计量站 它提供对输送到用户管线的气体进行贸易交接计量。计量站包括两条并列的管线（2×100%），每条管线配备各自的流量计算机和超声波流量计，以及计量用途的仪表。流量计的精度等级为0.5，计量系统的精度达到1.0级，一个工作，一个备用。当有一路出现故障时，通过开关流量计后相应的气动球阀，关闭故障回路，切换到备用路。为保证流量计计量精度，两个流量计之间可通过阀门的切换，实现工作流量计和备用流量计的比对。

气体输送到用户的流量控制/限制，是通过流量控制器作用与计量站下游的流量控制阀来实现的。控制器的设定点是根据输出需要（允许的最大流量），由操作员手动设置的。在正常操作中，阀门是全开的。

超声波流量计与流量计算机作用如下：运用AGA8（AGA10）作声速法自检；配合色谱分析仪、超声波流量计可以进行声速法（SOS）现场精度测试；运用AGA8（AGA10）报告，主要针对表压在10MPa以下，重烃组分较少的天然气可以自行设定报警上限，以控制精度的飘移；运用超声波流量计测量超声波在表体中传播的实测速度v₁，根据色谱分析仪和温度压力变送器的数据，计算超声波在表体内传播的理论速度值v₂，比较v₁和v₂，可以得到误差比例；超声波的速度公式只涉及长度和时间两个变量，所以一旦超声波的流速测量正确，意味着气体流动速度也是正确的。

流量计算机采用国际标准来处理输入的气体组分和流速数据，以计算体积流量和能量流量，并与操作控制系统和气体管理财务系统进行数据通讯。

（3）天然气取样和分析设备 用天然气取样和分析设备来确定输往用户管线的天然气组分。它通过一条DN50mm管线与输出管线相连，配有在线取样探头，通过快速取样分析过程来连续检测气体的质量。分析仪的输出信号被传送给各计量站对应的流量计算机。

天然气取样和分析设备，包括在线气相色谱仪、水蒸气分析仪、硫化氢和总硫分析仪、烃露点分析仪，每次取样的分析周期分别是4min、2.5min、3min、3min。

天然气取样和分析设备的一般技术要求：

1）气相色谱仪

①在任意温度下+/-0.5BTU（+/-0.05%）的重复性。

②在相对稳定的温度下重复性可达+/-.25BTU（+/-.025%）。

③防爆标准高：CSA and CENELEC（Zone 1）for Class 1 Div 1（Groups B，C，D），达到NEC，CEC及IEC电气标准。

④以氦气或氮气为载气，无需仪表风和吹扫。

⑤热导率式探头（TCD）灵敏度高，16 bit A/D转换。

⑥每台色谱分析仪在出厂前都经过-18～55℃的环境检测室检测。

⑦单台色谱分析仪支持多路气分析，最多可分析12路。

⑧分析时间短，每路样气分析时间不超过4min。

⑨易于使用的现场和远程故障诊断和故障排除功能。

⑩24h自动标定。

⑾基于WINDOWS的软件易于使用。

2）水蒸气分析仪。水晶石英法5×10^-6，干燥达22×10^-6V，24h自动标定。

3）硫化氢和总硫分析仪。醋酸铅法（3.5/17.5）×10^-6，24h自动标定。

4）烃露点分析仪。冷镜面法，-40～40RTD。

5）其他。满足NEC/IEC；Class I，DIV1/2，Group D，T3，Zone2，IIA，T3，IP65，NEMA 4X；电伴热；最大风速70m/s；抗震加速度0.25g；采用AISC；焊接标准AWS D1.1；设计寿命25年。(www.xing528.com)

（4）计量标准和应用

1）计量标准

ISO 13398：1997 冷冻轻烃流体 液化天然气　船上贸易交接程序

ISO 6975：1997 天然气—延伸分析—气相色谱法

ISO 6578：1991 液化天然气静态测量—计算方法

ISO 6976：1995 天然气—由组成计算发热量、密度、相对密度和沃泊指数

ISO 6974 天然气—在一定不确定度下用气相色谱法测定组成

ISO 8309：1991 冷冻轻烃流体含液化气体容器中的液位测量 电容液位计

ISO 8310：1991 冷冻轻烃流体含液化气体容器中的温度测量 电阻温度计和热电偶

ISO 13689：2001 冷冻轻烃流体含液化气体容器中的液位测量 微波液位计

ISO 8311：1989 液化天然气船上薄膜罐和独立菱形罐的标定 物理测量

ISO 8943：1991 冷冻轻烃流体液化天然气连续取样方法

ISO 10574：1993 冷冻轻烃流体含液化气体容器中的液位测量 浮式液位计

GB/T 11062—1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数计算方法

GB/T 13610—2003 天然气组成分析气相色谱法

2）计量标准的应用

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。

②储罐容积标定。根据船上LNG储罐的类型，采用ISO标准薄膜罐和独立菱形罐的物理测量（ISO831），或球形罐的立体照相测量（ISO9091—1），或三角测量（ISO 9091—2）规定的方法标定储罐容积。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。

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，例如：ISO标准确认的液位测量仪表，电容式液位计（ISO 8309）；浮式液位计（ISO 10574）；微波式液位计（ISO 13689）。液位测量仪表应进行检定或校准，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容积（体积）配套的液位表和相关的校正表等资料，并在有效期内。

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。

⑤蒸气压力测量。压力变送器应进行检定或校准。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。

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。

⑦天然气组成分析。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；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；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，标准气体配制机构应是获得相关认可的；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。

⑧密度计算。按ISO 6578或ASTM D4784标准规定的液化天然气的计量方法，以及其标准化2007方法计算对应温度下LNG的密度。

⑨发热量计算。按ISO 6578或ISO 6976（GB/T11062）标准规定的方法，计算标准参比条件下LNG的质量发热量。

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。

⑾能量计算。按ISO 6578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。

⑿船上自耗气计量。一般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。

⒀到岸计量。当要求进行商检计量时，除遵循船上储罐向岸上储罐的交接计量的要求外，还应考虑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，其结果应得到商检部门的认可。一般有三种方法：商检部门认可，直接使用离岸时船上所有检定或校准资料；检定或校准由国内的授权机构或认可的国外机构完成；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，但出具自己的检定或校准报告等资料。如不使用离岸时的LNG组成数据，应配置LNG采样和组成分析设备，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）。