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Advancements in the Natural Gas Measurement System Under a Multi-Source Scenario: A Domestic and International Perspective
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摘要: 随着人们对环境问题的重视度越来越高，天然气作为一种清洁能源在我国化石能源消费体系中的占比也正在提升。近年来，在天然气消费过程中出现了不同气源的天然气增多、进口天然气比例上升等问题，形成了天然气管网多气源的格局。由于不同气源的天然气发热量存在明显差异，我国目前实行的天然气计量体系难以进行准确的贸易计量以及碳排放核算，需积极推进新型计量体系的建设。基于此，该文主要围绕国内外天然气计量体系的发展现状进行研究，介绍了体积计量、质量计量和能量计量3种计量方式及其测量原理，从技术标准、计量仪器、量值溯源方面对比分析了国内外现行的天然气计量技术，阐述我国在计量体系建设上开展的一系列工作，指出能量计量法从天然气的发热量出发，结合天然气的体积或质量流量，面对不同气源、不同品质的天然气能进行高效、准确的计量，是多气源天然气格局下的更公平、合理的计量方式。同时，指出我国在天然气气质分析设备、构建天然气分析溯源、管网中的核查技术等方面存在不足。Abstract: With increasing attention on environmental concerns, natural gas, as a clean energy source, is gaining a larger share in China's fossil energy consumption system. Recently, the consumption of natural gas has been characterized by a diversity of sources and a rise in imported gas, leading to a multi-source gas network pattern. Significant differences in calorific value among various gas sources pose challenges for China's existing measurement system in performing accurate trade measurement and carbon emission accounting. This calls for the development of a new measurement system. This article investigates the current status of domestic and international natural gas measurement systems, introducing three measurement methods: volumetric, mass, and energy measurement, along with their principles. A comparative analysis of current natural gas measurement technologies, including technical standards, measurement instruments, and traceability, is conducted. It highlights that the energy measurement method, based on natural gas calorific value combined with its volumetric or mass flow, offers a fairer and more accurate approach in the context of diverse gas sources. Additionally, the paper identifies shortcomings in China's natural gas quality analysis equipment, the construction of traceability for gas analysis, and pipeline network verification technologies.
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Key words:
- metrology /
- natural gas /
- measurement system /
- energy measurement /
- calorific value /
- measurement /
- instrumentation /
- multi-source
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表 1 不同油气田天然气平均高位发热量
Table 1. Average high calorific values of natural gas from various oil and gas fields
油气田名称 平均高位发热量/（MJ·m−3） 吉林油田 33.23 塔里木油气田 34.96 长庆油气田 35.64 西南油气田 36.62 辽河油田 37.63 青海油田 38.03 大港油田 39.10 大庆油田 39.45 新疆油田 39.86 吐哈油田 40.04 华北油田 42.21 
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表 2 各国天然气计价方式及定价依据表
Table 2. Pricing methods and bases for natural gas across different countries
国家 计价方式 定价依据 英国 热值 采用热值计价，其中管输费实行两部制，
由容量费和使用费组成法国 热值 与英国相似 美国 热值 从进口价、井口价、管输费到最终
消费全部采用热值计价日本 热值 天然气完全依赖进口LNG，价格根据LNG
进口成本和输送与配气成本制定印度 热值 根据气源（管制气、合资气、进口气）进行定价 俄罗斯 体积 天然气实施政府定价机制，
天然气出口采用热值计量中国 体积 实施各省市基准门站价格
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表 3 国内外天然气计量技术主要标准对照表
Table 3. Comparison of major standards in natural gas measurement technology domestically and internationally
序号 标准号 标准名称 所对应国外的编号 1 GB/T 22723-2008 天然气能量的测定 ISO 15112-2007 2 GB/T 17747-2011 天然气压缩因子的计算 ISO 12213-2003 3 GB/T 27894.6-2012 天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成 ISO 6974-2003 4 GB/T 18604-2014 用气体超声流量计测量天然气流量 ISO 21903:2020 5 GB/T 18603-2014 天然气计量系统技术要求 EN 1776-2015 6 GB/T 28766-2018 天然气分析系统性能评价 ISO 10723-2012 7 GB/T 11062-2020 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法 ISO 6976-2015 8 GB/T 13610-2020 天然气的组成分析气相色谱法 ASTM D1945-2014 9 GB/T 21391-2022 用气体涡轮流量计测量天然气流量 AGA No.7
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表 4 国外天然气发热量测量方法表
Table 4. Methods for measuring the calorific value of natural gas abroad
计量系统等级 体积流量测量形式 发热量测量形式 A级 一套以上的体积
流量计量装置使用在线色谱仪分析的
组分计算发热量B级 一套体积流量
计量装置在线色谱仪分析的组分计算
发热量，也可使用固定或可变
赋值技术计算发热量C级、D级 一套体积流量计量装置 计算赋予总热值（GCV）
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表 5 国内外主要天然气流量计检测实验室装置水平
Table 5. Levels of natural gas flowmeter verification laboratory equipment domestically and internationally
机构名称 流量标准 工作压力范围 管径 流量范围 不确定度 南京天然气实流计量测试中心 Mt法 2.5～10.0 MPa Φ50～400 mm 10 ～ 1.2×104 m3/h ≤ 0.32% 成都天然气流量分站 Mt法 0.3～4 MPa Φ50～400 mm 16 ～ 8.0×103 m3/h ≤ 0.33% 武汉天然气流量分站 HPPP法 2.5～10.0 MPa ≤ Φ300 mm 20 ～ 8.0×104 m3/h ≤ 0.33% 重庆天然气流量分站 pVTt法 0～1.2 MPa Φ25～250 mm 1 ～ 6.0×103 m3/h ≤ 0.20% 荷兰国家计量研究院(Bergum) 钟罩式 0.9～5.0 MPa Φ50～150 mm ≤ 1.2×103 m3/h ≤ 0.25% 德国国家物理研究所(Pigsar) HPPP法 1.4～5.0 MPa Φ 80～500 mm 4. 8×102 ～ 2.0×104 m3/h ≤ 0.16% 美国气体研究所(GRI) Mt法 0.14～1.45 MPa Φ 25～200 mm ≤ 0.9×103 m3/h ≤ 0.25% 法国Alfortville检测中心(GdF) pVTt法 1.0～6.0 MPa ≤ Φ300 mm ≤ 6.5×103 m3/h ≤ 0.25%
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