能源是世界文明進步的動力，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和國計民生的重要保障，向綠色低碳轉(zhuǎn)型是全世界共同追尋的能源發(fā)展模式。天然氣作為清潔、安全、環(huán)保、高效、低碳的優(yōu)質(zhì)能源，在全球一次能源的消費占比逐年增加。2023年，中國天然氣產(chǎn)量為2 324×10⁸ m³，消費量為4 017×10⁸ m³。但一次能源消費結(jié)構(gòu)中天然氣占比僅為8.5%，與世界23%的平均水平相比差距明顯。在推進中國“雙碳”目標(biāo)實施進程中，天然氣發(fā)揮著越來越重要的作用，可以預(yù)見在今后很長一段時間內(nèi)，中國的天然氣工業(yè)仍將高速發(fā)展^[1-4]。

計量是國家經(jīng)濟社會活動的重要組成，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究、國內(nèi)外貿(mào)易順利進行的重要保證。計量技術(shù)是國家科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)技術(shù)，是國家技術(shù)能力和競爭力的重要體現(xiàn)。準(zhǔn)確可靠的計量是提高經(jīng)濟社會發(fā)展水平和質(zhì)量，維護國家、人民利益的重要保障。統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性、溯源性和法制性是計量工作的顯著特點。計量、標(biāo)準(zhǔn)和合格評定是國家質(zhì)量基礎(chǔ)的三大支柱。

天然氣計量是天然氣工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，既是保障國家能源安全的重要抓手，又事關(guān)民生福祉。天然氣計量是按照計量相關(guān)法律法規(guī)、計量標(biāo)準(zhǔn)、計量技術(shù)規(guī)范等，通過相關(guān)技術(shù)手段和必要的工作程序獲得天然氣準(zhǔn)確量值的過程。準(zhǔn)確可靠的天然氣計量是天然氣工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的前提條件。天然氣計量通過按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)、運行和管理的天然氣計量系統(tǒng)來實現(xiàn)。天然氣屬于易燃、易爆危險化學(xué)品，也是唯一主要以氣體狀態(tài)進行貿(mào)易交接的大宗商品。計量工作涉及天然氣產(chǎn)供儲銷全產(chǎn)業(yè)鏈每個環(huán)節(jié)。天然氣貿(mào)易計量對象是經(jīng)過處理且達到天然氣產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的，可用于工業(yè)、商業(yè)和民用的商品天然氣。氣體計量的屬性使得天然氣計量具有量大、流動、介質(zhì)可壓縮的特點，是連續(xù)、動態(tài)的復(fù)雜過程，需要通過準(zhǔn)確測定工作條件下天然氣流量、壓力、溫度、體積、組成等多個參數(shù)值，才能導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的計量結(jié)果。通常情況下，液體和固體計量不需要考慮溫度、壓力等參數(shù)的影響，因此，天然氣計量的要求和復(fù)雜性明顯高于液體和固體計量。天然氣計量過程往往和天然氣使用同時進行，計量結(jié)果無法復(fù)現(xiàn)，計量的復(fù)雜性增加了準(zhǔn)確實現(xiàn)天然氣計量量值傳遞、溯源以及獲得準(zhǔn)確計量結(jié)果的難度^[5-6]。

1　中國的天然氣管網(wǎng)與交接界面

1.1  “全國一張網(wǎng)”的天然氣管網(wǎng)格局

伴隨經(jīng)濟的高速發(fā)展和國家對油氣行業(yè)體制改革的不斷深化，中國天然氣工業(yè)進入發(fā)展黃金時期，天然氣產(chǎn)量和消費量呈現(xiàn)快速增長的同時，天然氣產(chǎn)供儲銷全產(chǎn)業(yè)鏈也快速協(xié)調(diào)發(fā)展。中國構(gòu)建了供應(yīng)立足國內(nèi)、進口來源多元、管網(wǎng)布局完善、儲氣調(diào)峰配套的天然氣工業(yè)體系。形成了天然氣的上游資源多主體多渠道供應(yīng)、中間統(tǒng)一管網(wǎng)高效集輸、下游銷售市場充分競爭的“X+1+X”天然氣市場體系。

中國油氣能源生產(chǎn)和消費呈現(xiàn)逆向分布特征，中東部是主要消費地區(qū)，而天然氣生產(chǎn)主要集中在四川盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地等西部地區(qū)，陸上進口資源也遠(yuǎn)離下游市場，天然氣的流通與交接必須依托天然氣管網(wǎng)。天然氣管網(wǎng)是天然氣產(chǎn)業(yè)鏈重要的基礎(chǔ)設(shè)施。中國天然氣管網(wǎng)架構(gòu)特點是西氣東輸、北氣南下、海氣登陸，建設(shè)并運行好天然氣管網(wǎng)設(shè)施對于保障國家能源安全和國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展意義重大。中國天然氣管網(wǎng)發(fā)展經(jīng)歷了從局部、封閉到干線管道互連互通，從“管道時代”邁進了“管網(wǎng)時代”。國家管網(wǎng)擁有覆蓋西氣東輸管道、陜京管道、俄氣管道、緬氣管道、“川氣東送”管道等跨區(qū)域管道系統(tǒng)，基本構(gòu)建起西北、西南、東北和海上四大戰(zhàn)略通道。干線管道實現(xiàn)了互聯(lián)互通，各管道靈活調(diào)控能力顯著提升，實現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)流向優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)化調(diào)氣和系統(tǒng)間互保功能逐步完善，天然氣調(diào)運更加智能靈活。進入國家管網(wǎng)的天然氣所有權(quán)并不發(fā)生變化，國家管網(wǎng)收取經(jīng)計量確認(rèn)的進入國家管網(wǎng)管道的天然氣輸送費用（管輸費）。中國石油、中國石化、中國海油三大石油公司為主的支線管道，主要分布在川渝、南疆、山東等地，并在部分省份占據(jù)主導(dǎo)地位。各個省份成立的地區(qū)管網(wǎng)公司擁有地方支線管道，分布在全國各地。中國形成了以國家管網(wǎng)集團的干線管道為骨架，以三大石油公司支線和地方支線為延伸的有多個運營主體和多個交接界面的以“全國一張網(wǎng)”為特點的天然氣管網(wǎng)架構(gòu)。圖1是中國近年來天然氣長輸管道總里程變化情況，從2016年的7×10⁴ km快速增長到2023年的12.4×10⁴ km。

圖1　中國2016—2023年天然氣長輸管道總里程圖

中國天然氣對外依存度超過40%，已是全球最大的天然氣進口國，需要開展大量管道天然氣和液化天然氣的國際貿(mào)易交接。西北、西南、東北和海上進口四大天然氣戰(zhàn)略通道全面建成，主體多元供應(yīng)體系不斷完善，形成了國產(chǎn)與進口并重、管道氣與LNG互補的供應(yīng)格局（表1）。

表1　中國主要進口天然氣管道及其技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表

“全國一張網(wǎng)”規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含海量設(shè)備和管道，狀態(tài)組合數(shù)量巨大，存在多輸入多輸出結(jié)構(gòu)，不但包括大量不同壓力等級、不同管徑、不同輸氣規(guī)模的天然氣輸送管道及天然氣增壓站等配套設(shè)施，還包括儲氣庫、液化天然氣接收站等基礎(chǔ)設(shè)施，覆蓋天然氣生產(chǎn)、流通、消費三大領(lǐng)域，是連通海外、 覆蓋全國的國家天然氣工業(yè)大動脈。“全國一張網(wǎng)”格局的形成，可以實現(xiàn)管道資源共享，避免重復(fù)投資和重復(fù)建設(shè)帶來的資源浪費^[7-9]。

1.2　交接界面對應(yīng)不同計量系統(tǒng)

交接界面是在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中，氣體的所有權(quán)發(fā)生變化或者發(fā)生自然交接的地方。交接界面（以下簡稱界面）通常需要進行計量確認(rèn)作為交接依據(jù)。天然氣生產(chǎn)商到終端用戶可能的計量交接界面如圖2。界面1是氣體生產(chǎn)商（石油公司）或氣體進口商與氣體儲存商（儲氣庫）之間的界面、氣體儲存商與氣體輸送商（國家管網(wǎng)公司）之間的界面、氣體輸送商和氣體儲存商之間的界面；界面2是氣體儲存商和區(qū)域分銷商（地區(qū)管網(wǎng)公司）之間的界面；界面3是區(qū)域分銷商與本地分銷商（燃?xì)夤荆┲g的界面；界面4是本地分銷商與居民用戶之間的界面；界面5是本地分銷商與工業(yè)用戶之間的界面；界面6是本地分銷商與商業(yè)用戶之間的界面^[10]。

圖2　氣體生產(chǎn)商到用戶可能的計量交接界面圖

注：1～6表示天然氣計量不同交接界面。

依托天然氣管網(wǎng)，天然氣生產(chǎn)商或進口商到終端用戶之間可能經(jīng)過不同運營主體、多個層級的計量交接界面?？赡苌婕皻怏w儲存商、氣體輸送商、區(qū)域分銷商、本地分銷商等運營主體之間的多個天然氣貿(mào)易交接界面。在中國，氣體儲存商一般不是獨立運營，可能依托于天然氣生產(chǎn)商或輸送商。從氣體生產(chǎn)商到終端用戶之間并不是必須經(jīng)過圖2的所有交接界面，可能只經(jīng)過部分交接界面，根據(jù)天然氣生產(chǎn)輸送消費實際情況，氣體儲存商、氣體輸送商、區(qū)域分銷商和本地分銷商等一個或多個中間計量交接界面可能不存在。天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)干線、支線、城市燃?xì)狻⒔K端用戶不同交接界面之間的流量、管徑和壓力等指標(biāo)存在明顯差異，管輸規(guī)模差別很大，對計量系統(tǒng)建設(shè)運行管理要求不一樣。不同等級天然氣交接界面對應(yīng)不同的計量系統(tǒng)配置和準(zhǔn)確度要求。

2　天然氣計量要求

2.1　天然氣計量過程

天然氣計量實現(xiàn)了交接天然氣計量結(jié)果的單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠。中國天然氣計量以體積計量為主，以立方米為結(jié)算單位。氣體的體積量值與狀態(tài)緊密相關(guān)，同樣質(zhì)量的天然氣在不同壓力、溫度條件下，體積量不一樣，體積計量結(jié)果就不一樣。各個國家規(guī)定了特定的溫度和壓力作為貿(mào)易交接計量標(biāo)準(zhǔn)參比條件，以保證計量結(jié)果統(tǒng)一。中國的標(biāo)準(zhǔn)參比條件為：溫度20 ℃（293.15 K），壓力101.325 kPa，標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的量值作為貿(mào)易計量交接值。

天然氣計量具有連續(xù)性特點，通過計量站內(nèi)的天然氣計量系統(tǒng)完成。天然氣計量系統(tǒng)是一個多參數(shù)輸入、輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。天然氣流量計量系統(tǒng)測量原理如圖3，流量計算機通過采集流量計工作條件下的天然氣流量數(shù)據(jù)，溫度變送器、壓力變送器等儀表的溫度、壓力數(shù)據(jù)，氣相色譜儀（在線或離線）的天然氣組成數(shù)據(jù)，應(yīng)用相關(guān)流體力學(xué)模型計算得到標(biāo)準(zhǔn)參比條件下瞬時天然氣體積流量、質(zhì)量流量或能量流量。流量計、在線氣相色譜分析儀、流量計算機是天然氣計量系統(tǒng)的關(guān)鍵計量器具。天然氣計量交接量值不是瞬時流量值，而是通過對計量周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參比條件下瞬時天然氣體積流量值對時間積分得到的體積總量。

圖3　天然氣流量計量系統(tǒng)的測量原理示意圖

天然氣計量站內(nèi)還包括分析檢測水露點、硫化氫、總硫等天然氣質(zhì)量指標(biāo)的儀器設(shè)備^[11-16]。

天然氣計量結(jié)果是通過流量、溫度、壓力、組成等直接測量參數(shù)值計算得到的導(dǎo)出量值。天然氣溫度、壓力、組成參數(shù)在計量條件下相對穩(wěn)定，測量技術(shù)較成熟，量值準(zhǔn)確度較高。通過流量計獲取的工作條件下天然氣的流量值是影響計量結(jié)果準(zhǔn)確度的最重要因素，大型計量站往往具有多套計量系統(tǒng)，多臺流量計同時并聯(lián)工作。流量計產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平往往能體現(xiàn)一個國家的天然氣計量能力。常見的天然氣流量計類型包括：速度式流量計、差壓式流量計、容積式流量計和質(zhì)量流量計。速度式流量計以其準(zhǔn)確度高、量程比寬、壓力損失小等特點在長輸、干線天然氣管道計量中使用越來越普遍，其測量原理是基于與管道內(nèi)天然氣流速有關(guān)的聲速變化等物理現(xiàn)象，通過測量管道內(nèi)流體速度來測量流體流量。典型的速度式流量計包括超聲流量計和渦輪流量計，超聲流量計具有非接觸和沒有動部件的特點，在干線管道天然氣計量中占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的孔板流量計是差壓式流量計，通過管道中流量檢測元件產(chǎn)生的差壓與管道的幾何尺寸的相互關(guān)系來計算流量，差壓式流量計價格相對較低。在有足夠壓力的短距離輸送支線管道天然氣計量中，孔板流量計使用較多^[17]。

20世紀(jì)80年代以前世界上天然氣貿(mào)易計量都采用體積計量，目前仍然采用體積計量的國家主要有中國、俄羅斯及部分中亞國家。能量計量兼顧了天然氣的組成和體積，更能公平合理體現(xiàn)天然氣的能源屬性。歐美日韓等工業(yè)發(fā)達國家天然氣計量主要采用能量計量。1978年美國通過的《天然氣政策法》規(guī)定將天然氣貿(mào)易結(jié)算方式由體積計量改變?yōu)槟芰坑嬃浚瑲W洲國家在20世紀(jì)90年代中后期開始由體積計量改變?yōu)槟芰坑嬃?sup>[16-20]。中國在LNG國際貿(mào)易和個別管道天然氣貿(mào)易交接中也采用了能量計量^[18-22]。

2.2　天然氣計量保障體系

科學(xué)、先進、實用的計量保障體系對推進中國天然氣技術(shù)進步和天然氣利用，提升天然氣生產(chǎn)能力，促進天然氣消費升級，提高經(jīng)濟社會發(fā)展水平，維護國家和人民的利益具有重要意義。天然氣計量科學(xué)技術(shù)水平是國家科技實力與能力的重要體現(xiàn)。近年來，隨著天然氣工業(yè)跨越式發(fā)展，中國天然氣計量科學(xué)技術(shù)水平持續(xù)提升，圍繞測量原理、方法、設(shè)備等方面不斷創(chuàng)新，基本形成配套的天然氣計量技術(shù)體系。結(jié)合天然氣工業(yè)的實際情況，中國配套建立了以體積計量為基礎(chǔ)的天然氣計量技術(shù)和管理體系，主要包括計量法、計量行政法規(guī)和計量規(guī)章等法律法規(guī)；計量技術(shù)規(guī)范、計量檢定規(guī)程、計量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、計量管理等技術(shù)和管理文件；計量量值傳遞與溯源體系；計量監(jiān)督；計量標(biāo)準(zhǔn)和計量器具管理與應(yīng)用、計量數(shù)據(jù)與資料管理、計量人員資質(zhì)和授權(quán)等。

天然氣計量器具應(yīng)符合相應(yīng)計量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)要求，具有有效的檢定或校準(zhǔn)證書。中國已具備常用天然氣計量器具自主生產(chǎn)能力，但對國際貿(mào)易等關(guān)鍵計量系統(tǒng)，流量計、在線氣相色譜儀等主要計量器具依賴進口。在計量量值傳遞與溯源方面，國家石油天然氣大流量計量站成都分站、南京分站和武漢分站有3套原級標(biāo)準(zhǔn)裝置，并分別將原級標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞至廣州分站、烏魯木齊分站、北京采育檢定點等國家授權(quán)檢定點，共同構(gòu)成完整的低、中和高壓體積流量量值傳遞和溯源鏈。

中國的天然氣計量技術(shù)體系支撐了天然氣的生產(chǎn)和貿(mào)易需求，助推了天然氣工業(yè)的快速發(fā)展。隨著新形勢下國家對天然氣工業(yè)提出高質(zhì)量發(fā)展要求以及科學(xué)技術(shù)的不斷進步，中國天然氣計量技術(shù)和法律保障體系在不斷建設(shè)、優(yōu)化、完善和發(fā)展^[23]。

2.3　計量結(jié)果的獲取

天然氣計量結(jié)果是通過符合天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求的計量器具，測量工作條件下的天然氣溫度、壓力及體積流量，結(jié)合組成分析系統(tǒng)，得到天然氣組成數(shù)據(jù)并計算工作條件下和標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣壓縮因子，按式（1）計算得到標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣瞬時體積流量值。

式中q_n表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣瞬時體積流量，m³/h；q_f表示工作條件下的天然氣體積流量，m³/h；p_f表示工作條件下的天然氣壓力，MPa；T_f表示工作條件下的天然氣溫度，K；Z_f表示工作條件下的天然氣壓縮因子；p_n表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣壓力，MPa；T_n表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣溫度，K；Z_n表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣壓縮因子。

上述參數(shù)中，工作條件下的流量參數(shù)值q_f由流量計獲取，流量信號采樣時間響應(yīng)不大于2 s；工作條件下的p_f和T_f兩個測量參數(shù)值由計量系統(tǒng)壓力、溫度變送器獲取，壓力、溫度采樣時間應(yīng)不大于5 s；Z_f和Z_n兩個計算參數(shù)值一般通過各自條件下的壓力和溫度值，結(jié)合在線或離線氣相色譜儀得到的組成分析數(shù)據(jù)，按相關(guān)天然氣壓縮因子計算的國家標(biāo)準(zhǔn)計算獲得，在線氣相色譜儀組成分析響應(yīng)時間一般不超過15 min；標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的p_n和T_n分別為0.101 3 MPa和293.15 K^[24-26]。

天然氣進行貿(mào)易交接計量時，按式（2）通過計量周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的瞬時體積流量值對時間積分計算得到的天然氣累積體積量進行結(jié)算。

式中Q_n表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下在t₀～t時間內(nèi)的天然氣累積體積量，m³；t₀表示進行累積流量積分的起始時間，s；t表示進行累積流量積分的結(jié)束時間，s。

3　計量準(zhǔn)確度保障

3.1　天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求

中國天然氣市場巨大且保持快速增長，天然氣貿(mào)易交接計量量值和金額巨大，管網(wǎng)系統(tǒng)中不同運營主體間必須進行計量交接。計量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠是天然氣計量的基本要求。天然氣計量準(zhǔn)確度是天然氣計量測得值與真實值間的一致程度，計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度水平是天然氣工業(yè)科學(xué)技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。

《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求：GB/T 18603—2023》^[27]規(guī)定了天然氣計量站貿(mào)易計量系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)、投產(chǎn)運行、準(zhǔn)確度、驗收維護等方面的技術(shù)要求。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍是標(biāo)準(zhǔn)參比條件下設(shè)計通過能力大于100 m³/h、工作壓力大于0.1 MPa（表壓）的天然氣計量系統(tǒng)，主要包括圖2中界面1、界面2、界面3 和部分界面5和界面6的天然氣貿(mào)易計量。GB/T 18603將天然氣計量系統(tǒng)分為4個不同設(shè)計通過能力的交接界面，不同計量界面對應(yīng)相應(yīng)的計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級。計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級分為A、B、C3個級別。不同等級的天然氣計量系統(tǒng)計量器具配置要求見表2。準(zhǔn)確度等級不一樣，要求配置的測量參數(shù)項目也不一樣。

表2　不同等級計量系統(tǒng)計量器具配置要求統(tǒng)計表

對于界面4、部分界面5和界面6等小流量低壓燃?xì)庥脩?，具有?shù)量多、交接天然氣量少、交易金額較小等特點，計量準(zhǔn)確度要求相對較低。一般用結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的一體化膜式燃?xì)獗砘虺暡ㄈ細(xì)獗砑纯蓾M足計量要求，不需要氣相色譜儀、流量計算機等設(shè)備，本文不涉及燃?xì)獗碛嬃考夹g(shù)要求。

3.2　計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求

天然氣計量系統(tǒng)通過測量單元獲取相關(guān)參數(shù)值，按一定數(shù)學(xué)關(guān)系計算得到計量結(jié)果，天然氣計量系統(tǒng)的計量特性通過計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求來保證。中國的天然氣計量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通過規(guī)定天然氣計量系統(tǒng)流量、溫度、壓力、壓縮因子等參數(shù)最大允許測量誤差（以下簡稱最大允許誤差）來保證計量結(jié)果符合準(zhǔn)確度要求。最大允許誤差是對給定的測量、測量儀器或測量系統(tǒng)，由規(guī)范或規(guī)程所允許的相對于已知參考量值的測量正負(fù)最大誤差的極限值。最大允許誤差直觀明確地表示了計量系統(tǒng)特性。最大允許誤差與測量儀器準(zhǔn)確度等級有特定的對應(yīng)關(guān)系。準(zhǔn)確度等級是測量儀器最具概括性的特性，經(jīng)常用于表征測量儀器的測量特性。

GB/T 18603—2023規(guī)定的不同等級的計量系統(tǒng)流量、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)測量值的最大允許誤差值見表3。由于天然氣溫度在常溫范圍內(nèi)變化相對較小，溫度的最大允許誤差類別用絕對誤差表示，其余參數(shù)最大允許誤差都用相對誤差表示。從表3可見，不同等級的計量系統(tǒng)配置的計量器具需要滿足的準(zhǔn)確度要求不一樣。計量系統(tǒng)等級越高，最大允許誤差值越低，對計量器具準(zhǔn)確度要求越高。A級計量站的設(shè)計、建設(shè)、投資、運行、管理、計量器具配置等方面要求高于B級計量站和C級計量站。

表3　計量系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)最大允許測量誤差統(tǒng)計表

3.3　不確定度評定

測量不確定度（以下簡稱不確定度）是以被測量為研究對象，根據(jù)所用到的信息，表征被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)。不確定度已經(jīng)取代測量誤差用來表示測量結(jié)果的可信程度。標(biāo)準(zhǔn)不確定度是以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的不確定度，是國際通用的不確定度表征方式。完整的測量結(jié)果應(yīng)包括被測量的測得值及其不確定度。不確定度評定是天然氣計量系統(tǒng)性能評價和天然氣計量科學(xué)研究的重要內(nèi)容。天然氣計量結(jié)果及天然氣流量量值傳遞朔源體系各級標(biāo)準(zhǔn)和計量器具應(yīng)包括不確定度評定結(jié)果及有關(guān)信息^[28-29]。

天然氣計量結(jié)果的不確定度評定是通過工作條件下的天然氣流量、壓力等分量來評定標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量不確定度。天然氣貿(mào)易交接量值是計量周期內(nèi)的累積體積量，是計量周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣體積流量對時間的積分運算結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量不確定度與累積體積量不確定度是一致的。天然氣體積流量變化范圍較大，用相對不確定度評定結(jié)果較為合理。由于天然氣計量的不可復(fù)現(xiàn)性，測量不確定度的B類評定結(jié)果可以作為天然氣計量的不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣體積流量不確定度由式（1）中工作條件下的天然氣流量、壓力、溫度、壓縮因子和標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的壓縮因子這5個不相關(guān)分量的不確定度合成，標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的壓力和溫度值是常數(shù)，不作為不確定度評定分量。不確定度可以通過不同的方式獲取，按照《測量不確定度評定與表示 ：JJF 1059.1—2012》^[30]，可以采用通過計量部門檢定合格的測量儀器的最大允許誤差作為被測量可能值區(qū)間的半寬度，通過最大允許誤差計算對應(yīng)被測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式（3）～（7）。

各個分量按照表3最大允許誤差評定得到的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果見表4，工作條件和標(biāo)準(zhǔn)參比條件下壓縮因子最大允許誤差值均按照表3壓縮因子最大允許誤差值選取，其中工作條件下天然氣流量不確定度分量值最大。

表4　各分量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定結(jié)果統(tǒng)計表

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式（8）合成。

式中u_r(q_n)表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣瞬時體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣體積流量的相對擴展不確定度按式（9）計算，不同等級計量系統(tǒng)天然氣體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對擴展不確定度評定結(jié)果見表5。

式中U_r(q_n)表示標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣瞬時體積流量的相對擴展不確定度；k表示包含因子，取k=2。

表5　不同等級計量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣體積流量的

不確定度表

3.4    A級站不確定度評定示例

上文依據(jù)GB/T 18603規(guī)定的相關(guān)參數(shù)，用最大允許測量誤差值評定了不同等級計量系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣體積流量的不確定度。除了用最大允許誤差值評定外，天然氣體積流量的不確定度還可以通過計量器具的檢定證書、校準(zhǔn)證書、產(chǎn)品技術(shù)說明書等信息評定得到。實際運行的計量站配置的計量器具性能指標(biāo)通常情況下會優(yōu)于GB/T 18603的規(guī)定值?！短烊粴庥嬃肯到y(tǒng)性能評價：GB/T 35186—2017》^[31]給出了天然氣計量系統(tǒng)的不確定度評定方法。A級站計量系統(tǒng)由于交接的天然氣量大、涉及金額高，對計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求最高。本文以西南地區(qū)某一在運A級計量站具體配置的計量器具為例，按照GB/T 35186評定其不確定度。

該A級站流量計采用不確定度為0.21%（k=2）的計量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)，流量計重復(fù)性為0.2%。采用智能絕壓變送器測量壓力，準(zhǔn)確度等級為0.1級，滿量程為10 MPa，運行壓力為6 MPa。采用一體化智能溫度變送器測量溫度，不確定度為0.2 K，運行溫度為20 ℃（293.15 K），并安裝在線氣相色譜儀。經(jīng)檢定合格，天然氣組成分析使用二級標(biāo)準(zhǔn)氣體，分析的重復(fù)性符合GB/T 13610要求?？紤]流量計校準(zhǔn)重復(fù)性影響，工作條件下的體積流量相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式（10）計算，工作條件下的壓力、溫度測量相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別按式（11）和式（12）計算，評定未考慮設(shè)備周期偏移引入的不確定度。

式中u_r(q_S)表示檢定時所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；E_r表示流量計重復(fù)性；ξ_P表示智能絕壓變送器準(zhǔn)確度等級；p_k表示智能絕壓變送器滿量程值，MPa；p_f表示運行壓力測量值，MPa；u_c(T_f)表示溫度測量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，K；T_f表示溫度測量值，K。

按實際情況評定的A級站相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對擴展不確定度見表6。

表6　某A級計量站不確定度評定示例表

取u_r(Z_n)=0.03%（GB/T 35186附錄B.9.2）、u_r(Z_f)=0.05%（GB/T 35186附錄B.8.2.1），按式（8）和式（9）分別計算得到：u_r(q_n)=0.27%、U_r(q_n)=0.54%。

4　天然氣計量發(fā)展方向

4.1　進一步提升量值傳遞與計量溯源性能力建設(shè)

提高量值傳遞與計量溯源性能力和技術(shù)水平，滿足中國天然氣工業(yè)的快速發(fā)展需要。加強國際國內(nèi)天然氣計量標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值比對，在進一步提高天然氣量值傳遞與計量溯源性技術(shù)水平的同時，加快計量技術(shù)國際接軌。加快建設(shè)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓天然氣原級標(biāo)準(zhǔn)裝置，更加合理布局中國天然氣計量檢定機構(gòu)，滿足不斷增長的流量計檢定需求。在量值傳遞體系中以檢定為主，適當(dāng)增加校準(zhǔn)方式。流量計溯源從檢定為主轉(zhuǎn)變?yōu)闄z定、校準(zhǔn)、比對、使用中檢驗、現(xiàn)場檢定等多種方式并存，提高流量計溯源效率。

4.2　進一步加強計量技術(shù)創(chuàng)新能力

氫能是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，摻氫天然氣輸送和利用是天然氣工業(yè)新的發(fā)展方向，開展天然氣制氫、摻氫對天然氣管網(wǎng)材質(zhì)、終端設(shè)備、流體物性參數(shù)和計量系統(tǒng)的影響研究，確保管網(wǎng)和計量系統(tǒng)滿足摻氫天然氣輸送和計量需求，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。開展通過超聲流量計結(jié)合壓力、溫度等非天然氣組成參數(shù)獲取天然氣發(fā)熱量的新技術(shù)研究。深化激光多普勒、粒子成像等光學(xué)原理計量技術(shù)研究，拓展天然氣計量檢定新方法。加快推進高準(zhǔn)確度超聲流量計、氣相色譜儀等關(guān)鍵計量儀器設(shè)備國產(chǎn)化進程，進一步提升計量技術(shù)創(chuàng)新深度和維度。

4.3　加快計量數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型步伐

天然氣計量系統(tǒng)和管網(wǎng)的調(diào)度運行需要多參數(shù)準(zhǔn)確測量、復(fù)雜運算和海量數(shù)據(jù)傳輸，通過機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)智能化決策，推進天然氣管網(wǎng)和計量技術(shù)數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型升級；加強天然氣計量技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，制定可擴展標(biāo)記語言等格式的數(shù)字化規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，便于計量儀器設(shè)備直接使用；規(guī)范統(tǒng)一天然氣計量數(shù)據(jù)格式，提升計量數(shù)據(jù)共享利用率。加強現(xiàn)代信息技術(shù)與現(xiàn)代計量技術(shù)深度融合，加強計量結(jié)果的智能判斷，實現(xiàn)計量管理智能化，對提高中國天然氣管網(wǎng)運行效率和計量技術(shù)水平具有重要意義。

4.4　體積計量向能量計量轉(zhuǎn)變是天然氣計量發(fā)展方向

體積計量雖然實施較為簡便，但不能科學(xué)公正地表征天然氣的能源商品特性。能量計量更能體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價原則，是目前國際天然氣計量的主要方式。國家積極推進天然氣計量方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑嬃浚群蟪雠_《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一大市場的意見》、《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》等一系列重要文件，明確提出“穩(wěn)妥推進天然氣市場化改革，加快建立統(tǒng)一的天然氣能量計量計價體系”。中國基本建成實施天然氣能量計量的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等保障體系。國家市場監(jiān)管總局（天然氣質(zhì)量控制和能量計量）重點實驗室建成并投入運行，政府企業(yè)協(xié)作并積極開展天然氣能量計量試點示范，上述舉措必將加快中國天然氣體積計量向能量計量轉(zhuǎn)變，推進計量方式與國際接軌^[32-40]。

5　結(jié)論

1）天然氣工業(yè)的體制機制改革和國家管網(wǎng)公司的成立宣告中國天然氣管網(wǎng)“全國一張網(wǎng)”格局的形成，實現(xiàn)了管道資源共享，避免重復(fù)投資和重復(fù)建設(shè)帶來的資源浪費。不同運營主體的天然氣交接界面都需要進行計量確認(rèn)，不同等級天然氣計量站的計量系統(tǒng)要求不同。

2）中國建立了以體積計量為基礎(chǔ)的天然氣計量技術(shù)體系，主要包括計量相關(guān)的法律法規(guī)及管理制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、檢定規(guī)程、計量器具管理與應(yīng)用、計量監(jiān)督、計量溯源與量值傳遞體系等。

3）不確定度評定是天然氣計量系統(tǒng)性能評價和天然氣計量科學(xué)研究的重要內(nèi)容。完整的天然氣計量結(jié)果應(yīng)由不確定度評定說明表示結(jié)果的可信程度。天然氣計量系統(tǒng)的不確定度評定結(jié)果表明，中國的天然氣計量系統(tǒng)能夠滿足天然氣計量需求。

4）天然氣計量發(fā)展方向主要有4個方面：①加強計量量值傳遞與溯源能力建設(shè)；②流量計溯源從以檢定為主發(fā)展為檢定、校準(zhǔn)、使用中檢驗、現(xiàn)場檢定等多種方式并存；③加快計量數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型步伐；④加快推進中國天然氣計量方式從體積計量向能量計量轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)計量方式與國際接軌。