FLNG貿(mào)易交接計量系統(tǒng)選型研究

王浩，張藝

(中海油研究總院，北京 100028)

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FLNG貿(mào)易交接計量系統(tǒng)選型研究

王浩，張藝

(中海油研究總院，北京 100028)

摘要：深遠(yuǎn)海氣田新型開發(fā)裝置FLNG的主要商業(yè)產(chǎn)品包括液化天然氣(LNG)和液化石油氣(LPG)、天然氣凝析油，F(xiàn)LNG作為裝載港與LNG運輸船、LPG運輸船及穿梭油輪進(jìn)行貿(mào)易交接，在FLNG上需分別設(shè)置各天然氣產(chǎn)品的貿(mào)易交接計量系統(tǒng)。 國際上，LNG貿(mào)易交接計量以LNG運輸船貿(mào)易交接計量系統(tǒng)為主計量系統(tǒng)，在FLNG上設(shè)置LNG計量系統(tǒng)做比對。研究表明： 現(xiàn)階段LNG貿(mào)易交接計量以雷達(dá)液位計艙容體積靜態(tài)計量方式為主，動態(tài)計量流量計還處于研究試用階段，目前有科式質(zhì)量流量計和超聲波流量計作為對比表在工業(yè)上有初步應(yīng)用。 LPG及凝析油的貿(mào)易交接計量可以采用雷達(dá)液位計靜態(tài)計量，也可以采用流量計進(jìn)行動態(tài)計量，流量計包括質(zhì)量流量計和液體超聲波流量計,相比于靜態(tài)計量流量計的計量準(zhǔn)確度更高。

關(guān)鍵詞：貿(mào)易交接計量雷達(dá)液位計科式質(zhì)量流量計超聲波流量計

Research on Selection of Custody Transfer Measurement System of FLNG

Wang Hao, Zhang Yi

(CNOOC Research Institute, Beijing, 100028, China)

Abstracts: The main custody products of FLNG which is newly developed engineering facility for deep and pelagic offshore gas fields include LNG,LPG and natural gas condensate. Custody transfer measurement system(CTMS) for all kinds of natural gas shall be set on FLNG respectively since trade hand over and take over are conducted with FLNG as loading port between LNG carriers, LPG carriers and shuttle tankers. LNG carrier’s custody transfer metering system is used as main measurement system with setting LNG metering system on FLNG for comparison. The research shows that the static radar gauging CTMS is used as main way for LNG by far and dynamic metering flowmeter is still in the phase of research and trial. Only Coriolis mass flowmeter and ultrasonic flowmeter are used as check meter in industry as primary application. Both static measurement with radar liquid gauge and dynamic measurement with flow meters can be used as CTMS for LPG and condensate. Flow meters include mass and liquid ultrasonic one. Comparing with static metering flowmeter, dynamic flowmeter owns higher measurement accuracy.

Key words:custody transfer measurement; radar liguid gauging; Coriolis mass flowmeter; ultrasonic flowmeter

大型浮式液化天然氣船F(xiàn)LNG(floating liquefied natural gas)集海上天然氣液化、儲存和裝卸為一體，簡化了大型氣田的開發(fā)過程，相比于傳統(tǒng)的開發(fā)模式投資回報率更高，是備受矚目的開發(fā)深遠(yuǎn)海氣田的工程方案[1]。全球已有三個海上天然氣FLNG項目在建，還有多個海上天然氣田計劃采用FLNG進(jìn)行開采。FLNG作為海上天然氣田的生產(chǎn)儲運中心，分別與液化天然氣(LNG)運輸船、穿梭油輪進(jìn)行LNG，液化石油氣(LPG)以及凝析油等液態(tài)天然氣產(chǎn)品的貿(mào)易交接。由于船貨貿(mào)易金額巨大，貿(mào)易交接計量準(zhǔn)確度直接關(guān)系到貿(mào)易雙方利益，為保護(hù)各方利益、避免貿(mào)易爭端，兼顧工程經(jīng)濟性和可靠性，合理選型設(shè)置貿(mào)易交接計量系統(tǒng)成為一項非常重要的工作。本文以中海油東海某氣田FLNG開發(fā)項目為背景，并結(jié)合國外FLNG、浮式儲卸油裝置FSO(floating storage and offloading)案例對于LNG和LPG以及凝析油外輸貿(mào)易交接計量系統(tǒng)的設(shè)置進(jìn)行了研究并初步選型。

1LNG貿(mào)易交接現(xiàn)狀

目前LNG貿(mào)易均采用長期銷售合同，LNG計量交接已形成了統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)化流程，根據(jù)不同的貿(mào)易條款分為裝載港交貨和目的港交貨。FLNG與LNG運輸船的貿(mào)易交接類似FOB合同項下的貨物，F(xiàn)LNG可視為裝載港[2]。參照國際LNG進(jìn)口商組織GIIGNL(international group of liquefied national gas importers)和ISO 10976—2012《冷凍輕烴流體： 液化天然氣運輸船上貨物容積測量》中的相應(yīng)規(guī)定，LNG的貿(mào)易交接計量以LNG運輸船上的貿(mào)易交接計量系統(tǒng)為主計量系統(tǒng)，同時需要在FLNG上同樣設(shè)置貿(mào)易交接計量系統(tǒng)，以此與LNG船計量值對比，并在貿(mào)易合同中規(guī)定當(dāng)兩組計量差值在一定允許范圍內(nèi)，計量值為有效結(jié)果。

LNG計量分為動態(tài)和靜態(tài)兩種計量方式。LNG靜態(tài)貿(mào)易交接計量技術(shù)成熟，現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)對靜態(tài)計量方式進(jìn)行了嚴(yán)格的約定；動態(tài)計量方式僅在少數(shù)項目中試用，還沒有相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)建立。

2LNG靜態(tài)計量

2.1CTM系統(tǒng)及計量流程

LNG靜態(tài)計量通過貿(mào)易交接計量系統(tǒng)CTMS (custody transfer measurement system)完成，裝載(或卸載)的體積為裝載后(或卸載前)的體積與裝載前(或卸載后)的留底量相減得到的結(jié)果。CTMS可測得船舶各貨艙液位、氣體溫度、液體溫度、氣體壓力、體積以及在相同溫度下的總體積。CTMS通過計量校準(zhǔn)表格對液位/體積測量值根據(jù)實際情況進(jìn)行修正，也可以對各貨艙溫度以及溫度對罐容影響進(jìn)行修正，通常該修正表格由獨立的第三方檢測人員在罐艙建造時給出。該系統(tǒng)亦可調(diào)整由于船舶橫向和縱向傾斜對貨艙液位和體積的影響，通常情況下可通過壓載系統(tǒng)來給LNG船進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。測量過程包括貨艙液位等參數(shù)計算其體積，再用密度來計算質(zhì)量，最終轉(zhuǎn)換成能量計量。LNG貨物計量流程如圖1所示。

圖1　LNG貨物計量流程示意

理論上，由GIIGNL發(fā)布的LNG貿(mào)易交接手冊中，體積計量的不確定度約±0.21%(與LNG船艙的結(jié)構(gòu)和船型有關(guān))，而實際操作中的體積不確定度值不會小于±0.30%，總不確定度約為±0.64%[3]。LNG輸運船艙液位偏差引起的體積不確定度值與交接過程中的實際不確定度值的比較見表1所列，其不確定度來源包括： LNG液位測量不確定度，采樣不確定度，天然氣汽化(BOG)采樣不確定度，校準(zhǔn)樣氣不確定度，氣相色譜測量不確定度，LNG各組分熱值不確定度，溫度、壓力測量的不確定度。對于一艘貨艙容積為13.8×105m3的LNG輸運船，該船LNG總價值約為4 720萬美元，由±0.64%不確定度帶來的商業(yè)糾紛約為20萬美元，現(xiàn)行的LNG靜態(tài)貿(mào)易交接計量方式存在較大誤差。

表1　　　　LNG輸運船艙容積得到的計量不確定度

2.2計量系統(tǒng)標(biāo)定

CTMS需要定期進(jìn)行校驗和標(biāo)定。習(xí)慣上，為確定計量系統(tǒng)的誤差是否在可接收的范圍內(nèi)，計量系統(tǒng)的校驗每季度完成一次。校驗操作過程要求在LNG儲艙滿艙條件下進(jìn)行，由FLNG操作員使用計量系統(tǒng)專用軟件完成。

CTMS標(biāo)定周期由商檢部門或船級社確定，在第三方檢定機構(gòu)的認(rèn)證下實施，目前國際上廣泛接受的三家國際檢定組織分別為SGS, Intertek和NKKK。CTMS標(biāo)定一般在LNG船進(jìn)干塢維修時進(jìn)行，檢定過程需要打開LNG儲艙完成，也可與檢定機構(gòu)協(xié)商并獲得其認(rèn)可后在不開艙的條件下完成。

3LNG動態(tài)計量

LNG動態(tài)計量(在線實時流量計量)已經(jīng)在現(xiàn)貨交易、船-船貿(mào)易交接、小型LNG液化場站至LNG運輸船貿(mào)易交接中開始應(yīng)用[4-6]，目前應(yīng)用于LNG過程計量的儀表有超聲波流量計和科里奧利質(zhì)量流量計[7]。目前應(yīng)用在LNG計量的科式質(zhì)量流量計和超聲波流量計的重復(fù)性值已達(dá)到貿(mào)易交接水平，甚至質(zhì)量流量計±0.125%測量重復(fù)性比傳統(tǒng)的船艙計量結(jié)果更準(zhǔn)確[8]。

KROHNE公司將超聲波流量計作為比對計量表用于LNG貿(mào)易計量，項目遍及西班牙、波蘭、安哥拉和澳大利亞的LNG液化天然氣接收終端和外輸終端[9]；CAMERON公司將Caldon液體超聲波流量計作為比對計量表或內(nèi)部分配計量表使用，應(yīng)用項目分布在阿拉斯加、卡塔爾、印度和阿爾及利亞等項目中?？ㄋ朢as Laffan港是全世界最大的LNG出口港，從2008年至今使用了25臺冗余4聲道Caldon超聲波流量計作為內(nèi)部分配計量表[10-11]。

盡管LNG的動態(tài)計量已有應(yīng)用，但現(xiàn)階段尚沒有被業(yè)界廣泛接受的可用于LNG貿(mào)易交接計量的流量計[12]，靜態(tài)計量方式雖存在較大誤差但仍占據(jù)主導(dǎo)位置。LNG動態(tài)貿(mào)易交接計量的主要障礙在于沒有工業(yè)普遍認(rèn)可的、有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)支持的流量計標(biāo)定方法以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沒有標(biāo)定的流量計系數(shù)會出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。此外，用于LNG計量的流量計標(biāo)定還需要克服多個障礙： 包括溫度改變補償、標(biāo)定裝置容積、BOG消除和密度變化。

4LPG及凝析油計量

天然氣中有豐富的C2以上輕質(zhì)組分，回收這些輕質(zhì)組分稱輕烴回收，產(chǎn)品為乙烷、LPG和凝析油。LPG主要為C3～C4的烴類化合物，凝析油為C5以上的烴類。由于不同天然氣田L(fēng)PG和凝析油含量不同，決定了FLNG項目中是否需要設(shè)置LPG及凝析油貿(mào)易交接計量裝置。

不同于LNG，用于LPG及凝析油的貿(mào)易交接計量的流量計技術(shù)已經(jīng)成熟，既可以采用基于液位的靜態(tài)計量系統(tǒng)，也可以采用流量計進(jìn)行動態(tài)貿(mào)易交接計量，目前可以應(yīng)用的流量計有質(zhì)量流量計和液體超聲波流量計。在測量可靠性和不確定度方面，流量計測量較靜態(tài)計量有更高的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確度達(dá)到0.2級[13]。采用流量計計量撬需要配置相應(yīng)的標(biāo)定裝置，船體部分需要增加用于計量和標(biāo)定撬清洗的污油艙，需要定期進(jìn)行流量計標(biāo)定，同時流量計標(biāo)定的操作流程也較為復(fù)雜。流量計計量與標(biāo)定裝置較靜態(tài)計量裝置需要更多的空間，設(shè)備質(zhì)量也大幅增加，而FLNG上部模塊布置緊湊、空間有限，所以需要嚴(yán)格限定計量與標(biāo)定裝置的體積。Shell公司在西澳大利亞的Prelude項目，F(xiàn)LNG上設(shè)置了LNG和LPG以及凝析油3套貿(mào)易交接計量系統(tǒng)，其中LNG采用雷達(dá)液位計進(jìn)行船艙液位計量，LPG和凝析油均采用流量計進(jìn)行貿(mào)易交接；ConocoPhillips在Bayu-Undan海域的Liberdade LPG浮式儲油卸油裝置上則采用雷達(dá)液位計量系統(tǒng)作為貿(mào)易交接計量系統(tǒng)。

5東海某FLNG貿(mào)易交接計量系統(tǒng)設(shè)置

該FLNG設(shè)有8座GTT NO96薄膜型LNG貨艙，3座凝析油貨艙，在FLNG與LNG運輸船、穿梭油輪之間進(jìn)行LNG和凝析油貿(mào)易交接。在FLNG上設(shè)置CTMS，其中LNG的計量采用靜態(tài)方式，凝析油采用流量計計量。

CTMS一般由主備用液位計量系統(tǒng)、冗余壓力/溫度變送器、在線取樣裝置、LNG汽化發(fā)生器、氣象色譜分析儀和計量計算機組成。每座貨艙均設(shè)置主備用液位計量系統(tǒng)，考慮選擇雷達(dá)液位計作為主液位測量儀表，該液位計為貿(mào)易交接計量專用，貨艙液位控制和監(jiān)測應(yīng)由其他儀表完成；壓力/溫度變送器冗余配置，LNG溫度由貨艙中位于不同高度的多個溫度探針測量，溫度傳感器應(yīng)選用鉑熱電阻；在外輸總管上設(shè)置在線取樣裝置，LNG采樣經(jīng)汽化發(fā)生器后由氣象色譜儀測定得到LNG組分及發(fā)熱量，并根據(jù)組分、溫度計算得到LNG密度；計量計算機應(yīng)具備過程控制功能并獨立于FLNG控制系統(tǒng)，能夠自動生成計量校準(zhǔn)表格，對液位/體積測量值根據(jù)實際情況進(jìn)行修正，對各貨艙溫度以及溫度對貨艙容積影響進(jìn)行修正，完成能量計量并自動生成計量報告。

凝析油外輸計量與標(biāo)定系統(tǒng)一般由計量撬、標(biāo)定撬、流量計算機、控制盤和操作站等幾部分組成。計量撬包括計量系統(tǒng)、在線取樣裝置及管線閥門等，標(biāo)定撬包括體積管標(biāo)定裝置及其管線閥門等。根據(jù)流量計選型分析，初步確定兩種方案： 1) 流量計選用DN250液體超聲波流量計，2用1備共3臺；標(biāo)定裝置選用雙向球型體積管加渦輪流量計主表。2) 流量計選用DN250科式質(zhì)量流量計，2用1備共3臺；流量計標(biāo)定裝置選用雙向球型體積管。

6結(jié)束語

FLNG主要產(chǎn)品包括LNG、天然氣凝液、LPG及凝析油。針對不同產(chǎn)品需要配置不同的貿(mào)易交接計量裝置。LNG的貿(mào)易交接計量以LNG運輸船上的貿(mào)易交際計量系統(tǒng)為主計量系統(tǒng)，同時在FLNG上設(shè)置貿(mào)易交接計量系統(tǒng)，與LNG船貿(mào)易交接計量系統(tǒng)的計量值進(jìn)行對比。

LNG靜態(tài)計量采用以雷達(dá)液位計為一次儀表的計量系統(tǒng)，計量計算機經(jīng)過溫度、壓力以及船體的橫搖和縱搖參數(shù)進(jìn)行修正得到體積值，能量計量總不確定度約為±0.64%。

現(xiàn)階段LNG動態(tài)貿(mào)易交接計量仍處于研究階段，僅限于將科式質(zhì)量流量計和超聲波流量計作為比對表應(yīng)用。由于沒有工業(yè)普遍認(rèn)可的、相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)支持的流量計標(biāo)定方法，現(xiàn)階段沒有被業(yè)界廣泛接受的可用于LNG貿(mào)易交接計量的流量計。伴隨著在線LNG貿(mào)易交接計量技術(shù)的成熟，將LNG動態(tài)貿(mào)易交接計量及標(biāo)定裝置設(shè)置在FLNG/LNG運輸船上，高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行LNG貿(mào)易交接計量會成為LNG計量的發(fā)展方向。

LPG及凝析油貿(mào)易交接計量的流量計技術(shù)已經(jīng)成熟，既可以采用基于液位的靜態(tài)計量系統(tǒng)，也可以采用流量計進(jìn)行動態(tài)貿(mào)易交接計量。鑒于流量計計量的準(zhǔn)確度更高，在FLNG設(shè)置計量撬和標(biāo)定撬用于完成LPG及凝析油的貿(mào)易交接計量，目前可應(yīng)用于LPG和凝析油貿(mào)易交接計量的流量計有質(zhì)量流量計和液體超聲波流量計。

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中圖分類號：TH814

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)01-0065-04

作者簡介：王浩(1985—)，2010年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)檢測技術(shù)與自動化裝置專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中海油研究總院，主要從事海上油氣田自動化系統(tǒng)設(shè)計和原油與天然氣計量研究工作，任工程師。

稿件收到日期： 2015-11-12。