2019年5月国家发展和改革委员会等四部委联合发布了“油气管 设施公平开放监管办法”，要求在该办法实施之日起，两年之内建立天然气能量计量体系。近期发表的 献[1]中提出：“中国天然气能量计量体系基本满足实施天然气能量计量的要求”。笔者非常同意此观点；但也必须承认，在若干关键ISO标准（或工作 告）的转化与宣贯方面还存在不足之处，亟待进一步改善。
献[1]表3在涉及体积流量计量标准化方面的论述比较全面而准确；但在天然气发热量测定标准化方面的论述则有明显的不足之处。参照国外有关发展经验，除了如GB/T22723之类的管理型标准外，至少应转化并大力宣贯如表1所示一系列关键的ISO技术 件，才能指导能量计量领域的技术进步。
1．溯源链与化学计量结果的不确定度评定
近年来，ISO/TC 193 标准化工作最重要的技术发展动向是特别强调测定结果的不确定度评定。尤其是涉及天然气能量计量和计价的几个关键标准，如ISO 6974、ISO 6976和ISO 10723：2012 等。根据《检测和校准实验室能力认可准则》（CNAS-CL01：2018）的规定，检测和校准实验室认可的两项基本原则是：
（1）建立计量溯源性（链）；
（2）按约定方法评定溯源过程中每次校准的测量不确定度[2]。
图1给出了化学分析测量溯源链的技术模型。图示中间一列的顶层是SI制单位，后者通过基准方法与基准物质相联系。基准物质、有证标准物质和工作级标准物质作为不同的溯源层级，通过不同准确度的的测量方法和比较方法联系起来。在各类检测实验室中进行的分析测量就是通过图示技术模型实现量值溯源[3]。对天然气组成分析而言，图示的标准物质即为标准气体混合物（RGM）。
根据图1所示的基本原理，天然气组成分析测量结果溯源链的基本结构即是：
基准级RGM（PSM）→认证级RGM（CRM）→工作级RGM（WRM）。
2．溯源链上的层级及其不确定度
按ISO 14111的规定，用于天然气分析测量结果溯源的RGM分为3个层级（参见表2）。第1层级（PSM）是天然气组成分析结果溯源的最终基准；PSM主要应用于给认证级RGM定值，以及与0级热量计比对而为之定值，故在通常情况下其目标不确定度应优于0.1%。
第2层级（CRM）主要应用于能量计量校准和检测实验室天然气组成分析结果的质量控制，故其目标不确定度应小于0.5%。当前欧美发达国家已经按天然气分析溯源链的结构特点，并根据本国商品天然气的气质特点确定能量计量用RGM的组成及其含量变化范围。表3示出了按英国国家输气管 中天然气组成情况确定的RGM组成范围[5]。但由于我国化学计量结果不确定度评定的标准化工作相对滞后，迄今未发布天然气分析溯源准则国家标准；如表4所示的应用于能量计量实验室分析数据质量控制的高准确度RGM尚须依赖进口。
综上所述，能量计量用RGM的研制是当前亟待解决的关键技术之一。
3．ISO10723：2012（GB/T28766-2018）的技术要点
由于管输商品天然气组成复杂且其中各组分浓度的变化范围甚大，而现有的RGM品种远不能满足发热量间接测定的要求，故分析系统的操作评价是保证分析结果的质量及实现测量结果溯源的另一个技术关键。ISO/TC193于1995年发布的国际标准ISO10723“在线分析系统的操作性能评价”，规定了以下3个方面的性能评价要求及数据处理方法:
（1）分析系统对被分析组分的（分离）有效性；
（2）分析系统对全部要求分析的组分在整个测定范围内的重复性；
（3）在规定的测定浓度范围内每个组分浓度与响应值的线性关系。
综上所述说明，1995版的ISO10723只是解决了在线分析系统因随机误差而产生的测量精密度问题。2012年发布的新版ISO10723在保留原有内容的基础上作了两处重大修改：一是在标题中取消了“在线”两字，拓宽了标准的应用范围；二是将“试验气体”改为“标准气体”，从而将精密度评价与不确定度评价结合一体，进一步解决了气相色谱分析系统的测量偏差与不确定度评定问题[3]。
新版ISO10723的附录A提供了一个利用组成分析数据，按ISO6976的规定计算天然气高位发热量的实例[3]。该实例阐明上述计算应满足以下各项要求：
（1）要求测定的天然气组分为：氮气、二氧化碳和C1~C5和的饱和烃类。碳数大于5的组分皆归并虚拟组分C6+单独测定。假定天然气中氦气组分浓度为零。分析仪器的操作浓度范围如表5所示。
（2）计算过程中设定燃烧参比条件150C，计量参比条件150C和101.325kPa时的真实气体的体积基高位发热量。计算发热量时，C6+按纯组分正已烷计。
（3）规定最大允许误差MPE为0.1MJ/m3。MPE这个指标应用于评价要求的测量范围所有的组分，并采用包含因子k=2，包含概率为0.95。
（4）规定最大允许偏差MPB为0.025MJ/m3，MPB这个指标仅应用于分析仪器正常操作时预期的组分分析结果
（5）实例给出的上述要求仅为说明问题，并非适合于任何具体应用。所有新版ISO10723的用户皆应根据自身情况规定分析要求。
（6）实例给出的上述要求仅针对高位发热量计算。如果需要计算组分浓度测定中非偏差型误差的不确定度则应遵循ISO6974-2的有关规定。
4．测量方法与比较方法
测量方法与比较方法是将不同层级的测量标准联系起来的重要手段，因而测量方法按其测量不确定度(准确度)水平也分为基准方法（PMM）、标准方法（RMM）和有效方法（VMM）等不同层级[7]。
（1）基准方法（PMM）
基准方法也被称为权威方法或绝对方法，是具有最高计量品质的测量方法。它具有3个特点：操作可以完全地被描述和理解，不确定度可以用SI制单位表述，测量结果不依赖于被测量的测量标准。
在基准方法中，通过写出一个描述化学测量的等式，并采用SI制单位来描述式中其它的量，物质量的SI制单位（mol）就可以被表示出来。例如描述库化法对一价物质的测量等式为：
因此，只要正确使用相关的测量等式，且以SI制单位表示等式中的其它量或常数，摩尔的复现就会自然地发生。
从基准方法的3个特点可以看出，当前物质量的测量方法中有可能成为PMM的仅有同位素稀释质谱法（IDMS）、库仑法、质量法、滴定法和冰点下降法等5种。这些方法的精密度、准确度、测量范围和稳定性均已经过严谨的研究与验证，确认其具有最高水平。
（2）标准方法（RMM）
（3）有效方法（VMM）
已被证明技术性能可以满足其应用目的的方法。例如，经实验研究确认其选
择性与适用性、测量范围与线性、检测限与精密度等技术参数能满足二级标准物质定值要求的测量方法。
我国虽未发布天然气分析的溯源准则，实际上是将GB/T13610所规定的气相色谱分析法视为标准方法（RMM）。虽然GB/T13610和GB/T27894.2所规定的分析方法皆属于标准方法，但后者对测量过程的描述更为具体而详尽。同时后者还规定了测量系统特性测定和数据处理的数理统计方法，以及测量误差和不确定度的计算方法。因此，GB/T13610能否替代GB/T27894应用于（能量计量系统中）分析测量结果的不确定度评定还有待进一步验证。
5．法制计量与0级热量计
根据计量学定义，计量基准是统一国家量值的最高依据，也是与其它国家（地区）保持计量结果等效性的接口。由于一级标准气体混合物（PSM）从计量学溯源性角度审视存在缺陷，故PSM不具备作为计量基准的条件。因此，在我国全面推广实施能量计量后，0级热量计是不可或缺的计量基准。根据我国的计量法律法规，在商品天然气发热量测定（由于没有基准测量仪器）未能列入法制计量范围之前，我国不可能全面推广能量计量。经国家主管部门授权，成为法定的（天然气）发热量计量监测机构至少应具备以下4项功能:
1）建立国内最高等级的计量基准（0级热量计）；
2）通过校准实验室所建适当等级的（量值传递）计量标准（RGM）的定期检定或校准，测量数据通过与0级热量计比对而溯源至国家计量基准；
3）获得授权的国家计量基准，按国家标准规定的量值传递要求实施向下传递，直至工作计量器具（用于现场例行校准的WRM）；
4）使用标准物质（RGM）进行测量时，只要可能，标准物质（RGM）必须溯源至SI制测量单位。
上述4项功能中并不包括具体的测量不确定度要求。因为0级热量计是按用户特定要求设计的，其不确定度要求取决于其功能。例如，德国PTB新建的一套0级热量计，用于测定纯甲烷高位发热量时的不确定度时可以达到优于0.05% (k=2)的水平，其目的是用以验证ISO6976中给出的纯甲烷高位发热量数据的测量不确定度是否达到优于0.1%(k=2)的水平。但是，如果是验证现场使用的不确定度为0.25% (k=2)的在线测定热量计，或对不确定度为0.25% (k=2)的认证级标准气混合物（RGM）定值，其不确定度也可以放宽至（0.15~0.17）%。如图2所示的韩国标准科学研究院研制的金属燃烧器0级热量计，其结构简单且经久耐用；虽然不确定度仅约为0.16%，但足以应用于为能量计量用RGM定值[2]。
图1 化学分析测量溯源链的技术模型
图2 金属燃烧器0级热量计
表1 有关天然气发热量测定的关键ISO 件
表2 天然气分析用RGM的层级
表3 试验气体（RGM）覆盖的含量范围
表4 英国进口的十元RGM中各组分的不确定度*
表5 气相色谱仪分析浓度范围
参考 献
[1] 黄维和 段继芹 常宏岗等，中国天然气能量计量体系建设探讨，
天然气工业，2021，41（8）：186
[2] 周 理 蔡 黎 陈赓良，天然气气质分析与不确定度评定及其标准化，
北京：石油工业出版社（2021）
[3] 高立新 陈赓良 李 劲等，天然气能量计量的溯源性，
北京：石油工业出版社（2021）
[4] 陈赓良，天然气能量计量的溯源性与不确定度评定，石油与天然气化工，
2017，46（1）：83
[5] C. J. Cowper, 天然气在线分析的准确性与一致性，石油与天然气化工，
2012，41（1）：1
[6] 陈赓良，天然气发热量直接测定及其标准化，石油工业技术监督，
2014，30（2）：20
[7] 陈赓良，对天然气气质国家标准规定仲裁方法的讨论，天然气与石油，
2020，38（5）：31
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