对论 “中国天然气能量计量体系建设探讨”的认识与讨论

1．较高的对外依存度带来的潜在风险

2021年我国天然气表观消费量已经达到3726×108m3；但我国当年的天然气产量仅2025×108m3，因而进口气量（含LNG）为1674×108m3，后者在表观消费量中的占比（即所谓的对外依存度）达到约45%！

天然气作为我国能源转型期中最重要的低碳化石燃料，不仅有商品属性，更有独特的社会价值属性。它不仅是重要的工业燃料和原料，更是与千家万户日常生活息息相关的重要商品；这也是制定强制性国家标准“天然气”（GB/T17820）以保证其质量的原因。天然气独特的社会价值是保障国家安全、国民经济平稳发展及社会生活安定的重要基础之一。根据有关部门的预测，2020~2030年期间正是（实现“双碳”目标）的能源消费及碳总量达峰第一阶段，具有低碳、高效、灵活等一系列优点的天然气能源未来还将保持较高的增长速度（参见图1）[1]。

2．溯源链是能量计量不确定度评定的基础

溯源链是气相色谱法测定天然气组成分析测量结果不确定度评定的基础，故国际标准“天然气分析溯源准则”（ISO14111）是实施间接法测量发热量不可或缺的基础标准[3]。但令人深感遗憾的是：我国大力推广实施天然气能量计量10多年来，作为能量计量最关键基础标准之一的国际标准ISO14111却尚未转化为我国国家标准。应该指出：没有这个基础标准的支撑不可能推广实施天然气能量计量；此言绝非笔者危言耸听！如果进行国际仲裁，也将陷入十分被动的境地。

近年来国内有关单位已经开展了一系列天然气组成分析测量结果的不确定度评定研究，但因没有天然气分析溯源准则（国家标准）的指导，各单位用于控制分析结果质量的RGM（组成、不确定度等）大相径庭，导致各单位的测量测量数据之间缺乏可比性，更不可能参与者国际比对（参见表1）。

3．国家一级标准物质与一级气体标准物质两个概念并不等同

测定天然气发热量有直接测量和间接测量两种方法。当前采用能量计量计价

的国家（地区）在现场均用间接法测定；其原理是利用气相色谱仪测量天然气组成，然后按各组分已经准确测定的发热量值，计算样品气的发热量。间接法测定天然气发热量的关键技术是标准气体混合物（RGM）的研制。其难点主要有两个：一是组分数通常多达10个左右，且不同组分的含量差别巨大；二是按国家标准“天然气计量站技术条件”（GB/T18603）的规定，发热量测定设备的准确度水平必须优于0.5%。由于用于气相色谱仪测量结果质量控制的RGM研制相当困难，我国目前应用于能量计量实验室质量控制的CRM级RGM全部依赖进口。当然，在正常生产的条件下使用进口RGM也未尝不可，但一旦发生国际贸易纠纷时，就有可能因我国没有完善的天然气分析溯源链而丧失话语权。

同时，目前在很多有关能量计量的研究 告与学术论 中，经常可以见到“已经研制和/或使用了国家一级气体标准物质”的提法[4]，从而误导了某些有关部门及其领导。鉴此，笔者请使用上述术语的有关人士注意下列信息：

（1）2006年发布的国家标准“天然气词汇”（GB/T 20604）和1987年7月由当时国家计量局发布的“标准物质管理办法”中，均未查到“国家一级气体标准物质”这个术语及其定义。

（2）1987年发布的“标准物质管理办法”属于计量法的子法，是指导气体、液体和固体等各类标准物质按（JJF 1006）的规定进行研制与应用的法规性 件[5]，它是针对所有标准物质而言的。此管理办法将（经认证的）标准物质分为一级、二级两个级别。由于当时国际标准化组织天然气技术委员会（ISO/TC193）尚未成立，当然不可能出现诸如一级气体标准物质（PSM）之类的术语。

（3）1997年国际标准“天然气分析溯源准则”（ISO14111）发布后，对于标准气体混合物（RGM）而言，所谓“一级标准物质”实质上就是ISO14111规定的溯源链上的认证级（二级）标准气体混合物（CRM）；而“二级标准物质”则是溯源链上的工作级标准气混合物（WRM）。

（4）“标准物质管理办法”规定的国家一级标准物质的代号为GBW； 而ISO/TC193为建立天然气分析溯源链而发布ISO14111与该管理办法是互为补充的。前者是用于所有标准物质的研制与应用；而后者是为建立天然气分析溯源链奠定基础。根据国家标准GB/T20604的规定，在ISO14111规定的溯源链上处于顶层位置的标准气混合物（RGM）称为一级标准气混合物，代号为PSM（参见表2）。

（5）在ISO14111规定的溯源链结构中，其顶层是作为国家测量基准的SI制单位质量（kg）；并以绝对方法（称量法）制备基准级（一级）RGM。英国国家物理实验室（NPL）研制的基准级RGM的不确定度水平为0.1%~0.4%（置信度95%）；认证级RGM的不确定度平也达到0.4%~1.0%。显然，上述对RGM的命名及其相应的不确定度水平与 献[4]及其表1的数据大相径庭，究竟哪一个正确？

4．直接法测定发热量领域中不存在所谓的溯源链

笔者认为： 献[4]图1中提出的3条溯源链皆不能成立。首先，直接法测定发热量属于物理化学计量范畴，一般采用谱系学溯源方式（参见表3）[5]；其次，以Cutier-Hammer（C-H）热量计为代表的连续记录式热量计是商用测量仪器，它们相互之间，以及它们与0级热量计之间，皆不存在量传/溯源关系。

（1） 献[4]图1实质上是一个量值传递/溯源图；但根据国际标准“天然气 发热量和沃泊指数测定”（ISO15971）中的介绍，直接法测定发热量领域中不存在所谓的量传/溯源链。1~3级连续记录式热量计都是以燃烧纯甲烷方式进行校准，因而三者之间不可能存在溯源/量传关系。

（2） 献[4]图1左侧链上所示的0级热量计是发热量测定的计量基准（仪器），它是通过电学校准方式向SI制单位溯源。商用连续记录式热量计是普通测量仪器，它们不可能向计量基准溯源。

（3）表5所示是德国PTB发布的能量计量溯源（性）链：作为计量基准的0级热量计的测定数据通过而比对而传递给PSM（定值），然后通过ISO14111规定的RGM溯源链传递给用作现场分析气相色谱仪日常例行校准的WRM[5]。

（4）1990年代中期之后，C-H型连续记录式热量计几乎全部为气相色谱仪所取代。但令人费解的是，全国天然气标准化技术委员会却在2017年发布了由中国石油西南油气田分公司和中国计量科学院联合起草的国家标准“天然气发热量的测量 连续燃烧法”（GB/T35211）。当时，韩国标准科学研究院已经开发成功了适合国情的、准确度约为0.35%的0级热量计作为内部计量基准，并通过与进口RGM比对而为其定值，取得了国际仲裁中的话语权[6]。反观我国的有关机构却还在为1990年代中期业已淘汰的连续燃烧式商用热量计发布国家标准，反差何其大也；由此（对发热量直接测定技术开发）产生的误导作用不容低估。

5．结束语

以上讨论的诸多问题均是针对 献[4]提出的；实际上，除此以外还有若干需要深入探讨（改进）之处。例如，（1）在测量方法方面，GB/T13610是否能取代ISO6974（系列标准）尚需要进一步验证；（2）在测量结果的不确定度评定方面，国家标准“天然气分析系统性能”（GB/T28766-2018）的宣贯尚需进一步落实；（3）除ISO14111外，ISO15971、ISO/TR24094等重要标准 件亟待转化，等等；故笔者认为当全面推广实施计量的条件尚未成熟。但为了应对当前错综复杂的国际环境下可能出现的国际贸易纠纷；笔者建议（1）尽快落实进口RGM的溯源 告；（2）与韩国标准化研究院的0级热量计进行比对；（3）争取在尽可能短的时间完成准确度优于0.35%的0级热量计的研制。

参考 献

[1] 周淑慧 王 军 梁 严，碳中和背景下中国“十四五”天然气行业发展，

天然气工业，2021，41（2）：171

[2] 贺 超，天然气热值计量发展趋势及展望，天然气与石油，

2021，39（1）：141

[3] 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

[4] 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

[5] 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（2015）

[6] 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）

表1 我国能量计量实验室用RGM的技术规格

表2 国家一级标准物质与一级标准气混合物的区别

表3 两种不同类型的溯源方式

表4 德国PTB发布的天然气能量计量的溯源链

图1 碳中和目标下我国能源需求预测图