船運(yùn)LNG到港計(jì)量交接作業(yè)及常見問(wèn)題的解決措施

摘 要

摘要：船運(yùn)LNG的到港計(jì)量交接一直是多方關(guān)注的重點(diǎn)。為此，根據(jù)大宗LNG國(guó)際貿(mào)易的特點(diǎn)，參考冷凍液烴取樣、分析和計(jì)算的國(guó)際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合LNG卸貨工藝，介紹了船運(yùn)LNG到港計(jì)量交接的
摘要：船運(yùn)LNG的到港計(jì)量交接一直是多方關(guān)注的重點(diǎn)。為此，根據(jù)大宗LNG國(guó)際貿(mào)易的特點(diǎn)，參考冷凍液烴取樣、分析和計(jì)算的國(guó)際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合LNG卸貨工藝，介紹了船運(yùn)LNG到港計(jì)量交接的程序：采用靜態(tài)測(cè)量的方法對(duì)到港LNG的體積進(jìn)行計(jì)量；應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的取樣流程對(duì)卸貨LNG進(jìn)行氣化取樣，利用色譜分析法對(duì)LNG樣品進(jìn)行組分分析；通過(guò)LNG密度計(jì)算、單位質(zhì)量熱值計(jì)算和返艙BOG能量計(jì)算來(lái)確定到港LNG貿(mào)易交接的總熱值，并給出了計(jì)算示例；最后對(duì)計(jì)量操作中經(jīng)常遇到的樣品缺失、船艙超壓導(dǎo)致的天然氣損失、船型差異、未完成計(jì)量前的準(zhǔn)備工作便開始進(jìn)行計(jì)量、買賣雙方對(duì)買賣合同條款理解的分歧等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。
關(guān)鍵詞：LNG船運(yùn)；到港計(jì)量交接；靜態(tài)測(cè)量；氣化取樣；色譜分析；熱值；獨(dú)立第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)
    開發(fā)、利用天然氣資源已成為許多國(guó)家實(shí)施能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)戰(zhàn)略[1～10]。液化天然氣(LNG)作為商品天然氣的一種特殊形式，以其運(yùn)輸和存儲(chǔ)的便捷性和靈活性在解決全球天然氣資源地域分布不均與市場(chǎng)需求之間的特殊矛盾中發(fā)揮了重要的作用[11]。
    LNG船是大宗LNG國(guó)際貿(mào)易中的主要運(yùn)載工具。在安全運(yùn)載的同時(shí)，如何能對(duì)船運(yùn)LNG進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量是買賣雙方、船方及當(dāng)?shù)卣人P(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題[12]。在長(zhǎng)期的船運(yùn)貿(mào)易發(fā)展中，LNG計(jì)量交接已形成了一套統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化流程，筆者就目前普遍存在的LNG目的港船上交貨(DES)的貿(mào)易形式，對(duì)到港LNG的計(jì)量方式、程序、取樣分析及計(jì)算方法、常遇到的問(wèn)題與解決措施等進(jìn)行了闡述與分析。
1 LNG到港計(jì)量交接作業(yè)
1.1 計(jì)量方式
    從原理上講，LNG與原油、液化石油氣(LPG)等液態(tài)石油產(chǎn)品類似，可通過(guò)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式進(jìn)行計(jì)量。但由于LNG的超低溫(-162℃)和易揮發(fā)等特性，目前尚不能簡(jiǎn)單地用流量計(jì)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，現(xiàn)行的LNG國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)靜態(tài)計(jì)量方式進(jìn)行了嚴(yán)格的約定。LNG到港靜態(tài)計(jì)量與油品的靜態(tài)計(jì)量類似，都是通過(guò)測(cè)量船舶儲(chǔ)罐液位等參數(shù)后計(jì)算其體積，再利用密度計(jì)算其質(zhì)量，但由于兩者的物理性質(zhì)、貿(mào)易結(jié)算方式等存在差異，導(dǎo)致LNG靜態(tài)計(jì)量所選用的設(shè)備和計(jì)算方法等均與油品的靜態(tài)計(jì)量有所不同[13]。
1.2 常用標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用范圍
    目前，全球LNG接收站(包括國(guó)內(nèi)已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的廣東大鵬LNG、上海LNG和福建LNG接收站)的到港計(jì)量交接多采用IS0、ASTM、GPA等制訂的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[14]，常用標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用范圍如表1所示。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11062、GB/T 13610等均為同等或非等效采用相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；另外，由于國(guó)內(nèi)LNG工業(yè)尚處于起步階段且LNG買賣均涉及外方，因此，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際LNG到港計(jì)量交接中尚未得到廣泛的應(yīng)用[15～16]。

1.3 計(jì)量程序
    到港LNG的計(jì)量是由獨(dú)立檢驗(yàn)第三方或在獨(dú)立檢驗(yàn)第三方的見證下完成的。歷時(shí)50年的發(fā)展，LNG到港貿(mào)易交接已漸漸地形成了一套完整、精確的計(jì)量程序，其計(jì)量交接流程圖如圖1所示。
 

1.3.1船艙液位測(cè)量
一般LNG船的每個(gè)液貨艙都要配備1套主液位測(cè)量裝置和1套輔助液位測(cè)量裝置。2套測(cè)量裝置應(yīng)該基于兩種不同的工作原理，主液位測(cè)量裝置發(fā)生故障時(shí)使用輔助液位測(cè)量裝置。通常每個(gè)LNG液貨艙裝有一套雷達(dá)液位計(jì)作為主液位測(cè)量裝置，1套浮子液位計(jì)作為輔助液位測(cè)量裝置[17]。液位讀數(shù)時(shí)應(yīng)至少連續(xù)讀取5次，最后取幾次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為L(zhǎng)NG液位值，結(jié)果應(yīng)至少精確到0.1mm。
1.3.2氣、液相溫度測(cè)量
除了買賣雙方的特殊要求，每個(gè)液貨艙都應(yīng)至少設(shè)置5個(gè)溫度傳感器，其中1個(gè)用于測(cè)量蒸發(fā)氣(BOG)的溫度，其余用于測(cè)量LNG的溫度。艙頂和艙底應(yīng)各安裝1個(gè)溫度傳感器，分別用于連續(xù)測(cè)量BOG和LNG的溫度。其余的溫度傳感器應(yīng)該垂直平均分布在艙頂與艙底之間[18]。
1.3.3船艙壓力測(cè)量
每個(gè)液貨艙都應(yīng)該配備1個(gè)絕對(duì)壓力計(jì)(用于交接計(jì)量計(jì)算)和1個(gè)相對(duì)壓力計(jì)(用于實(shí)際操作)。船艙壓力取各艙壓力測(cè)量值的算術(shù)平均值，結(jié)果應(yīng)至少精確到0.01kPa。
1.3.4樣品采集
    LNG到港卸貨一般包括3個(gè)階段：卸貨管線預(yù)冷、全速卸貨和卸貨泵減速(如需掃艙則開啟掃艙泵進(jìn)行掃艙)。當(dāng)LNG達(dá)到全速卸貨時(shí)，由裝在LNG接收站卸貨總管上的在線取樣裝置進(jìn)行樣品收集。在線取樣裝置分為連續(xù)取樣和非連續(xù)取樣兩種，無(wú)論哪種取樣裝置的基本原理都是將LNG均勻氣化后加壓勻速導(dǎo)入取樣瓶中[15]。
1.3.5組分分析
    LNG樣品通過(guò)氣相色譜分析儀進(jìn)行組分分析，分析方法包括在線色譜分析與手動(dòng)取樣分析。LNG樣品組分分析應(yīng)至少包括C1～C5+、N2、C02、02、H2S與總硫含量的分析[20～26]。色譜載氣與標(biāo)準(zhǔn)氣的選擇應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范的要求[27]。
1.4 LNG貿(mào)易交接
    目前，大宗LNG貿(mào)易一般采用熱值為單位進(jìn)行貿(mào)易交接。由于LNG質(zhì)量受組分、溫度等影響較大，因此，熱值交接是對(duì)買賣雙方都較為公平的一種貿(mào)易方式。
1.4.1 LNG體積計(jì)算
    到港LNG卸貨體積由船艙卸貨前體積減去卸貨后體積得到。
    船艙體積由船艙液位所決定，LNG船貿(mào)易交接計(jì)量系統(tǒng)(custody transfer measurement system，CTMS)可以自動(dòng)記錄船艙液位、校正船舶橫傾和縱傾對(duì)液位造成的影響并自動(dòng)核算LNG體積。同時(shí)，獨(dú)立檢驗(yàn)第三方也可以通過(guò)CTMS在卸貨前、后所打印出的數(shù)據(jù)單，利用LNG船方提供的艙容一液位對(duì)照表直接查取并計(jì)算LNG體積，進(jìn)而對(duì)CTMS所自動(dòng)核算的LNG體積進(jìn)行校核，最終對(duì)比計(jì)算得出LNG到港交接體積。CTMS在記錄船艙液位的同時(shí)還可以記錄BOG溫度、LNG溫度和船艙壓力等重要參數(shù)。
1.4.2 LNG密度計(jì)算
利用色譜分析所得到的LNG組分含量，結(jié)合CTMS記錄的LNG溫度，采用相應(yīng)規(guī)范所提供的體積校正因子，用Klosek-Mckinley公式[28]即可計(jì)算出LNG的密度：
 
式中d為L(zhǎng)NG密度，kg/m3；Xi為i組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；Mi為i組分的摩爾質(zhì)量，g/mol；Vi為i組分的摩爾體積，m3/kmol；K1、K2為體積修正系數(shù)，m3/kmol；Xn為氮?dú)獾哪柗謹(jǐn)?shù)；Xm為甲烷的摩爾分?jǐn)?shù)。
1.4.3 LNG單位質(zhì)量高熱值計(jì)算
LNG單位質(zhì)量高熱值可以通過(guò)下式[29]進(jìn)行計(jì)算：
 
式中Hm為L(zhǎng)NG單位質(zhì)量高熱值，MJ/kg；Hi為組分的單位質(zhì)量高熱值，MJ/kg。
1.4.4返艙BOG熱值
LNG到港卸貨期間，為保證船艙壓力穩(wěn)定，岸上一部分BOG需通過(guò)氣相臂返回到船艙中，返氣體積為卸貨體積，返艙BOG熱值可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：
 
式中Qgasdisplaced為返艙BOG的熱值，MJ；V1為返艙BOG的體積，m3；Tv為卸貨后船艙內(nèi)BOG的溫度，℃；p為卸貨后船艙內(nèi)壓力，10-1kPa。
1.4.5到港卸貨交接總熱值
    LNG船到港卸貨交接的總熱值可劃分為兩部分，一部分為卸貨LNG的熱值，另一部分為返艙BOG的熱值，具體可按照下式進(jìn)行計(jì)算：
    Q=V2dHm-Qgasdisplaced    (4)
式中Q為到港卸貨LNG的總熱值，MJ；V2為到港卸貨LNG的總體積，m3。
目前，國(guó)際上存在兩種LNG計(jì)量時(shí)的參比溫度(15℃與20℃)，應(yīng)用不同的參比溫度，計(jì)量結(jié)果也會(huì)有所不同。筆者主要以常用的15℃作為參比溫度進(jìn)行論述分析。LNG國(guó)際貿(mào)易中多以百萬(wàn)英熱制單位(MMBtu)作為交接單位，在15℃、101.325kPa條件下，MJ與MMBtu的換算按下式計(jì)算：
 
2 計(jì)量交接中常遇問(wèn)題與解決措施
2.1 樣品缺失問(wèn)題
    取樣裝置出現(xiàn)故障或人為失誤等都會(huì)導(dǎo)致卸貨完成后沒有合格的樣品作為最終結(jié)算依據(jù)。由于卸貨作業(yè)已經(jīng)完成，已無(wú)法再次獲取樣品進(jìn)行分析，此時(shí)應(yīng)由獨(dú)立檢驗(yàn)第三方利用其數(shù)據(jù)庫(kù)資源，查取距離卸貨日期最近的相同裝載港的5艘以上LNG船貨物的組分資料，對(duì)其加權(quán)平均后作為最終的組分依據(jù)進(jìn)行結(jié)算。
2.2 船艙超壓導(dǎo)致天然氣損失
    由于卸貨初期卸料臂(管線)預(yù)冷階段會(huì)產(chǎn)生大量的BOG，導(dǎo)致船岸LNG儲(chǔ)罐的壓力有所升高，此時(shí)，岸方BOG壓縮循環(huán)系統(tǒng)為調(diào)節(jié)整個(gè)船岸壓力的主要系統(tǒng)。若壓縮機(jī)故障或閥門故障等原因?qū)е麓綗o(wú)法向岸方泄壓，則LNG船艙壓力將迅速升高，此時(shí)，為保證LNG船在港作業(yè)安全，船方只能采取直接排空或燃燒的方式進(jìn)行泄壓。獨(dú)立檢驗(yàn)第三方應(yīng)將此部分卸貨期間損失的天然氣計(jì)入檢驗(yàn)報(bào)告，待卸貨完成后，由買賣雙方與獨(dú)立檢驗(yàn)第三方再行商議責(zé)任損失承擔(dān)方。
2.3 船型差異問(wèn)題
    目前，LNG船逐步向大型化、經(jīng)濟(jì)化方向發(fā)展，近年來(lái)建造的Q-FLEX與Q-MAX船的工藝流程等較以往的常規(guī)中小型LNG船發(fā)生了較大變化。QFLEX與Q-MAX船型的BOG處理系統(tǒng)為液氮冷凝系統(tǒng)，啟停1次的時(shí)間約90min，而以往常規(guī)中小型LNG船的BOG處理系統(tǒng)為燃料燃燒系統(tǒng)，可隨時(shí)啟停。由于計(jì)量期間要求BOG處理系統(tǒng)全部關(guān)停，而Q-FLEX與Q-MAX船型的BOG壓縮系統(tǒng)啟停1次的時(shí)間較長(zhǎng)，很容易導(dǎo)致船艙超壓，因此，在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中為了保證LNG船在港期間的作業(yè)安全，避免產(chǎn)生更大的損失，獨(dú)立檢驗(yàn)第三方應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)計(jì)量，以便盡早開啟氣相閥門卸貨，使船艙壓力得以釋放。由于提前計(jì)量而未計(jì)入BOG系統(tǒng)管道內(nèi)的天然氣量及其不確定度應(yīng)由獨(dú)立檢驗(yàn)第三方進(jìn)行估算后計(jì)入檢驗(yàn)報(bào)告，由買賣雙方自行協(xié)商責(zé)任損失承擔(dān)方。
2.4 未完成計(jì)量前的準(zhǔn)備工作便開始進(jìn)行計(jì)量
    LNG船到港計(jì)量分為卸貨前計(jì)量與卸貨后計(jì)量，計(jì)量前LNG船艙應(yīng)該是一個(gè)封閉、穩(wěn)定、安全的系統(tǒng)。卸貨前計(jì)量應(yīng)在完成船岸通訊連接、關(guān)閉BOG處理系統(tǒng)和完成緊急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)測(cè)試的情況下進(jìn)行，若未做好充分的準(zhǔn)備工作則會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確，計(jì)量后出現(xiàn)無(wú)法正常卸貨導(dǎo)致二次計(jì)量。卸貨后計(jì)量應(yīng)在液相卸料臂與氣相卸料臂均吹掃完畢后再進(jìn)行計(jì)量，由于船岸操作理念不同，有些船方習(xí)慣于在吹掃完液相臂后即要求進(jìn)行計(jì)量，此時(shí)氣相臂中仍有一部分天然氣未參與計(jì)量，從而導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確。在實(shí)際計(jì)量操作中，獨(dú)立檢驗(yàn)第三方應(yīng)嚴(yán)格按照操作程序執(zhí)行計(jì)量作業(yè)，避免人為因素干擾計(jì)量結(jié)果。
2.5 買賣雙方對(duì)買賣合同條款理解的分歧
目前，國(guó)際與國(guó)內(nèi)簽汀的買賣合同多使用具有法律效力的英文。由于買賣雙方對(duì)合同語(yǔ)言的理解不同或操作習(xí)慣不同，容易在日常計(jì)量交接中產(chǎn)生分歧。在這種情況下，應(yīng)該由獨(dú)立檢驗(yàn)第三方進(jìn)行裁決，首先保證安全、按時(shí)卸貨，待檢驗(yàn)報(bào)告出具后，若買賣雙方仍存在爭(zhēng)議，再另行討論、解決。
3 貿(mào)易交接總熱值的計(jì)算示例
以LNG船“Al Nuaman”2010年6月2日抵達(dá)深圳大鵬港為例，計(jì)算分析到港卸貨LNG的總熱值。其中，參比溫度為15℃、壓力為101.325 kPa。
3.1 LNG體積、液相溫度、氣相溫度和氣相壓力
LNG的體積、液相溫度和氣相溫度均由船上的CTMS系統(tǒng)獲取。
3.2 LNG密度計(jì)算
3.2.1到港LNG組成
通過(guò)氣相色譜分析，得知到港LNG的氣質(zhì)組成為：甲烷摩爾分?jǐn)?shù)為93.08%，乙烷摩爾分?jǐn)?shù)為6.77%，丙烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.07%，氮?dú)饽柗謹(jǐn)?shù)為0.08%。
3.2.2 Mi、Hi、Vi、K1、K2等參數(shù)的確定
Mi、Hi、Vi均可從標(biāo)準(zhǔn)中直接查取，根據(jù)買賣合同條款中引用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所采用的參數(shù)也有所不同。到港LNG各組分的摩爾質(zhì)量(Mi)與單位質(zhì)量高熱值(Hi)如表2所示[29]；各組分在不同溫度下的摩爾體積(Vi)如表3所示[28]；體積修正系數(shù)K。值如表4所示；體積修正系數(shù)K2值如表5所示[30]。
 

3.2.3混合物分子量(M)
   M=∑XiMi=16.043×93.08%+30.070×6.77%+44.097×0.07%+28.013×0.08%=17.022
3.2.4 LNG密度(d)
根據(jù)LNG液相平均溫度與混合物分子量(M)，可以在表3～5中利用線性插值法求得相應(yīng)溫度下各組分的摩爾體積(Vi)與體積修正系數(shù)(K1、K2)值，結(jié)果見表6。
 

    根據(jù)式(1)可計(jì)算出LNG密度為439.71kg/m3。
3.3 單位質(zhì)量高熱值(Hm)計(jì)算
    根據(jù)式(2)可以求得單位質(zhì)量高熱值(Hm)為55.058MJ/kg。
3.4 返艙BOG熱值計(jì)算
根據(jù)式(3)可以求得返艙BOG的熱值為19340134MJ。
3.5 LNG到港交接總熱值計(jì)算
    根據(jù)式(4)可計(jì)算出LNG到港交接總熱值為4968578317MJ(4709020MMBtu)。
4 結(jié)束語(yǔ)
    采用靜態(tài)測(cè)量的方法，結(jié)合LNG取樣、分析、計(jì)量的現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)例對(duì)船運(yùn)LNG到港計(jì)量交接作業(yè)進(jìn)行了論述，討論了實(shí)際操作過(guò)程中的常見問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施，為國(guó)內(nèi)LNG貿(mào)易計(jì)量交接提供了參考。由于LNG的到港計(jì)量必須與卸貨工藝相結(jié)合，因此，在實(shí)際操作中獨(dú)立檢驗(yàn)第三方應(yīng)與工藝操作人員進(jìn)行充分的溝通，嚴(yán)格按照操作規(guī)程完成計(jì)量工作，做好所有船岸計(jì)量系統(tǒng)和分析裝置的標(biāo)定與校驗(yàn)工作，準(zhǔn)備好相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。
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(本文作者：邢輝 張榮旺 中海油氣電集團(tuán)國(guó)際貿(mào)易有限公司)