摘要：LNG接收站运行过程中，需每月末盘点整个接收站内的天然气存量，主要包括储罐LNG存量、管道LNG存量、储罐BOG存量。并需参照上月月末天然气存量、当月接船卸货量、液态外输量和气态外输量等情况对站内天然气损耗情况进行计算。这种站内进行的盘点主要以质量为单位进行，以便于经营管理人员及时掌握站内天然气损耗量库存的变化情况，并以此为依据制定相关的损耗气采购策略。
1.本文梳理了包括储罐LNG存量、储罐BOG存量在内的两大主要天然气存量组成部分的详细统计方法及其误差影响分析。将其分析结论应用在LNG接收站月度盘点过程中，对提高盘点的准确度起到了良好的效果。
2 储罐BOG存量计算
储罐BOG是以甲烷为主，包含乙烷，丙烷，异丁烷，正丁烷，异戊烷，氮气等多种组分的混合气体。其中氮气由于不能产生相应的热值，故不在BOG存量统计范围内。
假定储罐BOG气体中共有N种组分，其中第1种至第N-1种为LNG挥发出的烷烃类物质，第N种为氮气。
分别为其中第i种组分的摩尔分数和摩尔质量。根据气体状态方程，该储罐气相空间BOG密度计算方法如下：
单位：
（式2-1）
其中：P为气体绝对压力，单位Pa；
T为气体绝对温度，单位K；
R为热力学常数，约为8.31441 
；
则LNG储罐内气相空间BOG质量计算方法如下：
（式2-2）
其中
为该储罐的总罐容。
为该储罐内LNG所占体积。
3 储罐LNG存量计算
通常，LNG储罐内LNG的体积采用如下公式进行计算：
（式3-1）
式中：
为对应液位高度下的空罐容量值，单位
（可根据罐容表查表得到）；
α为内罐罐壁材质膨胀系数，以国内LNG接收站储罐内罐罐壁常用的九镍钢为例取
；
t为罐壁温度，由于LNG储罐为保温型储罐，通常情况下罐壁温度可视为等于罐内液体温度。
实际静压力修正值，按照下式进行计算：
（式3-2）
根据水的物性表得
= 
。
式中
是以4℃时水的密度编制的静压力修正容量，具体数值需根据液位值查找罐容表得到。
为实际工况温度t℃下LNG的密度，即LTD系统直接测得的LNG密度。
综合以上整理可得，储罐内LNG重量计算公式如下：
（式3-3）
4站内天然气存量误差分析
由于在整个LNG接收站天然气分布中，管存LNG的体积相对储罐体积较小，且其体积相对固定，仅受LNG密度误差的影响，这里不做进一步的误差讨论分析，仅针对储罐LNG和储罐BOG进行误差分析。
4.1 LNG存量误差
假定储罐内LNG完全均匀，其密度
和温度t为仪表直接测得值，只含随机误差。式中
和
分别是根据LTD测得的液位查找得到的空罐容量值和静压力修正值。这里将t，
，
，
视为彼此相互独立的直接测得量，且每一直接测得量为等精度多次测量，只含随机误差。
在式3-3基础上，根据算术合成法误差传递公式计算方法，可得出储罐内LNG存量
的绝对误差计算公式如下：
（式4-1）
整理得
（式4-2）
上式中，
为一定液位和密度下由LTD系统温度测量误差造成的储罐LNG存量误差；
为一定液位和温度下由LTD系统密度测量误差造成的储罐LNG存量误差。
，
为一定温度和密度下由LTD液位测量误差造成的储罐LNG存量误差。
现按照密度恒定在440kg/m3，LNG温度在-158℃条件下对不同液位每隔一米取一个点进行模拟计算。由模拟计算结果，由于LNG密度测量误差引起的储罐LNG存量误差占总量的70%以上，并随着液位升高占比逐渐增大。由于液位测量误差造成的储罐LNG存量误差在液位极低时占总量的比例较大，约在27%左右，并随着液位的升高而减少，当液位达到12米以上时即减少到5%以下。由温度测量误差导致的储罐LNG存量误差占比基本稳定，在0.3%以下。
由于LNG温度对储罐LNG存量占比较小且稳定，因此尽量减小储罐LNG密度测量误差是减小储罐LNG存量误差的关键。
4.3 BOG存量误差
对于BOG各组分值进行加权平均得到的混合气体摩尔质量，气相色谱仪输出的值为均一化的摩尔分数，各分数之间有相关性，不能针对每一种组分的摩尔分数进行求偏导，这里将
视作一个整体的直接测的量进行误差分析。
在式2-2基础上，根据算术合成法误差传递公式计算方法，可得出储罐内BOG存量
的绝对误差计算公式如下：
（式4-3）
在式4-3中，
，
，
，
分别代表由压力测量误差、液位测量误差、温度测量误差和组分测量误差造成的BOG质量误差分量。
BOG气体的摩尔质量
可按照下式展开：
约束条件：
（式4-4）
式中，X1，X2，X3，X4，X5，X6，分别为甲烷，乙烷，丙烷，异丁烷，正丁烷，异戊烷，氮气的摩尔分数。
根据式4-4 及其约束条件，摩尔质量大的组分所占摩尔分数越大则混合气体的平均摩尔质量就越大，相反，摩尔质量小的组分所占摩尔分数越大则混合气体的平均摩尔质量就越小。根据这个结论可知：
1）当
，
，
，
，
，
，
时混合气体平均摩尔质量最大，即：
2）当
，
，
，
，
，
，
时混合气体平均摩尔质量最小，即：
在BOG气体组分分析方面，以GC570型气相色谱仪为例，其最大不确定度是其量程的0.03%。则最终BOG混合气体的平均摩尔质量偏差为：
下面按照液位从2~34米变化，温度在-138℃，气相空间压力18Kpa情况下进行模拟计算。
根据模拟计算结果，对于储罐BOG存量，由温度测量误差引起的误差占比较大，在55%~80%之间，并随着储罐内LNG液位的升高而下降。在储罐内LNG液位16米以下时，由液位测量误差引起的误差较小，维持在4%以下，随后随LNG液位升高有明显增加，最大可达32%左右。由压力测量误差引起的存量误差基本维持在14%左右，液位在30米以上时稍有下降。由组分测量误差引起的储罐BOG存量误差相对稳定，在4%以下。
5 天然气存量误差分布情况
现在按照LNG储罐液位从2至34米变化，典型液相温度-158℃，典型气相空间温度-138℃，气相空间压力为18Kpa的情况进行模拟计算。得出LNG接收站内天然气存量各组成部分误差所占比例如图5-1所示。
图5-1
在LNG接收站天然气存量中，储罐LNG误差在总存量误差中占有84%以上的比例。
储罐LNG、储罐BOG的最大绝对误差情况如图5-2所示：储罐LNG的总误差随着液位上升而上升，最大可达263t；储罐BOG的总误差随液位上升而下降，最大时约在2t左右。
图5-2
6 提高LNG接收站天然气存量盘点准确度的措施
综合以上分析，为有效提高LNG接收站内天然气存量和月度损耗准盘点确度，建议采取如下措施：
1）由于储罐内LNG存量误差随着液位的升高而增大，在管理上可改变每月月末定时盘点的固有思路，尽量选择在月底储罐液位较低时进行盘点，从而可以减小LNG的液位盘点误差。
2）为减小储罐BOG温度测量带来的误差影响，使用多点温度计测量BOG在不同高度位置的温度，分段计算储罐BOG存量后再进行累加计算得出储罐内BOG的存量。
3）在结合LNG接收站DCS系统，储罐LTD系统等自动化控制系统数据采集的基础上，可在接收站生产管理系统中实现自动化天然气存量盘点及损耗计算，以提高天然气库存盘点的信息化水平。
4）定期对储罐LTD系统的密度测量探头进行校准，避免LNG的密度测量出现超出允许误差的情况。
5）接收站建设期间如有条件，可以设置多几台LTD探头，在LNG储罐不同方位测量LNG密度，减少直接测量误差。
论文作者:赵志军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：误差论文; 存量论文; 储罐论文; 液位论文; 测量论文; 接收站论文; 天然气论文; 《基层建设》2019年第17期论文;