摘要：船运LNG的到港计量交接一直是多方关注的重点。为此，根据大宗LNG国际贸易的特点，参考冷冻液烃取样、分析和计算的国际现行标准，结合LNG卸货工艺，介绍了船运LNG到港计量交接的程序：采用静态测量的方法对到港LNG的体积进行计量；应用标准的取样流程对卸货LNG进行气化取样，利用色谱分析法对LNG样品进行组分分析；通过LNG密度计算、单位质量热值计算和返舱BOG能量计算来确定到港LNG贸易交接的总热值，并给出了计算示例；最后对计量操作中经常遇到的样品缺失、船舱超压导致的天然气损失、船型差异、未完成计量前的准备工作便开始进行计量、买卖双方对买卖合同条款理解的分歧等问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。
关键词：LNG船运；到港计量交接；静态测量；气化取样；色谱分析；热值；独立第三方检验机构
开发、利用天然气资源已成为许多国家实施能源结构调整和可持续发展的重点战略[1～10]。液化天然气(LNG)作为商品天然气的一种特殊形式，以其运输和存储的便捷性和灵活性在解决全球天然气资源地域分布不均与市场需求之间的特殊矛盾中发挥了重要的作用[11]。
LNG船是大宗LNG国际贸易中的主要运载工具。在安全运载的同时，如何能对船运LNG进行准确的计量是买卖双方、船方及当地政府等所关心的一个重要问题[12]。在长期的船运贸易发展中，LNG计量交接已形成了一套统一的国际标准化流程，笔者就目前普遍存在的LNG目的港船上交货(DES)的贸易形式，对到港LNG的计量方式、程序、取样分析及计算方法、常遇到的问题与解决措施等进行了阐述与分析。
1 LNG到港计量交接作业
1.1 计量方式
从原理上讲，LNG与原油、液化石油气(LPG)等液态石油产品类似，可通过动态和静态两种方式进行计量。但由于LNG的超低温(-162℃)和易挥发等特性，目前尚不能简单地用流量计对其进行实时动态测量，现行的LNG国际标准仅对静态计量方式进行了严格的约定。LNG到港静态计量与油品的静态计量类似，都是通过测量船舶储罐液位等参数后计算其体积，再利用密度计算其质量，但由于两者的物理性质、贸易结算方式等存在差异，导致LNG静态计量所选用的设备和计算方法等均与油品的静态计量有所不同[13]。
1.2 常用标准及其应用范围
目前，全球LNG接收站(包括国内已经投入运营的广东大鹏LNG、上海LNG和福建LNG接收站)的到港计量交接多采用IS0、ASTM、GPA等制订的国际标准[14]，常用标准及其应用范围如表1所示。国家标准GB/T 11062、GB/T 13610等均为同等或非等效采用相应的国际标准；另外，由于国内LNG工业尚处于起步阶段且LNG买卖均涉及外方，因此，相关国家标准在实际LNG到港计量交接中尚未得到广泛的应用[15～16]。
1.3 计量程序
到港LNG的计量是由独立检验第三方或在独立检验第三方的见证下完成的。历时50年的发展，LNG到港贸易交接已渐渐地形成了一套完整、精确的计量程序，其计量交接流程图如图1所示。
1.3.1船舱液位测量
一般LNG船的每个液货舱都要配备1套主液位测量装置和1套辅助液位测量装置。2套测量装置应该基于两种不同的工作原理，主液位测量装置发生故障时使用辅助液位测量装置。通常每个LNG液货舱装有一套雷达液位计作为主液位测量装置，1套浮子液位计作为辅助液位测量装置[17]。液位读数时应至少连续读取5次，最后取几次读数的算术平均值作为LNG液位值，结果应至少精确到0.1mm。
1.3.2气、液相温度测量
除了买卖双方的特殊要求，每个液货舱都应至少设置5个温度传感器，其中1个用于测量蒸发气(BOG)的温度，其余用于测量LNG的温度。舱顶和舱底应各安装1个温度传感器，分别用于连续测量BOG和LNG的温度。其余的温度传感器应该垂直平均分布在舱顶与舱底之间[18]。
1.3.3船舱压力测量
每个液货舱都应该配备1个绝对压力计(用于交接计量计算)和1个相对压力计(用于实际操作)。船舱压力取各舱压力测量值的算术平均值，结果应至少精确到0.01kPa。
1.3.4样品采集
LNG到港卸货一般包括3个阶段：卸货管线预冷、全速卸货和卸货泵减速(如需扫舱则开启扫舱泵进行扫舱)。当LNG达到全速卸货时，由装在LNG接收站卸货总管上的在线取样装置进行样品收集。在线取样装置分为连续取样和非连续取样两种，无论哪种取样装置的基本原理都是将LNG均匀气化后加压匀速导入取样瓶中[15]。
1.3.5组分分析
LNG样品通过气相色谱分析仪进行组分分析，分析方法包括在线色谱分析与手动取样分析。LNG样品组分分析应至少包括C1～C5+、N2、C02、02、H2S与总硫含量的分析[20～26]。色谱载气与标准气的选择应符合相应规范的要求[27]。
1.4 LNG贸易交接
目前，大宗LNG贸易一般采用热值为单位进行贸易交接。由于LNG质量受组分、温度等影响较大，因此，热值交接是对买卖双方都较为公平的一种贸易方式。
1.4.1 LNG体积计算
到港LNG卸货体积由船舱卸货前体积减去卸货后体积得到。
船舱体积由船舱液位所决定，LNG船贸易交接计量系统(custody transfer measurement system，CTMS)可以自动记录船舱液位、校正船舶横倾和纵倾对液位造成的影响并自动核算LNG体积。同时，独立检验第三方也可以通过CTMS在卸货前、后所打印出的数据单，利用LNG船方提供的舱容一液位对照表直接查取并计算LNG体积，进而对CTMS所自动核算的LNG体积进行校核，最终对比计算得出LNG到港交接体积。CTMS在记录船舱液位的同时还可以记录BOG温度、LNG温度和船舱压力等重要参数。
1.4.2 LNG密度计算
利用色谱分析所得到的LNG组分含量，结合CTMS记录的LNG温度，采用相应规范所提供的体积校正因子，用Klosek-Mckinley公式[28]即可计算出LNG的密度：
式中d为LNG密度，kg/m3；Xi为i组分的摩尔分数，%；Mi为i组分的摩尔质量，g/mol；Vi为i组分的摩尔体积，m3/kmol；K1、K2为体积修正系数，m3/kmol；Xn为氮气的摩尔分数；Xm为甲烷的摩尔分数。
1.4.3 LNG单位质量高热值计算
LNG单位质量高热值可以通过下式[29]进行计算：
式中Hm为LNG单位质量高热值，MJ/kg；Hi为组分的单位质量高热值，MJ/kg。
1.4.4返舱BOG热值
LNG到港卸货期间，为保证船舱压力稳定，岸上一部分BOG需通过气相臂返回到船舱中，返气体积为卸货体积，返舱BOG热值可以按照下式进行计算：
式中Qgasdisplaced为返舱BOG的热值，MJ；V1为返舱BOG的体积，m3；Tv为卸货后船舱内BOG的温度，℃；p为卸货后船舱内压力，10-1kPa。
1.4.5到港卸货交接总热值
LNG船到港卸货交接的总热值可划分为两部分，一部分为卸货LNG的热值，另一部分为返舱BOG的热值，具体可按照下式进行计算：
Q=V2dHm-Qgasdisplaced (4)
式中Q为到港卸货LNG的总热值，MJ；V2为到港卸货LNG的总体积，m3。
目前，国际上存在两种LNG计量时的参比温度(15℃与20℃)，应用不同的参比温度，计量结果也会有所不同。笔者主要以常用的15℃作为参比温度进行论述分析。LNG国际贸易中多以百万英热制单位(MMBtu)作为交接单位，在15℃、101.325kPa条件下，MJ与MMBtu的换算按下式计算：
2 计量交接中常遇问题与解决措施
2.1 样品缺失问题
取样装置出现故障或人为失误等都会导致卸货完成后没有合格的样品作为最终结算依据。由于卸货作业已经完成，已无法再次获取样品进行分析，此时应由独立检验第三方利用其数据库资源，查取距离卸货日期最近的相同装载港的5艘以上LNG船货物的组分资料，对其加权平均后作为最终的组分依据进行结算。
2.2 船舱超压导致天然气损失
由于卸货初期卸料臂(管线)预冷阶段会产生大量的BOG，导致船岸LNG储罐的压力有所升高，此时，岸方BOG压缩循环系统为调节整个船岸压力的主要系统。若压缩机故障或阀门故障等原因导致船方无法向岸方泄压，则LNG船舱压力将迅速升高，此时，为保证LNG船在港作业安全，船方只能采取直接排空或燃烧的方式进行泄压。独立检验第三方应将此部分卸货期间损失的天然气计入检验报告，待卸货完成后，由买卖双方与独立检验第三方再行商议责任损失承担方。
2.3 船型差异问题
目前，LNG船逐步向大型化、经济化方向发展，近年来建造的Q-FLEX与Q-MAX船的工艺流程等较以往的常规中小型LNG船发生了较大变化。QFLEX与Q-MAX船型的BOG处理系统为液氮冷凝系统，启停1次的时间约90min，而以往常规中小型LNG船的BOG处理系统为燃料燃烧系统，可随时启停。由于计量期间要求BOG处理系统全部关停，而Q-FLEX与Q-MAX船型的BOG压缩系统启停1次的时间较长，很容易导致船舱超压，因此，在实际计量过程中为了保证LNG船在港期间的作业安全，避免产生更大的损失，独立检验第三方应根据实际情况及时计量，以便尽早开启气相阀门卸货，使船舱压力得以释放。由于提前计量而未计入BOG系统管道内的天然气量及其不确定度应由独立检验第三方进行估算后计入检验报告，由买卖双方自行协商责任损失承担方。
2.4 未完成计量前的准备工作便开始进行计量
LNG船到港计量分为卸货前计量与卸货后计量，计量前LNG船舱应该是一个封闭、稳定、安全的系统。卸货前计量应在完成船岸通讯连接、关闭BOG处理系统和完成紧急关断系统(ESD)测试的情况下进行，若未做好充分的准备工作则会导致计量不准确，计量后出现无法正常卸货导致二次计量。卸货后计量应在液相卸料臂与气相卸料臂均吹扫完毕后再进行计量，由于船岸操作理念不同，有些船方习惯于在吹扫完液相臂后即要求进行计量，此时气相臂中仍有一部分天然气未参与计量，从而导致计量结果不准确。在实际计量操作中，独立检验第三方应严格按照操作程序执行计量作业，避免人为因素干扰计量结果。
2.5 买卖双方对买卖合同条款理解的分歧
目前，国际与国内签汀的买卖合同多使用具有法律效力的英文。由于买卖双方对合同语言的理解不同或操作习惯不同，容易在日常计量交接中产生分歧。在这种情况下，应该由独立检验第三方进行裁决，首先保证安全、按时卸货，待检验报告出具后，若买卖双方仍存在争议，再另行讨论、解决。
3 贸易交接总热值的计算示例
以LNG船“Al Nuaman”2010年6月2日抵达深圳大鹏港为例，计算分析到港卸货LNG的总热值。其中，参比温度为15℃、压力为101.325 kPa。
3.1 LNG体积、液相温度、气相温度和气相压力
LNG的体积、液相温度和气相温度均由船上的CTMS系统获取。
3.2 LNG密度计算
3.2.1到港LNG组成
通过气相色谱分析，得知到港LNG的气质组成为：甲烷摩尔分数为93.08%，乙烷摩尔分数为6.77%，丙烷摩尔分数为0.07%，氮气摩尔分数为0.08%。
3.2.2 Mi、Hi、Vi、K1、K2等参数的确定
Mi、Hi、Vi均可从标准中直接查取，根据买卖合同条款中引用的标准不同，所采用的参数也有所不同。到港LNG各组分的摩尔质量(Mi)与单位质量高热值(Hi)如表2所示[29]；各组分在不同温度下的摩尔体积(Vi)如表3所示[28]；体积修正系数K。值如表4所示；体积修正系数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)
根据LNG液相平均温度与混合物分子量(M)，可以在表3～5中利用线性插值法求得相应温度下各组分的摩尔体积(Vi)与体积修正系数(K1、K2)值，结果见表6。
根据式(1)可计算出LNG密度为439.71kg/m3。
3.3 单位质量高热值(Hm)计算
根据式(2)可以求得单位质量高热值(Hm)为55.058MJ/kg。
3.4 返舱BOG热值计算
根据式(3)可以求得返舱BOG的热值为19340134MJ。
3.5 LNG到港交接总热值计算
根据式(4)可计算出LNG到港交接总热值为4968578317MJ(4709020MMBtu)。
4 结束语
采用静态测量的方法，结合LNG取样、分析、计量的现行国际标准，通过实例对船运LNG到港计量交接作业进行了论述，讨论了实际操作过程中的常见问题，并提出了相应的解决措施，为国内LNG贸易计量交接提供了参考。由于LNG的到港计量必须与卸货工艺相结合，因此，在实际操作中独立检验第三方应与工艺操作人员进行充分的沟通，严格按照操作规程完成计量工作，做好所有船岸计量系统和分析装置的标定与校验工作，准备好相应的应急预案。
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(本文作者：邢辉 张荣旺 中海油气电集团国际贸易有限公司)
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