海峡两岸天然气能源计量研究.docVIP

PAGE PAGE 204 海峽兩岸天然氣能源計量研究 高明哲1 楊承翰2 1工研院量測中心計量驗證與創新應用組化學驗證與應用實驗室 主任 2工研院量測中心計量驗證與創新應用組化學驗證與應用實驗室 副工程師 摘要 隨著天然氣工業的快速發展，天然氣能源計量的準確可靠度愈來愈受到社會各界的高度關注。而天然氣計量方式又牽涉到“質”和“量”兩個方面，兩者皆相互關聯。所以若要保證天然氣能源計量最終結果的準確可靠，則必須要天然氣流量計量和分析熱質計算兩個方面均具有良好的追溯性才可以。 關鍵字；天然氣、熱質、計量 一、前言 天然氣的能量計量是以兩個計量參數來完成的，即體積流量的測量和分析熱質的測量，將這兩種測量合成，即可計算出天然氣的能量。 而天然氣計量中的分析熱值計算，又有總熱值與淨熱值之別，前者指天然氣燃燒並降溫到ㄧ定溫度後,除了水為液態凝結，其他物質仍是氣態時所放出之總熱量；後者則為天然氣燃燒並降溫到ㄧ定溫度後，所有物質仍是氣態時所放出之總熱量。最後使得天然氣之總熱值，約在8000～10700千卡／立方公尺之間。 一般熱值的測定，是以一定量的天然氣，在一定裝置內燃燒，再測定其總發熱量。但由於天然氣是由地下產出，成分中難免含有水分，所以天然氣熱值之試驗報告，亦有乾基與濕基之分。乾基是指不含水氣之天然氣；濕基則在測定熱值前，須先使天然氣成為飽和水蒸氣時再測定其熱值。 而我國目前熱值標準比較如下 (表一) 我國燃料熱值比較 燃料類別 w.t% (濕基) 總熱值 淨發熱量 C H C/H Kcal/kg 液化天然氣 66.4 20.8 3.2 9900kcal/m3 12400 柴油 83.2 12.8 6.5 8800kcal/L 10300 0.5%S燃料油 87.4 11.8 7.4 9400kcal/L 10000 1.0%S燃料油 86.8 11.9 7.3 9200kcal/L 10000 燃料煤 66.0 4.4 14.9 6400kcal/kg 6200 (表二) IPCC建議我國燃料特性值 燃料類別 煤炭 燃料油 柴油 天然氣 熱值單位 kcal/kg kcal/m3 總發熱量(GHV) 6483 10104 10894 13485 淨發熱量(NHV) 6159 9599 10349 12137 碳元素氧化率 0.98 0.99 0.99 0.995 二、天然氣能源計量各參數定義與各類標準相關比較 2.1 能源計量定義 2.1.1能源計量的關係式 E：一段時間內天然氣的能量，MJ。 Q：一段時間內天然氣標準狀態的體積或品質；m3或 Kg。 Hs：天然氣熱值，或。 2.2能源計量各參數物理性質定義 2.2.1總熱值(Superior calorific value or gross heating value) 天然氣燃燒後其所產生之蒸氣再凝結為液態水時所放出之熱量 2.2.1.1以質量為量測基準熱值表示: 2.2.1.2以體積為量測基準熱值表示: 2.2.2次等熱值(inferior calorific value or net heating value) 天然氣所生成之水蒸氣仍為氣態時所放出之熱量。 2.2.2.1以質量為量測基準熱值表示: 2.2.2.2以體積為量测基準熱值表示: 2.2.3壓縮因子(compression factor) P：絕對壓力 T：熱力溫度 R：氣體常數 不是所有氣體都符合理想氣體方程式，必定存在一個壓縮因子來修正真實氣體與理想氣體的差別，故此壓縮因子可以用來觀測傳輸時天然氣品質，並利用公式反推出當時體積，有利於天然氣之體積計量運算。 2.2.4沃伯率(Wobbe index) d(p,T)：相對密度 相同沃伯值表現出相同的空氣與燃氣比值，而一般國家都會去定義他們的沃伯率範圍，用來監測其天然氣計量系統熱質分佈狀態，故此沃伯率可用來監測天然氣輸入時熱值變化(質的變化)。 2.2.4.1沃伯率觀察方法 (圖一) 沃伯率觀察方法 利用沃伯常率去解釋觀測到的氣狀洞(即GAS) 前後流速與熱值變化 2.2.4.2沃伯率定義 (圖二) 沃伯率定義 ※沃伯常數限制闡述有關氮氧化物和ㄧ氧化碳燃燒。 甲烷數 (MN)闡述有關震爆跟自動燃燒。 2.3 各類標準熱值計算 2.3.1 ISO標準熱值計算 2.3.1.1莫耳分率計算方式 ： 總熱值 xj：莫耳分率 ：各個組成的熱值(可以為上等熱值或次等熱值) 2.3.1 xj：莫耳分率