Коммерческие измерения количества и определение показателей качества сжиженного природного газа при малотоннажных операциях

Введение

Использование СПГ в качестве энергоресурса одно из наиболее перспективных направлений мировой экономики, это энергоноситель, независимый от газотранспортной системы, источник тепловой и электрической энергии. Во всем мире наблюдается резкое повышение спроса на СПГ, что стимулирует рост мощностей по его производству и увеличение объемов торговли. Согласно данным Международной Ассоциации Импортеров СПГ (International Group of LNG Importers - GIIGNL), потребление СПГ с 2000 года увеличилось втрое с 100 миллионов тонн до 354 миллионов тонн в 2019 году.

Самый перспективный и быстроразвивающийся сегмент это производство газового моторного топлива.   Почти все мировые производители двигателей уже имеют серийно выпускаемые модели, работающие на СПГ или на компримированном природном газе (КПГ). СПГ как моторное топливо безопаснее КПГ, а также значительно чище и дешевле дизельного топлива, что обуславливает повышенный интерес рынка производителей транспорта. Активное развитие рынка использования СПГ на транспорте, приводит к появлению новых видов товарно-транспортных операций таких, как бункеровка СПГ на автомобильный и водный транспорт, перевалка СПГ с судна на судно и ряда других.

Одновременно с этим возникает потребность в строительстве новой инфраструктуры, применении новых технологических решений и, как следствие, появляется необходимость в создании нормативно-правовых актов и единых технических требований в области регулирования вопросов коммерческого учёта при малотоннажной реализации СПГ. При этом, с учётом меньшего количества отгружаемого продукта, значительно возрастает роль применения методик измерений, без которых невозможно получение достоверных результатов.

Измерения СПГ статическим методом

При крупнотоннажной реализации СПГ, стоимость перекачиваемой продукции может достигать 4 миллионов долларов США в час, при этом, очевидно, что уровень финансовых рисков определяется точностью выполняемых измерений. Именно поэтому вопросу точности измерений уделяется так много внимания в метрологическом сообществе производителей и потребителей СПГ.

По сложившейся практике, при крупнотоннажной перевозке СПГ морскими судами, его учёт проводится при загрузке в танкеры или разгрузке из них. Взаиморасчеты продавца и покупателя производятся на основании переданного количества энергии, измеренной в британских тепловых единицах. Измерения количества СПГ производятся статическим методом, с применением приборов измерения уровня (уровнемеров) и градуировочных таблиц. Компонентный состав определяется на основе анализа проб СПГ, по которому рассчитывается его теплотворная способность и плотность.

Вышеупомянутая процедура утверждена международным протоколом GIIGNL (Международное сообщество импортеров СПГ) для применения на крупно и средне-тоннажном рынке СПГ.

Для малотоннажной реализации СПГ и операций по бункеровке не существует общепринятых стандартов, поэтому методика измерений выбирается каждым участникам рынка индивидуально, что может приводить к возникновению серьезных финансовых и репутационных рисков, ложащихся как на сторону поставщика, так и на сторону потребителя топлива.

К примеру, на территории ЕС, где рынок СПГ в настоящее время активно развивается, зачастую используются упрощенные схемы взаиморасчетов, в которых количество поступившего СПГ измеряется по уровню налива статическим методом, а показатели качества определяются по паспорту, выпущенному аналитической лабораторией завода-производителя.

1. Изменение паспортизированного состава СПГ, связанного со старением СПГ в процессе транспортировки и хранения, а также с перемешиванием загруженного паспортизованного продукта с неснижаемым остатком, всегда имеющемся в криоцистернах транспортного средства поставщика СПГ.
2. Низкой точности системы измерений уровня налива (Таблица 1) при малотоннажных операциях, в связи с уменьшением объёма реализации и незначительным изменением уровня в процессе отгрузки.
3. Недостаточной точности градуировочных таблиц для танков судов, разработанных на основании калибровок по воде.
4. Наличие бортовой и килевой качки, а также состояние поверхности СПГ (кипение) и дополнительной погрешности метода определения плотности СПГ.

По данным NMi Национального Метрологического Института, Нидерланды статистически установлено, что погрешность измерений объема, отгруженного СПГ при крупнотоннажных операциях на терминалах находится в диапазоне от 0,5% до 0,78%. В то же время, при малотоннажных операциях, с использованием статического метода, погрешность измерений товарной стоимости отгруженного СПГ может достигать 8%. Это связано непосредственно с уменьшением объема передаваемого продукта и рядом причин, описанных выше.

Отдельно следует отметить риски, вызванные отсутствием измерений показателей качества поступившего СПГ, что может приводить, к использованию некондиционного топлива в судовых двигателях и, как следствие, эксплуатационным проблемами. Основным показателем качества СПГ, как топлива, является метановое число (МЧ). Минимальное значение данного показателя предписано всеми производителям газовых и двухтопливных двигателей, такими как Роллс-Ройс, Манн, Вяртсила. Практически все производители солидарны в том, что значение МЧ не должно быть ниже 80, иначе приходится снижать допустимую нагрузку на двигатель.

Таким образом, учитывая, что исходный состав СПГ всегда неоднороден, существует возможность старения и перемешивания продуктов, задача, связанная с точным определением качества топлива, является важной как с точки зрения обоснованных коммерческих взаиморасчётов, так и для обеспечения надежной и долговечной работы двигателей.

Стандарты

На территории Российской Федерации Приказом Министерства Энергетики 306 от 24.04.2018 введены в действие правила, устанавливающие значения допустимых погрешностей при измерениях массы СПГ, выполненных прямым или косвенным методом статических и динамических измерений. Согласно этому приказу, погрешность измерений массы СПГ должна находиться в диапазоне от 0,75 до 1,5%, в зависимости от используемого метода измерений. Обеспечение требуемой точности измерений массы продукта для малотоннажного рынка СПГ, без применения средств динамических измерений, является практически нереализуемой задачей по причине недопустимо высокой относительной погрешности статического метода измерений.

Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что для снижения финансовых и репутационных рисков необходимо повышать точность измерений, в частности, путём применения динамических методов измерений объема, а также внедрения поточного контроля показателей качества на каждом приемосдаточном пункте СПГ. Динамический метод измерений количества продукта обеспечит выполнение требования Приказа 306 в полном объёме.

Проектирование и внедрение динамических методов измерений

В настоящее время на рынке уже существует необходимое оборудование для динамических систем измерения количества и показателей качества СПГ. Более того, в 2019 году прошел успешный запуск криогенного калибровочного центра для работы на сжиженном природном газе в порту Роттердама, проектная проработка и моделирование данного центра была выполнена при участии компании ООО Системы нефть и газ для голландского метрологического института VSL в рамках европейской программы 16ENG09 LNG III. Первые результаты испытаний калибровочного центра на жидком азоте уже получены с последующим внедрением в международную систему стандартизации в области метрологии СПГ. 

VSL пригласила компанию ООО Системы нефть и газ в проект криогенного калибровочного центра, как инжиниринговую компанию с практическими знаниями в области создания автоматизированных систем коммерческого учёта и успешным опытом запуска в г. Белгород единственной в России калибровочной станции, работающей на реальных нефтепродуктах. В 2019 году Белгородская лаборатория получила аккредитацию в национальной системе аккредитации на соответствие требованиям международного стандарта ISO/IEC 17025 Испытательные и калибровочные лаборатории. 

Это единственная лаборатория на территории СНГ, которая полностью обеспечивает выполнение всех требований, принятых во всем мире международных документов: стандартов Американского нефтяного института (API) и документов Международной Организации по Законодательной Метрологии (МОЗМ) по испытаниям средств и систем измерений для жидкостей, кроме воды. Более того, она рекомендована к участию в создаваемой системе калибровки Евразийского Экономического Союза (ЕАЭС)

Государственное признание компании ООО Системы Нефть и Газ в развитии метрологического обеспечения измерений в нефтегазовой отрасли позволило заключить в 2015 году соглашение о сотрудничестве с Росстандартом с целью обеспечения достоверных измерений массы и объема жидких углеводородов, включая сжиженный природный газ.

На основе полученного опыта, в рамках проектирования международного калибровочного центра, компания разработала собственную линейку систем измерений количества и показателей качества сжиженного природного газа для товарно-транспортных операций и оперативного учёта. Системы измерений соответствуют всем действующим российским и международным нормативным документам, в частности учитывают требования международного стандарта BS ISO 21903:2020 Refrigerated Hydrocarbon Fluids - Dynamic measurement [6] по динамическому учёту сжиженного природного газа, находящегося в настоящее время на стадии внедрения.

Выводы.

1. В настоящее время наблюдается постоянно повышающийся спрос на сжиженный природный газ, как на один из наиболее экологичных и транспортабельных видов топлива. СПГ позволяет решать задачи по автономной газификации и развитию рынка газомоторного топлива.
2. В связи с активным развитием рынка появляются новые виды ТТО, нуждающиеся в повышении точности измерений массы и показателей качества СПГ.
3. Переход от статических методов измерений массы СПГ к динамическим методам позволяет повысить точность измерений, а также пропорционально уменьшить финансовые риски. Динамические измерения количества и показателей качества СПГ, выполненные с необходимой точностью, позволяют контролировать все этапы реализации СПГ в режиме реального времени и обеспечивают выполнение требований применимой нормативной документации в области коммерческого учёта.

Список использованной литературы

1. GIIGNL Annual Report. Международная группа импортеров СПГ (GIIGNL), 2020
2. A New Approach for LNG Custody Transfer Measurement, Allen Avery. ARC view, March 2013;
3. LNG Custody Transfer Handbook. 5th Edition. Международная группа Руководство по коммерческому учету СПГ. Международная группа импортеров СПГ (GIIGNL), 2017;
4. Приказ Минэнерго России от 24.04.2018 306 О внесении изменений в перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, выполняемых при учете используемых энергетических ресурсов, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений, утвержденным приказом Минэнерго России от 15.03.2016 179;
5. M.Schakel, D.Standiford, E.Smits. Liquid nitrogen calibrations of industry-standard LNG flow meters used in LNG custody transfer [Электронный ресурс],- VSL.B.V, 2019 Режим доступа: www.vsl.nl/sites/default/files/rtf/Liquid%20nitrogen%20calibrations%20of%20industry-standard%20LNG%20flow%20meters%20used%20in%20LNG%20custody%20transfer_public.pdf ;
6. ISO 21903:2020 Refrigerated hydrocarbon fluids — Dynamic measurement — Requirements and guidelines for the calibration and installation of flowmeters used for liquefied natural gas (LNG) and other refrigerated hydrocarbon fluids;