Коммерческий учёт СПГ: как новые достижения в области ультразвуковых технологий измерения обеспечивают нужную точность

СПГ многократно переходит из рук в руки по всей цепочке создания стоимости — будь то внутренние сделки внутри одной компании, между двумя компаниями или даже между странами. С учётом того, что современные СПГ-танкеры класса Q-Max имеют вместимость до 266 000 м³ СПГ, финансовая стоимость одной партии груза составляет примерно 50 миллионов евро за судно (на основе средних значений плотности, теплотворной способности и прогнозных цен на СПГ, торгуемый на Европейской энергетической бирже EEX в 2026 году). Этот объём СПГ необходимо точно измерять в энергетических единицах при передаче от продавца к покупателю. Погрешность измерения в 0,1 % в данном случае соответствует примерно 50 000 евро стоимости СПГ за одно судно при погрузке или разгрузке. Эти погрешности невозможно полностью устранить, но их можно свести к минимуму.

Поскольку крупномасштабная передача СПГ осуществляется на глобальном уровне между крупными компаниями, не существует локальных или международных нормативных требований, которые были бы обязательны для соблюдения продавцами и покупателями. Вместо применения единых обязательных во всём мире стандартов, действующая методология измерений была заимствована из практики учёта других углеводородных продуктов — таких как нефть, сжиженные углеводородные газы (СУГ) и пр. — и входит в руководства по лучшим производственным практикам, например в «Руководство МГИСПГ по отгрузке СПГ потребителям» [3]. Современные технологии измерения учитывают следующее:

1. Измерение количества (объёма / массы) СПГ методом измерений уровеня, температуры, плотности на СПГ-танкерах с достижимыми погрешностями 0,2–0,55 % (k=2) для объёма СПГ и дополнительными погрешностями по плотности и температуре
2. Измерение качества (теплотворной способности) СПГ с помощью газовых хроматографов и испарительных систем (см. например [4] с достижимыми погрешностями 0,04 % и 0,07 % (k 2)).

В руководстве указано , что совокупная неопределённость при передаче энергии СПГ составляет 0,5–0,7 % (k=2). Этот показатель соответствует финансовой неопределённости примерно ±250 000–350 000 евро на одну крупную коммерческую операцию.

Для обоих измеряемых параметров — количества и качества — существуют технологии, позволяющие получать достаточно точные результаты при надлежащих условиях измерения. Однако СПГ создаёт ряд дополнительных сложностей, из-за которых обеспечить надлежащие условия измерений в любых обстоятельствах бывает затруднительно.

Для обеспечения точного определения количества или объёма СПГ на газовозе необходимо учитывать и корректировать, помимо прочего, следующие факторы:

• Индивидуальная геометрия танка судна (таблицы калибровки танков), которые переводят уровень в значения объёма и учитывают внутренние конструкции танка, а также изменения геометрии, вызванные температурой.
• Смещение СПГ в танке вследствие движения судна (крен/дифферент) или из-за конвекционных потоков внутри танка.
• Кипение СПГ в танке, размывающее границу фаз между жидкостью и газом.
• «Мёртвые объёмы» между танками на СПГ-танкере и береговыми резервуарами терминала.
• Надлежащая калибровка и пломбирование всех используемых измерительных приборов, а также проверка их действительности и корректной установки инспектором.
• Достаточное время отстаивания танков до и после погрузки для получения стабильных показаний, при этом необходимо сокращение расходов на стоянку у причала за счёт ускорения процесса перевалки СПГ.

Для измерения качества на терминале сжижения или регазификации СПГ необходимо обеспечивать следующее:

• Репрезентативное испарение СПГ и корректный отбор проб с минимальной временной задержкой.

Как правило, средства измерения количества принадлежат судоходной компании или владельцу судна, тогда как оборудование для контроля качества относится к установке сжижения/регазификации, что может создавать дополнительную сложность при возникновении спорных ситуаций.

Ультразвуковые расходомеры и кориолисовые массовые расходомеры используются в динамических встроенных системах измерения, в отличие от статических методов учёта, таких как измерение уровня в резервуарах или взвешивание (с применением платформенных весов). Основные принципы, преимущества и ограничения статических и динамических способов измерения количества СПГ представлены в следующей таблице:

При переходе от статического метода измерения к динамическому устраняются следующие проблемы:

• Индивидуальные особенности геометрии танков: движение судна или перемещение жидкости внутри резервуара больше не вносят дополнительную неопределённость в результаты измерений.
• Отпадает необходимость учитывать «мёртвые объёмы» и внутренние потоки СПГ/отпарного газа на газовозе (например, топливный газ) или на установке (например, через компрессоры). Всё, что находится до точки коммерческого учёта, относится к зоне ответственности продавца, а после неё — к зоне ответственности покупателя.
• Существенно сокращается количество приборов, подлежащих проверке инспектором на предмет корректности калибровки и наличия пломб, при этом сами приборы располагаются в непосредственной близости друг от друга.
• Все средства измерения количества и качества могут находиться в собственности одной стороны; теоретически возможна организация основной/резервной конфигурации всей системы (одна измерительная система на судне и одна — на причале терминала).

Кроме того, ультразвуковые расходомеры обеспечивают следующие преимущества специально для коммерческого учёта больших объёмов СПГ:

• возможность применения на трубопроводах большого диаметра — до 36 дюймов или больше;
• отсутствие потерь давления (что снижает риск образования отпарного газа и кавитации);
• дополнительные функции диагностики процесса (например, измерение скорости звука) для мониторинга качества СПГ;
• практически полное отсутствие дрейфа характеристик и минимальные требования к техническому обслуживанию.
• наличие ультразвуковых расходомеров, одобренных для коммерческого учёта (например, по стандарту OIML R117).

Расходомер FLOWSIC900 разработан с нуля специально для измерений СПГ и использует многолетний опыт компаний Endress+Hauser и SICK в области измерений природного газа. Он сертифицирован для коммерческого учёта в соответствии с последней редакцией стандарта OIML R117:2019 и относится к высшему классу точности 0.3 для применения в «динамических измерительных системах для жидкостей, отличных от воды». С учётом консервативного подхода данное измерение с использованием ультразвуковых расходомеров обеспечивает суммарную неопределённость системы на уровне 0,3 % в соответствии со стандартом OIML R117. И всё равно это означает улучшение неопределённости по объёму на 0,25 % (с 0,55 % до 0,3 %) либо сокращение финансовой неопределённости примерно на 125 000 евро на одну операцию погрузки/разгрузки СПГ-танкера.

Хотя преимущество в точности является аргументом в пользу применения ультразвуковых расходомеров, сомнения в их применимости по-прежнему широко распространены. Эти опасения кратко рассматриваются в следующем разделе.

В ходе процесса метрологического утверждения типа в соответствии с последней редакцией стандарта OIML R117:2019 компания Endress+Hauser совместно с утверждающим органом NMi уделила особое внимание проверке надёжности и неопределённости измерений расходомера в криогенных условиях СПГ. [5]

Это включает специальное испытание преобразователей для обеспечения стабильных и точных показаний в криогенных условиях на специально разработанном криогенном испытательном стенде, а также подтверждённую на криогенном стенде VSL в Роттердаме прослеживаемую к единицам СИ переносимость результатов калибровки от калибровочной жидкости (например, воды или жидких углеводородов) к рабочей среде — СПГ, характеризующейся низкой вязкостью и, соответственно, высоким числом Рейнольдса. [6]

Результаты калибровки, демонстрирующие возможность переноса между измеряемыми средами, а также линейность расходомера и экстраполяцию к более высоким числам Рейнольдса, представлены на приведенном ниже графике, что подтверждает возможность применения данного метода для расходомеров СПГ.

В прошлом, по ряду причин, промышленность по производству СПГ и нефтегазовая промышленность, как правило, не спешила с внедрением новых технологий. Традиционно путь превращения технологии в отраслевой стандарт выглядел следующим образом: сначала технология становится доступной, затем разрабатываются международные, национальные и корпоративные стандарты, после чего технология начинает применяться и постепенно становится отраслевым стандартом.

Хотя такой подход является традиционным и наиболее безопасным с точки зрения внедрения новых технологий, он в определённой степени сдерживает инновации. С другой стороны, не существует правил, обязывающих участников операций с СПГ строго следовать этой последовательности. Компания Endress+Hauser предлагает операторам и EPC-подрядчикам определить, какие технологии наилучшим образом соответствуют требованиям действующих и будущих установок СПГ.

В общем считается, что технология ультразвуковых расходомеров практически не подвержена дрейфу характеристик, и компания Endress+Hauser не видит технической необходимости в регулярной повторной калибровке своего расходомера СПГ при нормальной эксплуатации. Поэтому вопрос заключается скорее в доверии к расходомеру, установленному на объекте, и в способах подтверждения того, что результаты измерений остаются достоверными. На момент публикации доступны поверочные системы для СПГ производительностью до 4500 м³/ч, что позволяет обслуживать линии погрузки/разгрузки диаметром до 24 дюйма, а при использовании методов экстраполяции результатов поверки — и трубопроводы большего диаметра [7].  Однако проведение поверки связано с рядом практических сложностей, таких как транспортировка поверочной системы к месту монтажа расходомера (например, на причал терминала), обеспечение метрологической стабильности и организация корректного подключения поверочной системы к технологическому процессу.

Повторная калибровка в воде или жидких углеводородах в целом возможна, однако требует демонтажа расходомера из трубопровода, который, вероятнее всего, имеет криогенную теплоизоляцию. С точки зрения производителя, наиболее рациональным подходом является использование решений, уже ставших стандартом в коммерческом учёте природного газа и нефти. Такой подход предполагает применение двух ультразвуковых расходомеров различной конструкции (возможно, даже разных производителей) в конфигурации «эталонный/рабочий», при которой рабочий расходомер регулярно сравнивается с эталонным. При этом эталонный расходомер может быть отправлен на повторную калибровку без остановки всей линии СПГ.  Иными словами, оператор может считать первоначальную заводскую калибровку действительной до тех пор, пока показания эталонного и рабочего расходомеров совпадают.

Ультразвуковые расходомеры, так же как и массовые расходомеры, оптимально работают в условиях однофазного потока. Такие условия могут быть обеспечены при соблюдении оператором соответствующих мер, например предварительное охлаждение измерительного трубопровода и надёжная теплоизоляция по всей длине измерительного трубопровода.

Конструкция расходомера FLOWSIC900 минимизирует возможный приток тепла в измерительный участок и обеспечивает быстрое охлаждение прибора до рабочей температуры. В ходе испытаний двухфазного потока в HZDR в Германии было установлено, что работоспособность измерений сохраняется при объёмной доле газа до 5 %.

Проблемы и опасения, которые ранее ограничивали широкое применение ультразвуковых расходомеров в коммерческом учёте СПГ, в значительной степени преодолены — технология готова к практическому использованию. В ближайшем будущем ультразвуковые расходомеры будут всё чаще применяться на установках СПГ. Сначала они будут использоваться как технологические расходомеры на линиях погрузки/разгрузки для контроля работы насосов перекачки СПГ или для измерения потоков при перетоке СПГ, а затем — как контрольные расходомеры для верификации уровнемерных систем, и в конечном итоге могут стать отраслевым стандартом коммерческого учёта СПГ. Международные стандарты продолжат развиваться, упрощая применение ультразвуковых и кориолисовых систем измерения СПГ для коммерческих операций от малых до крупных объёмов. В перспективе неопределённость измерений будет дальнейшим образом снижаться, что позволит операторам СПГ сосредоточиться на экономических и политических факторах, которые, вероятно, останутся основными источниками неопределённости.

1. ‘GIIGNL Annual Report 2025’, International Group of Liquefied Natural Gas Importers (GIIGNL), (2025), www.giignl.org/annual-report
2. ‘Shell LNG Outlook 2025’, Shell, (2025), www.shell.com/what-we-do/oil-and-natural-gas/liquefied-natural-gas-lng/lng-outlook-2025.html
3. ‘Custody Transfer Handbook’, GIIGNL, (2021), 6th edn.
4. ‘Liquefied Natural Gas – LNG’, DVGW, www.dvgw.de/themen/gas/gase-und-gasbeschaffenheit/liquefied-natural-gas-lng
5. WINKLER, T., BODENDORFER, K., KLUPSCH, M., RACKOW, S., KADE, A., FRIEDRICH, S., WESER, R., and EHRLICH, A., ‘113 A Cryogenic Test Setup for Characterization of Ultrasonic Flow Measurement’, 17th Cryogenics 2023 IIR Conference and Exhibition, Germany, (24 April 2023).
6. GUGOLE, F., SCHAKEL, M. D., DRUZHKOV, A., and BRUGMAN, M., ‘Assessment of alternative fluid calibration to estimate traceable liquefied hydrogen flow measurement uncertainty’, International Journal of Hydrogen Energy, (21 June 2024).
7. ‘Cryogenic Meter Provers for LNG Service’, Flow Management Devices, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/