天然氣流量計量技術發展現狀與方向

（大慶油田天然氣分公司銷售中心  黑龍江省大慶市  163000）
        摘要：隨著我國國民經濟的快速發展，天然氣工業不斷壯大。天然氣在生產、輸送、銷售的各個環節都需要進行流量計量。本文介紹了天然氣流量計量的技術現狀，對幾種常見流量計量方式的原理和優缺點進行分析，并根據天然氣工業發展需求，對天然氣流量計量技術發展趨勢進行了探討。
        關鍵詞：天然氣；流量計量；原理；優缺點；發展趨勢

 
        1.天然氣計量技術現狀和精確計量的重要性
        1.1 我國天然氣計量技術現狀
        我國天然氣藏主要分布在四川、長慶、新疆，天然氣計量技術起步晚，多年來一直以體積流量為結算依據，以20℃、1個標準大氣壓為天然氣計量的標準狀態。經過多年的發展，我國參照國外系列標準，結合自己的實際情況，進行了新型計量儀表的研制，提高了儀表的測量精度、可靠性，并且在天然氣儀表的選擇、使用、安裝、維護、管理、氣質分析等方面作了相應的工作，得出一些較重要的結論，同時對現場阻力件，復雜工況的影響，摸索出了一些成熟的經驗。盡管如此，我國天然氣計量總體水平與國際先進水平仍然存在顯著差距，在設計、安裝等過程存在不符合標準的情況，計量儀表合格率低，儀表缺少通用性、互換性好的智能型二次儀表等差。
        1.2 天然氣精確計量的重要性
        隨著天然氣市場和業務的拓展，各公司之間的競爭將日益加劇，很顯然，快速、經濟地獲取、處理和分析天然氣計量信息將有效地降低輸氣公司的成本，提高服務質量，從而在市場競爭中獲得更大的市場份額。因此，對天然氣計量技術的發展進行預測和研究具有非常重要的現實意義。
        因此，對天然氣進行精確、實時、經濟地計量變得更加重要。這主要體現在:①精確計量。能保證在輸氣監測站上進行公平公正的交易，有效地管理天然氣的供給和消費，控制天然氣的庫存量，最大限度地降低輸差，避免輸氣監測的爭端，提高服務質量。②實時計量。有助于輸氣公司優化管線的運營，最大限度地提高系統的生產能力，對市場變化作出快速反應。③經濟計量。符合效益最大化的經營理念的要求。天然氣計量系統的投資和運行維護費用決定了天然氣計量的成本。采用先進的計量技術是降低天然氣計量成本的重要途徑。
        2 常用流量計技術原理及優缺點
        2.1 孔板流量計
        （1）孔板流量計技術原理。孔板流量計是以流量守恒定律和流動連續性方程為基礎，當氣體流經節流裝置時，流束在孔板處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，在孔板前后產生靜壓力差( 差壓)，氣流的流速越大，孔板前后產生的差壓也越大，從而可通過測量孔板前后差壓來計量天然氣流量。
        （2）孔板流量計優缺點。孔板流量計優點表現在：適用于較大口徑管道的計量，結構簡單，安裝容易，無可動部件，性能可靠，耐用，應用歷史悠久，標準規定最全，按標準制造的孔板不需要標定，價格便宜；缺點是壓損大時不適宜長輸管線計量，量程比小，前后直管段要求長，占地面積大，輸出信號為模擬信號，重復性不高，對整套流量計的精度影響因素多且錯綜復雜，很難提高測量精度。盡管孔板流量計計量已經是一項成熟的技術，但對于如何確定和減少天然氣計量誤差仍然需要進行革新和改進。在實際生產中通常采用流量調節器來減少孔板上游管線安裝質量對計量精度的影響。

 

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        2.2 渦輪流量計
        （1）渦輪流量計技術原理。利用氣體推動流量計轉子轉動，通過測轉子轉動次數來計量氣體流量。
        （2）渦輪流量計優缺點。渦輪流量計優點表現在測量精度高，一般渦輪不確定度為0.5%～1.0%，精選渦輪可達到0.25%，測量范圍寬，量程比可達1：30，輸出為脈沖頻率信號，便于和計算機配套，結構緊湊輕巧、安裝維護方便。缺點。有可動部件，易于損壞，抗臟污能力差，對介質的干凈程度要求高。與孔板流量計一樣，渦輪流量計也是一項比較成熟的技術。
        其技術發展主要體現在以下幾個方面：通過改變轉子的幾何形狀擴大流量計的使用流量范圍，改善旋轉部件的耐磨性，以增加其使用壽命，通過機載微處理器等電子元件隨時監測流量計的使用情況。
        2.3 超聲波流量計
        （1）超聲波流量計原理。超聲波流量計由超聲波轉換器將電能轉換為超聲波能量，以一定的方式發射并穿過被測流體，接收器接收到超聲波信號，供顯示積算儀顯示和積算，實現流量的檢測顯示。
        （2）超聲波流量計優缺點。超聲波流量計優點有：工作原理簡單，有望成為基準流量計，測量精度高，可達0.5%，量程比大，能實現雙向流量計量，可精確測量脈動流，適應性強，占地少，無可動部件，堅固耐用，可直接進行清管作業，不受壓力、溫度、相對分子質量、氣體組分變化的影響；超聲流量計缺點有：價格昂貴，只適合于大、中口徑，對上下游直管段長度等有要求。
        2.4  其它類型流量計量技術
        互補式氣體流量計作為一種可替換的計量技術已逐步引起了人們的注意。這種流量計在液體流量測定方面已經用了很長時間，而且用得十分成功，但在輸氣管線的流量測定方面的使用經驗還甚少。這種流量計的基本構型有兩種，即直管式和曲管式，主要適用于高壓、低容量的輸氣管場合，目前尚處于實驗階段。還有幾項可供選擇的氣體流量測定技術也正處在不同的開發階段。如使用激光技術的光測法等。
        3 天然氣流量計發展趨勢
        隨著我國天然氣工業越來越國際化，天然氣計量技術與國際接軌也顯得越來越重要。綜合分析表明，天然氣計量技術的發展將體現在以下幾個方面:
        3.1 計量方式由體積計量向能量方式轉變
        天然氣的能量計量是在體積測量的基礎上，再配備天然氣發熱量的測量裝置。在天然氣貿易計量中，以能量的方式進行結算是最公平的方法。我國已有一些天然氣計量站配備天然氣在線分析系統，它可提供天然氣組成和發熱量的數據，由化驗室的氣相色譜儀分析天然氣組成，氣相色譜儀每次使用前用標準氣體進行校準，最后以能量計量方式進行天然氣的計量交接。
        3.2 計量技術的自動化、智能化和遠程化
        對于整個天然氣計量系統，流量計只是提供氣體測量數據系統的一部分, 除此之外, 還有能提供補充測量數據的輔助儀表系統( 如壓力傳感器、溫度傳感器、氣體密度計、氣相色譜儀等)，以及能按標準程序記錄、儲存和傳輸測量數據的計算數據收集和傳輸系統，甚至計算機網絡。隨著電子技術、計算機及互聯網技術的迅猛發展，天然氣計量已逐步向在線、實時、智能、實流檢定發展, 同時依靠網絡技術實現遠程化通訊、控制和管理。
        3.3 檢定方式、量值溯源從靜態單參數向動態多參數溯源發展
        隨著國內外實流檢定技術的成熟，天然氣流量量值溯源正逐步向實流檢定方向發展, 即以實際天然氣介質、在接近實際現場工況等條件下對流量的分參數如壓力、溫度、氣質組分和流量總量進行動態量值溯源。
        4 結束語
        隨著我國天然氣工業的迅速發展，天然氣計量與國際接軌已經成為一種必然趨勢。天然氣流量計量是企業進行貿易交接、經濟分析和降低運行成本的主要因素，因此，需要加強對新型計量儀表的研制，把握天然氣計量技術的發展趨勢，不斷提高儀表的測量精度、可靠性及智能化程度，為企業發展提供技術保障。