淺談天然氣計(jì)量技術(shù)

摘 要：天然氣是21世紀(jì)的清潔能源，是促進(jìn)未來生態(tài)平衡發(fā)展的催化劑。特別是為了提高環(huán)境質(zhì)量，控制PM2.5的下降，天然氣發(fā)展將更為迅速。為適應(yīng)發(fā)展前景的需要，天然氣的計(jì)量成為其經(jīng)濟(jì)參考的重要依據(jù)。天然氣計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)己制定了許多相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量檢定規(guī)程等，但尚未形成完整體系，與國外相比尚有較大差距。因此本文對(duì)天然氣計(jì)量技術(shù)進(jìn)行初步分析與探究。

關(guān)鍵詞：天然氣；清潔能源；計(jì)量技術(shù)

天然氣是清潔優(yōu)質(zhì)的新型能源，已廣泛地用于國民生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。目前，在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，天然氣消費(fèi)占能源消耗總量的比例逐漸提高。在天然氣產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展過程中，天然氣能源的準(zhǔn)確有效計(jì)量，是科學(xué)管理能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。因此天然氣的計(jì)量越來越被人們重視。歐美等工業(yè)化水平較高的發(fā)達(dá)國家，對(duì)天然氣計(jì)量技術(shù)的研究起步較早，投入的資金及科技力量較大，尤其是對(duì)貿(mào)易天然氣的計(jì)量特別重視。因?yàn)樘烊粴饨?jīng)過計(jì)量儀表以后，就轉(zhuǎn)化為量，就是錢，經(jīng)流量儀表流轉(zhuǎn)財(cái)富為數(shù)甚巨，就以勝利油田生產(chǎn)兩億立方米天然氣的交接計(jì)量，流轉(zhuǎn)的財(cái)富能到3-4億元，1%～2%計(jì)量損失就高達(dá)幾百萬元。天然氣流量計(jì)量已經(jīng)成為天然氣工業(yè)發(fā)展的重要制約因素，是天然氣使用中必須解決的一個(gè)重要問題。由此可見，計(jì)量工作是多么的重要.現(xiàn)在流量儀表精度雖已提高到0.1～0.2級(jí)，似乎還不能滿足要求，還要精益求精，儀表價(jià)格再高還是愿意購置。

怎樣將天然氣測(cè)量儀表與國家計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)建立起有效的溯源鏈，確保其量值準(zhǔn)確、可靠和統(tǒng)一也是必須加以重視的命題。經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，目前國內(nèi)外專家已在天然氣生產(chǎn)、貿(mào)易和使用中研究出了大量天然氣計(jì)量方法，這些方法主要可歸結(jié)為流量計(jì)量和能量計(jì)量兩大類。本文簡要梳理了現(xiàn)有的各類天然氣計(jì)量方法及各自特點(diǎn)，并就目前國內(nèi)天然氣計(jì)量存在的問題進(jìn)行了探討。

首先了解一下天然氣，天然氣資源主要有三種：氣層氣、伴生氣和凝析氣藏氣。氣層氣是從儲(chǔ)氣層開采出來的天然氣；伴生氣是從儲(chǔ)油層開采原油時(shí)伴隨原油采出的天然氣；凝析氣藏氣是指在地層原始條件下儲(chǔ)層儲(chǔ)存的是氣。天然氣開采出來并不能直接輸送使用，必須先經(jīng)過處理。

天然氣處理的工藝流程可以有許多變化，但基本流程不變，即天然氣凈化、壓縮、冷卻、分餾。冷卻又分膨脹致冷或冷劑致冷，目前，國內(nèi)天然氣處理裝置大多為淺冷裝置。通常天然氣進(jìn)入集中處理廠后先經(jīng)分離器粗分出攜帶的凝液、水和固體雜質(zhì)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到所需壓力，冷卻分離后進(jìn)脫硫塔、脫水塔，使脫水后的氣體露點(diǎn)滿足低溫處理的要求。然后，依次經(jīng)過貧富氣體換熱器、丙烷制冷器、板翅式換熱器，使原料氣溫度達(dá)到要求溫度，最后經(jīng)分餾塔分餾出合格的天然氣，同時(shí)產(chǎn)出液化氣、輕質(zhì)油等副產(chǎn)品。

在保證氣源的穩(wěn)定和正常條件下，我們進(jìn)行流量計(jì)的選型，常用的氣體流量計(jì)按照測(cè)量原理的分類：容積式流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、膜式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、孔板流量計(jì)、質(zhì)量式流量計(jì)、科氏質(zhì)量流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)等。

各種流量計(jì)的特點(diǎn)：

1、容積式流量計(jì)：包括腰輪流量計(jì)、膜式流量計(jì)（家用煤氣表）等。膜式煤氣表大量用于居民用氣，腰輪流量計(jì)常用于中壓用戶。它是使用歷史悠久，用量巨大的天然氣流量計(jì)，有完備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。精度適中，范圍度特寬（150：1）適于中小流量范圍，直讀式，無需外能源及無需直管段等等。

缺點(diǎn)：儀表傳動(dòng)機(jī)復(fù)雜，制造要求高，關(guān)鍵件易磨損。腰輪流量計(jì)需定期清洗和添加、更換潤滑油。

2、氣體渦輪流量計(jì)：特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、量程比較寬、反應(yīng)迅速、壓損。不足之處：對(duì)測(cè)量介質(zhì)潔凈度要求較高，使用期限受到限制。

3、渦街流量計(jì)：輸出為脈沖頻率信號(hào)、信號(hào)與流量為線性關(guān)系、便于總量計(jì)量、范圍度寬、壓損小、無可動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單便于安裝維護(hù)。不足之處為對(duì)流場(chǎng)規(guī)則性要求較高，需有較長直管段，應(yīng)力式對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)敏感，不宜使用于強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)所。

4、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)：特點(diǎn)漩渦流量計(jì)是儀表內(nèi)部無活動(dòng)機(jī)件、壽命長、準(zhǔn)確度高、量程比寬，基本與渦街流量計(jì)相同。只是有兩點(diǎn)區(qū)別：流量計(jì)壓損大得多和較短的直管段長度。

5、差壓式流量計(jì)：包括檢測(cè)件為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和均速管等。它是應(yīng)用歷史悠久，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富成熟，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完善（均速管除外），品種規(guī)格齊全的一類流量計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬；檢測(cè)件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：測(cè)量精度普遍偏低；范圍度窄，一般僅3：1～4：1；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高；壓損大（指孔板、噴嘴等）。

6、超聲流量計(jì)：精度高、范圍度極寬、可適應(yīng)極低流速（0.5m/s）、安裝直管段短（采用多聲道品種）、壓損小、使用期長等，超聲流量計(jì)在中、大口徑的應(yīng)用無疑有其先天的優(yōu)點(diǎn)。目前不足之處：只適用于中大口徑，價(jià)格貴等。

7、科氏質(zhì)量流量計(jì)：特點(diǎn)高精度（0.1%～0.2%），應(yīng)用范圍廣（可測(cè)量各種非牛頓流體、各種漿液、懸浮液、高粘度流體等），安裝要求低等特點(diǎn)（對(duì)儀表的前后直管段要求不高），運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，維修率低。科氏質(zhì)量流量計(jì)用于測(cè)量氣體的不足：一般氣體的密度低，不能適應(yīng)儀表性能要求。高壓（壓縮）天然氣使氣體密度大幅度提高，恰好滿足了這個(gè)要求，科氏質(zhì)量流量計(jì)將成為汽車加氣站的主要計(jì)量儀表。

在出廠或進(jìn)戶的時(shí)候需要安裝流量計(jì)，保障精度基本前提有：

1、全部一次儀表（渦輪、腰論、壓變、溫變）必須使用在保障精度的量程范圍內(nèi)；

2、定期保養(yǎng)、定期標(biāo)定；

3、輸入?yún)?shù)必須準(zhǔn)確（標(biāo)準(zhǔn)壓力、標(biāo)準(zhǔn)溫度、氣體物性參數(shù)等）；

實(shí)際影響精度因素溫度測(cè)量不準(zhǔn)確；

1、壓力測(cè)量不準(zhǔn)確；

2、工況體積測(cè)量不準(zhǔn)確；

3、脈沖丟失；

4、標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力輸入不準(zhǔn)確

隨著天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，特別是輸氣管網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，用于天然氣計(jì)量的流量儀表日益增多，其工作壓力和溫度范圍不斷擴(kuò)大。然而目前對(duì)天然氣流量儀表進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)還大多采用以空氣為測(cè)量介質(zhì)的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在常溫常壓下進(jìn)行。由于空氣與天然氣的物性差異，加上壓力、溫度等各種因素的影響，容易造成計(jì)量偏差。

采用實(shí)際天然氣介質(zhì)在接近實(shí)際操作條件下進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)，能夠減小介質(zhì)物性參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)流量計(jì)的影響，是天然氣貿(mào)易計(jì)量中更為準(zhǔn)確有效且優(yōu)先推薦的方法。目前隨著國內(nèi)外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟，天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定、校準(zhǔn)方向發(fā)展。

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作者簡介

楊博超（1988—），男，研究生，畢業(yè)于白俄羅斯布列斯特國立技術(shù)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，現(xiàn)任職于內(nèi)蒙古城市規(guī)劃與市政設(shè)計(jì)研究院，從事天然氣設(shè)計(jì)工作。