淺談天然氣計量技術

摘 要：天然氣是21世紀的清潔能源，是促進未來生態平衡發展的催化劑。特別是為了提高環境質量，控制PM2.5的下降，天然氣發展將更為迅速。為適應發展前景的需要，天然氣的計量成為其經濟參考的重要依據。天然氣計量的相關標準己制定了許多相關的國家標準、行業標準和計量檢定規程等，但尚未形成完整體系，與國外相比尚有較大差距。因此本文對天然氣計量技術進行初步分析與探究。

關鍵詞：天然氣；清潔能源；計量技術

天然氣是清潔優質的新型能源，已廣泛地用于國民生產和生活的各個領域。目前，在世界能源消費結構中，天然氣消費占能源消耗總量的比例逐漸提高。在天然氣產業的飛速發展過程中，天然氣能源的準確有效計量，是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。因此天然氣的計量越來越被人們重視。歐美等工業化水平較高的發達國家，對天然氣計量技術的研究起步較早，投入的資金及科技力量較大，尤其是對貿易天然氣的計量特別重視。因為天然氣經過計量儀表以后，就轉化為量，就是錢，經流量儀表流轉財富為數甚巨，就以勝利油田生產兩億立方米天然氣的交接計量，流轉的財富能到3-4億元，1%～2%計量損失就高達幾百萬元。天然氣流量計量已經成為天然氣工業發展的重要制約因素，是天然氣使用中必須解決的一個重要問題。由此可見，計量工作是多么的重要.現在流量儀表精度雖已提高到0.1～0.2級，似乎還不能滿足要求，還要精益求精，儀表價格再高還是愿意購置。

怎樣將天然氣測量儀表與國家計量基標準建立起有效的溯源鏈，確保其量值準確、可靠和統一也是必須加以重視的命題。經過多年的探索和發展，目前國內外專家已在天然氣生產、貿易和使用中研究出了大量天然氣計量方法，這些方法主要可歸結為流量計量和能量計量兩大類。本文簡要梳理了現有的各類天然氣計量方法及各自特點，并就目前國內天然氣計量存在的問題進行了探討。

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。氣層氣是從儲氣層開采出來的天然氣；伴生氣是從儲油層開采原油時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層儲存的是氣。天然氣開采出來并不能直接輸送使用，必須先經過處理。

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，國內天然氣處理裝置大多為淺冷裝置。通常天然氣進入集中處理廠后先經分離器粗分出攜帶的凝液、水和固體雜質，經壓縮機壓縮到所需壓力，冷卻分離后進脫硫塔、脫水塔，使脫水后的氣體露點滿足低溫處理的要求。然后，依次經過貧富氣體換熱器、丙烷制冷器、板翅式換熱器，使原料氣溫度達到要求溫度，最后經分餾塔分餾出合格的天然氣，同時產出液化氣、輕質油等副產品。

在保證氣源的穩定和正常條件下，我們進行流量計的選型，常用的氣體流量計按照測量原理的分類：容積式流量計、腰輪流量計、膜式流量計、速度式流量計、渦輪流量計、渦街流量計、旋進漩渦流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、孔板流量計、質量式流量計、科氏質量流量計、旋進漩渦流量計等。

各種流量計的特點：

1、容積式流量計：包括腰輪流量計、膜式流量計（家用煤氣表）等。膜式煤氣表大量用于居民用氣，腰輪流量計常用于中壓用戶。它是使用歷史悠久，用量巨大的天然氣流量計，有完備的標準規范。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：儀表傳動機復雜，制造要求高，關鍵件易磨損。腰輪流量計需定期清洗和添加、更換潤滑油。

2、氣體渦輪流量計：特點是結構緊湊、準確度高、重復性好、量程比較寬、反應迅速、壓損。不足之處：對測量介質潔凈度要求較高，使用期限受到限制。

3、渦街流量計：輸出為脈沖頻率信號、信號與流量為線性關系、便于總量計量、范圍度寬、壓損小、無可動部件、結構簡單便于安裝維護。不足之處為對流場規則性要求較高，需有較長直管段，應力式對管道機械振動敏感，不宜使用于強振動場所。

4、旋進旋渦流量計：特點漩渦流量計是儀表內部無活動機件、壽命長、準確度高、量程比寬，基本與渦街流量計相同。只是有兩點區別：流量計壓損大得多和較短的直管段長度。

5、差壓式流量計：包括檢測件為標準節流裝置和均速管等。它是應用歷史悠久，實踐經驗豐富成熟，標準規范完善（均速管除外），品種規格齊全的一類流量計。優點：應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規模經濟生產。缺點：測量精度普遍偏低；范圍度窄，一般僅3：1～4：1；現場安裝條件要求高；壓損大（指孔板、噴嘴等）。

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

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

在出廠或進戶的時候需要安裝流量計，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；

2、定期保養、定期標定；

3、輸入參數必須準確（標準壓力、標準溫度、氣體物性參數等）；

實際影響精度因素溫度測量不準確；

1、壓力測量不準確；

2、工況體積測量不準確；

3、脈沖丟失；

4、標準溫度、壓力輸入不準確

隨著天然氣工業的快速發展，特別是輸氣管網的大規模建設，用于天然氣計量的流量儀表日益增多，其工作壓力和溫度范圍不斷擴大。然而目前對天然氣流量儀表進行檢定、校準還大多采用以空氣為測量介質的氣體流量標準裝置在常溫常壓下進行。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，容易造成計量偏差。

采用實際天然氣介質在接近實際操作條件下進行檢定、校準，能夠減小介質物性參數和運行參數對流量計的影響，是天然氣貿易計量中更為準確有效且優先推薦的方法。目前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、校準方向發展。

參考文獻

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[4]《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006.中國建筑工業出版社.

作者簡介

楊博超（1988—），男，研究生，畢業于白俄羅斯布列斯特國立技術大學建筑環境與設備工程專業，現任職于內蒙古城市規劃與市政設計研究院，從事天然氣設計工作。