天然气流量计量技术发展现状与方向

（大庆油田天然气分公司销售中心  黑龙江省大庆市  163000）
        摘要：随着我国国民经济的快速发展，天然气工业不断壮大。天然气在生产、输送、销售的各个环节都需要进行流量计量。本文介绍了天然气流量计量的技术现状，对几种常见流量计量方式的原理和优缺点进行分析，并根据天然气工业发展需求，对天然气流量计量技术发展趋势进行了探讨。
        关键词：天然气；流量计量；原理；优缺点；发展趋势

 
        1.天然气计量技术现状和精确计量的重要性
        1.1 我国天然气计量技术现状
        我国天然气藏主要分布在四川、长庆、新疆，天然气计量技术起步晚，多年来一直以体积流量为结算依据，以20℃、1个标准大气压为天然气计量的标准状态。经过多年的发展，我国参照国外系列标准，结合自己的实际情况，进行了新型计量仪表的研制，提高了仪表的测量精度、可靠性，并且在天然气仪表的选择、使用、安装、维护、管理、气质分析等方面作了相应的工作，得出一些较重要的结论，同时对现场阻力件，复杂工况的影响，摸索出了一些成熟的经验。尽管如此，我国天然气计量总体水平与国际先进水平仍然存在显著差距，在设计、安装等过程存在不符合标准的情况，计量仪表合格率低，仪表缺少通用性、互换性好的智能型二次仪表等差。
        1.2 天然气精确计量的重要性
        随着天然气市场和业务的拓展，各公司之间的竞争将日益加剧，很显然，快速、经济地获取、处理和分析天然气计量信息将有效地降低输气公司的成本，提高服务质量，从而在市场竞争中获得更大的市场份额。因此，对天然气计量技术的发展进行预测和研究具有非常重要的现实意义。
        因此，对天然气进行精确、实时、经济地计量变得更加重要。这主要体现在:①精确计量。能保证在输气监测站上进行公平公正的交易，有效地管理天然气的供给和消费，控制天然气的库存量，最大限度地降低输差，避免输气监测的争端，提高服务质量。②实时计量。有助于输气公司优化管线的运营，最大限度地提高系统的生产能力，对市场变化作出快速反应。③经济计量。符合效益最大化的经营理念的要求。天然气计量系统的投资和运行维护费用决定了天然气计量的成本。采用先进的计量技术是降低天然气计量成本的重要途径。
        2 常用流量计技术原理及优缺点
        2.1 孔板流量计
        （1）孔板流量计技术原理。孔板流量计是以流量守恒定律和流动连续性方程为基础，当气体流经节流装置时，流束在孔板处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，在孔板前后产生静压力差( 差压)，气流的流速越大，孔板前后产生的差压也越大，从而可通过测量孔板前后差压来计量天然气流量。
        （2）孔板流量计优缺点。孔板流量计优点表现在：适用于较大口径管道的计量，结构简单，安装容易，无可动部件，性能可靠，耐用，应用历史悠久，标准规定最全，按标准制造的孔板不需要标定，价格便宜；缺点是压损大时不适宜长输管线计量，量程比小，前后直管段要求长，占地面积大，输出信号为模拟信号，重复性不高，对整套流量计的精度影响因素多且错综复杂，很难提高测量精度。尽管孔板流量计计量已经是一项成熟的技术，但对于如何确定和减少天然气计量误差仍然需要进行革新和改进。在实际生产中通常采用流量调节器来减少孔板上游管线安装质量对计量精度的影响。

 

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        2.2 涡轮流量计
        （1）涡轮流量计技术原理。利用气体推动流量计转子转动，通过测转子转动次数来计量气体流量。
        （2）涡轮流量计优缺点。涡轮流量计优点表现在测量精度高，一般涡轮不确定度为0.5%～1.0%，精选涡轮可达到0.25%，测量范围宽，量程比可达1：30，输出为脉冲频率信号，便于和计算机配套，结构紧凑轻巧、安装维护方便。缺点。有可动部件，易于损坏，抗脏污能力差，对介质的干净程度要求高。与孔板流量计一样，涡轮流量计也是一项比较成熟的技术。
        其技术发展主要体现在以下几个方面：通过改变转子的几何形状扩大流量计的使用流量范围，改善旋转部件的耐磨性，以增加其使用寿命，通过机载微处理器等电子元件随时监测流量计的使用情况。
        2.3 超声波流量计
        （1）超声波流量计原理。超声波流量计由超声波转换器将电能转换为超声波能量，以一定的方式发射并穿过被测流体，接收器接收到超声波信号，供显示积算仪显示和积算，实现流量的检测显示。
        （2）超声波流量计优缺点。超声波流量计优点有：工作原理简单，有望成为基准流量计，测量精度高，可达0.5%，量程比大，能实现双向流量计量，可精确测量脉动流，适应性强，占地少，无可动部件，坚固耐用，可直接进行清管作业，不受压力、温度、相对分子质量、气体组分变化的影响；超声流量计缺点有：价格昂贵，只适合于大、中口径，对上下游直管段长度等有要求。
        2.4  其它类型流量计量技术
        互补式气体流量计作为一种可替换的计量技术已逐步引起了人们的注意。这种流量计在液体流量测定方面已经用了很长时间，而且用得十分成功，但在输气管线的流量测定方面的使用经验还甚少。这种流量计的基本构型有两种，即直管式和曲管式，主要适用于高压、低容量的输气管场合，目前尚处于实验阶段。还有几项可供选择的气体流量测定技术也正处在不同的开发阶段。如使用激光技术的光测法等。
        3 天然气流量计发展趋势
        随着我国天然气工业越来越国际化，天然气计量技术与国际接轨也显得越来越重要。综合分析表明，天然气计量技术的发展将体现在以下几个方面:
        3.1 计量方式由体积计量向能量方式转变
        天然气的能量计量是在体积测量的基础上，再配备天然气发热量的测量装置。在天然气贸易计量中，以能量的方式进行结算是最公平的方法。我国已有一些天然气计量站配备天然气在线分析系统，它可提供天然气组成和发热量的数据，由化验室的气相色谱仪分析天然气组成，气相色谱仪每次使用前用标准气体进行校准，最后以能量计量方式进行天然气的计量交接。
        3.2 计量技术的自动化、智能化和远程化
        对于整个天然气计量系统，流量计只是提供气体测量数据系统的一部分, 除此之外, 还有能提供补充测量数据的辅助仪表系统( 如压力传感器、温度传感器、气体密度计、气相色谱仪等)，以及能按标准程序记录、储存和传输测量数据的计算数据收集和传输系统，甚至计算机网络。随着电子技术、计算机及互联网技术的迅猛发展，天然气计量已逐步向在线、实时、智能、实流检定发展, 同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。
        3.3 检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展
        随着国内外实流检定技术的成熟，天然气流量量值溯源正逐步向实流检定方向发展, 即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数如压力、温度、气质组分和流量总量进行动态量值溯源。
        4 结束语
        随着我国天然气工业的迅速发展，天然气计量与国际接轨已经成为一种必然趋势。天然气流量计量是企业进行贸易交接、经济分析和降低运行成本的主要因素，因此，需要加强对新型计量仪表的研制，把握天然气计量技术的发展趋势，不断提高仪表的测量精度、可靠性及智能化程度，为企业发展提供技术保障。