天然氣流量計(jì)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向

龐艷萍 黎志敏 范凱（中國(guó)石化西北油田分公司， 新疆 輪臺(tái) 841600）

天然氣流量計(jì)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向

龐艷萍 黎志敏 范凱（中國(guó)石化西北油田分公司， 新疆 輪臺(tái) 841600）

天然氣流量計(jì)量帶來(lái)的偏差，會(huì)導(dǎo)致天然氣交易的不準(zhǔn)確性與不公平性，對(duì)人們生活產(chǎn)生著巨大的影響。在分析我國(guó)天然氣計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了在介質(zhì)壓力和溫度變化、外界環(huán)境溫差以及人員計(jì)量技術(shù)方面存在的問(wèn)題，闡述了不同天然氣計(jì)量方法的工作原理，以及今后需要改進(jìn)的措施和方法，天然氣計(jì)量未來(lái)發(fā)展方向：天然氣自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化方向轉(zhuǎn)移，加大對(duì)天然氣能量計(jì)量技術(shù)方面的投入，同時(shí)制定計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制管理規(guī)范，完善相關(guān)的天然氣能量計(jì)量操作相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，才能不斷滿足人們對(duì)天然氣的需求，解決我國(guó)天然氣計(jì)量存在的問(wèn)題，推動(dòng)天然氣工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

天然氣；流量；計(jì)量；存在問(wèn)題；現(xiàn)狀

隨著對(duì)天然氣需求量的增多，對(duì)天然氣流量計(jì)算的精確度提出了更高的要求。輸氣公司正加大對(duì)天然氣精確計(jì)量技術(shù)方面進(jìn)行深入研究，控制天然氣的庫(kù)存量，最大限度滿足下游用戶的用氣需求和天然氣質(zhì)量［1-3］。然而天然氣在計(jì)量方面還存在很多問(wèn)題，導(dǎo)致天然氣計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)投資相當(dāng)高，企業(yè)為了追求利益最大化，下游用戶得到天然氣體積質(zhì)量已經(jīng)出現(xiàn)一些問(wèn)題，在企業(yè)降低管理費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用出發(fā)，引進(jìn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化的計(jì)量系統(tǒng)顯得十分重要，采用天然氣能力計(jì)量的方式進(jìn)行交易，使得用戶獲得質(zhì)量保證的天然氣，因此，引進(jìn)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及天然氣計(jì)量方式顯得尤為重要［4］。

1 天然氣流量計(jì)量存在的問(wèn)題

（1）介質(zhì)壓力、溫度對(duì)計(jì)量精度影響 天然氣受壓力與溫度的變化而變化，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積流量，要充分考慮測(cè)量介質(zhì)壓力和溫度的變化情況，調(diào)準(zhǔn)天然氣標(biāo)準(zhǔn)范圍，才能使流量計(jì)量結(jié)果偏差更小。例如：家用膜式燃?xì)獗恚谌粘＿\(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有考慮壓力與溫度的變化，以工況流量計(jì)量。北方冬夏溫差大，導(dǎo)致天然氣流量計(jì)量差在4%～9%之間，沒(méi)有制定相應(yīng)介質(zhì)壓力和溫度下的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)對(duì)燃?xì)夤驹斐梢欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失［1-4］。

（2）環(huán)境溫度對(duì)計(jì)量精度影響 計(jì)量裝置中流量傳感器一般采用的是具有熱膨脹性的材料，因此，環(huán)境溫度的變化對(duì)流量傳感器機(jī)械運(yùn)動(dòng)性造成一定程度的影響，進(jìn)而導(dǎo)致天然氣流量計(jì)量數(shù)值不準(zhǔn)確。當(dāng)儀表溫度較低時(shí)，儀表計(jì)量會(huì)減慢，產(chǎn)生的計(jì)量誤差是正常情況下的2.5～4倍，這說(shuō)明計(jì)量?jī)x表受外界溫度變化影響很大，嚴(yán)重影響流量計(jì)量器的精度［2］。鑒于流量計(jì)量器受溫度變化大的特點(diǎn)，一般將計(jì)量器置于封閉室內(nèi)較好。我國(guó)北方氣溫變化較大，流量計(jì)量器潤(rùn)滑效果大大降低，勢(shì)必增加了機(jī)械磨損概率，促使計(jì)量器運(yùn)轉(zhuǎn)遲緩或者打盹；燃?xì)夤緸榱吮阌诓楸?、統(tǒng)計(jì)工作，將金屬燃?xì)獗碇糜谑彝馐遣缓侠淼?，金屬材質(zhì)的燃?xì)獗砣菀资艿讲煌竟?jié)溫差的變化，導(dǎo)致計(jì)量誤差，不利于燃?xì)夤緦?duì)天然氣供需量準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)、歸檔。

（3）工作人員操作技能對(duì)精度的影響 計(jì)量工作人員，應(yīng)要從兩個(gè)方面加強(qiáng)技能培訓(xùn)與學(xué)習(xí)。首先要加強(qiáng)對(duì)計(jì)量?jī)x表的認(rèn)識(shí)，試測(cè)不同壓力和溫差下流量值，綜合分析不同環(huán)境下選擇合適的計(jì)量?jī)x表；其次，加強(qiáng)流量計(jì)量器的安裝培訓(xùn)，對(duì)流量計(jì)量器工作原理進(jìn)行培訓(xùn)，避免安裝過(guò)程中不規(guī)范導(dǎo)致計(jì)量?jī)x表人為的誤差出現(xiàn)。

2 常用天然氣流量計(jì)量方法

目前，我國(guó)天然氣流量計(jì)量器種類繁多，根據(jù)不同計(jì)量需求和測(cè)量原理制定出來(lái)，按照測(cè)量原理可以大致分為這5類［2-3］，分別是容積式、速度式、差壓式、面積式、質(zhì)量式等計(jì)量器，這5種類型計(jì)量器計(jì)量原理和組成結(jié)構(gòu)各不相同，針對(duì)不同的工作需求和測(cè)量介質(zhì)，選取相應(yīng)的型號(hào)計(jì)量器工作。下面主要對(duì)常用的流量計(jì)（容積式、速度式、差壓式）作簡(jiǎn)要陳述。

（1）容積式流量計(jì) 容積式流量計(jì)主要由兩個(gè)空間體組成，一個(gè)大空間和由旋轉(zhuǎn)體割成的若干個(gè)小空間。在流體壓差作用下，旋轉(zhuǎn)體連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)已知容積的小空間流量被排出來(lái)，記錄一定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)和流過(guò)小空間的體積流量，可以求出流量體積量。容積式流量計(jì)計(jì)算公式如下：

式中：q為體積流量，m3/s；n為旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，周/s；V為每周排出流量體積，m3/周。

（2）差壓式流量計(jì) 基于伯努利方程和流體連續(xù)性方程，設(shè)計(jì)了差壓式流量計(jì)，該流量計(jì)依據(jù)節(jié)流原理，在節(jié)流管件前后產(chǎn)生壓差，流量的平方與壓差成正比關(guān)系。差壓式流量計(jì)計(jì)算公式如下：

式中：q為體積流量，m3/s；c為流出系數(shù)，無(wú)量鋼；β= d/D，無(wú)量鋼；d為孔板內(nèi)徑，mm；D為上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹系數(shù)，無(wú)量鋼；Δp為孔板前后的差壓值，Pa；ρ為流體的密度，kg/m3。均為工況條件下。

（3）速度式流量計(jì) 常用的速度式流量計(jì)有渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、旋進(jìn)渦輪流量計(jì)、時(shí)差式超聲波流量計(jì)。主要是通過(guò)測(cè)量介質(zhì)流動(dòng)速度，來(lái)計(jì)算流體流量大小。速度式氣體流量計(jì)主要由顯示儀與傳感器構(gòu)成。在壓力和溫度變化較大的區(qū)域，應(yīng)配置壓力計(jì)、溫度計(jì)、流量積算器和流量計(jì)算機(jī)，這樣可以起到補(bǔ)償溫度和壓力，再配置一臺(tái)在線色譜儀，通過(guò)分析混合氣體組分來(lái)計(jì)算發(fā)熱量、氣體密度以及氣體壓縮因子，考慮影響因素更加全面。

3 我國(guó)天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（1）發(fā)展現(xiàn)狀 天然氣含有組分非常多，除了含有烷烴類物質(zhì)，還含有非烴類物質(zhì)，非烴類物質(zhì)的燃燒不能產(chǎn)生能量，可想而知，天然氣在交易過(guò)程中，及使天然氣體積計(jì)量準(zhǔn)確，也不能保證等價(jià)交換，按照天然氣體積計(jì)算的方式進(jìn)行交易結(jié)算，并不能體現(xiàn)出等價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的原則，對(duì)天然氣資源不能有效地、合理地利用，更重要的是這已經(jīng)不是一場(chǎng)公平的交易，對(duì)天然氣企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展前景也會(huì)造成一定的影響［3-4］。

（2）發(fā)展方向 對(duì)天然氣質(zhì)量的監(jiān)察和監(jiān)督不可輕視，同等體積的天然氣不一定就是公平合理的交易［5-7］。國(guó)外很早就開(kāi)始以天然氣能量來(lái)進(jìn)行計(jì)量，在天然氣交易計(jì)量過(guò)程中，以能量計(jì)量的方式顯得合理而又公平。我國(guó)天然氣流量計(jì)算技術(shù)發(fā)展方向主要在以下幾個(gè)方面。

①天然氣流量計(jì)量方式向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化轉(zhuǎn)移，供需用戶的龐大，使得我國(guó)天然氣流量計(jì)量工作十分艱巨。電子計(jì)算技術(shù)的高速發(fā)展，已經(jīng)在天然氣流量計(jì)量方面得到了成功的應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化的計(jì)量天然氣流量可以大大節(jié)省人員操作時(shí)間以及人員投入經(jīng)費(fèi)，高新技術(shù)的引進(jìn)推動(dòng)著天然氣工業(yè)的發(fā)展。

②天然氣能量計(jì)量是基于天然氣體積計(jì)量，在體積計(jì)量裝置上配置發(fā)熱量測(cè)定儀器。能量計(jì)算器的完善，需要開(kāi)展相關(guān)配套技術(shù)的研究，制定天然氣能量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，在引進(jìn)國(guó)外在線氣相色譜儀之后，要積極掌握和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，按照我國(guó)的實(shí)際情況制定適合我國(guó)天然氣貿(mào)易的計(jì)量體系和標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，完善天然氣計(jì)量體系不足之處，制定較為全面的檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　天然氣能量計(jì)量示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)天然氣流量計(jì)量發(fā)展還存在一些問(wèn)題，在介質(zhì)壓力、溫度、外界溫差以及人員技能方面還需要加強(qiáng)技術(shù)研究，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，需要加大對(duì)先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，自主設(shè)計(jì)制造出適合我國(guó)天然氣計(jì)量需求的儀器儀表，制定相應(yīng)的計(jì)量操作規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)天然氣能量計(jì)量技術(shù)方面研究是今后的方向，制定相應(yīng)的天然氣能量計(jì)量管理標(biāo)準(zhǔn)。隨著對(duì)天然氣需求量的加大，天然氣計(jì)量應(yīng)向自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化計(jì)算機(jī)計(jì)量方向轉(zhuǎn)移，積極開(kāi)展天然氣自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化計(jì)量體系和標(biāo)準(zhǔn)研究，盡快制定和完善天然氣計(jì)量公平性貿(mào)易規(guī)范，完善天然氣計(jì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，才能促使供應(yīng)雙方貿(mào)易公平合理。

［1］黃黎明，陳賡良，張福元，等.天然氣能量計(jì)量理論與實(shí)踐［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［2］陳賡良.天然氣能量計(jì)量的有關(guān)法制問(wèn)題［J］.天然氣工業(yè)， 2003，23（1）：16-18.

［3］ISO/CD15112 .Natural gas-Energy determination，2000.

［4］ StudzinskiW， Karnik U，Morrow T etal.Revision of ANSI -2530 orifice Meter Standard -Basis of Recommmended Meter Run Length.The 4th International Symposium on Fluid Flow Measurement， Dolorado，USA，27-30 June 1999 ， section 14（5）.

龐艷萍（1985- ），女，四川西充縣人，助理工程師，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，主要從事天然氣處理與加工工作。