質量流量計在天然氣計量的應用問題

肖博文

中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610213

質量流量計在天然氣計量的應用問題

肖博文

中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610213

在分析天然氣計量的發展基礎上，對比了幾種不同的質量流量計的應用問題，重點論述了質量流量計在天然氣計量中的應用以及注意問題，希望對于今后的質量流量計在天然氣計量的應用具有一定幫助。

質量流量計；天然氣計量；應用范圍；注意事項

當前，科學技術水平在新世紀發展不斷地提高，在此背景下，人們對于資源的利用方式也在呈現出不斷的變化特點。天然氣資源具有高效性、清潔性，已經廣泛地應用于人們生活的各個方面，對于人們生活質量的提升具有重要作用，但是，考慮到人們對于資源的掠去性十分強大，我們正在面臨著能源資源不斷縮小的問題[1]。所以，要想解決上述問題，就應該有效節約、合理利用資源，也應該采用必要的有效措施。對于天然氣來說，通過精確計量手段，能夠保證天然氣浪費現場的有效減少。

1 天然氣計量的發展概述

縱觀天然氣計量的發展，主要的發展方向表現在以下幾個方面，值得進一步思考[2-3]。

第一，在進行天然氣計量過程中，正在由傳統的單參數靜態檢測方式轉變為多參數的動態檢測方式。在科學技術不斷發展的背景下，動態多參數檢測更能有效保證天然氣計量的準確性，能夠更好地保證滿足社會發展的需要，有效保證發展方式的快速轉變。

第二，在進行天然氣計量過程中，正在超著計量方式的遠程化、自動化方向發展，隨著不斷改進的天然氣計量方式，必將有效推動天然氣計量科技水平，體現出較強的智能化、遠程化以及自動化的發展特點，也是目前的天然氣計量先進性的最為主要的表現形式，保證科技生產力在天然氣計量發展進程中的作用。

第三，多元化儀表類型的快速發展則是天然氣計量發展的必然趨勢。傳統的天然氣計量中的流量儀表具有結構單一、形式簡單的特點。但是，隨著針對流量計量工作進一步深化研究，可以看出，不同的工礦環境決定了具有不同功能的不同的流量計的相應的適用范圍。所以，在各個不同領域中的天然氣計量工作涉及到多元儀表類型的更新換代。

第四，在進行天然氣計量過程中，偏重于原有的單一化數據管理問題向系統化發展的轉變。結合計算機信息技術的發展，能夠有效進行天然氣流量計量的數據管理工作，并具備較好的應用環境，實現大批量的數據存儲功能，保證能夠有效對于多個時間段的數據進行有效的分析、測量和管理工作，這種天然氣的數據管理的轉變，能夠有效在各個環節進行全過程的動態的科學管理。

2 幾種不同的質量流量計分析

在不斷提高的科學技術水平的背景下，針對天然氣計量中出現的計量問題，不同的工況環境所使用的流量計也具有較大的不同，這里主要針對常用的不同質量流量計進行優缺點、工作原理以及適用性方面的分析。

2.1 科氏力質量流量計

對于科氏力質量流量計來說，主要是利用科里奧利力原理，能夠有效對于封閉管道內流體質量流量進行準確直接測量一種測量儀表。其工作原理也是科里奧利力原理，就是根據流體在封閉管道內的流動特點，即保持直線運動也處于旋轉運動中，則會產生正比于質量流量的科氏力，根據此所制造相應的計量儀表。

其優點主要包括以下幾個方面：一是具有比較高的量程，一般情況能夠達到20∶1到50∶1的范圍內，部分儀表量程能夠在100∶1以上；二是能夠有效進行流量的直接測量，具有較高的計量準確性，以及較好的穩定程度；三是能夠使用范圍比較廣的介質，適用于臟污天然氣的計量工作；四是，能夠有效進行相應的維護和清潔工作，保證使用壽命的進一步增加；五是，尤其適用于進行貿易交接計量的過程控制情況下。

其缺陷主要包括以下幾個方面：一是具有較弱的抗干擾能力，需要進行固定安裝；二是只能進行密度較高的天然氣的測量工作；三是具有較大的重量和體積，并具有較大的壓力損失；四是僅適用于測量小管徑流量；五是，具有比較昂貴的價格。

2.2 熱式質量流量計

對于熱式質量流量計來說，主要是通過流體流過外熱源進行管道的加熱，這時，流體質量流量的測量則是通過所產生的溫度場變化來進行描述，或者，利用流體加熱過程，在達到某一溫度過程中，溫度上升所需要的能量和流體質量之間存在的對應關系，來進行流體質量流量的測量而研制的一種流量儀表。

其工作原理如下：氣體流量的計量過程則是通過氣體流經流量計內加熱元件的相應的冷卻效應來進行計量。一般來說，有兩個熱阻元件存在于氣體通過的測量段內，一個主要實現加熱器的作用，另外一個進行有效的溫度檢測。在這樣的情況下，氣體溫度則是由溫度傳感元件進行檢測，應該保證被測氣體溫度和加熱空間存在一個恒定的溫度差，這點則是通過加熱器對于電流改變所實現。如果出現增加的氣流速問題，則具有比較大的冷卻效應，則應該保證具有較大的熱電阻間恒溫的電流。這種熱傳遞應該正比于氣體質量流量，通過有效的供給電流和氣質質量流量的一一有效對應函數關系，能夠有效表征氣體的流量。

其所具備的優點包括以下幾個方面：一是，熱式質量流量計的壓力損失很小，沒有活動部件，熱分布式儀表沒有阻流件；二是，熱式質量流量計能夠有效針對低流速(氣體0.02～2m/s)微小流量進行測量；三是，針對CO、O2、N2、NO、H2等接近理想氣體的雙原子氣體，利用熱分布式儀表獲得較好效果，并不用進行專門的標定工作，直接可以進行空氣標定的儀表；四是，熱式質量流量計具有較為可靠的使用性能，相比于推導式質量流量儀表，并不需要溫度壓力感器以及相關的涉及到計算單位等，僅需要流量傳感器組成就能完成測量工作，組成結構簡單，不容易出現故障概率

其存在的缺點主要包括以下幾個方面：一是，僅適用于小流量情況，因為儀表則會造成被測氣體帶來一定熱量；二是，熱式質量流量計具有較慢的響應速度；三是，對于脈動流的使用具有一定的限制；四是，對于被測量氣體組分變化較大的情況來說，考慮到具有cp值和熱導率的變化影響，則會產生測量值的波動情況，產生一定的誤差。

2.3 MEMS 質量流量計

對于MEMS 質量流量計來說，也稱為微機械電子系統，則是通過熱式質量流量傳感器芯片的作用，能夠依據氣體流動所造成的熱場變化，進行相應的氣體流量情況。其工作原理如下，類似于傳統的熱式質量流量計，在測量過程中，流體的質量流量則與流過傳感器時所帶走的熱量相對應，不同之處則是經過傳感器所測得的流量，并沒有和壓力、溫度的相關性。

其優點主要包括以下幾個方面：一是，具有較高的靈敏度，存在較小的始動流量；二是，量程比較大，能夠實現100∶1；三是，并不存在可動部件；四是，具有較小的損失壓力，質量比較輕；五是，零點穩定性能好，具有極短的相應時間。

3 質量流量計在天然氣計量中的應用探討

上述可以看到質量流量計具有一定的優勢之外，還具有一些不足指出，比如，具有比較高的造價問題，比較大的壓力損失，并不適合進行大管徑流量監測工作，對于天然氣的長管道應用中難以進行應用，能用于比較臟的天然氣情況，以及DN小于200的小管徑管道情況。對于長輸管道的天然氣計量來說，主要采用的儀表包括超聲波流量計、渦輪流量計等。

另外，利用質量流量計能夠體現出在燃驅壓氣站自耗氣的流量計量中的作用。考慮到站內供氣存在頻繁的啟停操作，會造成波動范圍比較大流量情況，一般為5—20000Nm／h，這樣容易造成流量計的較大沖擊，在現有水平情況下，不能進行有效的準確計量。

對于量程比較寬的質量流量計來說，其檢測管并沒有有效的可動部件，并沒有存在阻礙流體流動的部件，一般來說，比較適用于進行計量自耗氣流量的情況。

對于液化的天然氣來說，體積變得很小，僅為同標準下氣體體積的1/600，這樣有利于進行運輸。相似于石油產品，液化后的天然氣自身并沒有很好的潤滑性，在計量流量過程中，如果采用容積式流量計或者渦輪流量計，則會存在腔壁、軸承的嚴重磨損問題，導致出現使用壽命嚴重不足。質量流量計沒有可動部件，也就沒有相應上述的潤滑問題，保證使用壽命的有效增加。另外，交接質量能夠有效通過質量流量計進行直接測量，一般情況下，在國內交接液化天然氣的單位為噸，這樣能夠有效方便進行計量。由于在石油計量方面，質量流量計具有較為成熟的應用，考慮到液化態天然氣和石油具有相似性質，可以進行有效借鑒，保證質量流量計在石油計量中具有有效應用。

4 應用注意事項探討

首先，考慮到天然氣密度小的特點，為了有效保障進行測量的準確度，在選擇質量計結構時，應該選擇相同質量變化情況下的表現更為明顯的結構。這里一般則是利用U型質量計量計能夠獲得更加的效果。其次，對于操作壓力增高的質量流量計來說，考慮到具體的測量管的變化情況，則會出現一個負向偏差，對于比較大的壓力情況下，則不能忽略這一偏差問題，這種情況下，則應該進行壓力補償處理，可以通過增設壓力變送器來實現。最后，在進行檢定質量流量計的過程中，應該選擇常見的液體標準裝置為鑒定的基礎，有效避免出現僅有的部分專業檢定結構進行國內天然氣質量流量計的檢定工作，這樣能夠有效降低檢定成本。

5 結論

由于天然氣的應用范圍日趨廣泛，相應的關于天然氣的計量方面的標準和技術也在呈現出一定的改進，但是，考慮到具體的操作環境以及客觀條件的限制，在選擇計量設備、計量方式過程中，還存在諸多問題。所以，通過積極引進并吸收國外先進的計量技術，保證我國的計量體系得到進一步的完善，使得天然氣浪費問題得到有效避免。

[1]馬琳.天然氣計量檢定點裝置不確定度評定[J].油氣田地面工程，2014（8）.

[2]蘇黎麗.淺議城市天然氣計量儀表選型技術及現狀[J].低碳世界，2015（9）.

[3]何洋，龐軍，姚良，等.標準孔板流量計在普光氣田的應用與分析[J].石油機械，2014，42（7）.

TB9

A

1674-6708（2015）143-0074-02