天然氣流量計的介質壓力對準確度的影響

/德聞計量設備（上海）有限公司

0 引言

天然氣是一種潔凈的能源和化工原料，在世界能源結構中所占比例不斷上升。世界各國使用天然氣的數量也在不斷增加，以中國為例，2018年天然氣表觀消費量2803億立方米[1]。如若天然氣計量的誤差為1%，則每年由計量誤差造成的損失28.03億立方米，可見經濟損失巨大。

1 高壓對天然氣計量用流量計準確度的影響

在天然氣計量行業中，由于需要長距離的傳輸，天然氣的壓力需要增加到很高的壓力值（例如10 MPa），從氣井輸出到終端燃氣用戶點（2 kPa），進行逐級降壓。不同流量計，由于不同的結構設計，流體雷諾數的差異，在不同壓力及不同介質下，同一臺流量計會有不同的準確度曲線。對于國內的流量計生產廠家，在出廠標定時，都使用低壓空氣標定，來確定流量計的計量準確度。而在國外，雖然大部分流量計生產廠家（例如氣體渦輪流量計）有高壓空氣環道檢定裝置，但運行費用高昂，只在特殊要求下，才進行高壓空氣出廠標定。

在國內，高壓氣體超聲流量計在使用前，需送國家第三方實流檢定站（如中石油的四川華陽檢定站、中石油大慶檢定站、中石油南京高壓檢定站等）進行高壓天然氣檢定，再安裝到現場使用。

而對于其他種類的流量計，特別是城市燃氣公司使用的流量計，都只是依據廠家的低壓空氣出廠標定，以及送第三方低壓空氣檢定后（國內第三方低壓空氣檢定，普遍使用音速噴嘴負壓法），安裝到現場使用。但實際使用的天然氣計量站，天然氣的壓力都會不同，實際計量的結果與流量計低壓空氣標定的數據是否有差異，這是本文探討的主題。

由于燃氣皮膜表使用于極低的壓力，氣體腰輪流量計一般也都在較低的壓力下工作，而高壓氣體超聲流量計在使用前送第三方實流檢定站檢定時，會根據實流數據調整高壓氣體超聲流量計的內部誤差曲線，所以本文主要探討氣體渦輪流量計和中低壓的氣體超聲流量計，在不同壓力下的計量誤差的變化。這兩類產品，更多地用于在一定壓力下計量的工商業用戶，他們是燃氣銷售公司的重點客戶群，對于燃氣銷售公司的供銷差有直接的影響。

2 氣體渦輪流量計在高壓下的計量誤差變化

對于氣體渦輪流量計，工商業用戶中使用的是最普遍的一種流量計。舉例分析幾臺氣體渦輪流量計，在德國物理技術研究院（PTB）以及荷蘭國家計量院（NMI）高壓天然氣檢定中心的數據，與流量計工廠低壓空氣標定的數據對比。

1）圖1是一臺某品牌氣體渦輪流量計DN300 G4000 ANSI150在荷蘭NMI高壓天然氣檢定，檢定壓力為 2.0 MPa。

圖1 誤差曲線

2）圖2是一臺某品牌的氣體渦輪流量計DN100 G250 SN143706 ANSI150 在德國 PTB 高壓天然氣檢定，檢定壓力為2.1 MPa。

圖2 誤差曲線

3）圖3是一臺某品牌的氣體渦輪流量計DN150 G1000 SN097571 ANSI300 在德國 PTB 高壓天然氣檢定，檢定壓力為2.1 MPa。

圖3 誤差曲線

4）圖4是一臺某品牌的氣體渦輪流量計DN250 G1600 SN100405 ANSI600 在德國 PTB 高壓天然氣檢定，檢定壓力為5.06 MPa。

圖4 誤差曲線

5）對于氣體渦輪流量計，在高壓下的計量準確度影響，總的來說有以下幾個特點：

（1）根據氣體渦輪流量計不同尺寸及G值（流量范圍），有些高壓檢定誤差曲線高于低壓標定誤差曲線，而有些卻低于低壓標定誤差曲線。

（2）總體上，隨著檢定壓力的升高，檢定誤差的曲線變化趨大，而相應的，如果檢定壓力減小，檢定出來的誤差曲線越接近負壓檢定誤差曲線。

（3）檢定壓力對于誤差的變化，源于單個流量計隨機性較大。主要原因是在高壓下，對于單個流量計機械加工的差異性，會放大流體狀態對于準確度的影響。

3 中低壓的氣體超聲流量計在中壓下的計量誤差變化

國內天然氣實流檢定站有很多個，但大部分是高壓天然氣檢定，最低運行壓力在1.0 MPa甚至4.0 MPa以上，并不適合檢定中低壓的氣體超聲流量計，而在中石油實流檢定重慶站，檢定壓力為0.3～0.7 MPa，可檢定中低壓的氣體超聲流量計。

1）圖5是一臺某品牌的氣體超聲流量計RS DN50 SN18520014 PN16在重慶天然氣計量站高壓實流檢定，檢定壓力為0.4 MPa。

圖5 誤差曲線

2）圖6是一臺某品牌的氣體超聲流量計TS DN50 SN18500013 PN16在重慶天然氣計量站高壓實流檢定，檢定壓力為0.5～0.7 MPa。

圖6 誤差曲線

總的來說，中低壓的氣體超聲流量計，在中壓天然氣實流檢定時，流量計的誤差曲線較低壓空氣標定的誤差曲線，略有變化。但變化的范圍還在1級流量計的準確度范圍之內。對于燃氣銷售公司來說，現場使用的計量結果完全可以被接受。

4 國外和國內的權威技術機構和標準對于流量計高壓檢定的要求

1）國外機構與標準規定

2004年歐洲發布法律，于2016年10月29日廢除舊法規，執行新MID 標準[3]。其中新規規定，如果氣體渦輪流量計現場工作壓力在0.4 MPa以上，需要強制出廠高壓檢定。

歐洲標準EN12261[4]，附錄E2.1中寫明，如果流量計現場工作壓力在0～0.4 MPa，可以使用大氣壓（低壓）進行檢定。如果流量計現場工作壓力在0.4 MPa或以上，需要高壓檢定，檢定的壓力ptest，實際現場的工作壓力范圍在 0.5ptest～ 2ptest。

2）國內機構與標準規定

目前，中國的《計量法》[5]要求，用于貿易結算的流量計，必須通過第三方機構檢定合格，才能安裝到現場使用，但未對流量計第三方檢定規定是低壓檢定還是高壓檢定。由于第三方高壓實流檢定費用昂貴，國內普遍的做法只對高壓氣體超聲流量計，在現場安裝前，送第三方實流高壓檢定。

在JJG 1030-2007《超聲流量計》檢定規程[6]中，第7章描述，針對檢定用氣體，對工作壓力在0.4 MPa及以上的流量計,管道內氣體的壓力不低于0.1 MPa并盡量使其與實際使用條件相一致。對工作壓力在0.4 MPa以下的流量計,管道內氣體的壓力不得高于0.4 MPa,可在常壓下進行檢定。

5 結語

不同種類的天然氣計量流量計的技術性能及高、低壓第三方檢定建議：

對于長輸管線的計量，使用高壓氣體超聲流量計，很好利用了此類流量計適合大流量、高壓力、準確度高等特點，雖然設備較為昂貴，但對于長輸管線建設的成本，還是可以承擔的。對于第三方檢定，需送第三方實流高壓檢定，實流檢定壓力盡量接近現場使用壓力，修正流量計的誤差曲線，以保證計量的準確度。

對于城市燃氣的貿易交接門站或比對計量門站，如用氣量特別大，也可使用高壓氣體超聲流量計。如果門站氣量屬于中等，可使用高壓力等級的氣體渦輪流量計，建設成本會有一定的節省。進口的氣體渦輪流量計，也可保證高準確度穩定計量。同樣，建議使用前送第三方高壓實流檢定。

城市燃氣的工商業用戶，可選用氣體渦輪流量計和中低壓氣體超聲流量計。氣體渦輪流量計是一種歷史悠久，且適合天然氣計量的流量計，量程比較適中，價格合適，穩定可靠。對于流量偏小且用氣量波動較大、壓力很小的商業用戶，可考慮選擇氣體腰輪流量計。而中低壓氣體超聲流量計，在集合了氣體渦輪流量計和氣體腰輪流量計的良好性能基礎上，增加了如不卡表、無需定期加油潤滑、遠程診斷準確度高等諸多優點，是未來城市燃氣計量使用流量計的方向。在工作壓力小于0.4 MPa,計量性能與空氣低壓檢定的結果變化很小；而工作壓力大于0.4 MPa的現場，條件允許，可考慮將流量計送第三方高壓實流檢定，修正流量計在高壓下的誤差曲線，以保證更高的計量準確度。