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天然氣流量計(jì)量現(xiàn)狀與發(fā)展
閱讀：421 發(fā)布時(shí)間：2020-6-1天然氣流量計(jì)量現(xiàn)狀與發(fā)展
自上世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)的天然氣工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著油氣田改制的完成和經(jīng)營(yíng)理念的轉(zhuǎn)變．天然氣生產(chǎn)和輸送部門(mén)之間那種傳統(tǒng)的管理調(diào)度關(guān)系發(fā)生了根本變革．雙方之間逐步建立了追求各自大商業(yè)利益的供求關(guān)系。這種變革使人們對(duì)商品天然氣計(jì)量技術(shù)的研究和發(fā)展更加重視。天然氣流量計(jì)量已經(jīng)成為天然氣工業(yè)發(fā)展的重要制約因素，是企業(yè)進(jìn)行貿(mào)易交接、經(jīng)濟(jì)分析和降低運(yùn)行成本的主要因素，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和用戶利益。
因此，對(duì)天然氣進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)、經(jīng)濟(jì)地計(jì)量變得更加重要。這主要體現(xiàn)在：
（1）精確計(jì)量。能保證在輸氣監(jiān)測(cè)站上進(jìn)行公平公正的交易，有效地管理天然氣的供給和消費(fèi)，控制天然氣的庫(kù)存量。大限度地降低輸差，避免輸氣監(jiān)測(cè)的爭(zhēng)端，提高服務(wù)質(zhì)量。
（2）實(shí)時(shí)計(jì)量。有助于輸氣公司優(yōu)化管線的運(yùn)營(yíng)，大限度地提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。對(duì)市場(chǎng)變化作出快速反應(yīng)。
（3）經(jīng)濟(jì)計(jì)量。符合效益DA化的經(jīng)營(yíng)理念的要求。天然氣計(jì)量系統(tǒng)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用決定了天然氣計(jì)量的成本。采用先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)是降低天然氣計(jì)量成本的重要途徑。
我國(guó)三大石油公司都制定了面向21世紀(jì)的天然氣發(fā)展戰(zhàn)略。隨著天然氣市場(chǎng)和業(yè)務(wù)的拓展，各公司之間的競(jìng)爭(zhēng)將日益加劇，這種局面目前已經(jīng)在山東、湖北等天然氣新興市場(chǎng)出現(xiàn)。很顯然，快速、經(jīng)濟(jì)地獲取、處理和分析天然氣計(jì)量信息將有效地降低輸氣公司的成本，提高服務(wù)質(zhì)量，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得更大的*。因此，對(duì)天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)和研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
天然氣流計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀
我國(guó)天然氣計(jì)量起步較晚，氣藏主要分布在四川、長(zhǎng)慶、新疆。多年來(lái)我國(guó)天然氣流量計(jì)量一直以體積流量為結(jié)算依據(jù)，國(guó)家石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已明確規(guī)定以溫度293.15K（20℃），壓力101.325kPa時(shí)的狀態(tài)為天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)參照國(guó)外系列標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自己的實(shí)際情況。進(jìn)行了新型計(jì)量?jī)x表的研制，提高了儀表的測(cè)量精度、可靠性，并且在天然氣儀表的選型、使用、安裝、維護(hù)、管理、氣質(zhì)分析等方面作了相應(yīng)的工作。得出一些較重要的結(jié)論。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)阻力件、復(fù)雜工況的影響，摸索出了一些成熟的經(jīng)驗(yàn)。制定了SY/T 6143-2004《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》以及GB/T 11062-1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法》等一系列天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，我國(guó)天然氣計(jì)量總體水平與同際先進(jìn)水平間仍然存在顯著差距?？傮w上講，設(shè)計(jì)、安裝不符合SY/T 6143-2004標(biāo)準(zhǔn)；計(jì)量?jī)x表合格率低；儀表缺少通用性、互換性好的智能型二次儀表；計(jì)量系統(tǒng)在線檢定溯源性差。
1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)
天然氣計(jì)量實(shí)際上是天然氣流量的測(cè)量，是在天然氣流動(dòng)過(guò)程中間接測(cè)量的，測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于整套測(cè)量系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、建設(shè)、操作和維護(hù)等全過(guò)程的質(zhì)量。為了保證計(jì)量系統(tǒng)按統(tǒng)一的技術(shù)要求進(jìn)行全面質(zhì)量管理，保證天然氣汁量的準(zhǔn)確度，制定科學(xué)合理的天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。
在天然氣計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是主要的。另外它還應(yīng)包括天然氣密度、組成、發(fā)熱量、壓縮因子等相關(guān)參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，還有儀器儀表、設(shè)計(jì)及安全等標(biāo)準(zhǔn)。天然氣計(jì)量涉及到設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)、操作、維修、檢驗(yàn)、檢定以及安全環(huán)保等各個(gè)方面。因此，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是很廣泛的。
（1）北美天然氣計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況
美國(guó)石油工業(yè)發(fā)達(dá)，天然氣計(jì)量技術(shù)先進(jìn)．有嚴(yán)格完善的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的計(jì)量設(shè)備。
1978年美國(guó)通過(guò)了天然氣法，統(tǒng)一各州和聯(lián)邦政府之間的天然氣價(jià)格，規(guī)定了以每立方英尺實(shí)際的能量含量作為天然氣買(mǎi)賣(mài)的基礎(chǔ)，改變了天然氣傳統(tǒng)的計(jì)量方式。這種新的計(jì)量方式是結(jié)合天然氣的質(zhì)量測(cè)量和發(fā)熱量測(cè)量?jī)煞N獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)而產(chǎn)生一個(gè)新的天然氣能量測(cè)量系統(tǒng)。
美國(guó)和加拿大的主要輸氣公司（NOVA）所采用的容積式流量標(biāo)準(zhǔn)主要有：
——AGA NO2容積式流量計(jì)（Displacement Metering）標(biāo)準(zhǔn)為大容量氣體體積測(cè)量的模式容積式流量計(jì)的使用方法：
——AGA NO3/ANSI/API 2530天然氣孔板流量計(jì)（Orific Metering of Natural gas）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣，烴類(lèi)和其它氣體的方法：
——AGA NO5燃?xì)獾哪芰繙y(cè)量（Fuel gas Energy Metering）標(biāo)準(zhǔn)提供將氣體質(zhì)量單位換算成能量單位的方法．是AGA NO3和其它體積或質(zhì)量測(cè)量的補(bǔ)充：
——AGA NO7渦輪流量計(jì)測(cè)量燃?xì)猓∕easurement of Fuel Gas by Turbine Meters）標(biāo)準(zhǔn)提供軸向渦輪流量計(jì)測(cè)量的操作規(guī)范：
——AGA NO9（草案）用多聲道超聲波流量計(jì)測(cè)量氣體的流量（Measurment of Gas by Multipath Ultrasonic Meters）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超聲波氣體流量計(jì)的使用方法。
（2）歐共體天然氣計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況
歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CEN）于1998年發(fā)布一項(xiàng)天然氣計(jì)量站基本技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)NEN1776（Gas Supply systems-Natural Gas measuring Stations-Functional requirement）。標(biāo)準(zhǔn)反映了歐共體天然氣計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求的XIN情況．它包括的引用標(biāo)準(zhǔn)比較全面地給出歐共體天然氣計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的概況。EN1776主要包括天然氣輸氣計(jì)量站的設(shè)計(jì)、建設(shè)、投用、操作和維修方面的基本要求。計(jì)量站的容量為流量大于500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），工作壓力不小于1bar（表壓）。標(biāo)準(zhǔn)包括以能量單位結(jié)算的內(nèi)容，它提供發(fā)熱量的測(cè)量方法。由于計(jì)量站由多種設(shè)備組成，標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)每一種設(shè)備要滿足CEN或ISO標(biāo)準(zhǔn)。
另外，制定天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的化標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）技術(shù)委員會(huì)也制定了一系列有關(guān)天然氣計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)和建議。
（3）我同天然氣計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況
我國(guó)尚未形成天然氣計(jì)量的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)目前在天然氣計(jì)量中采用“天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法”（SY/T 6143-2004），“天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法”（GB/T 11062-1998）等計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。但這些標(biāo)準(zhǔn)尚沒(méi)有覆蓋天然氣計(jì)量的各個(gè)方面，特別是在天然氣貿(mào)易計(jì)量中缺乏天然氣計(jì)量系統(tǒng)統(tǒng)一的、系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)我國(guó)天然氣日益化的需要，必須加快我同天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的接軌。
2 計(jì)量?jī)x表
（1）孔板流量計(jì)
——原理。是以流量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)．當(dāng)氣體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)。流束在孔板處形成局部收縮。從而使流速增加，靜壓力降低，在孔板前后產(chǎn)生靜壓力差（差壓），氣流的流速越大，孔板前后產(chǎn)生的差壓也越大。從而可通過(guò)測(cè)量孔板前后差壓來(lái)計(jì)量天然氣流量。
——優(yōu)點(diǎn)。適用于較大口徑管道的計(jì)量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。安裝容易：無(wú)可動(dòng)部件，性能可靠，耐用；應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定QUAN；按標(biāo)準(zhǔn)制造的孔板不需要標(biāo)定；價(jià)格便宜。
——缺點(diǎn)。壓損大時(shí)不適宜長(zhǎng)輸管線計(jì)量；量程比小；前后直管段要求長(zhǎng)，占地面積大；輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，重復(fù)性不高；對(duì)整套流量計(jì)的精度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜，很難提高測(cè)量精度。
據(jù)調(diào)查，石油天然氣行業(yè)采用孔板流量計(jì)作貿(mào)易計(jì)量的約占95%以上。盡管孔板流量計(jì)計(jì)量已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，但對(duì)于如何確定和減少天然氣計(jì)量誤差仍然需要進(jìn)行革新和改進(jìn)。在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用流量調(diào)節(jié)器來(lái)減少孔板上游管線安裝質(zhì)量對(duì)計(jì)量精度的影響。XIN研究結(jié)果表明，不同類(lèi)型的流量調(diào)節(jié)器對(duì)計(jì)量精度的影響也不同。目前，已經(jīng)開(kāi)始將數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和監(jiān)控系統(tǒng)引入孔板流量計(jì)計(jì)量中。該系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)壓力、溫度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量進(jìn)行時(shí)時(shí)修正，從而大大提高了孔板的計(jì)量精度。
（2）渦輪流量計(jì)
——原理。利用氣體推動(dòng)流量計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)來(lái)計(jì)量氣體流量。
——優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量精度高，一般渦輪不確定度為0.5%~1.0%。精選渦輪可達(dá)到0.25%；測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：30；輸出為脈沖頻率信號(hào)，便于和計(jì)算機(jī)配套：結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、安裝維護(hù)方便。
——缺點(diǎn)。有可動(dòng)部件，易于損壞：抗臟污能力差．對(duì)介質(zhì)的干凈程度要求高。
與孔板流量計(jì)一樣，渦輪流量計(jì)也是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。其技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通過(guò)改變轉(zhuǎn)子的幾何形狀擴(kuò)大流量計(jì)的使用流量范圍：改善旋轉(zhuǎn)部件的耐磨性。以增加其使用壽命；通過(guò)機(jī)載微處理器等電子元件隨時(shí)監(jiān)測(cè)流量計(jì)的使用情況。
（3）超聲波流量計(jì)
——原理。超聲波流量計(jì)由超聲波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，以一定的方式發(fā)射并穿過(guò)被測(cè)流體，接收器接收到超聲波信號(hào)，供顯示積算儀顯示和積算，實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)顯示。
——優(yōu)點(diǎn)。工作原理簡(jiǎn)單，有望成為基準(zhǔn)流量計(jì)；測(cè)量精度高，可達(dá)0.5% ：量程比大，一般為1：20，甚至可達(dá)1：100；能實(shí)現(xiàn)雙向流量計(jì)量；可精確測(cè)量脈動(dòng)流；適應(yīng)性強(qiáng)，占地少；無(wú)可動(dòng)部件，堅(jiān)固耐用?？芍苯舆M(jìn)行清管作業(yè)；不受壓力、溫度、相對(duì)分子質(zhì)量、氣體組分變化的影響。
——缺點(diǎn)。價(jià)格昂貴，只適合于大、中口徑：對(duì)上下游直管段長(zhǎng)度等有要求。
超聲波流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)。渦輪流量計(jì)之后第三類(lèi)適用于高壓、大口徑、高精度的天然氣流量計(jì)。在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)*在大口徑輸氣管道使用超聲波流量計(jì)是在西氣東輸管道的天然氣貿(mào)易交接中。標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布ISO/TR 12 765《用時(shí)間傳播法超聲流量計(jì)測(cè)量封閉管道內(nèi)的流體流量》以及美國(guó)1998年頒布的AGA NO9《用多聲道超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》是上用于超聲波氣體流量計(jì)的主要參考性標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)。目前，我國(guó)計(jì)量部門(mén)批準(zhǔn)了超聲流量計(jì)作為流量計(jì)量器具，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》已審查通過(guò)，為使用氣體超聲流量計(jì)提供了依據(jù)。隨著天然氣在我國(guó)能源體系中地位的日趨重要和以西氣東輸為代表的輸氣管道的增加，超聲波流量計(jì)以其非接觸式測(cè)量的*優(yōu)點(diǎn)必將獲得更廣泛的應(yīng)用。
（4）其它新型流量計(jì)量技術(shù)
互補(bǔ)式氣體流量計(jì)作為一種可替換的計(jì)量技術(shù)已逐步引起了人們的注意。這種流量計(jì)在液體流量測(cè)定方面已經(jīng)用了很長(zhǎng)時(shí)間，而且用得十分成功，但在輸氣管線的流量測(cè)定方面的使用經(jīng)驗(yàn)還甚少。這種流量計(jì)的基本構(gòu)型有兩種，即直管式和曲管式，主要適用于高壓、低容量的輸氣管場(chǎng)合，目前尚處于實(shí)驗(yàn)階段。在輸氣管線中的實(shí)際應(yīng)用并不多。1999年5月AGA輸氣計(jì)量委員會(huì)已決定開(kāi)始制定一個(gè)互補(bǔ)式氣體流量計(jì)計(jì)量工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
還有幾項(xiàng)可供選擇的氣體流量測(cè)定技術(shù)也正處在不同的開(kāi)發(fā)階段如使用激光技術(shù)的光測(cè)法等，在這里不再詳細(xì)論述。
天然氣流量計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
隨著中國(guó)加入WTO，外資企業(yè)不斷進(jìn)人我國(guó)天然氣市場(chǎng)以及引進(jìn)國(guó)外天然氣的可能性，天然氣計(jì)量與接軌已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。
綜合分析表明，天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）計(jì)量方式由體積計(jì)量向能量方式轉(zhuǎn)變
天然氣的能量計(jì)量是在體積測(cè)量的基礎(chǔ)上，再配備天然氣發(fā)熱量的測(cè)量裝置。在天然氣貿(mào)易計(jì)量中，以能量的方式進(jìn)行結(jié)算是公平的方法。隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善和我國(guó)加人WTO，在我國(guó)天然氣貿(mào)易計(jì)量中實(shí)行能量計(jì)量勢(shì)在必行。
我國(guó)已有一些天然氣計(jì)量站配備天然氣在線分析系統(tǒng)，它可提供天然氣組成和發(fā)熱量的數(shù)據(jù)，如中國(guó)海洋石油總公司于1996年投產(chǎn)了南海涯13-1氣田，該氣田90%的商品天然氣經(jīng)跨底管道輸送香港，用作中華電力公司的燃料，此天然氣按IS05 167和AGA NO8報(bào)告進(jìn)行流量計(jì)算，采用自動(dòng)取樣器定時(shí)定量取得天然氣氣樣，南化驗(yàn)室的氣相色譜儀分析天然氣組成，氣相色譜儀每次使用前用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行校準(zhǔn)，后以能量計(jì)量方式進(jìn)行天然氣的計(jì)量交接。
（2）計(jì)量技術(shù)的自動(dòng)化、智能化和遠(yuǎn)程化
對(duì)于整個(gè)天然氣計(jì)量系統(tǒng)。流量計(jì)只是提供氣體測(cè)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一部分，除此之外，還有能提供補(bǔ)充測(cè)量數(shù)據(jù)的輔助儀表系統(tǒng)（如壓力傳感器、溫度傳感器、氣體密度計(jì)、氣相色譜儀等），以及能按標(biāo)準(zhǔn)程序記錄、儲(chǔ)存和傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算數(shù)據(jù)收集和傳輸系統(tǒng)，甚至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，天然氣計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能、實(shí)流檢定發(fā)展，同時(shí)依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理，如SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用和智能渦輪流量計(jì)系統(tǒng)。為了提高測(cè)量精度，加快測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞發(fā)送，擴(kuò)大測(cè)量設(shè)備的自我診斷的能力，預(yù)計(jì)在測(cè)量系統(tǒng)巾會(huì)更多地采用內(nèi)置式微處理機(jī)。
（3）檢定方式、量值溯源從靜態(tài)單參數(shù)向動(dòng)態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展
過(guò)去流量計(jì)檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法， 由于流量參數(shù)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。儀表準(zhǔn)確度存在較大問(wèn)題之一是計(jì)量溯源性。至今上還沒(méi)有*的流量量值的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，流量量值的統(tǒng)一采用裝置比對(duì)實(shí)。其原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一座流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，在裝置上把各基本量（長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間及溫度）綜合為導(dǎo)出量—流量。然后把流量量值傳遞給一臺(tái)或一組流量計(jì)，稱為傳遞標(biāo)準(zhǔn)（流量量值的載體）。借助傳遞標(biāo)準(zhǔn)把量值傳遞到工作儀表。由此可見(jiàn)，原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一種同定裝置，其特點(diǎn)與流量計(jì)有較大差別，無(wú)法實(shí)際反映流量參數(shù)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。隨著國(guó)內(nèi)外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟．天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展，即以實(shí)際天然氣介質(zhì)、在接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況等條件下對(duì)流的分參數(shù)如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源。