浅谈天然气计量技术

摘 要：天然气是21世纪的清洁能源，是促进未来生态平衡发展的催化剂。特别是为了提高环境质量，控制PM2.5的下降，天然气发展将更为迅速。为适应发展前景的需要，天然气的计量成为其经济参考的重要依据。天然气计量的相关标准己制定了许多相关的国家标准、行业标准和计量检定规程等，但尚未形成完整体系，与国外相比尚有较大差距。因此本文对天然气计量技术进行初步分析与探究。

关键词：天然气；清洁能源；计量技术

天然气是清洁优质的新型能源，已广泛地用于国民生产和生活的各个领域。目前，在世界能源消费结构中，天然气消费占能源消耗总量的比例逐渐提高。在天然气产业的飞速发展过程中，天然气能源的准确有效计量，是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。因此天然气的计量越来越被人们重视。欧美等工业化水平较高的发达国家，对天然气计量技术的研究起步较早，投入的资金及科技力量较大，尤其是对贸易天然气的计量特别重视。因为天然气经过计量仪表以后，就转化为量，就是钱，经流量仪表流转财富为数甚巨，就以胜利油田生产两亿立方米天然气的交接计量，流转的财富能到3-4亿元，1%～2%计量损失就高达几百万元。天然气流量计量已经成为天然气工业发展的重要制约因素，是天然气使用中必须解决的一个重要问题。由此可见，计量工作是多么的重要.现在流量仪表精度虽已提高到0.1～0.2级，似乎还不能满足要求，还要精益求精，仪表价格再高还是愿意购置。

怎样将天然气测量仪表与国家计量基标准建立起有效的溯源链，确保其量值准确、可靠和统一也是必须加以重视的命题。经过多年的探索和发展，目前国内外专家已在天然气生产、贸易和使用中研究出了大量天然气计量方法，这些方法主要可归结为流量计量和能量计量两大类。本文简要梳理了现有的各类天然气计量方法及各自特点，并就目前国内天然气计量存在的问题进行了探讨。

首先了解一下天然气，天然气资源主要有三种：气层气、伴生气和凝析气藏气。气层气是从储气层开采出来的天然气；伴生气是从储油层开采原油时伴随原油采出的天然气；凝析气藏气是指在地层原始条件下储层储存的是气。天然气开采出来并不能直接输送使用，必须先经过处理。

天然气处理的工艺流程可以有许多变化，但基本流程不变，即天然气净化、压缩、冷却、分馏。冷却又分膨胀致冷或冷剂致冷，目前，国内天然气处理装置大多为浅冷装置。通常天然气进入集中处理厂后先经分离器粗分出携带的凝液、水和固体杂质，经压缩机压缩到所需压力，冷却分离后进脱硫塔、脱水塔，使脱水后的气体露点满足低温处理的要求。然后，依次经过贫富气体换热器、丙烷制冷器、板翅式换热器，使原料气温度达到要求温度，最后经分馏塔分馏出合格的天然气，同时产出液化气、轻质油等副产品。

在保证气源的稳定和正常条件下，我们进行流量计的选型，常用的气体流量计按照测量原理的分类：容积式流量计、腰轮流量计、膜式流量计、速度式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、旋进漩涡流量计、超声波流量计、差压式流量计、孔板流量计、质量式流量计、科氏质量流量计、旋进漩涡流量计等。

各种流量计的特点：

1、容积式流量计：包括腰轮流量计、膜式流量计（家用煤气表）等。膜式煤气表大量用于居民用气，腰轮流量计常用于中压用户。它是使用历史悠久，用量巨大的天然气流量计，有完备的标准规范。精度适中，范围度特宽（150：1）适于中小流量范围，直读式，无需外能源及无需直管段等等。

缺点：仪表传动机复杂，制造要求高，关键件易磨损。腰轮流量计需定期清洗和添加、更换润滑油。

2、气体涡轮流量计：特点是结构紧凑、准确度高、重复性好、量程比较宽、反应迅速、压损。不足之处：对测量介质洁净度要求较高，使用期限受到限制。

3、涡街流量计：输出为脉冲频率信号、信号与流量为线性关系、便于总量计量、范围度宽、压损小、无可动部件、结构简单便于安装维护。不足之处为对流场规则性要求较高，需有较长直管段，应力式对管道机械振动敏感，不宜使用于强振动场所。

4、旋进旋涡流量计：特点漩涡流量计是仪表内部无活动机件、寿命长、准确度高、量程比宽，基本与涡街流量计相同。只是有两点区别：流量计压损大得多和较短的直管段长度。

5、差压式流量计：包括检测件为标准节流装置和均速管等。它是应用历史悠久，实践经验丰富成熟，标准规范完善（均速管除外），品种规格齐全的一类流量计。优点：应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。缺点：测量精度普遍偏低；范围度窄，一般仅3：1～4：1；现场安装条件要求高；压损大（指孔板、喷嘴等）。

6、超声流量计：精度高、范围度极宽、可适应极低流速（0.5m/s）、安装直管段短（采用多声道品种）、压损小、使用期长等，超声流量计在中、大口径的应用无疑有其先天的优点。目前不足之处：只适用于中大口径，价格贵等。

7、科氏质量流量计：特点高精度（0.1%～0.2%），应用范围广（可测量各种非牛顿流体、各种浆液、悬浮液、高粘度流体等），安装要求低等特点（对仪表的前后直管段要求不高），运行可靠、稳定，维修率低。科氏质量流量计用于测量气体的不足：一般气体的密度低，不能适应仪表性能要求。高压（压缩）天然气使气体密度大幅度提高，恰好满足了这个要求，科氏质量流量计将成为汽车加气站的主要计量仪表。

在出厂或进户的时候需要安装流量计，保障精度基本前提有：

1、全部一次仪表（涡轮、腰论、压变、温变）必须使用在保障精度的量程范围内；

2、定期保养、定期标定；

3、输入参数必须准确（标准压力、标准温度、气体物性参数等）；

实际影响精度因素温度测量不准确；

1、压力测量不准确；

2、工况体积测量不准确；

3、脉冲丢失；

4、标准温度、压力输入不准确

随着天然气工业的快速发展，特别是输气管网的大规模建设，用于天然气计量的流量仪表日益增多，其工作压力和温度范围不断扩大。然而目前对天然气流量仪表进行检定、校准还大多采用以空气为测量介质的气体流量标准装置在常温常压下进行。由于空气与天然气的物性差异，加上压力、温度等各种因素的影响，容易造成计量偏差。

采用实际天然气介质在接近实际操作条件下进行检定、校准，能够减小介质物性参数和运行参数对流量计的影响，是天然气贸易计量中更为准确有效且优先推荐的方法。目前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、校准方向发展。

参考文献

[1]黄国洪.燃气工程施工[M].中国建筑工业出版社，1994.6.

[2]袁国汀.城镇天然气管道工程手册[M].中国建筑工业出版社，2015.2.

[3]陈达彬.天燃气管道检测技术[M].中国城市燃气协会，2007.12.

[4]《城镇燃气设计规范》GB50028-2006.中国建筑工业出版社.

作者简介

杨博超（1988—），男，研究生，毕业于白俄罗斯布列斯特国立技术大学建筑环境与设备工程专业，现任职于内蒙古城市规划与市政设计研究院，从事天然气设计工作。