天然气流量计的介质压力对准确度的影响

/德闻计量设备（上海）有限公司

0 引言

天然气是一种洁净的能源和化工原料，在世界能源结构中所占比例不断上升。世界各国使用天然气的数量也在不断增加，以中国为例，2018年天然气表观消费量2803亿立方米[1]。如若天然气计量的误差为1%，则每年由计量误差造成的损失28.03亿立方米，可见经济损失巨大。

1 高压对天然气计量用流量计准确度的影响

在天然气计量行业中，由于需要长距离的传输，天然气的压力需要增加到很高的压力值（例如10 MPa），从气井输出到终端燃气用户点（2 kPa），进行逐级降压。不同流量计，由于不同的结构设计，流体雷诺数的差异，在不同压力及不同介质下，同一台流量计会有不同的准确度曲线。对于国内的流量计生产厂家，在出厂标定时，都使用低压空气标定，来确定流量计的计量准确度。而在国外，虽然大部分流量计生产厂家（例如气体涡轮流量计）有高压空气环道检定装置，但运行费用高昂，只在特殊要求下，才进行高压空气出厂标定。

在国内，高压气体超声流量计在使用前，需送国家第三方实流检定站（如中石油的四川华阳检定站、中石油大庆检定站、中石油南京高压检定站等）进行高压天然气检定，再安装到现场使用。

而对于其他种类的流量计，特别是城市燃气公司使用的流量计，都只是依据厂家的低压空气出厂标定，以及送第三方低压空气检定后（国内第三方低压空气检定，普遍使用音速喷嘴负压法），安装到现场使用。但实际使用的天然气计量站，天然气的压力都会不同，实际计量的结果与流量计低压空气标定的数据是否有差异，这是本文探讨的主题。

由于燃气皮膜表使用于极低的压力，气体腰轮流量计一般也都在较低的压力下工作，而高压气体超声流量计在使用前送第三方实流检定站检定时，会根据实流数据调整高压气体超声流量计的内部误差曲线，所以本文主要探讨气体涡轮流量计和中低压的气体超声流量计，在不同压力下的计量误差的变化。这两类产品，更多地用于在一定压力下计量的工商业用户，他们是燃气销售公司的重点客户群，对于燃气销售公司的供销差有直接的影响。

2 气体涡轮流量计在高压下的计量误差变化

对于气体涡轮流量计，工商业用户中使用的是最普遍的一种流量计。举例分析几台气体涡轮流量计，在德国物理技术研究院（PTB）以及荷兰国家计量院（NMI）高压天然气检定中心的数据，与流量计工厂低压空气标定的数据对比。

1）图1是一台某品牌气体涡轮流量计DN300 G4000 ANSI150在荷兰NMI高压天然气检定，检定压力为 2.0 MPa。

图1 误差曲线

2）图2是一台某品牌的气体涡轮流量计DN100 G250 SN143706 ANSI150 在德国 PTB 高压天然气检定，检定压力为2.1 MPa。

图2 误差曲线

3）图3是一台某品牌的气体涡轮流量计DN150 G1000 SN097571 ANSI300 在德国 PTB 高压天然气检定，检定压力为2.1 MPa。

图3 误差曲线

4）图4是一台某品牌的气体涡轮流量计DN250 G1600 SN100405 ANSI600 在德国 PTB 高压天然气检定，检定压力为5.06 MPa。

图4 误差曲线

5）对于气体涡轮流量计，在高压下的计量准确度影响，总的来说有以下几个特点：

（1）根据气体涡轮流量计不同尺寸及G值（流量范围），有些高压检定误差曲线高于低压标定误差曲线，而有些却低于低压标定误差曲线。

（2）总体上，随着检定压力的升高，检定误差的曲线变化趋大，而相应的，如果检定压力减小，检定出来的误差曲线越接近负压检定误差曲线。

（3）检定压力对于误差的变化，源于单个流量计随机性较大。主要原因是在高压下，对于单个流量计机械加工的差异性，会放大流体状态对于准确度的影响。

3 中低压的气体超声流量计在中压下的计量误差变化

国内天然气实流检定站有很多个，但大部分是高压天然气检定，最低运行压力在1.0 MPa甚至4.0 MPa以上，并不适合检定中低压的气体超声流量计，而在中石油实流检定重庆站，检定压力为0.3～0.7 MPa，可检定中低压的气体超声流量计。

1）图5是一台某品牌的气体超声流量计RS DN50 SN18520014 PN16在重庆天然气计量站高压实流检定，检定压力为0.4 MPa。

图5 误差曲线

2）图6是一台某品牌的气体超声流量计TS DN50 SN18500013 PN16在重庆天然气计量站高压实流检定，检定压力为0.5～0.7 MPa。

图6 误差曲线

总的来说，中低压的气体超声流量计，在中压天然气实流检定时，流量计的误差曲线较低压空气标定的误差曲线，略有变化。但变化的范围还在1级流量计的准确度范围之内。对于燃气销售公司来说，现场使用的计量结果完全可以被接受。

4 国外和国内的权威技术机构和标准对于流量计高压检定的要求

1）国外机构与标准规定

2004年欧洲发布法律，于2016年10月29日废除旧法规，执行新MID 标准[3]。其中新规规定，如果气体涡轮流量计现场工作压力在0.4 MPa以上，需要强制出厂高压检定。

欧洲标准EN12261[4]，附录E2.1中写明，如果流量计现场工作压力在0～0.4 MPa，可以使用大气压（低压）进行检定。如果流量计现场工作压力在0.4 MPa或以上，需要高压检定，检定的压力ptest，实际现场的工作压力范围在 0.5ptest～ 2ptest。

2）国内机构与标准规定

目前，中国的《计量法》[5]要求，用于贸易结算的流量计，必须通过第三方机构检定合格，才能安装到现场使用，但未对流量计第三方检定规定是低压检定还是高压检定。由于第三方高压实流检定费用昂贵，国内普遍的做法只对高压气体超声流量计，在现场安装前，送第三方实流高压检定。

在JJG 1030-2007《超声流量计》检定规程[6]中，第7章描述，针对检定用气体，对工作压力在0.4 MPa及以上的流量计,管道内气体的压力不低于0.1 MPa并尽量使其与实际使用条件相一致。对工作压力在0.4 MPa以下的流量计,管道内气体的压力不得高于0.4 MPa,可在常压下进行检定。

5 结语

不同种类的天然气计量流量计的技术性能及高、低压第三方检定建议：

对于长输管线的计量，使用高压气体超声流量计，很好利用了此类流量计适合大流量、高压力、准确度高等特点，虽然设备较为昂贵，但对于长输管线建设的成本，还是可以承担的。对于第三方检定，需送第三方实流高压检定，实流检定压力尽量接近现场使用压力，修正流量计的误差曲线，以保证计量的准确度。

对于城市燃气的贸易交接门站或比对计量门站，如用气量特别大，也可使用高压气体超声流量计。如果门站气量属于中等，可使用高压力等级的气体涡轮流量计，建设成本会有一定的节省。进口的气体涡轮流量计，也可保证高准确度稳定计量。同样，建议使用前送第三方高压实流检定。

城市燃气的工商业用户，可选用气体涡轮流量计和中低压气体超声流量计。气体涡轮流量计是一种历史悠久，且适合天然气计量的流量计，量程比较适中，价格合适，稳定可靠。对于流量偏小且用气量波动较大、压力很小的商业用户，可考虑选择气体腰轮流量计。而中低压气体超声流量计，在集合了气体涡轮流量计和气体腰轮流量计的良好性能基础上，增加了如不卡表、无需定期加油润滑、远程诊断准确度高等诸多优点，是未来城市燃气计量使用流量计的方向。在工作压力小于0.4 MPa,计量性能与空气低压检定的结果变化很小；而工作压力大于0.4 MPa的现场，条件允许，可考虑将流量计送第三方高压实流检定，修正流量计在高压下的误差曲线，以保证更高的计量准确度。