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天然氣的計量方式

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天然氣計量包括體積計量、質(zhì)量計量和能量計量三種形式。國際天然氣貿(mào)易或歐美日韓等工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用能量計量，而我國及周邊俄羅斯、中亞地區(qū)天然氣資源國家仍以體積計量為主。本文簡要介紹常見天然氣計量方式的工作原理、優(yōu)缺點及適用范圍，供讀者參考。

體積計量

常見天然氣體積計量儀表包括孔板流量計、渦輪流量計、超聲波流量計、腰輪流量計、渦街流量計、旋進式旋渦流量計等。

孔板流量計

孔板流量計為壓差式流量計。工作原理：在管道內(nèi)部安裝孔板等節(jié)流裝置，天然氣通過時，流體截面積減小，流速加快，孔板后端壓力降低，通過測量孔板前后壓力變化，實現(xiàn)對天然氣流量的測量。

優(yōu)點：價格較低；結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝；性能穩(wěn)定；投用前無需實流校核。

缺點：測量精度一般，且精度難以提高；測量范圍較窄，滿足計量精度的前提下一般為3：1～5：1，采用雙量程壓差計可達10：1；對上下游直管段長度要求較高，一般要求上游30D（D為流量計內(nèi)徑），下游7D；通過節(jié)流裝置，壓力損失較大；由于孔板流量計由法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，維護工作量較大。

目前，孔板流量計主要用于較早投產(chǎn)的天然氣管道，在川渝地區(qū)天然氣管網(wǎng)占比高達85%，在西部管道所屬管道占比約32.2%，在北京天然氣管道公司所屬管道占比約7.2%，而在西氣東輸所屬管道占比不足1%。早起投用的孔板流量計近幾年正

陸續(xù)升級改造為渦輪流量計或超聲波流量計。

渦輪流量計

渦輪流量計屬于速度式儀表。工作原理：由管道內(nèi)部渦輪和外部檢脈沖器組成，天然氣進入渦輪后引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，形成相應(yīng)脈沖信號傳至檢脈沖器，從而實現(xiàn)天然氣流量計量。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單而牢固，可靠性高；安裝方便，便于維修；精確度高，重復(fù)性好；測量范圍較可達25：1，在高壓輸氣情況下，還可進一步增大。

缺點：由于渦輪高速轉(zhuǎn)動引起的機械摩擦，需注意潤滑；需在流量計上游配套過濾器，避免較大固體顆粒損壞渦輪葉片；對上下游直管段長度有一定要求，一般要求上游10D，下游5D；上限流速受“氣蝕”現(xiàn)象限制，一般為10米/秒。

目前，渦輪流量計在長輸天然氣管道分輸站場較為常見，在西氣東輸所屬管道中占比約28%，在西部管道所屬管道占比約15%，在北京天然氣管道公司所屬管道占比不足6%。

超聲波流量計

超聲波流量計屬于速差式流量計。工作原理：利用兩個具備發(fā)射和接收功能的傳感器相向收發(fā)超聲波，聲脈沖能量通過管壁和流體以一定角度在兩個傳感器之間傳播，受流體速度的影響，從上游傳向下游的聲速由于疊加流體速度而增大，從下游傳向上游的聲速由于逆向流體流動方向而減慢，再通過測量兩個方向聲速之差可計算天然氣流速。

優(yōu)點：測量精度高；測量范圍大，可達100：1；能實現(xiàn)雙向流量計量；無可動部件；無壓損；不受氣體壓力、溫度、組分變化的影響；有強大的自檢測與自診斷功能；全數(shù)字式計量系統(tǒng)，易于實現(xiàn)數(shù)字化通信；維護簡單，可帶壓更換超聲換能器。

缺點：目前多為進口設(shè)備，價格昂貴，只適用于大、中口徑；對上下游直管段長度有一定要求，一般要求上游10D，下游5D；不適用于較小口徑（小于DN100）天然氣計量。

目前，超聲波流量計是繼孔板流量計、渦輪流量計之后的第三類適用于高壓力、大口徑、高精度的天然氣流量計。在長輸天然氣管道分輸站場中占比最高，其中在北京天然氣管道公司所屬管道中占比達87%，在西氣東輸所屬天然氣管道占比約71%，在西部管道所屬天然氣管道占比約53%。部分早起投用的孔板流量計也陸續(xù)升級改造為超聲波流量計。

腰輪流量計

腰輪流量計又稱羅茨流量計，屬于旋轉(zhuǎn)式容積式流量計。工作原理：在流量計殼體封閉計量室內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)腰輪，流量計前后壓差驅(qū)動腰輪轉(zhuǎn)動，通過測量計量室空間的容積和腰輪轉(zhuǎn)動次數(shù)可計算天然氣體積流量。

優(yōu)點：流量計前后不需設(shè)直管段，占地面積??；安裝條件要求低；適應(yīng)介質(zhì)粘度范圍廣，不僅可用來計量干氣，也可測量含有液滴的伴生氣；準(zhǔn)確度高，可靠性強；起步流量小，量程比大，可達400：1；對流體脈動不敏感。

缺點：體積較大、笨重；安裝時殼體不能承受管線的各種應(yīng)力；對介質(zhì)清潔程度要求高，需在流量計上游配套安裝過濾器，并定期檢查和清洗過濾網(wǎng)；腰輪高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的噪音較大。

目前，腰輪流量計廣泛用于石化行業(yè)汽柴油等油品計量，但僅適用于小口徑、小流量天然氣計量，在長輸天然氣管道中使用較少。

渦街流量計

渦街流量計是一種流體振蕩型流量計。工作原理：在管道中插入非流線型旋渦發(fā)生體，流體流動時在旋渦發(fā)生體兩側(cè)分離釋放出規(guī)則的交替排列的旋渦列（即為“渦街”），在一定流量范圍內(nèi)，通過某點的渦街?jǐn)?shù)量與流體的流速成正比，通過測量渦街?jǐn)?shù)量來實現(xiàn)流體流量的計量。

優(yōu)點：測量范圍寬，可達30：1，密度越大流量比越高；壓力損失較小，約為孔板的1/2～1/4；儀表主體可采用不銹鋼材料制造，抗腐蝕性較強；儀表無可動部件，安裝維護簡單；現(xiàn)場液晶顯示，可與工業(yè)自動化系統(tǒng)相連接。

缺點：對管道震動和電磁干擾較為敏感，不適合在有震動干擾的管網(wǎng)中使用；對測量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差，極易被截止贓物纏繞；在低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制；對上下游直管段長度有較高要求，一般要求上游40D，下游20D。

目前，渦街流量計一般用于玻璃廠、建材廠等企業(yè)內(nèi)部流量監(jiān)視、考核和能耗計量，在長輸天然氣管道基本沒有使用。

旋進旋渦流量計

旋進旋渦流量計屬于新型氣體流量儀表。工作原理：旋進旋渦流量計由起旋器和傳感器兩部分組成，當(dāng)流體通過螺旋形導(dǎo)流葉片組成的起旋器時，將圍繞中心線強烈地旋轉(zhuǎn)形成旋渦流，單位時間內(nèi)旋渦流的進動頻率與流經(jīng)傳感器的流體體積流量成正比，通過測量旋渦流頻率計算流體流量。

優(yōu)點：測量范圍大，可達20：1；一般不受氣體溫度、壓力和黏度影響，適用性強；體積小、重量輕，離線標(biāo)定較為方便；除含有較大顆粒或較長纖維雜質(zhì)外，一般不需安裝過濾器；對上下游直管段要求較低，一般上游4D、下游2D。

缺點：壓損較大，一般為渦街流量計的3倍～4倍；對管道震動和電磁干擾較為敏感。

目前，旋進旋渦流量計主要用于油田內(nèi)部和城市燃氣小型配氣站，在長輸天然氣管道中使用較少。

質(zhì)量計量

天然氣質(zhì)量計量儀表一般指科氏質(zhì)量流量計，是一種直接式質(zhì)量流量儀表。工作原理：流體在振動管中流動時，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的“科里奧利力”，是科里奧利于1832年研究輪機時發(fā)現(xiàn)的，所以叫“科里奧利力”?？剖腺|(zhì)量流量計是根據(jù)該原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。

優(yōu)點：測量范圍廣，可達50:1；上下游不要求直管段；可直接測量流體質(zhì)量；測量精度較高，穩(wěn)定性好；對介質(zhì)的適應(yīng)性較廣，可適用于濕氣或臟氣的計量，也能適用于氣體組分和密度變化較大的氣體。

缺點：價格昂貴；不能測量低壓氣體；壓力損失較大；對安裝固定要求較高；不能用于較大口徑（DN200以上）管道天然氣。

目前，科氏質(zhì)量流量計在小口徑計量、臟污天然氣計量、燃驅(qū)壓氣站自耗氣計量、天然氣生產(chǎn)井以及城市車用CNG加氣機計量等相關(guān)領(lǐng)域有所應(yīng)用。

能量計量

天然氣能量計量是體積計量或質(zhì)量計量的延伸，可通過體積計量、質(zhì)量計量與單位流量天然氣的發(fā)熱值乘積計算獲得。與體積計量、質(zhì)量計量方式相比，能量計量更能科學(xué)體現(xiàn)天然氣作為燃料的商品價值。天然氣的發(fā)熱值可通過直接燃燒法測量，也可通過分析氣體組分計算而得。

對于規(guī)模較大的計量站，需配套安裝在線氣相色譜儀實時測量天然氣發(fā)熱值；對于規(guī)模較小的計量站，可采用離線氣相色譜分析方法計算熱值，再根據(jù)對應(yīng)氣源的種類以及氣源熱值的穩(wěn)定性，選擇固定賦值或可變賦值的方法確定對應(yīng)計量站天然氣的發(fā)熱值。

天然氣能量計量在國際天然氣貿(mào)易或歐美日韓等工業(yè)發(fā)達國家已廣泛應(yīng)用，而在我國及周邊俄羅斯、中亞地區(qū)等天然氣資源國家應(yīng)用較少。目前，我國主要天然氣管道站場已基本具備能量計量技術(shù)條件，并已制訂天然氣能量計量相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著國內(nèi)天然氣市場化改革步伐的加快，以及對天然氣資源精細化管理要求的提高，我國也需適時出臺鼓勵政策、制定法律法規(guī)、完善價格體系，著力推進天然氣能量計量工作的開展。