張明 程剛 方勇 馬帥帥

摘? 要：天然氣作為高熱值、環(huán)境友好的化石燃料，目前全國的主要城市都在推行天然氣工程。尤其是隨著我國大氣污染情況的加劇，各大城市對天然氣的需求量大大增加，對天然氣計量準確性的要求也隨之提高。文章綜述了目前常見天然氣計量儀發(fā)展的基本情況，簡述了天然氣的常見物理性質(zhì)和特點，分析了天然氣計量方式及優(yōu)缺點，探討了常見天然氣計量儀表選擇考慮因素和環(huán)境影響。

關鍵詞：天然氣;計量方式;計量特點

中圖分類號：TH814? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0082-02

Abstract： Natural gas is a high calorific value and environment-friendly fossil fuel. At present， major cities in the country are implementing natural gas projects. Especially with the intensification of China's air pollution， the demand for natural gas in major cities has greatly increased， and the requirements for the accuracy of natural gas measurement have also increased accordingly. In this article， the basic situation of the development of common natural gas meters is summarized; the common physical properties andcharacteristics of natural gas are briefly described; the methods and advantages and disadvantages of natural gas meters are analyzed; and the selection factorsand environmental impacts of natural gas meters are discussed.

Keywords： natural gas; measurement method; measurement characteristics

天然氣一般采用管道輸送，計量具有連續(xù)性和長期性的特點，一旦出現(xiàn)計量誤差，長年累月之后，這個誤差將非常大。因為天然氣計量誤差的存在，導致天然氣計價存在偏差，引發(fā)了很多貿(mào)易糾紛問題。因而，如何能夠準確地計量天然氣用量成為亟待解決的一個關鍵問題，得到了社會各界的關注。

西方發(fā)達國家對天然氣的計量技術比較成熟，研究和生產(chǎn)了多種型號的天然氣計量儀表。渦街流量計量設備、腰輪流量計量設備在歐洲國家的應用較為廣泛?，F(xiàn)階段中國在工業(yè)生產(chǎn)中常用到的天然氣儀表主要為孔板流量計。

天然氣計量儀表普遍呈現(xiàn)出這樣的發(fā)展趨勢：70年代主要盛行孔板流量計量設備，80年代渦街流量計量設備的使用進入高峰期，90年代以后超聲波流量計量設備逐漸發(fā)展起來。

目前我國使用的天然氣計量儀表中，孔板流量計量設備由于其獨特的優(yōu)點而備受青睞，是企業(yè)和用戶的首選，占有相當大的市場比例[3-4]。我國對天然氣儀表的設計起步較晚，上世紀70年代以后才逐漸發(fā)展起來，我國的專家學者參照國外的一些標準，結合我國的天然氣輸送現(xiàn)狀，制定了一系列的天然氣儀表設計、制造、安裝、檢修和管理標準。不過這些標準并不完善，與國外的技術和標準還存在一定的差距，主要體現(xiàn)在：（1）天然氣計量儀表的質(zhì)量較

低;（2）缺少配套設備和智能附件;（3）計量精度有待提高。目前天然氣計量日益成為人們關注的焦點。因此，要投入更大的精力來研發(fā)高精度的天然氣計量儀表。

1 天然氣的常見物理性質(zhì)

天然氣內(nèi)主要包括例如甲、乙、丙烷這種低分子類的飽和氣體以及氧氣、二氧化碳這種非烴類的氣體。這些組成氣體會決定天然氣的運輸計量，主要包括以下幾點天然氣的主要性質(zhì)：（1）天然氣的分子量;（2）天然氣的相對密度;（3）天然氣的壓縮因子;（4）天然氣的導熱系數(shù);（5）天然氣的流動性能。

2 天然氣計量特點

（1）天然氣的流動狀態(tài)、閥門開關機壓縮機啟停等均會影響計量的準確度。尤其是管路中帶有往復式壓縮機的工藝，對流量計量準確性的影響更大;（2）天然氣是一種產(chǎn)自地下的混合氣體，不同氣井、不同開采時期，其組分都會發(fā)生變化，而且天然氣含水和腐蝕性組分等，也對流量測量儀表本身和修正提出了要求;（3）由于天然氣的可壓縮性，所以體積流量應該標定當時所處的狀態(tài)，國內(nèi)一般情況默認的是工程標準狀態(tài);（4）天然氣是易燃易爆氣體，在選用配套電氣儀表時必須采用防爆型，確保測量系統(tǒng)乃至整個輸氣系統(tǒng)的安全。

3 常見天然氣計量方式及優(yōu)缺點

在生產(chǎn)的過程中天然氣流量的測量方法可按照測量參數(shù)分為容積流量、質(zhì)量流量和能量流量三種。其中，能量流量測量是直接測量天然氣發(fā)出的熱量的多少，用戶使用燃氣與組分無關，按熱量多少取費，更具有科學性和經(jīng)濟價值，是未來計量發(fā)展的趨勢。但是目前最常用的依然是以下幾種天然氣計量方式：

（1）孔板流量計

孔板流量計是當所測天然氣通過節(jié)流裝置時，氣體會在孔板處產(chǎn)生收縮，導致氣體流動速度明顯增加，致使靜壓力降低，在氣體經(jīng)過的孔板前后形成壓力差。根據(jù)孔板前后差壓即可計算出天然氣流量。優(yōu)點：該流量計可用于管道的直徑較大的工況下，而且組成部件較少，操作簡單，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，使用壽命較長，成本低，校準容易等。缺點：對于運輸管線較長的工況應用受限，而且量程范圍較小，體積較大，孔板前后所連接的緩沖線較長，較難提升精確度，可重復性差。

（2）渦輪流量計

渦輪流量計的主要工作原理是通過待測氣體的流動力推動流量計中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，再計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的次數(shù)得出氣體流量。優(yōu)點：測量范圍廣，精度高，體積小，安裝和后期保養(yǎng)方便，輸出信號穩(wěn)定，而且其信號頻段易與現(xiàn)階段計算機系統(tǒng)匹配。缺點：內(nèi)部構件易被污染，對待測氣體的干凈程度要求較高，抗震動能力差。

（3）超聲波流量計

超聲波流量計的工作原理是利用超聲轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量后，由于超聲波具有強的穿透能力，將發(fā)出能夠穿透待測氣體波頻，終端的接收裝置將收到該頻段信號，通過計算儀器計算出所測流量并顯示在儀表上。超聲波流量計的使用范圍，精確度和耐用性均高于其它流量計，在歐美等發(fā)達國家應用較多。中國第一次采用超聲波流量計的工況是西氣東輸?shù)拇罂趶教烊粴夤艿肋\輸中。優(yōu)點：準確度高，量程范圍廣，可進行雙向測量操作，體積小，耐用性高，對環(huán)境要求低，受壓力、溫度、待測氣體分子質(zhì)量和組成等影響較少，工作原理簡單，是今后流量計發(fā)展的重要方向，可能會成為標準氣體流量計。缺點：成本高，設備價格昂貴，目前主要使用在中大型工程項目中。

4 天然氣流量計量儀表選擇考慮因素

（1）精度，流量儀表的精度等級是保證在某一較寬的流量范圍內(nèi)，如果使用條件是在某一特定流量或很窄的范圍，此時使用的測量精度比規(guī)定值高。（2）重復性，重復性由儀表本身的原理和制造質(zhì)量決定。嚴格地說，重復性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變的情況，對某一流量值短時間內(nèi)同方向進行多次測量的一致性。然而，實際應用儀表的重復性被許多因素如流體粘度、密度等參量變化所影響，因這些參量影響還未達到需要修正的地步，往往被誤認為儀表重復性不好。（3）輸出信號特性，可分為模擬量和脈沖量。模擬量輸出適合于過程控制，與調(diào)節(jié)閥接配，但較易受干擾;脈沖量適用于總量和高精度測量，長距信號傳輸不受干擾。（4）響應時間，應用于脈動流場所應注意儀表對流動階躍變化的響應。有些使用場所要求儀表輸出跟隨流動變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應的輸出。瞬態(tài)響應常以時間常數(shù)幾毫秒到幾秒，或響應頻率數(shù)百赫茲等以下表示。配用顯示儀表可能要相當大地延長響應時間。

5 天然氣流量計量儀表環(huán)境影響

環(huán)境條件對于天然氣計量儀表安裝與使用也十分重要，主要是從以下幾方面考慮的：（1）溫度，環(huán)境溫度超過規(guī)定會影響儀表電子元件而改變測量性能，因此某些現(xiàn)場儀表需要有環(huán)境受控的外罩。（2）濕度，高濕度會加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕，降低電氣絕緣;低濕度容易感生靜電。（3）安全性，應用于爆炸性危險環(huán)境，按照氣氛適應性、爆炸性混合物分級分組、防護電氣設備類型以及其他安全規(guī)則或標準選擇儀表。如果其中可能具有腐蝕性的化學物質(zhì)，則需要儀表的整個外包裝耐腐蝕性，或者防水性良好，可采用定期沖洗等方式。（4）電磁干擾環(huán)境，應注意電磁干擾環(huán)境以及各種干擾源。

6 結束語

隨著科技的進步，我國的數(shù)字技術愈發(fā)成熟，作為其中的核心芯片業(yè)接連產(chǎn)出，都為超聲波流量計的快速發(fā)展做了鋪墊。這些精準技術保證了天然氣管網(wǎng)運行時數(shù)據(jù)的精準度。同時檢測流量計是否滿足具體的施工難易程度也凸顯得尤為重要，國內(nèi)也針對此情況建立了相關配套設施，引進國外的先進儀器與技術增加了測量的精準性，降低測量誤差，為實際施工做了堅強的后盾。在一個智能的時代，對于天然氣的測量也向這邊靠攏，省去人力的投入，換來的是實時監(jiān)控、精準數(shù)據(jù)以及安全保障等等。檢查方法普遍是用實際管內(nèi)天然氣為測定流體，其中測試顯示的數(shù)據(jù)也向多方面發(fā)展。為了面對不同管內(nèi)流體和施工狀況而選擇不同的儀器，與此同時實現(xiàn)對整條管線的各個管段的監(jiān)控。

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