1國內(nèi)外天然氣計(jì)量技術(shù)研究現(xiàn)狀

    目前天然氣作為世界上較為流行的能源之一，具有清潔、高發(fā)熱量、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此被人們越來越重視，并且具有很好的發(fā)展前景。而隨著人類對天然氣需求量的不斷增長，天然氣貿(mào)易也在飛速的發(fā)展，對天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確性便顯得越來越重要，因此，有必要對天然氣計(jì)量技術(shù)展開研究。精確、高效、經(jīng)濟(jì)的計(jì)量技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)貿(mào)易雙方的公平交易，而且能夠大大降低企業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染，有利于企業(yè)的良性發(fā)展。

1.1國外天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

    國外對天然氣計(jì)量技術(shù)的研究起步較早，從上個世紀(jì)七十年代，歐美一些發(fā)達(dá)國家便開始使用孔板流量計(jì)及氣體渦輪流量計(jì)作為天然氣計(jì)量的主要工具，到了九十年代超聲波流量計(jì)開始進(jìn)入了人們的視野當(dāng)中，并逐漸地得到了廣泛的應(yīng)用，比如在美國，孔板流量計(jì)的使用率達(dá)到了80%；加拿大和荷蘭主要以氣體渦輪以及腰輪流量計(jì)為主，使用率占到了90%左右[1]。而從八十年代開始，美國已經(jīng)開始使用能量計(jì)量方法對天然氣進(jìn)行計(jì)量，在此之后，其他西方國家也開始使用能量計(jì)量方法，這也是未來我國實(shí)現(xiàn)天然氣精準(zhǔn)計(jì)量的發(fā)展趨勢。

1.2國內(nèi)天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

    我國在天然氣計(jì)量技術(shù)研究方面發(fā)展較晚，上個世紀(jì)七十年代以來，我國結(jié)合自身實(shí)際情況，并參照國外的計(jì)量技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也開發(fā)出了適合自己的新型天然氣計(jì)量儀器，實(shí)現(xiàn)了智能化和自動化的計(jì)量，并提高了儀表的精確度和可靠性。目前，我國主要使用的計(jì)量裝置有孔板流量計(jì)、氣體渦輪流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)等，但是氣體渦輪流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)所占比重越來越大，而傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)使用率逐漸減小，這也恰恰反映了我國的計(jì)量技術(shù)正向著更加精細(xì)化、智能化的方向發(fā)展。

2國內(nèi)外天然氣計(jì)量方法

    天然氣計(jì)量方法主要有體積計(jì)量法、質(zhì)量計(jì)量法以及能量計(jì)量法。國外一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家已普遍使用能量計(jì)量法對天然氣進(jìn)行計(jì)量，而在國內(nèi)體積計(jì)量法仍然占據(jù)主流地位。

2.1體積計(jì)量法

天然氣體積計(jì)量法所用到的流量計(jì)主要有孔板流量計(jì)、氣體渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)、腰輪流量計(jì)等。

2.1.1孔板流量計(jì)

    孔板流量計(jì)屬于差壓流量計(jì)，發(fā)展歷史較為悠久，是人們較早應(yīng)用的流量計(jì)[2]。其工作原理：依據(jù)流量守恒定律，并以流動連續(xù)性方程作為基礎(chǔ)運(yùn)算理論，當(dāng)天然氣經(jīng)過孔板時，在孔板處形成局部收縮，從而使流速增加，孔板下游壓力降低，在孔板前后形成壓力差，氣體流速越大，孔板前后形成的壓差就越大。因此，孔板流量計(jì)就是通過計(jì)算孔板前后壓差來對天然氣流量進(jìn)行計(jì)量的。

    孔板流量計(jì)具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；但其測量精度一般、測量流量上下限范圍較窄，一般為3∶1-5∶1，并且經(jīng)過孔板后的壓損較大，維護(hù)保養(yǎng)也比較麻煩復(fù)雜�？装辶髁坑�(jì)對其上下游直管段長度也有著嚴(yán)格的要求，上游直管段長度不應(yīng)小于10D（D為管道內(nèi)徑），下游直管段長度不應(yīng)小于4D。

2.1.2氣體渦輪流量計(jì)

    氣體渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)，在天然氣管道中的分輸場站內(nèi)較為普遍。其工作原理：當(dāng)天然氣通過流量計(jì)時，氣體帶動流量計(jì)里面的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并通過計(jì)算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的次數(shù)來計(jì)量氣體流量。

渦輪流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單且牢固、可靠性強(qiáng)、精度高、重復(fù)性好且測量范圍大的特點(diǎn)；但是在計(jì)量過程中渦輪高速旋轉(zhuǎn)易引起機(jī)械摩擦，因此，需經(jīng)常對其進(jìn)行加潤滑油保養(yǎng)，并且必須在流量計(jì)上游加裝過濾器避免較大顆粒污物損壞葉輪葉片。

2.1.3超聲波流量計(jì)

    超聲波流量計(jì)屬于速差式流量計(jì)，即通過測量時間差來對天然氣進(jìn)行計(jì)量，并且適用于高壓力、大口徑、高精度的天然氣計(jì)量。工作原理：超聲波流量計(jì)利用超聲波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，讓超聲波在天然氣介質(zhì)中按照不同的方向傳遞，此時接收器接收到來自不同方向的超聲波信號的時間也不同，超聲波流量計(jì)就是通過時間差來計(jì)算天然氣的流量的[3]。

    超聲波流量計(jì)工作原理相對簡單，世界范圍內(nèi)使用占比逐年增加，已經(jīng)成為主流流量計(jì)。它的測量精度較高，較高可達(dá)到0.5%，并且量程比較大，一般為1:20，可精確測量脈動流；占地空間少；堅(jiān)固耐磨，可直接進(jìn)行清管作業(yè)。但是它的缺點(diǎn)就在于不適合在冬季極為寒冷的東北地區(qū)使用，受低溫影響較大，且價格昂貴，只適用于大、中口徑；對流量計(jì)上下游直管段長度有較高要求。

2.1.4氣體腰輪流量計(jì)

    氣體腰輪流量計(jì)屬于直接式流量計(jì)，也叫羅茨流量計(jì)。其工作原理：天然氣在流動過程中會經(jīng)過流量計(jì)并進(jìn)入流量計(jì)里面一個固定大小的空間，此空間會在天然氣的推動作用下運(yùn)動到一定位置后而流出流量計(jì)，而當(dāng)不停地重復(fù)這個過程時，就會有很多個這樣的空間流出。因此，通過統(tǒng)計(jì)流出的空間數(shù)量就可以計(jì)算出天然氣流量。

    它的主要特點(diǎn)有測量精度高，有時可達(dá)到0.2%；量程比極大，可達(dá)到1∶400；可靠性強(qiáng)；較主要的是對直管段無任何要求。但自身也存在著一定的不足，安裝腰輪流量計(jì)時，其殼體不能承受來自管線的各種壓力；對天然氣氣質(zhì)要求很高[2]。

2.1.5旋進(jìn)漩渦流量計(jì)

    旋進(jìn)漩渦流量計(jì)屬于新型流量計(jì)，主要應(yīng)用于用氣量較少的小型城市燃?xì)廨敋庹荆�在天然氣長輸管道中應(yīng)用較少。它的工作原理：當(dāng)天然氣進(jìn)入流量計(jì)流量傳感器入口時，葉片迫使流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在漩渦發(fā)生體中心產(chǎn)生漩渦流，當(dāng)天然氣進(jìn)入擴(kuò)散段時，旋渦流受到回流的作用，發(fā)生二次旋轉(zhuǎn)形成陀螺式的渦流進(jìn)動現(xiàn)象。而漩渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與天然氣流速成正比。

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單而牢固，易于安裝，維修方便，可靠性強(qiáng)，使用壽命較長；抗振抗干擾性較渦街流量計(jì)強(qiáng)；量程比較大，一般可達(dá)到1∶10。但它的壓損較大，抗電磁干擾能較差。

2.2質(zhì)量計(jì)量法

    天然氣質(zhì)量計(jì)量法一般用科氏質(zhì)量流量計(jì)對天然氣進(jìn)行計(jì)量，是一種直接式質(zhì)量流量計(jì)。它的量程比較大，可達(dá)50∶1，對流量計(jì)上下游直管段也無任何要求，測量精度較高，穩(wěn)定性強(qiáng)，對天然氣清潔程度以及密度組分要求較低，適應(yīng)力好；但它的缺點(diǎn)就在于價格昂貴，無法計(jì)量低壓天然氣，也無法計(jì)量大口徑管道天然氣（一般大于DN200）計(jì)量壓損較大，對安裝要求高。目前，科氏質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于氣質(zhì)較差、管徑較小的天然氣計(jì)量中；在CNG（壓縮天然氣）加氣站、天然氣生產(chǎn)井加氣機(jī)以及燃區(qū)壓氣站等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

2.3能量計(jì)量法

    天然氣能量計(jì)量與體積計(jì)量是密不可分的，它是建立在體積計(jì)量法的基礎(chǔ)之上的，通過對天然氣組分的分析，計(jì)算出天然氣單位體積的高位發(fā)熱量，再與天然氣體積相乘較終得到流經(jīng)管道橫截面的天然氣總能量[3]。天然氣作為一種清潔能源，其較大的價值就體現(xiàn)在燃燒所產(chǎn)生的熱量，而天然氣是一種含有多種組分的混合氣體，不同地區(qū)天然氣的組分也有所不同，燃燒所產(chǎn)生的熱量也不盡相同。因此，能量計(jì)量法要比體積計(jì)量法和質(zhì)量計(jì)量法更能體現(xiàn)出天然氣的價值，也更加公平化、合理化、科學(xué)化。

    天然氣單位發(fā)熱量測定包括直接測定和間接測定兩種。直接測定就是通過燃燒單位體積量的天然氣來直接得到天然的發(fā)熱量，一般用來檢測和核查氣相色譜間接測定法的準(zhǔn)確性；間接測定法就是通過氣相色譜儀測得天然氣的組分，進(jìn)而根據(jù)天然氣組分來計(jì)算出天然氣的發(fā)熱量，目前的能量計(jì)量大多采用這種方法。

    能量計(jì)量中流量及高位發(fā)熱量應(yīng)符合國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。同樣地，天然氣流量計(jì)量儀表也應(yīng)符合國家天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器標(biāo)準(zhǔn)；高位發(fā)熱量通過氣相色譜儀測得的量值要經(jīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來進(jìn)行。

3天然氣計(jì)量技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

    隨著我國加入WTO，在天然氣市場上與世界的貿(mào)易往來越來越頻繁[4]，因此我國的天然氣計(jì)量技術(shù)也要與世界接軌。在未來，天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1計(jì)量技術(shù)朝著智能化和自動化的方向發(fā)展

    隨著當(dāng)今世界通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，天然氣計(jì)量技術(shù)也在多種高科技技術(shù)的影響下向著智能化和自動化的方向發(fā)展，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)流量計(jì)流量的實(shí)時在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程調(diào)控，并且在不久的將來，流量計(jì)還很可能同時具備自我診斷和故障檢測的功能。

3.2計(jì)量管理越來越嚴(yán)格化

    隨著人類對天然氣的需求不斷擴(kuò)大，貿(mào)易量也在與日俱增，天然氣計(jì)量方面所占的比重也是越來越大，因此必須加大對現(xiàn)場流量計(jì)以及計(jì)量人員的管理力度。同時對流量計(jì)的選型標(biāo)準(zhǔn)、使用安裝方法、數(shù)據(jù)傳輸以及檢測檢定都要進(jìn)行明確的規(guī)定，避免出現(xiàn)不必要的計(jì)量糾紛和利益損失。

3.3計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系更加完善化

    盡管我國天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的起步較晚，但這些年一直在迅猛的發(fā)展，通過吸取國外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)再結(jié)合我們自己的實(shí)際情況，我國已基本完成一套完整的天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，并且正在由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。

3.4計(jì)量方式向能量化方向發(fā)展

    前文提到過，天然氣的能量計(jì)量是建立在體積計(jì)量的基礎(chǔ)之上的，在天然氣貿(mào)易計(jì)量中，能量計(jì)量是較為合理、公平、公正的計(jì)量方法。并且目前國外發(fā)達(dá)國家在天然氣國際貿(mào)易中均以能量計(jì)量作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此我國計(jì)量方法必須向能量計(jì)量方向發(fā)展，這也是未來天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

4結(jié)論

    本文從國內(nèi)外天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀開始講述，列舉了目前較常用的幾種天然氣計(jì)量方式與技術(shù)，并展望了未來天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展趨勢。較終得出結(jié)論：天然氣能量計(jì)量方法必將成為未來天然氣計(jì)量技術(shù)的主流；并且能量計(jì)量方法在我國天然氣計(jì)量領(lǐng)域具有可行性和必然性。