天然气流量计量技术
一、天然气计量的概念与标准的基本内涵

　　天然气计量实际上是天然气流量的测量,是在天然气流动过程中间接测量的,测量的准确度取决于整套测量系统的合理设计、建设、操作和维护等全过程的质量。为了保证计量系统按统一的技术要求进行全面质量管理,保证天然气计量的准确度,制定科学合理的天然气计量标准是非常必要的。在天然气计量的相关标准中,流量计量标准是主要的,另外它还应包括天然气密度、组成、发热量、压缩因子等相关参数的测量和计算标准,还有仪器仪表、设计及安全等标准。天然气计量涉及到设计、建设、投产、操作、维修、检验、检定以及安全环保等各个方面,因此其相关标准是很广泛的。美国石油工业发达,天然气计量技术先进,有严格完善的法规、标准和先进的计量设备。1978年美国通过了天然气法,统一各州和联邦政府之间的天然气价格,规定了以每立方英尺实际的能量含量作为天然气价格的基础,改变了天然气传统的计量方式，这种新的计量方式是结合天然气的质量测量和发热量测量两种独立的测量系统而产生一个新的天然气能量测量系统。我国尚未形成天然气计量的系统标准。国内目前在天然气计量中采用《天然气流量的标准孔板计量方法(SY/T6143 - 1996) 》、《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法(GB/ T 11062 - 1998)》等计量标准,但这些标准尚没有覆盖天然气计量的各个方面,特别是在天然气贸易计量中缺乏天然气计量系统统一的、系统的技术标准。 　　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。从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约占80%，在加拿大涡轮流量计的使用约占90%，而美国则以使用孔板为主，约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，由20世纪70年代的孔板，发展到80年代的涡轮，90年代中后期的超声流量计。在天然气流量计量标准方面，在分析总结大量的实验和应用数据的基础上，相继推出具有代表性的标准，如天然气流量标准孔板计量标准(AGANo.3)、气体涡轮流量计标准(AGA No.7)、天然气及其他烃类气体的压缩性和超压缩性标准(AGANo.8)、用气体超声流量计测量天然气标准(AGANo.9)、用差压装置测量流体流量标准(ISO5167)、气体涡轮流量计标准(ISO9951)、气体超声波流量计标准(ISO/TR12765)，以及天然气压缩因子计算标准(ISO/DIS12213)等。近几年，国际法制计量组织(OMIL)气体计量分委员会欧共体起草了国际建议PREN1776“天然气计量系统基本要求”，较详细地规定了天然气计量系统的组成和对辅助设备的具体要求，对天然气计量系统的设计原则及设计指南，计量系统的在线检定、安装和操作维护等进行了规定。这些标准规程无疑对天然气流量计量具有积极的指导意义。为了适应我国天然气日益国际化的需要,必须加快我国天然气计量标准与国际接轨的步伐。

二、我国天然气计量技术的现状与发展

　　我国天然气计量起步较晚，在仪表的使用和选型上，主要以孔板为主，其比例约占88%，采用的是几何检定法。从20世纪70年代以来，我国参照国外系列标准，结合自己的实际情况，在天然气仪表的设计选型、使用、安装、维护、管理、气质分析等方面作了相应的工作，得出一些较重要的结论，同时对现场阻力件、复杂工况影响，摸索出了一些成熟的经验，在标准方面，形成了《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/T6143-1996)标准、等效采用ISO5167并形成了GB2624标底。但就天然气流量计量总体技术与水平而言，与国外相比还存在显著差距。例如，我国大量使用的孔板节流装置及其二次仪表双波纹管差压计的计量技术，由于其固有的缺陷，如孔板在使用过程中的不断磨损、腐蚀，阻力件组合形式远不止标准规定的7种情况，现场旋涡流、脉动流等影响因素复杂，对于气量波动大、变化频率高的状况适应性差，导压管易引起信号滞后，因此不能保证其计量准确度。 　　近几年来，我国天然气计量技术取得了一些新的进展，具体可概括有如下几点。 　　1.孔板节流装置二次仪表智能化。在二次仪表方面，对部分天然气计量装置进行了改造，现场逐步采取配用智能压力变送器、温度变送器，流量计算机以取代双波纹管差压计，从而实现计量自动化。该系统变送器具有准确度高、稳定性好，可利用它的通讯功能进行在线故障诊断、组态和校验，天然气流量计量逐步走向在线、智能、实时计量。 　　2.适应中小流量的新型智能式流量计得以推广与应用。为解决部分现场在中小流量和中低压情况下流量波动较大，孔板计量准确性较差的特殊难题，国内推出智能漩进旋涡流量计、智能涡轮流量计。该类流量计能在线采集压力、温度、工况流量、标定流量、实时修正压缩因子以及自动进行温度、压力补偿。经过实流标定和在现场较大范围应用(如四川、新疆、大港、大庆、河南等)，效果较好。近期又出现了该类型的双探头智能流量计，抗干扰能力进一步增强。 　　3.国内开展了高压大流量计量技术的研究。随着国外气体超声流量计的迅速发展，我国及时跟踪国外先进计量技术，自1999年以来，由国家原油大流量计量站成都天然气流量分站(以下简称计量分站)牵头，对具有典型代表的美国Daniel、荷兰Instromet、美国Contronlotron所生产的气体超声流量计进行了实流测试，研究在理想安装条件、非理想安装条件、旋转不同角度安装条件、带压更换超声换能器、不同压力条件、声道故障状态的性能并进行现场应用。得出气体超声流量计干校后仍需实流检定和周期送检等重要结论。经过天然气实流测试后，北京、大庆、新疆、四川、天津、河北等已逐步引进气体超声流量计约40台。口径在DN150mm～DN400mm，不确定度为0.5%～1.0%。 　　4.实流检定技术得到了发展。过去标准孔板一直沿用“几何检验法”，流量检定装置通常使用空气作介质，负压检定。最近几年，实流检定技术日趋成熟，已建立起全套天然气实流检定方法、程序、管理制度，并与国外如美国、荷兰、英国、德国等技术和水平逐步靠近。为了更好地模拟现场工况，减少装载、运输带来的系列困难，控制和合理减少现场计量误差，我国实流检定逐步从室内走向现场。如，国家原油大流量计量站(大庆)的移动式音速喷嘴标定车(压力1.6MPa、管径DN200mm、流量90000m3/h)，计量分站新购置的移动式气体超声流量标定车(压力6.4MPa、管径DN600mm、工况流量80～8000m3/h)。 　　5.标准逐步得到完善与统一。如孔板标准由SYL04-83升级为SY/T6143-1996，现正准备升为国家标准；《用气体超声流量计测量天然气》非等效采用AGANO.9，同时也参考了ISO/TRl2765的部分内容，2001年4月，已通过国家专标委评审。《天然气计量系统技术要求》，非等效采用PREN1776：《天然气测量系统基本要求》，2001年8月已通过国家专标委评审。目前正准备起草《用涡轮流量计测量天然气》国家标准。 　　6.积极开展了国际流量比对工作。国外流量比对起步较早，最近几年华阳计量分站在天然气流量方法与美国CEESI、美国SWRI、荷兰NMI、德国Pigsar进行了初步的流量比对工作，结果基本一致。近几年来，我国天然气流量计量取得较大科研成就。比较典型的科研项目有：“天然气、空气、水为介质对孔板计量性能的影响研究”、“天然气计量技术研究”、“气体超声流量计的测试与现场应用研究”、“新型流量计及新型整流器的研究与应用”、“安装条件对孔板影响因素的研究”等。我国参与国际计量学术活动比较频繁，如参加美国API会议、参加英国国际法制计量组织(OMIL)，主持和申办国际流量测量学术会议FLOMEKO和ISO/TC193等。

三、发展方向

　　天然气作为一种优质能源和化工原料其计量越来越被人们关注，尤其国际间对贸易天然气的计量十分重视。计量管理从事后计量纠纷解释向事前过程管理发展。随着市场经济的发展，人们越来越重视天然气计量，特别是贸易计量。因此，人们对天然气计量在管理观念上正发生根本性转变，不仅对现场计量器具的使用及相应人员进行管理，并从事后计量纠纷解释向加强事前仪表采购选型、安装使用、过程控制、质量监督、数据管理、实流检定的管理转变和发展。我国天然气计量将向以下六方面发展。 　　1.计量方式向自动化、智能化、远程化计量方式发展。天然气计量已逐步向在线、实时、智能靠近，同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理，如SCADA系统的应用和智能涡轮流量计智能系统。 　　2.检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展。过去流量计检定方式通常采用检定静态单参数方法，如标准孔板依靠几何检定法检定孔板的8个几何静态单参数来保证流量计的准确。随着国内国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方向发展，即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数如压力、温度、气质组分和流量总量进行动态量值溯源。 　　3.仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展。过去流量仪表选型比较单一，近几年随着对流量计的研究和开发，不同的流量计有不同的特点和适应范围，流量仪表选型由此呈现从单一仪表向多元化仪表方向发展。 　　4.计量标准由单一标准向多重标准发展。我国天然气计量标准不断发展、丰富和完善，结合国外标准后我国流量计量标准已基本构成完整的体系，正逐步由单一标准向多重标准发展。 　　5.计量方式从体积计量向能量计量发展。我国天然气贸易计量方法是在法定的质量指标下按体积计量。随着市场经济的不断完善和WTO的即将加入，要求我国天然气贸易计量方法尽快与国际接轨。 　　6.单一数据管理向计量系统管理方向发展。单一数据管理具有诸多缺点。计算机技术的发展给天然气计量系统管理创造了良好的条件。天然气计量管理从影响测量结果的各个方面、各个环节进行全过程的、动态的、科学管理。