質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量的應(yīng)用問題

肖博文

中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610213

質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量的應(yīng)用問題

肖博文

中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610213

在分析天然氣計(jì)量的發(fā)展基礎(chǔ)上，對(duì)比了幾種不同的質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用問題，重點(diǎn)論述了質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用以及注意問題，希望對(duì)于今后的質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量的應(yīng)用具有一定幫助。

質(zhì)量流量計(jì)；天然氣計(jì)量；應(yīng)用范圍；注意事項(xiàng)

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)水平在新世紀(jì)發(fā)展不斷地提高，在此背景下，人們對(duì)于資源的利用方式也在呈現(xiàn)出不斷的變化特點(diǎn)。天然氣資源具有高效性、清潔性，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于人們生活的各個(gè)方面，對(duì)于人們生活質(zhì)量的提升具有重要作用，但是，考慮到人們對(duì)于資源的掠去性十分強(qiáng)大，我們正在面臨著能源資源不斷縮小的問題[1]。所以，要想解決上述問題，就應(yīng)該有效節(jié)約、合理利用資源，也應(yīng)該采用必要的有效措施。對(duì)于天然氣來說，通過精確計(jì)量手段，能夠保證天然氣浪費(fèi)現(xiàn)場的有效減少。

1 天然氣計(jì)量的發(fā)展概述

縱觀天然氣計(jì)量的發(fā)展，主要的發(fā)展方向表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，值得進(jìn)一步思考[2-3]。

第一，在進(jìn)行天然氣計(jì)量過程中，正在由傳統(tǒng)的單參數(shù)靜態(tài)檢測方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄥?shù)的動(dòng)態(tài)檢測方式。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，動(dòng)態(tài)多參數(shù)檢測更能有效保證天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確性，能夠更好地保證滿足社會(huì)發(fā)展的需要，有效保證發(fā)展方式的快速轉(zhuǎn)變。

第二，在進(jìn)行天然氣計(jì)量過程中，正在超著計(jì)量方式的遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化方向發(fā)展，隨著不斷改進(jìn)的天然氣計(jì)量方式，必將有效推動(dòng)天然氣計(jì)量科技水平，體現(xiàn)出較強(qiáng)的智能化、遠(yuǎn)程化以及自動(dòng)化的發(fā)展特點(diǎn)，也是目前的天然氣計(jì)量先進(jìn)性的最為主要的表現(xiàn)形式，保證科技生產(chǎn)力在天然氣計(jì)量發(fā)展進(jìn)程中的作用。

第三，多元化儀表類型的快速發(fā)展則是天然氣計(jì)量發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)的天然氣計(jì)量中的流量儀表具有結(jié)構(gòu)單一、形式簡單的特點(diǎn)。但是，隨著針對(duì)流量計(jì)量工作進(jìn)一步深化研究，可以看出，不同的工礦環(huán)境決定了具有不同功能的不同的流量計(jì)的相應(yīng)的適用范圍。所以，在各個(gè)不同領(lǐng)域中的天然氣計(jì)量工作涉及到多元儀表類型的更新?lián)Q代。

第四，在進(jìn)行天然氣計(jì)量過程中，偏重于原有的單一化數(shù)據(jù)管理問題向系統(tǒng)化發(fā)展的轉(zhuǎn)變。結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，能夠有效進(jìn)行天然氣流量計(jì)量的數(shù)據(jù)管理工作，并具備較好的應(yīng)用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)大批量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，保證能夠有效對(duì)于多個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析、測量和管理工作，這種天然氣的數(shù)據(jù)管理的轉(zhuǎn)變，能夠有效在各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程的動(dòng)態(tài)的科學(xué)管理。

2 幾種不同的質(zhì)量流量計(jì)分析

在不斷提高的科學(xué)技術(shù)水平的背景下，針對(duì)天然氣計(jì)量中出現(xiàn)的計(jì)量問題，不同的工況環(huán)境所使用的流量計(jì)也具有較大的不同，這里主要針對(duì)常用的不同質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)、工作原理以及適用性方面的分析。

2.1 科氏力質(zhì)量流量計(jì)

對(duì)于科氏力質(zhì)量流量計(jì)來說，主要是利用科里奧利力原理，能夠有效對(duì)于封閉管道內(nèi)流體質(zhì)量流量進(jìn)行準(zhǔn)確直接測量一種測量儀表。其工作原理也是科里奧利力原理，就是根據(jù)流體在封閉管道內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)，即保持直線運(yùn)動(dòng)也處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，則會(huì)產(chǎn)生正比于質(zhì)量流量的科氏力，根據(jù)此所制造相應(yīng)的計(jì)量儀表。

其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：一是具有比較高的量程，一般情況能夠達(dá)到20∶1到50∶1的范圍內(nèi)，部分儀表量程能夠在100∶1以上；二是能夠有效進(jìn)行流量的直接測量，具有較高的計(jì)量準(zhǔn)確性，以及較好的穩(wěn)定程度；三是能夠使用范圍比較廣的介質(zhì)，適用于臟污天然氣的計(jì)量工作；四是，能夠有效進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和清潔工作，保證使用壽命的進(jìn)一步增加；五是，尤其適用于進(jìn)行貿(mào)易交接計(jì)量的過程控制情況下。

其缺陷主要包括以下幾個(gè)方面：一是具有較弱的抗干擾能力，需要進(jìn)行固定安裝；二是只能進(jìn)行密度較高的天然氣的測量工作；三是具有較大的重量和體積，并具有較大的壓力損失；四是僅適用于測量小管徑流量；五是，具有比較昂貴的價(jià)格。

2.2 熱式質(zhì)量流量計(jì)

對(duì)于熱式質(zhì)量流量計(jì)來說，主要是通過流體流過外熱源進(jìn)行管道的加熱，這時(shí)，流體質(zhì)量流量的測量則是通過所產(chǎn)生的溫度場變化來進(jìn)行描述，或者，利用流體加熱過程，在達(dá)到某一溫度過程中，溫度上升所需要的能量和流體質(zhì)量之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來進(jìn)行流體質(zhì)量流量的測量而研制的一種流量儀表。

其工作原理如下：氣體流量的計(jì)量過程則是通過氣體流經(jīng)流量計(jì)內(nèi)加熱元件的相應(yīng)的冷卻效應(yīng)來進(jìn)行計(jì)量。一般來說，有兩個(gè)熱阻元件存在于氣體通過的測量段內(nèi)，一個(gè)主要實(shí)現(xiàn)加熱器的作用，另外一個(gè)進(jìn)行有效的溫度檢測。在這樣的情況下，氣體溫度則是由溫度傳感元件進(jìn)行檢測，應(yīng)該保證被測氣體溫度和加熱空間存在一個(gè)恒定的溫度差，這點(diǎn)則是通過加熱器對(duì)于電流改變所實(shí)現(xiàn)。如果出現(xiàn)增加的氣流速問題，則具有比較大的冷卻效應(yīng)，則應(yīng)該保證具有較大的熱電阻間恒溫的電流。這種熱傳遞應(yīng)該正比于氣體質(zhì)量流量，通過有效的供給電流和氣質(zhì)質(zhì)量流量的一一有效對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，能夠有效表征氣體的流量。

其所具備的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：一是，熱式質(zhì)量流量計(jì)的壓力損失很小，沒有活動(dòng)部件，熱分布式儀表沒有阻流件；二是，熱式質(zhì)量流量計(jì)能夠有效針對(duì)低流速(氣體0.02～2m/s)微小流量進(jìn)行測量；三是，針對(duì)CO、O2、N2、NO、H2等接近理想氣體的雙原子氣體，利用熱分布式儀表獲得較好效果，并不用進(jìn)行專門的標(biāo)定工作，直接可以進(jìn)行空氣標(biāo)定的儀表；四是，熱式質(zhì)量流量計(jì)具有較為可靠的使用性能，相比于推導(dǎo)式質(zhì)量流量儀表，并不需要溫度壓力感器以及相關(guān)的涉及到計(jì)算單位等，僅需要流量傳感器組成就能完成測量工作，組成結(jié)構(gòu)簡單，不容易出現(xiàn)故障概率

其存在的缺點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：一是，僅適用于小流量情況，因?yàn)閮x表則會(huì)造成被測氣體帶來一定熱量；二是，熱式質(zhì)量流量計(jì)具有較慢的響應(yīng)速度；三是，對(duì)于脈動(dòng)流的使用具有一定的限制；四是，對(duì)于被測量氣體組分變化較大的情況來說，考慮到具有cp值和熱導(dǎo)率的變化影響，則會(huì)產(chǎn)生測量值的波動(dòng)情況，產(chǎn)生一定的誤差。

2.3 MEMS 質(zhì)量流量計(jì)

對(duì)于MEMS 質(zhì)量流量計(jì)來說，也稱為微機(jī)械電子系統(tǒng)，則是通過熱式質(zhì)量流量傳感器芯片的作用，能夠依據(jù)氣體流動(dòng)所造成的熱場變化，進(jìn)行相應(yīng)的氣體流量情況。其工作原理如下，類似于傳統(tǒng)的熱式質(zhì)量流量計(jì)，在測量過程中，流體的質(zhì)量流量則與流過傳感器時(shí)所帶走的熱量相對(duì)應(yīng)，不同之處則是經(jīng)過傳感器所測得的流量，并沒有和壓力、溫度的相關(guān)性。

其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：一是，具有較高的靈敏度，存在較小的始動(dòng)流量；二是，量程比較大，能夠?qū)崿F(xiàn)100∶1；三是，并不存在可動(dòng)部件；四是，具有較小的損失壓力，質(zhì)量比較輕；五是，零點(diǎn)穩(wěn)定性能好，具有極短的相應(yīng)時(shí)間。

3 質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用探討

上述可以看到質(zhì)量流量計(jì)具有一定的優(yōu)勢之外，還具有一些不足指出，比如，具有比較高的造價(jià)問題，比較大的壓力損失，并不適合進(jìn)行大管徑流量監(jiān)測工作，對(duì)于天然氣的長管道應(yīng)用中難以進(jìn)行應(yīng)用，能用于比較臟的天然氣情況，以及DN小于200的小管徑管道情況。對(duì)于長輸管道的天然氣計(jì)量來說，主要采用的儀表包括超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。

另外，利用質(zhì)量流量計(jì)能夠體現(xiàn)出在燃驅(qū)壓氣站自耗氣的流量計(jì)量中的作用?？紤]到站內(nèi)供氣存在頻繁的啟停操作，會(huì)造成波動(dòng)范圍比較大流量情況，一般為5—20000Nm／h，這樣容易造成流量計(jì)的較大沖擊，在現(xiàn)有水平情況下，不能進(jìn)行有效的準(zhǔn)確計(jì)量。

對(duì)于量程比較寬的質(zhì)量流量計(jì)來說，其檢測管并沒有有效的可動(dòng)部件，并沒有存在阻礙流體流動(dòng)的部件，一般來說，比較適用于進(jìn)行計(jì)量自耗氣流量的情況。

對(duì)于液化的天然氣來說，體積變得很小，僅為同標(biāo)準(zhǔn)下氣體體積的1/600，這樣有利于進(jìn)行運(yùn)輸。相似于石油產(chǎn)品，液化后的天然氣自身并沒有很好的潤滑性，在計(jì)量流量過程中，如果采用容積式流量計(jì)或者渦輪流量計(jì)，則會(huì)存在腔壁、軸承的嚴(yán)重磨損問題，導(dǎo)致出現(xiàn)使用壽命嚴(yán)重不足。質(zhì)量流量計(jì)沒有可動(dòng)部件，也就沒有相應(yīng)上述的潤滑問題，保證使用壽命的有效增加。另外，交接質(zhì)量能夠有效通過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行直接測量，一般情況下，在國內(nèi)交接液化天然氣的單位為噸，這樣能夠有效方便進(jìn)行計(jì)量。由于在石油計(jì)量方面，質(zhì)量流量計(jì)具有較為成熟的應(yīng)用，考慮到液化態(tài)天然氣和石油具有相似性質(zhì)，可以進(jìn)行有效借鑒，保證質(zhì)量流量計(jì)在石油計(jì)量中具有有效應(yīng)用。

4 應(yīng)用注意事項(xiàng)探討

首先，考慮到天然氣密度小的特點(diǎn)，為了有效保障進(jìn)行測量的準(zhǔn)確度，在選擇質(zhì)量計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該選擇相同質(zhì)量變化情況下的表現(xiàn)更為明顯的結(jié)構(gòu)。這里一般則是利用U型質(zhì)量計(jì)量計(jì)能夠獲得更加的效果。其次，對(duì)于操作壓力增高的質(zhì)量流量計(jì)來說，考慮到具體的測量管的變化情況，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)負(fù)向偏差，對(duì)于比較大的壓力情況下，則不能忽略這一偏差問題，這種情況下，則應(yīng)該進(jìn)行壓力補(bǔ)償處理，可以通過增設(shè)壓力變送器來實(shí)現(xiàn)。最后，在進(jìn)行檢定質(zhì)量流量計(jì)的過程中，應(yīng)該選擇常見的液體標(biāo)準(zhǔn)裝置為鑒定的基礎(chǔ)，有效避免出現(xiàn)僅有的部分專業(yè)檢定結(jié)構(gòu)進(jìn)行國內(nèi)天然氣質(zhì)量流量計(jì)的檢定工作，這樣能夠有效降低檢定成本。

5 結(jié)論

由于天然氣的應(yīng)用范圍日趨廣泛，相應(yīng)的關(guān)于天然氣的計(jì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)也在呈現(xiàn)出一定的改進(jìn)，但是，考慮到具體的操作環(huán)境以及客觀條件的限制，在選擇計(jì)量設(shè)備、計(jì)量方式過程中，還存在諸多問題。所以，通過積極引進(jìn)并吸收國外先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)，保證我國的計(jì)量體系得到進(jìn)一步的完善，使得天然氣浪費(fèi)問題得到有效避免。

[1]馬琳.天然氣計(jì)量檢定點(diǎn)裝置不確定度評(píng)定[J].油氣田地面工程，2014（8）.

[2]蘇黎麗.淺議城市天然氣計(jì)量儀表選型技術(shù)及現(xiàn)狀[J].低碳世界，2015（9）.

[3]何洋，龐軍，姚良，等.標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在普光氣田的應(yīng)用與分析[J].石油機(jī)械，2014，42（7）.

TB9

A

1674-6708（2015）143-0074-02