我國(guó)的天然氣流量計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探析

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（河北省計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，河北 石家莊 050000）

要想確保天然氣交易的公正進(jìn)行，首先就要保證對(duì)天然氣流量的精確計(jì)算，這是物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)這又成為了成本分析和效益核算的基本依據(jù)。天然氣的供應(yīng)量在逐漸增加，它在一次能源中的比重也在日益增加，這就把中國(guó)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)帶到了一個(gè)發(fā)展的時(shí)代。傳統(tǒng)的天然氣管理模式逐漸變得吃力，新的管理模式亟待探索，準(zhǔn)確的流量計(jì)量不僅牽連到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也牽動(dòng)著每一戶的切實(shí)利益。

1 天然氣計(jì)量系統(tǒng)含義

天然氣的測(cè)量系統(tǒng)大多是只在氣的流通狀況下進(jìn)行計(jì)量，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到維護(hù)管理都會(huì)影響天然氣測(cè)量的準(zhǔn)確度，也正因此，完善測(cè)量的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)才顯得尤為重要，以此來(lái)保證測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

2 天然氣計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)研究現(xiàn)狀

中國(guó)的天然氣工業(yè)計(jì)量科技與同國(guó)家比較，仍面臨著許多缺陷。近年來(lái)，我國(guó)借鑒了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)本國(guó)的實(shí)際狀況，開展了新型測(cè)量?jī)x器的試驗(yàn)研究，進(jìn)一步提高了儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度和安全性。同時(shí)，也在天然氣測(cè)量?jī)x器選擇、應(yīng)用、維修與管理等方面做了大量的科學(xué)研究工作，并探索出了若干較成熟的經(jīng)驗(yàn)。頒布了一些縝密的測(cè)量辦法以及各種燃?xì)鉁y(cè)量規(guī)范。盡管如此，中國(guó)的天然氣工業(yè)測(cè)量體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍不健全，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平存在較大差異，測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法與國(guó)外銜接。目前，中國(guó)的天然氣計(jì)量方法大致有這樣幾類：第一種，氣孔板流量計(jì)量。它是中國(guó)國(guó)內(nèi)目前技術(shù)程度最高，應(yīng)用較為廣泛的計(jì)量方法，但是在準(zhǔn)確性方面還是存在一定的偏差，有一定的改善空間；第二，渦輪流速測(cè)定。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量的范圍廣，計(jì)量精度高；第三，超聲波流速測(cè)定。這項(xiàng)技術(shù)原理簡(jiǎn)單，測(cè)量精確度也高，量程比大，可進(jìn)行雙向流速的計(jì)算；第四，互補(bǔ)式氣體流速測(cè)定。

2.1.1 孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)在國(guó)內(nèi)的利用率可達(dá)90%，在國(guó)外的利用率卻只有60%。孔板流量計(jì)計(jì)量技術(shù)目前是比較成熟的工藝技術(shù)，但還需加以創(chuàng)新與完善，首要的就是測(cè)量氣體偏差方面的技術(shù)改進(jìn)?？装辶髁坑?jì)的測(cè)定準(zhǔn)確度受管道的裝配品質(zhì)影響較大，為此，在中外都開展了大規(guī)模的科學(xué)研究。在現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中，一般使用流速調(diào)節(jié)劑來(lái)減小孔板以上管道安裝品質(zhì)對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的負(fù)面影響。但近期研究結(jié)果顯示，不同種類的流速調(diào)節(jié)劑對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的負(fù)面影響也有所不同。美國(guó)政府已基于這些研究結(jié)果對(duì)美國(guó)聯(lián)邦石化學(xué)會(huì)（API）油氣測(cè)量規(guī)范手冊(cè)（MPMS）的有關(guān)一章作出了修訂。而通過修訂的新規(guī)范，將對(duì)孔板流量計(jì)的安裝配置提供了更為全方位的指引。

由于微電子公司科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，壓力、溫度變送器及其數(shù)據(jù)收集、貯存和傳送的系統(tǒng)將會(huì)愈來(lái)愈小，這樣一來(lái)增加了越來(lái)越多的功能，成本將會(huì)降低。因此標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)有望集合所有傳感器以及元件。美國(guó)目前研制出的一款新型雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)將通過埋于孔板中的小型感應(yīng)器來(lái)檢測(cè)孔板上的壓力。為了降低因安裝質(zhì)量引起的測(cè)量誤差，通常會(huì)將鉆孔板設(shè)計(jì)成多孔型，這是較為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.2 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)也是一種主要的檢測(cè)儀器，是繼孔板流量計(jì)之后的流動(dòng)檢測(cè)儀器，頗受歐盟和美洲的青睞。例如在荷蘭的天然氣管道上就使用了水壓范圍0.8 MPa 至6.5 MPa 的氣體渦輪流量計(jì)，大大小小不同的規(guī)格有2 600 多種。氣體渦輪流量計(jì)的工藝已經(jīng)非常完善了，其優(yōu)點(diǎn)在于精度高、重現(xiàn)性高、應(yīng)用范圍廣闊、結(jié)構(gòu)緊湊。雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但是真正讓其發(fā)揮作用，還在于規(guī)格型號(hào)的選擇上，需選擇合理適用的，才能讓其發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)來(lái)。燃?xì)廨啓C(jī)流量計(jì)的準(zhǔn)確度越高，意味著其作用越敏感，因?yàn)樗墓δ芊浅Ｈ菀资艿浇橘|(zhì)的自然特性以及流動(dòng)特性所影響。例如，由于平均污垢，污垢處理和葉片或管道的變化，流量計(jì)的功能也發(fā)生了相應(yīng)的變化。為了達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的實(shí)際特性，儀器系數(shù)需通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和在線校正保持恒定，這樣才能保證儀器校正時(shí)的最大參考流量為條件，免受流體的流動(dòng)特性受流量分配、流體脈動(dòng)等多方面因素的影響。通過改善轉(zhuǎn)子的幾何外形來(lái)擴(kuò)大流量計(jì)使用范圍，通過增加轉(zhuǎn)子組件的耐磨性來(lái)增加其耐久性，還有使用板載微處理器等電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)監(jiān)測(cè)空氣流量計(jì)的工作狀況等，都是渦輪流量計(jì)技術(shù)的一些發(fā)展方向。

2.1.3 超聲波氣體流量計(jì)

超聲波流量計(jì)屬于非接觸式檢測(cè)儀器，是依靠集成電路工藝技術(shù)發(fā)展進(jìn)入到實(shí)際使用的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)在于計(jì)量準(zhǔn)確、使用范圍廣、無(wú)壓損、不能移動(dòng)部件、裝置使用成本低，主要在20 世紀(jì)90 年代受使用者青睞，應(yīng)用較多。如今在國(guó)際貿(mào)易結(jié)算中的法定測(cè)量?jī)x表正是超聲波氣體流量計(jì)，受美國(guó)、荷蘭、英國(guó)等十二個(gè)國(guó)家政府組織的認(rèn)可，也是繼前兩種流量計(jì)量表后的第三種應(yīng)用，屬于高壓、大孔徑、更精密的流量計(jì)。超聲波流量計(jì)的工作原理是依靠超聲波轉(zhuǎn)換器將能量轉(zhuǎn)化為超聲傳感器能量，由接收機(jī)受理到的超聲檢測(cè)技術(shù)信息，供顯示器或積算儀表示和積算，從而進(jìn)行對(duì)流速的檢測(cè)與表示。

2.1.4 其他新型流量計(jì)量技術(shù)

優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)型氣體流量計(jì)，作為一門可替代的測(cè)量科學(xué)技術(shù)已逐漸受到了人們的重視。雖然這種流速計(jì)工藝技術(shù)在液體流速計(jì)算領(lǐng)域技術(shù)方面已應(yīng)用了很久，并且已經(jīng)非常成熟，但是在輸氣管線的流速計(jì)算領(lǐng)域技術(shù)方面的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)卻還非常少。這種流速計(jì)的基本結(jié)構(gòu)主要有二類，即直管型和曲管式。優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)式流速計(jì)工藝技術(shù)在輸氣管領(lǐng)域技術(shù)方面，主要應(yīng)用在高壓、低容積的工作場(chǎng)所，但是現(xiàn)階段還處于探索階段，在實(shí)際應(yīng)用方面依舊有所欠缺。

2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究也較早。20 世紀(jì)90 年代末，天然氣質(zhì)量指標(biāo)的制定，基本確定了燃?xì)猱a(chǎn)品質(zhì)量的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等三項(xiàng)準(zhǔn)則；天然氣流量測(cè)定方面，確立了有代表性的天然氣孔板流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、超聲波流速測(cè)定、渦輪流速測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)和壓力因子計(jì)算公式；氣體燃料測(cè)定系統(tǒng)規(guī)范的制訂明確了天然氣流速測(cè)定精度登記，及對(duì)天然氣物性參數(shù)的最大容許測(cè)量誤差；實(shí)流測(cè)定系統(tǒng)通過對(duì)天然氣在正常工作條件下的物性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最后測(cè)得了燃?xì)饬魉俅笮　?/p>

3 新時(shí)期天然氣計(jì)量技術(shù)的要求

計(jì)量的實(shí)時(shí)性。流量的實(shí)時(shí)性保證了市場(chǎng)可以快速準(zhǔn)確的反應(yīng)天然氣需求的變化，企業(yè)通過這些信息可以合理安排生產(chǎn)，優(yōu)化管輸運(yùn)行方案，幫助企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。

計(jì)量的精確性。流量計(jì)量的精確性是天然氣貿(mào)易公正公平進(jìn)行的前提，同時(shí)也是優(yōu)化天然氣的庫(kù)存量，減小天然氣輸差，避免輸氣監(jiān)測(cè)爭(zhēng)端，合理配置天然氣供銷的基礎(chǔ)依據(jù)。

計(jì)量的經(jīng)濟(jì)性。流量計(jì)量的經(jīng)濟(jì)性是衡量天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，其次還有一些特性參數(shù)計(jì)算和計(jì)量成本的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如發(fā)熱量、密度、組分、壓縮因子等，同時(shí)還利用先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)來(lái)降低流量計(jì)量成本。包括設(shè)計(jì)及安全、儀器儀表等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

我國(guó)進(jìn)入WTO 是天然氣計(jì)量技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，外資企業(yè)的進(jìn)入讓我國(guó)燃?xì)庥?jì)量技術(shù)與世界接軌，其發(fā)展趨勢(shì)將表現(xiàn)在如下幾方面。

（1）測(cè)量的自動(dòng)化、智能和遠(yuǎn)端化。由于電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)信息的高速發(fā)展，天然氣計(jì)量與互聯(lián)網(wǎng)逐漸趨向合作發(fā)展，依靠互聯(lián)網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，天然氣計(jì)量實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端化監(jiān)管。

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)空氣流量計(jì)的干校技術(shù)。流量計(jì)同時(shí)還能夠進(jìn)行干式標(biāo)定（或無(wú)實(shí)際流量標(biāo)定），標(biāo)志著中國(guó)儀器與儀表行業(yè)的先進(jìn)性，但盡管要求各種型式的流量計(jì)一并進(jìn)行干式標(biāo)定，并不是每個(gè)流量計(jì)都能實(shí)現(xiàn)。然而，干校技術(shù)卻為工具的生產(chǎn)者和使用者們創(chuàng)造了極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

由于其自身操作機(jī)構(gòu)的特殊性，超聲波流量計(jì)采用干校技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過初步研究，已經(jīng)表明，對(duì)超聲波氣體流量計(jì)使用干校技術(shù)是絕對(duì)可能的，對(duì)于時(shí)間傳播的方法，也可以對(duì)測(cè)量持續(xù)時(shí)間和距離兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行干法標(biāo)定，從而得到流量計(jì)儀表的系數(shù)。

（3）流速計(jì)的測(cè)量追溯性。由于流速技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性，儀器準(zhǔn)確性面臨主要問題是測(cè)量追溯性。流速量值的原級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)流速標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在設(shè)備上把各基礎(chǔ)量（長(zhǎng)短、質(zhì)量、持續(xù)時(shí)間及環(huán)境溫度）整體綜合為輸出量——流速，而后把流速量值傳送給某臺(tái)或組合流速計(jì)，成為傳送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（流速量值的載體），借助傳送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將測(cè)量值傳送至實(shí)際工作儀器。由此可見，原級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)固定裝置，其特性和流量表有很大區(qū)別，不僅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏移動(dòng)功能，也沒有實(shí)際體現(xiàn)流速技術(shù)參數(shù)的動(dòng)感特性。

（4）測(cè)量?jī)x器的多樣化。過去流量?jī)x選型一直都相對(duì)單一，但近年來(lái)由于人們對(duì)流速計(jì)技術(shù)的深入研究與發(fā)展，不同的流速計(jì)都具有了多種多樣的特性與適宜使用程度，因而流量?jī)x選型也隨之出現(xiàn)了由單一儀器向多樣化儀表方向的發(fā)展趨勢(shì)。也因此，對(duì)于中低速、小流量的可選用智能型速度式流量計(jì)（渦輪、漩進(jìn)旋渦流量計(jì)）；對(duì)高壓、大流量情況則可選用氣體超聲流量計(jì)。但在近期，又出現(xiàn)了一種新型超聲波流量計(jì)——內(nèi)文丘利管，它也可適應(yīng)于流量變化范圍很大的中低流量情況。

（5）國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)制度的健全。天然氣計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，在結(jié)合了國(guó)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后，中國(guó)氣流量計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已基本形成了完善的系統(tǒng)，并正在逐漸從單個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。

（6）用測(cè)量方法，將體積計(jì)量轉(zhuǎn)化到功率計(jì)算。這一方法指的是在煤氣體積計(jì)量的基礎(chǔ)上加設(shè)煤氣發(fā)熱量的計(jì)算裝置，從而實(shí)現(xiàn)煤氣的功率計(jì)量。在中國(guó)最公平的能源計(jì)算方法是以能源的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行煤氣貿(mào)易核算。中國(guó)加入WTO 以后，在煤氣貿(mào)易計(jì)算中采用能源計(jì)算已勢(shì)在必行。目前，中國(guó)已經(jīng)有部分的煤氣計(jì)量站都開始安裝了煤氣的現(xiàn)場(chǎng)分析設(shè)備，并可完成對(duì)煤氣成分和發(fā)熱力的分析業(yè)務(wù)，如中國(guó)華北油田開發(fā)有限公司向北京供應(yīng)煤氣的東郊門站配備有進(jìn)口的煤氣流速計(jì)算器和實(shí)時(shí)氣相色譜儀等。

1996 年中國(guó)海洋石油總公司投入的天然氣田——南海涯13-1，其中90%的產(chǎn)品煤氣將經(jīng)跨底管道直接進(jìn)入香港，并成為中華電力公司的標(biāo)準(zhǔn)煤氣供應(yīng)，其煤氣系統(tǒng)將根據(jù)ISOS 一百六十七和AGANO 八的報(bào)告完成天氣流量統(tǒng)計(jì)，并定時(shí)定量提取氣樣，送至化驗(yàn)室進(jìn)行分析，利用氣象色譜儀來(lái)確定煤氣組成，運(yùn)行氣相色譜儀之前完成溫度校準(zhǔn)，最后依據(jù)電能計(jì)算方法完成煤氣的計(jì)量交接。

5 天然氣計(jì)量發(fā)展趨勢(shì)

（1）隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在綠色環(huán)保理念的推動(dòng)下，國(guó)家社會(huì)發(fā)展建設(shè)以及人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦?，越?lái)越依賴綠色能源。在綠色能源中，天然氣的計(jì)量發(fā)展和使用是當(dāng)下社會(huì)發(fā)展和提升環(huán)境質(zhì)量的必然要求和重要趨勢(shì)。相比較傳統(tǒng)的煤炭污染，天然氣不管是在能源的優(yōu)勢(shì)上還是在降低污染程度上都脫穎而出。并且伴隨著這種明顯優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在社會(huì)發(fā)展中的各行各業(yè)。

（2）在天然氣的發(fā)展過程中，雖然存在著明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景，但是在實(shí)際的運(yùn)用過程中以及在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新突破上，還是存在著一些亟待解決的問題。在這種情況下，就需要相關(guān)技術(shù)部門下大力氣加大資金投入和人才投入，要充分的提高政治站位，對(duì)標(biāo)對(duì)表先進(jìn)發(fā)達(dá)地區(qū)和國(guó)家積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)存在的不足和問題建立問題清單，對(duì)賬銷號(hào)。隨著天然氣在人們的日常生活和工作中所占的比重越來(lái)越高，我國(guó)天然氣計(jì)量的相關(guān)部門要主動(dòng)作為，積極貫徹落實(shí)相關(guān)政策精神，提升設(shè)施建設(shè)和制度建設(shè)。

（3）隨著天然氣的應(yīng)用權(quán)重占比提升，在天然氣西氣東輸?shù)倪^程中，東西部的經(jīng)濟(jì)也會(huì)隨之平衡。在當(dāng)下的大數(shù)據(jù)信息化的時(shí)代中，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)應(yīng)用于天然氣的計(jì)量工作是必然趨勢(shì)。在天然氣計(jì)量發(fā)展的過程中，各地要對(duì)標(biāo)先進(jìn)地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和做法，強(qiáng)化隊(duì)伍建設(shè)，全方位提升工作人員的理論知識(shí)和實(shí)踐能力。為天然氣計(jì)量工作的良好發(fā)展前景，提供源源不斷的人才隊(duì)伍支持。

6 結(jié)語(yǔ)

天然氣能源是我國(guó)乃至全世界最重要的一種綠色能源，并且對(duì)社會(huì)的發(fā)展和人們的日常生活有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和影響。在我國(guó)的天然氣計(jì)量工作發(fā)展過程中，雖歷經(jīng)磨難，但積極探索前進(jìn)。文章重點(diǎn)對(duì)天然氣計(jì)量工作的發(fā)展作了重點(diǎn)分析和研究，指出其在發(fā)展過程中存在的一些共性和個(gè)性問題。針對(duì)這些亟待解決的問題，相關(guān)部門應(yīng)高度重視，逐漸理順天然氣計(jì)量工作的相關(guān)聯(lián)系，加強(qiáng)制度建設(shè)、基礎(chǔ)建設(shè)、隊(duì)伍建設(shè)。通過多措并舉的方式，帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)與發(fā)展。