石油天然氣流量計實流計量技術探究

隨著我國進入“低碳經(jīng)濟”時代，使得潔凈和綠色能源的使用成為社會發(fā)展的一種必然趨勢，天然氣已經(jīng)廣泛應用于我的生活當中。按照我國“西氣東輸、北氣南送、海氣登陸”的發(fā)展戰(zhàn)略，有效加強了天然氣管網(wǎng)和配套基礎設施的建設力度，進一步促進了天然氣在我國的廣泛應用。傳統(tǒng)的以空氣為檢測介質(zhì)的質(zhì)量流量計量和體積流量計量已經(jīng)難以滿足天然氣能量計量的需求，尋求一種有效可行的天然氣計量手段和可靠的計量數(shù)據(jù)是勢在必行的。

天然氣流量測量主要是由流量計完成的，通常測量天然氣在實際工況下的流量，然后根據(jù)工況下的壓力、溫度和物性參數(shù)將其換算成標準狀況下（我國的標準參比條件是101.325kPa，20℃）的流量。對于孔板、渦輪、容積式、超聲等流量計，需要已知天然氣組成來計算壓縮因子、相對密度、等熵指數(shù)等物性參數(shù)，才能計算出實際工況下或標準參比條件下的天然氣流量。

我國天然氣標準體系建立較晚，二十世紀末期，我國開始構(gòu)建并逐步完善天然氣流量測量標準體系。當時我國商品天然氣產(chǎn)量較低，西氣東輸?shù)忍烊粴忾L輸管道尚未動工，用于天然氣測量的儀表主要是孔板流量計，的天然氣技術標準是 SY/T6143《天然氣流量的標準孔板計量方法》。到 2014 年，中國天然氣產(chǎn)量已達 1329×108m3，按照發(fā)展規(guī)劃，到“十二五”末，我國天然氣供應能力將達到 1760×108m3，年進口天然氣量約為 935×108m3，用于交接測量的主要儀表多使用超聲、渦輪流量計等。為滿足天然氣工業(yè)的發(fā)展和管道建設的需求，保證天然氣測量結(jié)果的準確性和可靠性，我國加快了天然氣測量技術以及標準制修訂的步伐，為使標準有較高的國際化水平，采標對象主要以國際標準和國外先進標準為主。

1 天然氣實流計量裝置設計方案

1.1 開環(huán)系統(tǒng)方案介紹天然氣實流計量裝置的開環(huán)系統(tǒng)通常會在天然氣管道上面建一個檢定裝置，并設立一個甚至多個用氣量較大的下游用戶。其中，檢定裝置用于在上游的高壓管路取氣，并向下游的低壓管路進行排氣，這時，檢定系統(tǒng)管路當中所流經(jīng)的天然氣會經(jīng)過標準流量計以及被檢流量計，進而實現(xiàn)天然氣流量的計量。同時，天然氣會通過組分分析儀器進行實時的監(jiān)測，從而經(jīng)過換算得到相應能量計量的修正信息。

天然氣實流計量裝置的開環(huán)系統(tǒng)通常包括如下幾種裝置：天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)、多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作級標準裝置、核查級標準裝置、次級標準、氮氣吹掃系統(tǒng)等，配套天然氣組分、露點、溫度、壓力以及可燃氣體報警等方面的檢測設備。

1.2 天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了可以有效過濾掉氣源當中的雜質(zhì)及水分，需要在天然氣引入檢定系統(tǒng)的起始端安裝一個天然氣過濾分離系統(tǒng)，進而保證堅定用氣的清潔和單相性，且要使檢定段管路當中的濕度及溫度滿足規(guī)定的檢測條件。

1.3 多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常會采用自動控制理論，并結(jié)合計算機技術來控制試驗管路的流量以及壓力，從而可以使檢定過程當中的流量變化以及壓力波動符合規(guī)定的技術要求。

1.4 工作級標準裝置、核查級標準裝置、次級標準工作級標準裝置主要是用來對流量計進行檢測的一種標準器，是由多臺并聯(lián)安裝的渦輪流量計組裝而成的，這種裝置的測量范圍較寬、靈敏度較高且重復性較好，主要可以用來作高壓大流量的工作標準；為了實現(xiàn)對檢測過程的診斷和出錯報警，可以選擇使用核查級標準裝置，這種裝置主要使用超聲波流量計，沒有可動部件，其自診斷能力較強；次級標準裝置是由臨界流噴嘴組成的，這種裝置沒有可動部件，其長期穩(wěn)定性較好，裝置工作原理以及測量臨界參數(shù)和渦輪流量計是不相同的，可以說這種裝置是理想的次級標準。

1.5 氮氣吹掃系統(tǒng)

氮氣吹掃系統(tǒng)會使天然氣和空氣始終處在隔絕的狀態(tài)，它是裝、卸儀表或者可動部件過程的一個安全保障系統(tǒng)。

組分、露點、溫度、壓力等方面的檢測設備這種組分、露點、溫度、壓力等方面的檢測設備可以利用在線的溫變、壓變、露點儀、色譜儀等測量手段來對檢定介質(zhì)的溫度、壓力、相變、組分加以定量的分析，從而得出這些因素對測量結(jié)果的影響量，并利用得出的數(shù)據(jù)建立相應的修正曲線，從而有效保證流量計工況下的準確適用。

1.6 閉環(huán)系統(tǒng)方案介紹天然氣實流計量裝置的閉環(huán)系統(tǒng)通常會把檢定裝置建立在閉合的管路上面，并借助泵送設備來使管路之內(nèi)的介質(zhì)流動起來。同時，管路當中的天然氣會流經(jīng)標準流量計和被檢流量計從而實現(xiàn)天然氣流量的標定。這種系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)的介質(zhì)是在輸氣管路當中獨立循環(huán)的，有著很多優(yōu)點，例如這種系統(tǒng)不受上、下游管路當中壓力以及容量的約束，不易受到建設場地的限制，且介質(zhì)組分和壓力可以根據(jù)檢測的需要來進行自行的調(diào)節(jié)等。但同時，這種閉環(huán)系統(tǒng)的流量和壓力波動會在循環(huán)回路當中混加，因此，這種系統(tǒng)對泵送設備、穩(wěn)壓裝置以及壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計要求會很高。而且，直至目前為止，國際上還沒有任何天然氣實流計量裝置閉環(huán)系統(tǒng)成功的案例。

2 結(jié)語

天然氣能量計量技術的應用已經(jīng)有多年的歷史，但還未成功開發(fā)直接對天然氣進行能量測定的系統(tǒng)。從學科分類的角度來看，天然氣能量的計量是屬于計量學范疇的，但同時天然氣能量的計量還會涉及到物理測量領域的流量計量和化學計量領域的分析測試。所以，這會進一步增加測量結(jié)果在量值傳遞以及溯源準則等方面復雜性。近幾年，我國在體積的計量領域已經(jīng)達到了國際上的先進水平，但是在發(fā)熱量的測定領域方面，不管是間接測定還是直接測定都同國外的先進水平有著很大的差距。