国内外天然气计量技术现状及发展趋势
发布时间：2019-05-17 发布作者：
【摘 要】文章首先介绍了目前国内外天然气计量技术的现状，接着又讲述了天然气计量方法的分类，并对目前世界上较为常见的几种流量计进行阐述，重点说明了能量流量计的重要性；着重对几种常见流量计的原理、计算公式以及优缺点进行对比。较后分析并展望了未来天然气计量的发展趋势以及我国开展天然气能量计量的可行性与必要性。
1国内外天然气计量技术研究现状
目前天然气作为世界上较为流行的能源之一，具有清洁、高发热量、成本低廉的优点，因此被人们越来越重视，并且具有很好的发展前景。而随着人类对天然气需求量的不断增长，天然气贸易也在飞速的发展，对天然气计量的准确性便显得越来越重要，因此，有必要对天然气计量技术展开研究。精确、高效、经济的计量技术不仅能实现贸易双方的公平交易，而且能够大大降低企业成本，提高经济效益，减少环境污染，有利于企业的良性发展。
1.1国外天然气计量技术发展现状
国外对天然气计量技术的研究起步较早，从上个世纪七十年代，欧美一些发达国家便开始使用
孔板流量计及气体涡轮流量计作为天然气计量的主要工具，到了九十年代超声波流量计开始进入了人们的视野当中，并逐渐地得到了广泛的应用，比如在美国，孔板流量计的使用率达到了80%；加拿大和荷兰主要以气体涡轮以及腰轮流量计为主，使用率占到了90%左右[1]。而从八十年代开始，美国已经开始使用能量计量方法对天然气进行计量，在此之后，其他西方国家也开始使用能量计量方法，这也是未来我国实现天然气精准计量的发展趋势。
1.2国内天然气计量技术发展现状
我国在天然气计量技术研究方面发展较晚，上个世纪七十年代以来，我国结合自身实际情况，并参照国外的计量技术和标准也开发出了适合自己的新型天然气计量仪器，实现了智能化和自动化的计量，并提高了仪表的精确度和可靠性。目前，我国主要使用的计量装置有孔板流量计、气体涡轮流量计以及超声波流量计等，但是
气体涡轮流量计以及超声波流量计所占比重越来越大，而传统的孔板流量计使用率逐渐减小，这也恰恰反映了我国的计量技术正向着更加精细化、智能化的方向发展。
2国内外天然气计量方法
天然气计量方法主要有体积计量法、质量计量法以及能量计量法。国外一些工业发达国家已普遍使用能量计量法对天然气进行计量，而在国内体积计量法仍然占据主流地位。
2.1体积计量法
天然气体积计量法所用到的流量计主要有孔板流量计、气体涡轮流量计、旋进漩涡流量计、
超声波流量计、涡街流量计、腰轮流量计等。
2.1.1孔板流量计
孔板流量计属于差压流量计，发展历史较为悠久，是人们较早应用的流量计[2]。其工作原理：依据流量守恒定律，并以流动连续性方程作为基础运算理论，当天然气经过孔板时，在孔板处形成局部收缩，从而使流速增加，孔板下游压力降低，在孔板前后形成压力差，气体流速越大，孔板前后形成的压差就越大。因此，孔板流量计就是通过计算孔板前后压差来对天然气流量进行计量的。
孔板流量计具有价格低廉、结构简单、便于安装、性能稳定等优点；但其测量精度一般、测量流量上下限范围较窄，一般为3∶1-5∶1，并且经过孔板后的压损较大，维护保养也比较麻烦复杂。孔板流量计对其上下游直管段长度也有着严格的要求，上游直管段长度不应小于10D（D为管道内径），下游直管段长度不应小于4D。
2.1.2气体涡轮流量计
气体涡轮流量计属于速度式流量计，在天然气管道中的分输场站内较为普遍。其工作原理：当天然气通过流量计时，气体带动流量计里面的转子转动，并通过计算出转子转动的次数来计量气体流量。
涡轮流量计具有结构简单且牢固、可靠性强、精度高、重复性好且测量范围大的特点；但是在计量过程中涡轮高速旋转易引起机械摩擦，因此，需经常对其进行加润滑油保养，并且必须在流量计上游加装过滤器避免较大颗粒污物损坏叶轮叶片。
2.1.3超声波流量计
超声波流量计属于速差式流量计，即通过测量时间差来对天然气进行计量，并且适用于高压力、大口径、高精度的天然气计量。工作原理：超声波流量计利用超声波转换器将电能转换为超声波能量，让超声波在天然气介质中按照不同的方向传递，此时接收器接收到来自不同方向的超声波信号的时间也不同，超声波流量计就是通过时间差来计算天然气的流量的[3]。
超声波流量计工作原理相对简单，世界范围内使用占比逐年增加，已经成为主流流量计。它的测量精度较高，较高可达到0.5%，并且量程比较大，一般为1:20，可精确测量脉动流；占地空间少；坚固耐磨，可直接进行清管作业。但是它的缺点就在于不适合在冬季极为寒冷的东北地区使用，受低温影响较大，且价格昂贵，只适用于大、中口径；对流量计上下游直管段长度有较高要求。
2.1.4气体腰轮流量计
气体腰轮流量计属于直接式流量计，也叫罗茨流量计。其工作原理：天然气在流动过程中会经过流量计并进入流量计里面一个固定大小的空间，此空间会在天然气的推动作用下运动到一定位置后而流出流量计，而当不停地重复这个过程时，就会有很多个这样的空间流出。因此，通过统计流出的空间数量就可以计算出天然气流量。
它的主要特点有测量精度高，有时可达到0.2%；量程比极大，可达到1∶400；可靠性强；较主要的是对直管段无任何要求。但自身也存在着一定的不足，安装腰轮流量计时，其壳体不能承受来自管线的各种压力；对天然气气质要求很高[2]。
2.1.5旋进漩涡流量计
旋进漩涡流量计属于新型流量计，主要应用于用气量较少的小型城市燃气输气站，在天然气长输管道中应用较少。它的工作原理：当天然气进入流量计流量传感器入口时，叶片迫使流体进行旋转运动，在漩涡发生体中心产生漩涡流，当天然气进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，发生二次旋转形成陀螺式的涡流进动现象。而漩涡流的旋转频率与天然气流速成正比。
旋进漩涡流量计结构简单而牢固，易于安装，维修方便，可靠性强，使用寿命较长；抗振抗干扰性较涡街流量计强；量程比较大，一般可达到1∶10。但它的压损较大，抗电磁干扰能较差。
2.2质量计量法
天然气质量计量法一般用科氏质量流量计对天然气进行计量，是一种直接式质量流量计。它的量程比较大，可达50∶1，对流量计上下游直管段也无任何要求，测量精度较高，稳定性强，对天然气清洁程度以及密度组分要求较低，适应力好；但它的缺点就在于价格昂贵，无法计量低压天然气，也无法计量大口径管道天然气（一般大于DN200）计量压损较大，对安装要求高。目前，科氏质量流量计应用于气质较差、管径较小的天然气计量中；在CNG（压缩天然气）加气站、天然气生产井加气机以及燃区压气站等领域应用较为广泛。
2.3能量计量法
天然气能量计量与体积计量是密不可分的，它是建立在体积计量法的基础之上的，通过对天然气组分的分析，计算出天然气单位体积的高位发热量，再与天然气体积相乘较终得到流经管道横截面的天然气总能量[3]。天然气作为一种清洁能源，其较大的价值就体现在燃烧所产生的热量，而天然气是一种含有多种组分的混合气体，不同地区天然气的组分也有所不同，燃烧所产生的热量也不尽相同。因此，能量计量法要比体积计量法和质量计量法更能体现出天然气的价值，也更加公平化、合理化、科学化。
天然气单位发热量测定包括直接测定和间接测定两种。直接测定就是通过燃烧单位体积量的天然气来直接得到天然的发热量，一般用来检测和核查气相色谱间接测定法的准确性；间接测定法就是通过气相色谱仪测得天然气的组分，进而根据天然气组分来计算出天然气的发热量，目前的能量计量大多采用这种方法。
能量计量中流量及高位发热量应符合国家计量标准。同样地，天然气流量计量仪表也应符合国家天然气流量计量标准仪器标准；高位发热量通过气相色谱仪测得的量值要经气体标准物质来进行。
3天然气计量技术的未来发展趋势
随着我国加入WTO，在天然气市场上与世界的贸易往来越来越频繁[4]，因此我国的天然气计量技术也要与世界接轨。在未来，天然气计量技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：
3.1计量技术朝着智能化和自动化的方向发展
随着当今世界通信技术、互联网技术以及物联网技术的快速发展，天然气计量技术也在多种高科技技术的影响下向着智能化和自动化的方向发展，目前已经可以实现流量计流量的实时在线监测和远程调控，并且在不久的将来，流量计还很可能同时具备自我诊断和故障检测的功能。
3.2计量管理越来越严格化
随着人类对天然气的需求不断扩大，贸易量也在与日俱增，天然气计量方面所占的比重也是越来越大，因此必须加大对现场流量计以及计量人员的管理力度。同时对流量计的选型标准、使用安装方法、数据传输以及检测检定都要进行明确的规定，避免出现不必要的计量纠纷和利益损失。
3.3计量标准体系更加完善化
尽管我国天然气计量标准的起步较晚，但这些年一直在迅猛的发展，通过吸取国外先进的标准再结合我们自己的实际情况，我国已基本完成一套完整的天然气流量计量标准体系，并且正在由单一标准向多重标准发展。
3.4计量方式向能量化方向发展
前文提到过，天然气的能量计量是建立在体积计量的基础之上的，在天然气贸易计量中，能量计量是较为合理、公平、公正的计量方法。并且目前国外发达国家在天然气国际贸易中均以能量计量作为计量标准，因此我国计量方法必须向能量计量方向发展，这也是未来天然气计量技术发展的必然趋势。
4结论
本文从国内外天然气计量技术的发展现状开始讲述，列举了目前较常用的几种天然气计量方式与技术，并展望了未来天然气计量技术的发展趋势。较终得出结论：天然气能量计量方法必将成为未来天然气计量技术的主流；并且能量计量方法在我国天然气计量领域具有可行性和必然性。
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