天然氣流量計量新的進展與發展趨勢

天然氣流量計量新的進展與發展趨勢

袁平凡 何敏 梁險峰

袁平凡 何敏 梁險峰

【關鍵詞】天然氣,流量計量,實流檢定 發展趨勢 天然氣作為一種優質能源和化工原料其計量越來越被人們重視。歐美等工業化水平較高的發達國家，對天然氣計量技術的研究起步較早，投人的資金及科技力量較大，尤其是對貿易天然氣的計量十分重視。從流量計選型上，歐洲主要使用渦輪、腰輪流量計，如在荷蘭渦輪、腰輪流量計的使用約占80%，在加拿大渦輪流量計的使用約占90%，而美國則以使用孔板為主，約占80%。從整體上來看，在流量計使用上，70年代形成了孔板使用高潮，80年代形成了渦輪流量計使用的高潮，90年代中后期則掀起了超聲流量計熱潮。 國內外天然氣計量狀況簡要回顧 天然氣作為一種優質能源和化工原料其計量越來越被人們重視。歐美等工業化水平較高的發達國家，對天然氣計量技術的研究起步較早，投人的資金及科技力量較大，尤其是對貿易天然氣的計量十分重視。從流量計選型上，歐洲主要使用渦輪、腰輪流量計，如在荷蘭渦輪、腰輪流量計的使用約占80%，在加拿大渦輪流量計的使用約占90%，而美國則以使用孔板為主，約占80%。從整體上來看，在流量計使用上，70年代形成了孔板使用高潮，80年代形成了渦輪流量計使用的高潮，90年代中后期則掀起了超聲流量計熱潮。 在流量標準方面，各國流量工作者花費了大量時間，付出了艱苦的努力，在分析總結大量的實驗和應用數據的基礎上，相繼推出具有代表性的標準如天然氣流量標準孔板計量標準（AGA No.3）、氣體渦輪流量計標準（AGA No.7）、天然氣及其他烴類氣體的壓縮性和超壓縮性標準（AGA No.8）、用氣體超聲流量計測量天然氣標準（AGA No.9）、用差壓裝置測量流體流量標準（ISO5167）、氣體渦輪流量計標準（ISO9951）、氣體超聲波流量計標準（ISO/TR12765）以及天然氣壓縮因子計算標準（ISO/DIS12213）等，這些標準規程對天然氣流量計量具有積極的指導意義。 與此同時，在國外人們從重視干標法逐步過渡到實流檢定的思維模式—一重視量值溯源與量值傳遞工作，相繼出現許多實流檢定實驗室，如美國科羅拉多工程實驗室（CEESI）、美國西南研究院（SWRI）、荷蘭國家計量研究院（NMI）、加拿大標定站（TCC）、德國（Pigsar）、英國國家工程實驗室（NEL）、日本國家計量院（NRLM）。 近幾年，國際法制計量組織（OMIL）氣體計量分委員會歐共體起草了國際建議PREN1776“天然氣計量系統基本要求”，較詳細地規定了天然氣計量系統的組成和對輔助設備的具體要求，對天然氣計量系統的設計原則及設計指南，計量系統的在線檢定、安裝和操作維護等進行了規定。 我國天然氣計量起步較晚，氣藏主要分布在四川、長慶、新疆，儀表的使用選型主要使用孔板，其比例約占88％，采用幾何檢定法。從70年代以來，我國參照國外系列標準，結合自己的實際情況，在天然氣儀表的設計選型、使用、安裝、維護、管理、氣質分析等方面作了相應的工作，得出一些較重要的結論，同時對現場阻力件、復雜工況影響，摸索出了一些成熟的經驗，在標準方面形成了《天然氣流量的標準孔板計量方法》（SY/T6143－1996）標準、等效采用ISO5167形成GB2624標底，但就總體水平，與國外還存在顯著差距。 近幾年，我國天然氣計量技術新進展 我國大量使用的孔板節流裝置及其二次儀表雙波紋管差壓計的計量技術，由于其固有的缺陷，如孔板在使用過程中的不斷磨損、腐蝕；現場阻力件組合形式遠不止標準規定的7種情況；現場旋渦流、脈動流影響因素復雜；對于氣量波動大、變化頻率高的狀況適應性差；導壓管易引起信號滯后等[1]，不能保證其計量準確度，這給流量工作者帶來了新的研究課題。近幾年來，我國天然氣計量技術取得了以下一些新的進展。 l、孔板節流裝置二次儀表智能化 1998年以來，在二次儀表方面，對部分天然氣計量裝置進行了改造，現場逐步采取配用智能壓力變送器、溫度變送器，流量計算機以取代雙波紋管差壓計，從而實現計量自動化。該系統變送器具有準確度高、穩定性好，可利用它的通訊功能進行在線故障診斷、組態和校驗，天然氣流量計量逐步走向在線、智能、實時計量。 2、適應中小流量的新型智能式流量計應用 為解決部分現場在中小流量和中低壓情況下流量波動較大，孔板計量準確性較差的特殊難題，國內推出智能漩進旋渦流量計、智能渦輪流量計，該類流量計能在線采集壓力、溫度、工況流量、標定流量、實時修正壓縮因子以及自動進行溫度、壓力補償。經過實流標定和在現場較大范圍應用（如四川、新疆、大港、大慶等），效果較好。近期又出現了該類型的雙探頭智能流量計，抗干擾能力進一步增強。 3、高壓大流量計量技術研究 隨著國外氣體超聲流量計的迅速發展，我國及時跟蹤國外先進計量技術，自1999年以來，由國家原油大流量計量站成都天然氣流量分站（以下簡稱計量分站）牽頭，對具有典型代表的美國Daniel、荷蘭Instromet、美國Contronlotron所生產的氣體超聲流量計進行了實流測試，研究在理想安裝條件、非理想安裝條件、旋轉不同角度安裝條件、帶壓更換超聲換能器、不同壓力條件、聲道故障狀態的性能并進行現場應用。得出氣體超聲流量計干校后仍需實流檢定和周期送檢等重要結論[2]。經過天然氣實流測試后，北京、大慶、新疆、四川、天津、河北等已逐步引進氣體超聲流量計約40臺。口徑在DN150mm－DN400mm之間，不確定度為0.5％-1.0％。 4、實流檢定技術的發展 過去標準孔板一直沿用“幾何檢驗法”，流量檢定裝置通常使用空氣作介質，負壓檢定。1996年華陽計量分站建成，該站擁有mt原級標準裝置，總不確定度為0.1％和從美國CEESI引進臨界流音速噴嘴次級標準裝置，總不確定度為0.25％，具備天然氣流量實流檢定條件。最近4年，實流檢定技術日趨成熟，已建立起全套天然氣實流檢定方法、程序、管理制度，并與國外如美國、荷蘭、英國、德國等技術和水平逐步*近。為了更好地模擬現場工況，減少裝載、運輸帶來的系列困難，控制和合理減少現場計量誤差，我國實流檢定逐步從室內走向現場。如，國家原油大流量計量站（大慶）的移動式音速噴嘴標定車（壓力1.6MPa、管徑DN200mm、流量90000m3/h），計量分站新購置的移動式氣體超聲流量標定車（壓力6.4MPa、管徑DN600mm、工況流量80-8000 m3/h）。 5、標準的逐步完善與統一 孔板標準由SYL04－83升級為SY/T6143－1996，現正準備升為國家標準；《用氣體超聲流量計測量天然氣》非等效采用AGA NO.9，同時也參考了ISO/TRl2765的部分內容，2001年4月，已通過國家專標委評審。《天然氣計量系統技術要求》，非等效采用PREN1776：《天然氣測量系統基本要求》，2001年8月，已通過國家專標委評審。目前正準備起草《用渦輪流量計測量天然氣》國家標準。 6、國際流量比對 國外流量比對起步較早，最近幾年華陽計量分站在天然氣流量方法與美國CEESI、美國SWRI、荷蘭NMI、德國Pigsar進行了初步的流量比對工作，結果基本一致。2000年在巴西舉行的第10屆國際流量會議中國作為會員正式參加國際循環比對工作組（BIPM/CIPM/CCM下屬流量測量工作組WGFF）第一次會議[3]。2001年4月初，我國在土耳其參加了第二屆國際流量工作組（BIPM/CIPM/CCM/WGFF）會議。 7、科研技術與國際學術交流活動 近幾年來，我國天然氣流量計量取得較大科研成就。比較典型的科研項目有：“天然氣、空氣、水為介質對孔板計量性能的影響研究”、“天然氣計量技術研究”、“氣體超聲流量計的測試與現場應用研究”、“新型流量計及新型整流器的研究與應用”、“安裝條件對孔板影響因素的研究”等。 我國參與國際計量學術活動比較頻繁，如：參加美國API會議、參加英國國際法制計量組織（OMIL），主持和申辦國際流量測量學術會議FLOMEKO和ISO/TC193等。 天然氣計量新的觀念與發展趨勢 隨著中國加入WTO，外資企業不斷進人我國天然氣市場以及引進國外天然氣的可能性、天然氣計量與國際接軌即將成為面對面的現實[4]，其計量觀念與發展趨勢也將由此而發生系列變化。分析表明，下一步我國天然氣計量將向以下七方面發展： l、計量方式向自動化、智能化、遠程化計量方式發展 由于電子技術、計算機以及互聯網技術的迅猛發展，天然氣計量已逐步向在線、實時、智能*近，同時依*網絡技術實現遠程化通訊、控制和管理，如SCADA系統的應用和智能渦輪流量計智能系統。 2、檢定方式、量值溯源從靜態單參數向動態多參數溯源發展 過去流量計檢定方式通常采用檢定靜態單參數方法，如標準孔板依*幾何檢定法檢定孔板的8個幾何靜態單參數來保證流量計的準確。隨著國內國外實流檢定技術的成熟，天然氣流量量值溯源正逐步向實流檢定方向發展，即以實際天然氣介質、在接近實際現場工況等條件下對流量的分參數如壓力、溫度、氣質組分和流量總量進行動態量值溯源。 3、儀表選型從單一儀表向多元化儀表發展 過去流量儀表選型比較單一，近幾年隨著對流量計的研究和開發，不同的流量計有不同的特點和適應范圍，流量儀表選型由此呈現從單一儀表向多元化儀表方向發展。如，對中低壓、中小流量可選擇智能型速度式流量計（渦輪、漩進旋渦流量計）；對高壓、大流量可選擇氣體超聲流量計。近期，又出現了一種新型流量計——內文丘利管，它可適合流量變化范圍大的中低流量工況。 4、計量標準由單一標準向多重標準發展 我國天然氣計量標準不斷發展、豐富和完善，結合國外標準后我國流量計量標準已基本構成完整的體系，正逐步由單一標準向多重標準發展。 5、計量方式從體積計量向能量計量發展 我國天然氣貿易計量方法是在法定的質量指標下按體積計量。隨著市場經濟的不斷完善和WTO的即將加入，要求我國天然氣貿易計量方法盡快與國際接軌。2000年5月，ISO/TC193第12次年會在成都召開，專題討論了SC2/WG4有關天然氣能量計量工作組文件（ISO/WD 15112），2000年12月出了委員文件（ISO/CD 15112）。有關天然氣能量計量成為發展趨勢，我國正在加快進程開展相應的準備工作。 6、單一數據管理向計量系統管理方向發展 單一數據管理具有諸多缺點。計算機技術的發展給天然氣計量系統管理創造了良好的條件。天然氣計量管理從影響測量結果的各個方面、各個環節進行全過程的、動態的、科學管理。中油股份公司西南油氣田分公司2001年即將完成的科研課題《西南油氣田分公司天然氣計量信息管理系統》為天然氣計量自動化及過程管理提供了信息管理系統。 7、計量管理從事后計量糾紛解釋向事前過程管理發展 隨著市場經濟的發展，人們越來越重視天然氣計量，特別是貿易計量。因此，人們對天然氣計量在管理觀念上正發生根本性轉變，不僅對現場計量器具的使用及相應人員進行管理，并從事后計量糾紛解釋向加強事前儀表采購選型、安裝使用、過程控制、質量監督、數據管理、實流檢定的管理轉變和發展。 參考文獻 1. 氣體超聲流量計與孔板流量計在天然氣工業中應用的比較，孫淮清，重慶工業自動化儀表研究所，石油工業技術監督，第14卷第6期，1998年6月。 2. 超聲流量計的現場應用與研究技術報告，中國石油西南油氣田分公司，2001年3月。 3. 赴巴西參加第十界國際流量測量學術會議報告，中國計量測試學會秘書處，2000年9月。 4. 淺談我國天然氣計量與國際接軌，黃和，文代龍，陳汝培，游明定，2001年4月。

國內的流量標定站很少，標定的量程也有限，應引進先進設備，這樣用戶通過對比就可以知道哪種流量計量設備適合自己，哪種的誤差大，通過數據就可以有選型指導的依據，光通過理論個人感覺比較難以進行合理的選型。