天然氣流量計(jì)量新的進(jìn)展與發(fā)展趨勢

天然氣流量計(jì)量新的進(jìn)展與發(fā)展趨勢

袁平凡 何敏 梁險(xiǎn)峰

袁平凡 何敏 梁險(xiǎn)峰

【關(guān)鍵詞】天然氣,流量計(jì)量,實(shí)流檢定 發(fā)展趨勢 天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源和化工原料其計(jì)量越來越被人們重視。歐美等工業(yè)化水平較高的發(fā)達(dá)國家，對天然氣計(jì)量技術(shù)的研究起步較早，投人的資金及科技力量較大，尤其是對貿(mào)易天然氣的計(jì)量十分重視。從流量計(jì)選型上，歐洲主要使用渦輪、腰輪流量計(jì)，如在荷蘭渦輪、腰輪流量計(jì)的使用約占80%，在加拿大渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)使用的高潮，90年代中后期則掀起了超聲流量計(jì)熱潮。 國內(nèi)外天然氣計(jì)量狀況簡要回顧 天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源和化工原料其計(jì)量越來越被人們重視。歐美等工業(yè)化水平較高的發(fā)達(dá)國家，對天然氣計(jì)量技術(shù)的研究起步較早，投人的資金及科技力量較大，尤其是對貿(mào)易天然氣的計(jì)量十分重視。從流量計(jì)選型上，歐洲主要使用渦輪、腰輪流量計(jì)，如在荷蘭渦輪、腰輪流量計(jì)的使用約占80%，在加拿大渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)使用的高潮，90年代中后期則掀起了超聲流量計(jì)熱潮。 在流量標(biāo)準(zhǔn)方面，各國流量工作者花費(fèi)了大量時(shí)間，付出了艱苦的努力，在分析總結(jié)大量的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，相繼推出具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)如天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（AGA No.3）、氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（AGA No.7）、天然氣及其他烴類氣體的壓縮性和超壓縮性標(biāo)準(zhǔn)（AGA No.8）、用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣標(biāo)準(zhǔn)（AGA No.9）、用差壓裝置測量流體流量標(biāo)準(zhǔn)（ISO5167）、氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ISO9951）、氣體超聲波流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ISO/TR12765）以及天然氣壓縮因子計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（ISO/DIS12213）等，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程對天然氣流量計(jì)量具有積極的指導(dǎo)意義。 與此同時(shí)，在國外人們從重視干標(biāo)法逐步過渡到實(shí)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(xiàn)許多實(shí)流檢定實(shí)驗(yàn)室，如美國科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)室（CEESI）、美國西南研究院（SWRI）、荷蘭國家計(jì)量研究院（NMI）、加拿大標(biāo)定站（TCC）、德國（Pigsar）、英國國家工程實(shí)驗(yàn)室（NEL）、日本國家計(jì)量院（NRLM）。 近幾年，國際法制計(jì)量組織（OMIL）氣體計(jì)量分委員會(huì)歐共體起草了國際建議PREN1776“天然氣計(jì)量系統(tǒng)基本要求”，較詳細(xì)地規(guī)定了天然氣計(jì)量系統(tǒng)的組成和對輔助設(shè)備的具體要求，對天然氣計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)指南，計(jì)量系統(tǒng)的在線檢定、安裝和操作維護(hù)等進(jìn)行了規(guī)定。 我國天然氣計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自己的實(shí)際情況，在天然氣儀表的設(shè)計(jì)選型、使用、安裝、維護(hù)、管理、氣質(zhì)分析等方面作了相應(yīng)的工作，得出一些較重要的結(jié)論，同時(shí)對現(xiàn)場阻力件、復(fù)雜工況影響，摸索出了一些成熟的經(jīng)驗(yàn)，在標(biāo)準(zhǔn)方面形成了《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》（SY/T6143－1996）標(biāo)準(zhǔn)、等效采用ISO5167形成GB2624標(biāo)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(jì)量技術(shù)新進(jìn)展 我國大量使用的孔板節(jié)流裝置及其二次儀表雙波紋管差壓計(jì)的計(jì)量技術(shù)，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(xiàn)場阻力件組合形式遠(yuǎn)不止標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7種情況；現(xiàn)場旋渦流、脈動(dòng)流影響因素復(fù)雜；對于氣量波動(dòng)大、變化頻率高的狀況適應(yīng)性差；導(dǎo)壓管易引起信號(hào)滯后等[1]，不能保證其計(jì)量準(zhǔn)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(jì)量技術(shù)取得了以下一些新的進(jìn)展。 l、孔板節(jié)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(jì)量裝置進(jìn)行了改造，現(xiàn)場逐步采取配用智能壓力變送器、溫度變送器，流量計(jì)算機(jī)以取代雙波紋管差壓計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量自動(dòng)化。該系統(tǒng)變送器具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，可利用它的通訊功能進(jìn)行在線故障診斷、組態(tài)和校驗(yàn)，天然氣流量計(jì)量逐步走向在線、智能、實(shí)時(shí)計(jì)量。 2、適應(yīng)中小流量的新型智能式流量計(jì)應(yīng)用 為解決部分現(xiàn)場在中小流量和中低壓情況下流量波動(dòng)較大，孔板計(jì)量準(zhǔn)確性較差的特殊難題，國內(nèi)推出智能漩進(jìn)旋渦流量計(jì)、智能渦輪流量計(jì)，該類流量計(jì)能在線采集壓力、溫度、工況流量、標(biāo)定流量、實(shí)時(shí)修正壓縮因子以及自動(dòng)進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定和在現(xiàn)場較大范圍應(yīng)用（如四川、新疆、大港、大慶等），效果較好。近期又出現(xiàn)了該類型的雙探頭智能流量計(jì)，抗干擾能力進(jìn)一步增強(qiáng)。 3、高壓大流量計(jì)量技術(shù)研究 隨著國外氣體超聲流量計(jì)的迅速發(fā)展，我國及時(shí)跟蹤國外先進(jìn)計(jì)量技術(shù)，自1999年以來，由國家原油大流量計(jì)量站成都天然氣流量分站（以下簡稱計(jì)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(chǎn)的氣體超聲流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)流測試，研究在理想安裝條件、非理想安裝條件、旋轉(zhuǎn)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(tài)的性能并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。得出氣體超聲流量計(jì)干校后仍需實(shí)流檢定和周期送檢等重要結(jié)論[2]。經(jīng)過天然氣實(shí)流測試后，北京、大慶、新疆、四川、天津、河北等已逐步引進(jìn)氣體超聲流量計(jì)約40臺(tái)?？趶皆贒N150mm－DN400mm之間，不確定度為0.5％-1.0％。 4、實(shí)流檢定技術(shù)的發(fā)展 過去標(biāo)準(zhǔn)孔板一直沿用“幾何檢驗(yàn)法”，流量檢定裝置通常使用空氣作介質(zhì)，負(fù)壓檢定。1996年華陽計(jì)量分站建成，該站擁有mt原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，總不確定度為0.1％和從美國CEESI引進(jìn)臨界流音速噴嘴次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，總不確定度為0.25％，具備天然氣流量實(shí)流檢定條件。最近4年，實(shí)流檢定技術(shù)日趨成熟，已建立起全套天然氣實(shí)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(shù)和水平逐步*近。為了更好地模擬現(xiàn)場工況，減少裝載、運(yùn)輸帶來的系列困難，控制和合理減少現(xiàn)場計(jì)量誤差，我國實(shí)流檢定逐步從室內(nèi)走向現(xiàn)場。如，國家原油大流量計(jì)量站（大慶）的移動(dòng)式音速噴嘴標(biāo)定車（壓力1.6MPa、管徑DN200mm、流量90000m3/h），計(jì)量分站新購置的移動(dòng)式氣體超聲流量標(biāo)定車（壓力6.4MPa、管徑DN600mm、工況流量80-8000 m3/h）。 5、標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善與統(tǒng)一 孔板標(biāo)準(zhǔn)由SYL04－83升級(jí)為SY/T6143－1996，現(xiàn)正準(zhǔn)備升為國家標(biāo)準(zhǔn)；《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣》非等效采用AGA NO.9，同時(shí)也參考了ISO/TRl2765的部分內(nèi)容，2001年4月，已通過國家專標(biāo)委評(píng)審?！短烊粴庥?jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》，非等效采用PREN1776：《天然氣測量系統(tǒng)基本要求》，2001年8月，已通過國家專標(biāo)委評(píng)審。目前正準(zhǔn)備起草《用渦輪流量計(jì)測量天然氣》國家標(biāo)準(zhǔn)。 6、國際流量比對 國外流量比對起步較早，最近幾年華陽計(jì)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(jìn)行了初步的流量比對工作，結(jié)果基本一致。2000年在巴西舉行的第10屆國際流量會(huì)議中國作為會(huì)員正式參加國際循環(huán)比對工作組（BIPM/CIPM/CCM下屬流量測量工作組WGFF）第一次會(huì)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(huì)議。 7、科研技術(shù)與國際學(xué)術(shù)交流活動(dòng) 近幾年來，我國天然氣流量計(jì)量取得較大科研成就。比較典型的科研項(xiàng)目有：“天然氣、空氣、水為介質(zhì)對孔板計(jì)量性能的影響研究”、“天然氣計(jì)量技術(shù)研究”、“氣體超聲流量計(jì)的測試與現(xiàn)場應(yīng)用研究”、“新型流量計(jì)及新型整流器的研究與應(yīng)用”、“安裝條件對孔板影響因素的研究”等。 我國參與國際計(jì)量學(xué)術(shù)活動(dòng)比較頻繁，如：參加美國API會(huì)議、參加英國國際法制計(jì)量組織（OMIL），主持和申辦國際流量測量學(xué)術(shù)會(huì)議FLOMEKO和ISO/TC193等。 天然氣計(jì)量新的觀念與發(fā)展趨勢 隨著中國加入WTO，外資企業(yè)不斷進(jìn)人我國天然氣市場以及引進(jìn)國外天然氣的可能性、天然氣計(jì)量與國際接軌即將成為面對面的現(xiàn)實(shí)[4]，其計(jì)量觀念與發(fā)展趨勢也將由此而發(fā)生系列變化。分析表明，下一步我國天然氣計(jì)量將向以下七方面發(fā)展： l、計(jì)量方式向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化計(jì)量方式發(fā)展 由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，天然氣計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能*近，同時(shí)依*網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理，如SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用和智能渦輪流量計(jì)智能系統(tǒng)。 2、檢定方式、量值溯源從靜態(tài)單參數(shù)向動(dòng)態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展 過去流量計(jì)檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法，如標(biāo)準(zhǔn)孔板依*幾何檢定法檢定孔板的8個(gè)幾何靜態(tài)單參數(shù)來保證流量計(jì)的準(zhǔn)確。隨著國內(nèi)國外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟，天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展，即以實(shí)際天然氣介質(zhì)、在接近實(shí)際現(xiàn)場工況等條件下對流量的分參數(shù)如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源。 3、儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展 過去流量儀表選型比較單一，近幾年隨著對流量計(jì)的研究和開發(fā)，不同的流量計(jì)有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍，流量儀表選型由此呈現(xiàn)從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展。如，對中低壓、中小流量可選擇智能型速度式流量計(jì)（渦輪、漩進(jìn)旋渦流量計(jì)）；對高壓、大流量可選擇氣體超聲流量計(jì)。近期，又出現(xiàn)了一種新型流量計(jì)——內(nèi)文丘利管，它可適合流量變化范圍大的中低流量工況。 4、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展 我國天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展、豐富和完善，結(jié)合國外標(biāo)準(zhǔn)后我國流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)已基本構(gòu)成完整的體系，正逐步由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。 5、計(jì)量方式從體積計(jì)量向能量計(jì)量發(fā)展 我國天然氣貿(mào)易計(jì)量方法是在法定的質(zhì)量指標(biāo)下按體積計(jì)量。隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷完善和WTO的即將加入，要求我國天然氣貿(mào)易計(jì)量方法盡快與國際接軌。2000年5月，ISO/TC193第12次年會(huì)在成都召開，專題討論了SC2/WG4有關(guān)天然氣能量計(jì)量工作組文件（ISO/WD 15112），2000年12月出了委員文件（ISO/CD 15112）。有關(guān)天然氣能量計(jì)量成為發(fā)展趨勢，我國正在加快進(jìn)程開展相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。 6、單一數(shù)據(jù)管理向計(jì)量系統(tǒng)管理方向發(fā)展 單一數(shù)據(jù)管理具有諸多缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給天然氣計(jì)量系統(tǒng)管理創(chuàng)造了良好的條件。天然氣計(jì)量管理從影響測量結(jié)果的各個(gè)方面、各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程的、動(dòng)態(tài)的、科學(xué)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(jì)量信息管理系統(tǒng)》為天然氣計(jì)量自動(dòng)化及過程管理提供了信息管理系統(tǒng)。 7、計(jì)量管理從事后計(jì)量糾紛解釋向事前過程管理發(fā)展 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們越來越重視天然氣計(jì)量，特別是貿(mào)易計(jì)量。因此，人們對天然氣計(jì)量在管理觀念上正發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，不僅對現(xiàn)場計(jì)量器具的使用及相應(yīng)人員進(jìn)行管理，并從事后計(jì)量糾紛解釋向加強(qiáng)事前儀表采購選型、安裝使用、過程控制、質(zhì)量監(jiān)督、數(shù)據(jù)管理、實(shí)流檢定的管理轉(zhuǎn)變和發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1. 氣體超聲流量計(jì)與孔板流量計(jì)在天然氣工業(yè)中應(yīng)用的比較，孫淮清，重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所，石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，第14卷第6期，1998年6月。 2. 超聲流量計(jì)的現(xiàn)場應(yīng)用與研究技術(shù)報(bào)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(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告，中國計(jì)量測試學(xué)會(huì)秘書處，2000年9月。 4. 淺談我國天然氣計(jì)量與國際接軌，黃和，文代龍，陳汝培，游明定，2001年4月。

國內(nèi)的流量標(biāo)定站很少，標(biāo)定的量程也有限，應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，這樣用戶通過對比就可以知道哪種流量計(jì)量設(shè)備適合自己，哪種的誤差大，通過數(shù)據(jù)就可以有選型指導(dǎo)的依據(jù)，光通過理論個(gè)人感覺比較難以進(jìn)行合理的選型。