天然气大流量计量选型及使用方法研究

前言：随着男内能源结构的调整，传统的以工业煤为主导的能源正在向多层次多种类的方向调整，工业煤在能源中所占的比重逐年下降。近年来国内在能源和资源的开发利用及国内合作中，对于大口径、大流量流量计标准装置的需求十分突出。计量交接逐步发展为集中式、大口径、高气量的贸易交接方式，大流量天然气的计量方式也已由单一的孔板流量计发展到孔板、涡轮、超声流量计共用的格局。综合分析现有的天然气大流量计量方式，对比研究孔板、涡轮以及超声流量计的优缺点，得出流量计在大流量计量方面的适用性以及流量计的发展趋势，以达到合理有效地使用各类计量仪表的目的，提高天然气的交接计量精确度。

 

0 引言

近几年，国内天然气产量增长较快，流量计量在国民经济中的作用也更加明显。随着西气东输三线、四线的动工，预计到到2019年，这2个管线建设以后，初步形成的天然气管网输气能力将达800多亿m3。同时，天然气在一次能源结构中的比重也在加大，预计到2015年前后，国内天然气的利用在能源结构中所占比例将达到10%以上。

 

据统计，2008年国内用于天然气计量的器具为900多台，预计2015年将可能达到2300多台。从整体上来看，在流量计使用上，20世纪70年代形成了孔板使用高峰期，20世纪80年代形成了涡轮流量计使用的高峰期，20世纪90年代中后期则形成了使用超声流量计的高峰期。

 

1 天然气流量计计量类型

在大流量计量方面，目前国内外采用的流量计主要有3种类型：超声流量计、涡轮流量计和孔板流量计。

 

1.1 超声流量计

气体超声流量计的应用始于20世纪90年代，以前主要是用于液体测量，在超声流量计应用于气体测量上，由于气体声阻抗大，气体声能衰减大这个课题一直未能得到很好的解决，气体超声的发展由此受到限制。20世纪80年代以来，随着高速数字信号处理技术和的压电陶瓷技术的发展，气体超声流量计测量天然气技术有了突破性进展。

 

超声流量计根据换能器数量分类，目前气体超声流量计有一至六声道流量计；根据超声波在管壁上的反射情况，又可分为直射、单反射和双反射3种。目前，超声波流量计一般都采用单反射技术，计量不确定度为1.0%～2.0%。图1中，五声道超声流量计有3个声道采用单反射技术，2个声道采用旋转方向相反的双反射技术，对旋涡流的流量测量准确度较高。

 

1.2 涡轮流量计

在欧洲和美国，涡轮流量计是继孔板流量计之后的二个法定天然气流量计，已经发展为多品种、全系列、多规格，批量生产规模的天然气流量计。涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸仪表。

 

图1 五声道超声流量计结构图

涡轮流量计由涡轮流量传感器及与之配套的计算仪表构成。主要研究工作集中于涡轮流量传感器本身和其信号的处理方法。Shafer、Furness、Baker、Da-vid曾分别对涡轮流量传感器研究工作进行过总结，提供了非常有价值。

 

为了提高涡轮流量计的计量性能和适应性，不同厂家都对涡轮进行了改进，目前有如下产品：双叶轮，提高涡轮的可靠性；铝合金叶轮，提高涡轮的灵敏度和抗冲击能力；一体化整流器，提高涡轮的准确度和和抗冲击能力；密封式轴承，提高涡轮的抗脏污能力。

 

1.3 孔板流量计

孔板流量计是在20世纪初即使用的天然气流量测量仪表，经过1个世纪的发展过程，它已经是国内外研究得早、细，使用经验丰富，试验数据多，标准化程度高的计量仪表。据估计，国内约占60%，国内占80%以上，数据点多（16000多个），不过随着超声流量计在国内的逐渐使用，孔板流量计所占比例有所下降。

 

目前，众多新型流量计的出现对孔板流量计形成了严峻的挑战，为着保持其主导地位，其功能在积极地完善着，现列举如下：

 

（1）孔板流量计配套的二次仪表部分。差压变送器和流量计算机在微电子技术、计算机技术、新材料、新工艺的迅速发展下，性能及可靠性显著提高。

 

（2）定值节流件的采用。定值节流件是指对每种通径测量管道配以有限数量的节流件。节流件的p值（直径比）则按优先数系选用，节流件实现批量生产，降低生产成本，为扩大使用创造条件，给用户带来方便等。

 

2 优缺点对比

各种流量计的分析、对比结果如表1所示。表1中，D为管径，ρ为管道输送介质的密度，C为压力损失系数。

 

表1 流量计比较表

 

3 实用性分析

天然气计量仪表的选用*先要遵循一个基本的原则，就是所选用的计量仪表一定能够满足和用于现场实时计量。在选用流量计之前，*先需要摸清用户近期和远期的用气情况，每日调峰和季节性调峰多少及现场的实际工艺情况，然后才可以确定选用何种流量计，从而确定所选仪表的规格、型号。具体需考虑的因素以及各流量计的性能对比如表2和表3所示。

表2 天然气流量计选型依据

 

表3 流量计性能比较表

 

通过以上比较及目前的发展趋势可以看出，气体超声流量计将是未来天然气大流量交接计量仪表的主流。使用气体超声流量计测量天然气流量，尤其是在高压大流量贸易交接计量的场合，有较高的技术经济效益。多声道超声流量计己被气体工业界所接受，可在天然气贸易交接计量中应用。目前，己部分取代了孔板流量计、涡轮流量计等传统的气体流量计量技术。超声流量计解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠测量困难的问题。

 

目前，国内外在对涡轮流量计用于天然气测量的选用比例上也在不断上升。由于其具有高精度和宽量程等诸多优点，在国内成为对中低流量和城市燃气调峰计量的**仪表。

 

孔板差压流量计的结构简单、寿命长、成本低等特点更适合国情，而且使用量仍占80%以上。采用的智能变送器、网络通信技术、数字信号处理技术，计算机技术、现代控制技术等进行技术改造，是孔板差压流量计的发展方向。

 

4 结束语

预计到2016年前后，国内天然气的利用将在能源结构中所占比例达到10%以上。因此，努力搞好天然气计量工作尤为重要。其意义体现在：搞好天然气的精确计量有利于以天然气为原料的化工企业分析原因，改进工艺流程更新设备，达到节能降耗的目的；为在计量上与国内接轨创造有利条件；为计量交接双方提供公平合理的计量数据。

 

天然气计量技术发展趋势：智能式流量计的发展，微型、微功耗计算机在流量计二次仪表的使用，可利用校准技术提高流量计的准确度和拓宽量程；大流量计量将使用工作原理简单、受安装和环境条件影响小、准确度高的流量计；各种类型的流量计有其工作原理和计量特性，在不同工作条件下使用不同工作原理的流量计；在国内，超声流量计、涡轮流量计及孔板流量计将在大中流量计量中成为主流流量计。小口径超声、腰轮等宽量程流量计将在用量波动大的民用气计量中发挥作用。润中仪表科技有限公司**从事流量计的研发与生产多年，在孔板流量计、涡轮流量计等用于天然气测量的方面有着突出的表现，更多关于天然气选型可以点击https://www.harzkj.com/llyb/wolunliuliangji/2015/0104/433.html