隨著天然氣能源不斷開發(fā)利用，人們對天然氣計(jì)量技術(shù)的研究和發(fā)展越來越重視。本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)天然氣流量計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀、常用的流量計(jì)的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)以及天然氣流量計(jì)的選型方法、應(yīng)用分析。

1. 國內(nèi)天然氣流量計(jì)的發(fā)展及現(xiàn)狀

隨著能源利用技術(shù)的不斷發(fā)展，天然氣作為一種熱值高、低污染、低排放的一次能源和附加值較高的化工產(chǎn)品，在經(jīng)濟(jì)社會中的生產(chǎn)與應(yīng)用范圍也不斷加強(qiáng)與提高。隨著天然氣計(jì)量手段的不斷改進(jìn)和完善，適用于不同工況條件的新型計(jì)量儀表相繼問世。從流量計(jì)的使用整體上看，20世紀(jì)70年代形成了孔板流量計(jì)使用高潮，80年代渦輪流量計(jì)興起，90年代中后期則掀起了超聲流量計(jì)熱潮。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對流量測量的準(zhǔn)確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術(shù)日新月異。為了適應(yīng)各種用途，各種類型的流量計(jì)相繼問世。目前已投入使用的流量計(jì)已超過100種。

目前我國生產(chǎn)的天然氣流量計(jì)還是以中低端產(chǎn)品為主，一定程度上滿足生產(chǎn)需要卻也存在很多問題，產(chǎn)品使用時(shí)間短，操作時(shí)也可能出現(xiàn)不靈的情況，自主生產(chǎn)的企業(yè)專業(yè)性還有待提高。在市場的巨大需求和的技術(shù)支持下，未來天然氣流量計(jì)的發(fā)展空間非常大。

2. 國內(nèi)天然氣常用流量計(jì)的介紹

目前，國內(nèi)用于國內(nèi)氣田開發(fā)的流量計(jì)主要由以下幾種:

 2.1 孔板流量計(jì)

在用于天然氣流量測量的儀器儀表中，研究***早***細(xì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)***多、使用經(jīng)驗(yàn)***豐富、標(biāo)準(zhǔn)化程度***高的是孔板流量計(jì)。其主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)易于復(fù)制、簡單牢固、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、價(jià)格低廉等。整套流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀（或流量計(jì)算機(jī)）組成，但是尺寸一定的孔板測量范圍有限；壓力損失大；前后直管段要求長，占地面積大；輸出信號為模擬信號，重復(fù)性不高；對整套流量計(jì)的度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜，很難提高測量度。

2.2 腰輪（羅茨）流量計(jì)

羅茨流量計(jì)是容積式流量計(jì)的一種，其利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流量體積總量。氣體羅茨流量計(jì)準(zhǔn)確度高，量程比大，計(jì)量室不需要直管段，對流場沒有嚴(yán)格要求，因此在我國有較好的應(yīng)用前景；但在使用中仍存在以下缺點(diǎn)，一是由于流量計(jì)轉(zhuǎn)子與殼體之間間隙小，要求介質(zhì)非常干凈或選擇過濾器來防止卡堵，并特別注意在投產(chǎn)使用前，氣體應(yīng)走旁通，以防施工中的焊渣、雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)。羅茨流量計(jì)一旦發(fā)生腰輪轉(zhuǎn)子卡住，必須要切斷供氣，因此它的應(yīng)用受到一定影響。

2.3 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)也是一種容積式流量計(jì)，流動流體的動力驅(qū)使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成比例，通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)來計(jì)量氣體流量。渦輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測量范圍（量程比）寬，新表重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，結(jié)構(gòu)輕便，脈沖量輸出，便于和計(jì)算機(jī)配套。但由于國產(chǎn)渦輪流量計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加工精度及材質(zhì)等方面的原因，葉輪軸承易被介質(zhì)中雜物磨損或卡死，實(shí)際使用效果不太理想，因此在油氣田中使用不多。

2.4 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩型流量計(jì)。儀表內(nèi)部無可動部件，構(gòu)造簡單，穩(wěn)定可靠、使用壽命長、維護(hù)量小、壓力損失小、量程寬。但由于其對雷諾數(shù)有要求（Re≥4000），使得使用范圍受到限制且流體流速分布情況和脈動流將影響測量準(zhǔn)確度，當(dāng)旋渦發(fā)生體被玷污后也將給測量結(jié)果帶來誤差。國內(nèi)渦街流量計(jì)大多采用應(yīng)力式壓電晶體檢測元件，抗干擾性能差，不適合在有振動干擾的管網(wǎng)中應(yīng)用，作貿(mào)易計(jì)量的可靠性差。因此，很少推廣。

2.5 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)主要由流量傳感器（流量計(jì)殼體、旋渦發(fā)生體、壓電傳感器、除旋整流器）、智能流量積算儀、壓力變送器、溫度變送器等組成。其原理是旋渦流量計(jì)插入管道中并垂直于氣體流向，由此產(chǎn)生交替變換的旋轉(zhuǎn)渦流并不斷排出。渦流生成頻率是流速的函數(shù)，檢測其生成頻率就可測得流量。這種流量計(jì)無運(yùn)動件，結(jié)構(gòu)簡單，傳感器不接觸流體，可靠性高、維護(hù)量??；且量程比大；不受流體的溫度、壓力、粘度及成分的影響，與流速成線性關(guān)系。但壓力損失較大，對于低壓力場合使用不很理想；受強(qiáng)烈的機(jī)械振動和磁場干擾影響很大。

2.6 超聲波流量計(jì)

20世紀(jì)90年代氣體超聲波流量計(jì)開始應(yīng)用于天然氣流量計(jì)量，它是通過測量超聲波信號在管內(nèi)沿一定方向傳輸?shù)臅r(shí)間來測量氣體流速，再結(jié)合測量管段截面積計(jì)算天然氣流量。其測量值不受管內(nèi)氣體溫度、壓力及組分變化的影響，準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.5%；測量范圍寬，可適應(yīng)極低流速（0.5m3/s以下）；無可動部件，堅(jiān)固耐用；其缺點(diǎn)在于價(jià)格昂貴，對于小口徑管道測量準(zhǔn)確度低。

3. 天然氣流量計(jì)的選型

選型是流量計(jì)使用前的一項(xiàng)重要工作，不合理的選型往往給天然氣生產(chǎn)、計(jì)量工作造成了極大的不便，有時(shí)甚至帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此根據(jù)使用條件合理選擇流量計(jì)具有十分重大的意義。

天然氣流量計(jì)在選型時(shí)需要考慮的因素很多，主要有：儀表性能（度、重復(fù)性、線性度、測量范圍、壓力損失、上下限流量等）；流體特性（流體壓力、溫度、密度、粘度、潤滑性、化學(xué)性質(zhì)、腐蝕、臟污、氣體壓縮系數(shù)、等熵指數(shù)、比熱容、混相流、脈動流等）；安裝要求（管道布置方向、流動方向、上下游直管段長度、管徑、維護(hù)空間、管道振動、輔助設(shè)備（過濾、排污）等），環(huán)境條件（環(huán)境溫度、濕度、安全性、電磁干擾、防爆等），維護(hù)需求以及價(jià)格等因素（購置費(fèi)、安裝費(fèi)、維修費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)（能耗）、使用期限、備品備件等）。其中對測量對象（即流體的實(shí)際狀況）的確切了解非常重要。

對于油田濕氣（伴生氣），其中含有大量飽和水蒸氣，溫度降低時(shí)有水凝結(jié)；分離不凈的濕氣含有油滴或油污，屬臟污介質(zhì)；間斷計(jì)量，將有油、水沉積在管線內(nèi)；而且每口井產(chǎn)氣量相差較大，造成流量變化大，難有適應(yīng)的流量儀表。一般情況下，旋渦流量計(jì)可用于小口徑非節(jié)能的計(jì)量場合；氣體容積式流量計(jì)可用于氣體條件相對潔凈，計(jì)量準(zhǔn)確度要求較高的分配計(jì)量場所；對大口徑濕氣輸送仍只能采用孔板流量計(jì)，但要采取提高準(zhǔn)確度的措施(如孔板加疏水孔或進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?/span>)。

對于溫度在-40～+400℃，Re在5000～7000000的液體、氣體或蒸汽，流速在***高流速（蒸汽、氣體為75m/s，液體為9m/s）和較低流速（管口公稱直徑在DN25～300范圍內(nèi)較低流速：，）之間，可以使用旋渦流量計(jì)。因旋渦流量計(jì)壓力損失較大(且國產(chǎn)表抗干擾能力差)，在計(jì)較壓損的調(diào)壓站中一般不采用。

由于渦街流量計(jì)沒有可動元件，使用中幾乎沒有磨損，堅(jiān)固耐用。所以在天然氣生產(chǎn)計(jì)量中也有所采用。但是渦街流量計(jì)的使用范圍受斯特勞哈數(shù)St限制（Re≥4000），即流量較小時(shí)，流速達(dá)不到要求，也就無法計(jì)量準(zhǔn)確，所以選用時(shí)要考慮管輸?shù)?**小流量。

一般流量取在流量計(jì)***大流量的70%～80%左右，實(shí)際大流量一般不超過流量計(jì)允許***大流量的120%，持續(xù)時(shí)間不允許超過半小時(shí)。同時(shí)對流量計(jì)流量范圍的超下限也要十分重視，因?yàn)橛?jì)量誤差影響因素較大的多來之于此。

4. 國內(nèi)天然氣流量計(jì)的應(yīng)用分析

4.1 孔板流量計(jì)應(yīng)用

孔板流量計(jì)從20世紀(jì)初期就用于天然氣流量計(jì)量，現(xiàn)在已形成標(biāo)準(zhǔn)化。其結(jié)構(gòu)簡單、性能較為可靠，價(jià)格低廉。對于常規(guī)氣藏，采用差壓式孔板流量計(jì)即可實(shí)現(xiàn)基本計(jì)量，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。每只孔板流量計(jì)都規(guī)定有***小雷諾數(shù)Rmin，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該保證所測流量在該***小流量以上才不至于引起誤差的增加，除不能測量較小流量的氣體，由于孔板設(shè)計(jì)的局限性，對于較大流量的氣體在使用孔板流量計(jì)計(jì)量時(shí)也會產(chǎn)生較大誤差。

普光氣田具有氣藏高酸高壓、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等特點(diǎn)，氣藏平均井深近6000米，地下壓力達(dá)到55MPa以上，氣藏中硫化氫含量高達(dá)15%，二氧化碳含量高達(dá)8%，因介質(zhì)的特殊性(井口采出氣，氣質(zhì)較臟)，選用孔板流量計(jì)?？装彘y能夠?qū)崿F(xiàn)在線更換孔板，可應(yīng)對氣量的變化和氣體的腐蝕。

4.2 腰輪（羅茨）流量計(jì)的應(yīng)用

在常規(guī)天然氣礦場集輸與處理過程中，常用的容積式天然氣計(jì)量儀表主要有羅茨式流量計(jì)，因其受流體密度、粘度影響小，對流體狀態(tài)、速度無特殊要求，可用于濕氣藏、凝析氣藏的流量監(jiān)測，因此在大慶、塔里木輪南油田單井濕氣、凝析氣計(jì)量中應(yīng)用較多。

4.3 渦輪流量計(jì)應(yīng)用

渦輪流量計(jì)是目前天然氣流量計(jì)量中比較常見的計(jì)量儀表，渦輪流量計(jì)采用的是體積計(jì)量的計(jì)量方式，我國西氣東輸一線、二線和川氣東輸管線上也大量的使用渦輪流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量。

由于各種因素的影響，渦輪流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用的過程中還是存在一些問題。常見的問題有：無信號、運(yùn)轉(zhuǎn)速度忽慢忽快、渦輪流量計(jì)不計(jì)數(shù)、負(fù)偏差增加（準(zhǔn)確度降低）以及設(shè)計(jì)流量與實(shí)際流量不匹配等。

4.4 渦街流量計(jì)應(yīng)用

大澇壩天然氣處理站進(jìn)站天然氣總計(jì)量儀表選用的是渦街流量計(jì)，使用中其誤差主要表現(xiàn)在雜質(zhì)、CO2、H2O、無機(jī)鹽、蠟對檢測元件的腐蝕、磨損、粘附引起的測量誤差。目前使用情況較差，建議選用不與介質(zhì)直接接觸的超聲波流量計(jì)或抗污染能力較強(qiáng)的孔板流量計(jì)。

其余渦街流量計(jì)使用點(diǎn)計(jì)量的天然氣（液化氣）氣質(zhì)干凈、供氣平穩(wěn)（擾動?。虼擞?jì)量準(zhǔn)確度較高，是較為理想的流量計(jì)。

4.5 旋進(jìn)漩渦流量計(jì)應(yīng)用

新疆雅克拉天然氣處理站燃料用氣計(jì)量儀表選用了旋進(jìn)漩渦流量計(jì)，由于雅克拉站燃料氣氣質(zhì)干凈、流量穩(wěn)定，因此使用情況較好。中原油田各集、輸、配氣站選用了旋進(jìn)漩渦流量計(jì)，在流體通過節(jié)流使旋渦流動加速會產(chǎn)生壓力損失。在使用中應(yīng)注意測量介質(zhì)盡量保證單一牛頓體。

4.6 超聲波流量計(jì)應(yīng)用

在我國長輸和集輸管道工程實(shí)踐中，因常規(guī)孔板流量計(jì)在高壓、大流量計(jì)量方面，受到自身結(jié)構(gòu)的限制而顯示出其局限性，其使用條件、使用范圍和對管道的要求條件苛刻，流程比低、壓損大、精度低，檢定不方便。針對這些不足，蘇里格氣田采氣三廠在中燃、長蒙、長烏臨、內(nèi)蒙周邊用戶等外貿(mào)計(jì)量裝置使用超聲波流量計(jì)，使用后運(yùn)行平穩(wěn)，計(jì)量準(zhǔn)確，較其他天然氣常規(guī)計(jì)量設(shè)備綜合成本低,在氣田計(jì)量中具有較高使用和推廣價(jià)值。

5.結(jié)束語

雖然我國有較豐富的天然氣資源，但是天然氣的利用卻嚴(yán)重滯后，目前啟動的西氣東輸工程就是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的序幕，今后幾十年內(nèi)天然氣的使用百分比將持續(xù)快速地上升，在2015年前后，預(yù)計(jì)將達(dá)到10%以上。但國內(nèi)沒有天然氣計(jì)量設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，難以與國際接軌。我們應(yīng)該積極學(xué)習(xí)外國氣體計(jì)量技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，努力提高我國氣體計(jì)量技術(shù)水平，并需要加大加強(qiáng)注重流量計(jì)在天然氣田運(yùn)用的選型方法的學(xué)習(xí)。