一、天然氣實(shí)流計(jì)量技術(shù)的背景

    目前，我國(guó)進(jìn)入了轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵時(shí)期。隨著“低碳經(jīng)濟(jì)”時(shí)代的來臨，使用潔凈和綠色能源已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，天然氣已廣泛用于城市燃?xì)狻⒐I(yè)企業(yè)、電力交通等行業(yè)。“十五”和“十一五”期間，國(guó)家按照“西氣東輸、北氣南送、海氣登陸”的發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)了基于天然氣管線、復(fù)線和重點(diǎn)聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)。天然氣管網(wǎng)及配套基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，有力地促進(jìn)了天然氣應(yīng)用。

    天然氣應(yīng)用的發(fā)展對(duì)天然氣流量計(jì)量技術(shù)提出了新的要求。流量計(jì)的性能受到介質(zhì)的高壓、組分變化等因素的影響，往往不能準(zhǔn)確反映其計(jì)量性能，傳統(tǒng)的以空氣為檢測(cè)介質(zhì)的質(zhì)量流量計(jì)量或體積流量計(jì)量已經(jīng)不能滿足天然氣能量計(jì)量的需求。所以，天然氣的合理利用、公平交易都對(duì)科學(xué)的計(jì)量手段和可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)提出了更高的要求。

    二、天然氣實(shí)流計(jì)量現(xiàn)狀

    隨著國(guó)內(nèi)外實(shí)流檢定技術(shù)的進(jìn)步，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(chǎng)工況等條件下對(duì)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。

    目前，我國(guó)具有原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置及溯源能力，建有國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站大慶總站、成都分站和南京分站。此外，重慶還有一套天然氣介質(zhì)和pVTt裝置，適用于中低壓小流量天然氣流量計(jì)量檢測(cè)工作，另有部分移動(dòng)式天然氣流量計(jì)量檢定裝置。

    國(guó)外天然氣流量計(jì)的檢定也從重視干標(biāo)法逐漸過渡到實(shí)流檢定，相繼出現(xiàn)了許多實(shí)流檢定實(shí)驗(yàn)室，如美國(guó)科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)室（CEESI）、美國(guó)西南研究院（SWRI）、荷蘭國(guó)家計(jì)量研究院（NMI）、加拿大標(biāo)定站（TCC）、德國(guó)檢測(cè)站（Pigsar）、英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室（NEL）、日本國(guó)家*（NRLM）等。

    三、天然氣實(shí)流計(jì)量裝置設(shè)計(jì)方案

    1.開環(huán)系統(tǒng)方案介紹

    開環(huán)系統(tǒng)一般將檢定裝置建在天然氣管道上，有一個(gè)或多個(gè)用氣量大的下游用戶。檢定裝置在上游高壓管路取氣，向下游低壓管路排氣，檢定系統(tǒng)管路中的天然氣同時(shí)流經(jīng)被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量。通過組分分析儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以換算得到對(duì)應(yīng)能量計(jì)量的修正信息。

    開環(huán)系統(tǒng)主要包括：天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)、多級(jí)壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)等，配套天然氣組分、露點(diǎn)、溫度、壓力、可燃?xì)怏w報(bào)警等方面的檢測(cè)設(shè)備。具體如下：

    （1）天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)

    在天然氣引入檢定系統(tǒng)的起始端，需要安裝天然氣過濾分離系統(tǒng)，濾除氣源中的雜質(zhì)和水分，確保檢定用氣的單相與清潔，并使檢定段管路內(nèi)介質(zhì)的溫度和濕度滿足檢測(cè)條件。

    （2）多級(jí)壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

    采用自動(dòng)控制理論，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)控制試驗(yàn)管路的壓力和流量，使檢定過程中的壓力波動(dòng)、流量變化符合相關(guān)技術(shù)要求。

    （3）工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

    工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置是對(duì)流量計(jì)實(shí)施檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)器，由多臺(tái)并聯(lián)安裝的渦輪流量計(jì)組成，其靈敏度高、重復(fù)性好、測(cè)量范圍寬，適合于用作高壓大流量的工作標(biāo)準(zhǔn)；核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置選用超聲波流量計(jì)，無可動(dòng)部件，自診斷能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)過程的診斷和出錯(cuò)報(bào)警；由臨界流噴嘴組成的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，沒有可動(dòng)部件，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，工作原理和測(cè)量臨界參數(shù)與渦輪流量計(jì)不同，是理想的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

    （4）氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)

    其使空氣與天然氣始終處于隔絕狀態(tài)，是裝、卸儀表或可動(dòng)部件過程的安全保障系統(tǒng)。

    （5）組分、露點(diǎn)、溫度、壓力等方面的檢測(cè)設(shè)備

    在線的溫變、壓變、露點(diǎn)儀、色譜儀等測(cè)量手段對(duì)檢定介質(zhì)的溫度、壓力、相變、組分進(jìn)行定量分析，得出其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響量，建立修正曲線，為流量計(jì)工況下的準(zhǔn)確使用提供計(jì)量保障。

    開環(huán)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 開環(huán)系統(tǒng)方案示意圖

    2.閉環(huán)系統(tǒng)方案介紹

    閉環(huán)系統(tǒng)將檢定裝置建在閉合管路上，通過泵送設(shè)備使管路內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)。管路中的天然氣同時(shí)流經(jīng)被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)而實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。

    與開環(huán)系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)的介質(zhì)是獨(dú)立于輸氣管路循環(huán)的，具有不受建設(shè)場(chǎng)地限制，不受上、下游管路壓力和容量的約束，介質(zhì)組分、壓力可以根據(jù)檢測(cè)需要自行調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。

    但是，閉環(huán)系統(tǒng)的壓力和流量波動(dòng)會(huì)在循環(huán)回路中疊加，對(duì)泵送設(shè)備、壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和穩(wěn)壓裝置的設(shè)計(jì)要求更高。

    目前，國(guó)內(nèi)外還沒有閉環(huán)系統(tǒng)成功案例的報(bào)道。

    四、結(jié)束語

    盡管天然氣能量計(jì)量技術(shù)問世已有20多年，但真正直接對(duì)天然氣進(jìn)行能量測(cè)定的系統(tǒng)尚在開發(fā)之中。從學(xué)科分類的角度看，天然氣能量計(jì)量隸屬于計(jì)量學(xué)范疇，同時(shí)能量計(jì)量既涉及屬于物理測(cè)量領(lǐng)域的流量計(jì)量，又涉及屬于化學(xué)計(jì)量領(lǐng)域的分析測(cè)試。因此，增加了測(cè)量結(jié)果在量值傳遞及溯源準(zhǔn)則方面的復(fù)雜性。近年來，我國(guó)在體積計(jì)量領(lǐng)域已達(dá)到了*水平，然而在發(fā)熱量測(cè)定領(lǐng)域，無論是直接測(cè)定還是間接測(cè)定，與*水平相比尚有諸多不足之處。

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