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

1. 國內(nèi)天然氣流量計的發(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)濟社會中的生產(chǎn)與應(yīng)用范圍也不斷加強與提高。隨著天然氣計量手段的不斷改進和完善，適用于不同工況條件的新型計量儀表相繼問世。從流量計的使用整體上看，20世紀70年代形成了孔板流量計使用高潮，80年代渦輪流量計興起，90年代中后期則掀起了超聲流量計熱潮。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對流量測量的準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，各種類型的流量計相繼問世。目前已投入使用的流量計已超過100種。

目前我國生產(chǎn)的天然氣流量計還是以中低端產(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)品使用時間短，操作時也可能出現(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，未來天然氣流量計的發(fā)展空間非常大。

2. 國內(nèi)天然氣常用流量計的介紹

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

 2.1 孔板流量計

在用于天然氣流量測量的儀器儀表中，研究***早***細、實驗數(shù)據(jù)***多、使用經(jīng)驗***豐富、標準化程度***高的是孔板流量計。其主要特點為結(jié)構(gòu)易于復制、簡單牢固、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、價格低廉等。整套流量計由節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀（或流量計算機）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，重復性不高；對整套流量計的度影響因素多且錯綜復雜，很難提高測量度。

2.2 腰輪（羅茨）流量計

羅茨流量計是容積式流量計的一種，其利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐次、重復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。氣體羅茨流量計準確度高，量程比大，計量室不需要直管段，對流場沒有嚴格要求，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，一是由于流量計轉(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)進入流量計。羅茨流量計一旦發(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

渦輪流量計也是一種容積式流量計，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)來計量氣體流量。渦輪流量計的優(yōu)點是測量范圍（量程比）寬，新表重復性好，準確度高，結(jié)構(gòu)輕便，脈沖量輸出，便于和計算機配套。但由于國產(chǎn)渦輪流量計設(shè)計結(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

渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩型流量計。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確度，當旋渦發(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)易計量的可靠性差。因此，很少推廣。

2.5 旋進旋渦流量計

旋進旋渦流量計主要由流量傳感器（流量計殼體、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。這種流量計無運動件，結(jié)構(gòu)簡單，傳感器不接觸流體，可靠性高、維護量小；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；受強烈的機械振動和磁場干擾影響很大。

2.6 超聲波流量計

20世紀90年代氣體超聲波流量計開始應(yīng)用于天然氣流量計量，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間來測量氣體流速，再結(jié)合測量管段截面積計算天然氣流量。其測量值不受管內(nèi)氣體溫度、壓力及組分變化的影響，準確度高，可達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，堅固耐用；其缺點在于價格昂貴，對于小口徑管道測量準確度低。

3. 天然氣流量計的選型

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

天然氣流量計在選型時需要考慮的因素很多，主要有：儀表性能（度、重復性、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），維護需求以及價格等因素（購置費、安裝費、維修費、校驗費、運行費（能耗）、使用期限、備品備件等）。其中對測量對象（即流體的實際狀況）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，旋渦流量計可用于小口徑非節(jié)能的計量場合；氣體容積式流量計可用于氣體條件相對潔凈，計量準確度要求較高的分配計量場所；對大口徑濕氣輸送仍只能采用孔板流量計，但要采取提高準確度的措施(如孔板加疏水孔或進行補償?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。因旋渦流量計壓力損失較大(且國產(chǎn)表抗干擾能力差)，在計較壓損的調(diào)壓站中一般不采用。

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

一般流量取在流量計***大流量的70%～80%左右，實際大流量一般不超過流量計允許***大流量的120%，持續(xù)時間不允許超過半小時。同時對流量計流量范圍的超下限也要十分重視，因為計量誤差影響因素較大的多來之于此。

4. 國內(nèi)天然氣流量計的應(yīng)用分析

4.1 孔板流量計應(yīng)用

孔板流量計從20世紀初期就用于天然氣流量計量，現(xiàn)在已形成標準化。其結(jié)構(gòu)簡單、性能較為可靠，價格低廉。對于常規(guī)氣藏，采用差壓式孔板流量計即可實現(xiàn)基本計量，且經(jīng)濟實用。每只孔板流量計都規(guī)定有***小雷諾數(shù)Rmin，實際使用時應(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)計的局限性，對于較大流量的氣體在使用孔板流量計計量時也會產(chǎn)生較大誤差。

普光氣田具有氣藏高酸高壓、地質(zhì)構(gòu)造復雜等特點，氣藏平均井深近6000米，地下壓力達到55MPa以上，氣藏中硫化氫含量高達15%，二氧化碳含量高達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?？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量儀表主要有羅茨式流量計，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、凝析氣計量中應(yīng)用較多。

4.3 渦輪流量計應(yīng)用

渦輪流量計是目前天然氣流量計量中比較常見的計量儀表，渦輪流量計采用的是體積計量的計量方式，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進行貿(mào)易計量。

由于各種因素的影響，渦輪流量計在實際應(yīng)用的過程中還是存在一些問題。常見的問題有：無信號、運轉(zhuǎn)速度忽慢忽快、渦輪流量計不計數(shù)、負偏差增加（準確度降低）以及設(shè)計流量與實際流量不匹配等。

4.4 渦街流量計應(yīng)用

大澇壩天然氣處理站進站天然氣總計量儀表選用的是渦街流量計，使用中其誤差主要表現(xiàn)在雜質(zhì)、CO2、H2O、無機鹽、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或抗污染能力較強的孔板流量計。

其余渦街流量計使用點計量的天然氣（液化氣）氣質(zhì)干凈、供氣平穩(wěn)（擾動?。?，因此計量準確度較高，是較為理想的流量計。

4.5 旋進漩渦流量計應(yīng)用

新疆雅克拉天然氣處理站燃料用氣計量儀表選用了旋進漩渦流量計，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、配氣站選用了旋進漩渦流量計，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 超聲波流量計應(yīng)用

在我國長輸和集輸管道工程實踐中，因常規(guī)孔板流量計在高壓、大流量計量方面，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)計量裝置使用超聲波流量計，使用后運行平穩(wěn)，計量準確，較其他天然氣常規(guī)計量設(shè)備綜合成本低,在氣田計量中具有較高使用和推廣價值。

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，預計將達到10%以上。但國內(nèi)沒有天然氣計量設(shè)備的統(tǒng)一標準，難以與國際接軌。我們應(yīng)該積極學習外國氣體計量技術(shù)的先進經(jīng)驗，引進國外先進技術(shù)，努力提高我國氣體計量技術(shù)水平，并需要加大加強注重流量計在天然氣田運用的選型方法的學習。