一、天然氣實流計量技術的背景

    目前,，我國進入了轉變經(jīng)濟發(fā)展方式和調整產(chǎn)業(yè)結構的關鍵時期,。隨著“低碳經(jīng)濟”時代的來臨，使用潔凈和綠色能源已成為社會發(fā)展的必然趨勢,，天然氣已廣泛用于城市燃氣,、工業(yè)企業(yè)、電力交通等行業(yè),。“十五”和“十一五”期間,，國家按照“西氣東輸、北氣南送,、海氣登陸”的發(fā)展戰(zhàn)略,，加強了基于天然氣管線、復線和重點聯(lián)絡線的建設,。天然氣管網(wǎng)及配套基礎設施的快速發(fā)展,，有力地促進了天然氣應用。

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

    二、天然氣實流計量現(xiàn)狀

    隨著國內(nèi)外實流檢定技術的進步,，天然氣流量量值溯源正逐步向實流檢定方向發(fā)展,，即以實際天然氣介質、在接近實際現(xiàn)場工況等條件下對流量的分參數(shù)（如壓力,、溫度,、氣質組分和流量總量）進行動態(tài)量值溯源。

    目前,，我國具有原級標準裝置及溯源能力，建有國家石油天然氣大流量計量站大慶總站,、成都分站和南京分站,。此外，重慶還有一套天然氣介質和pVTt裝置,，適用于中低壓小流量天然氣流量計量檢測工作,，另有部分移動式天然氣流量計量檢定裝置,。

    國外天然氣流量計的檢定也從重視干標法逐漸過渡到實流檢定，相繼出現(xiàn)了許多實流檢定實驗室,，如美國科羅拉多工程實驗室（CEESI）,、美國西南研究院（SWRI）、荷蘭國家計量研究院（NMI）,、加拿大標定站（TCC）,、德國檢測站（Pigsar）、英國國家工程實驗室（NEL）,、日本國家*（NRLM）等,。

    三、天然氣實流計量裝置設計方案

    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,，有一個或多個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流經(jīng)被檢流量計和標準流量計而實現(xiàn)流量計量,。通過組分分析儀器實時監(jiān)測，可以換算得到對應能量計量的修正信息,。

    開環(huán)系統(tǒng)主要包括：天然氣過濾分離及溫濕調節(jié)系統(tǒng),、多級壓力/流量調節(jié)系統(tǒng)、工作級標準裝置,、核查級標準裝置,、次級標準、氮氣吹掃系統(tǒng)等,，配套天然氣組分,、露點、溫度,、壓力,、可燃氣體報警等方面的檢測設備。具體如下：

    （1）天然氣過濾分離及溫濕調節(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)介質的溫度和濕度滿足檢測條件,。

    （2）多級壓力/流量調節(jié)系統(tǒng)

    采用自動控制理論，結合計算機技術控制試驗管路的壓力和流量,，使檢定過程中的壓力波動,、流量變化符合相關技術要求。

    （3）工作級標準裝置,、核查級標準裝置,、次級標準

    工作級標準裝置是對流量計實施檢測的標準器,，由多臺并聯(lián)安裝的渦輪流量計組成，其靈敏度高,、重復性好,、測量范圍寬，適合于用作高壓大流量的工作標準,；核查級標準裝置選用超聲波流量計,，無可動部件，自診斷能力強,，可實現(xiàn)對檢測過程的診斷和出錯報警,；由臨界流噴嘴組成的次級標準裝置，沒有可動部件,，長期穩(wěn)定性好,，工作原理和測量臨界參數(shù)與渦輪流量計不同，是理想的次級標準,。

    （4）氮氣吹掃系統(tǒng)

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

    （5）組分,、露點、溫度,、壓力等方面的檢測設備

    在線的溫變,、壓變、露點儀,、色譜儀等測量手段對檢定介質的溫度,、壓力、相變,、組分進行定量分析,，得出其對測量結果的影響量，建立修正曲線,，為流量計工況下的準確使用提供計量保障,。

    開環(huán)系統(tǒng)方案設計如圖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,，通過泵送設備使管路內(nèi)介質流動,。管路中的天然氣同時流經(jīng)被檢流量計和標準流量計而實現(xiàn)標定。

    與開環(huán)系統(tǒng)相比,，閉環(huán)系統(tǒng)的介質是獨立于輸氣管路循環(huán)的,，具有不受建設場地限制，不受上,、下游管路壓力和容量的約束,，介質組分、壓力可以根據(jù)檢測需要自行調節(jié)等優(yōu)點,。

    但是,，閉環(huán)系統(tǒng)的壓力和流量波動會在循環(huán)回路中疊加，對泵送設備,、壓力/流量調節(jié)系統(tǒng)和穩(wěn)壓裝置的設計要求更高,。

    目前，國內(nèi)外還沒有閉環(huán)系統(tǒng)成功案例的報道,。

    四,、結束語

    盡管天然氣能量計量技術問世已有20多年，但真正直接對天然氣進行能量測定的系統(tǒng)尚在開發(fā)之中,。從學科分類的角度看,，天然氣能量計量隸屬于計量學范疇，同時能量計量既涉及屬于物理測量領域的流量計量,，又涉及屬于化學計量領域的分析測試,。因此，增加了測量結果在量值傳遞及溯源準則方面的復雜性,。近年來,，我國在體積計量領域已達到了*水平，然而在發(fā)熱量測定領域,，無論是直接測定還是間接測定,，與*水平相比尚有諸多不足之處。

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