一、天然氣實流計量技術的背景

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

    天然氣應用的發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據提出了更高的要求。

    二、天然氣實流計量現狀

    隨著國內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展，即以實際天然氣介質、在接近實際現場工況等條件下對流量的分參數（如壓力、溫度、氣質組分和流量總量）進行動態量值溯源。

    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.開環系統方案介紹

    開環系統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，檢定系統管路中的天然氣同時流經被檢流量計和標準流量計而實現流量計量。通過組分分析儀器實時監測，可以換算得到對應能量計量的修正信息。

    開環系統主要包括：天然氣過濾分離及溫濕調節系統、多級壓力/流量調節系統、工作級標準裝置、核查級標準裝置、次級標準、氮氣吹掃系統等，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系統

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

    （2）多級壓力/流量調節系統

    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，長期穩定性好，工作原理和測量臨界參數與渦輪流量計不同，是理想的次級標準。

    （4）氮氣吹掃系統

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

    （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。

    開環系統方案設計如圖1所示。

圖1 開環系統方案示意圖

    2.閉環系統方案介紹

    閉環系統將檢定裝置建在閉合管路上，通過泵送設備使管路內介質流動。管路中的天然氣同時流經被檢流量計和標準流量計而實現標定。

    與開環系統相比，閉環系統的介質是獨立于輸氣管路循環的，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、壓力可以根據檢測需要自行調節等優點。

    但是，閉環系統的壓力和流量波動會在循環回路中疊加，對泵送設備、壓力/流量調節系統和穩壓裝置的設計要求更高。

    目前，國內外還沒有閉環系統成功案例的報道。

    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尚在開發之中。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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