我國過去能源以煤為主，石油和天然氣產(chǎn)量很低，解放前油品大部分是進口，上世紀60年代以降石油產(chǎn)量有所增加而能自給，但能源結(jié)構(gòu)仍以煤為主。改革開放以來經(jīng)濟發(fā)展，能源需量增長，本國油資源已不能滿足，進口比重不斷上升，能源結(jié)構(gòu)隨著供應(yīng)多樣化和環(huán)境保護的要求逐步調(diào)整，近年天然氣用量增長頗速，然而到2000年亦僅上升到3%（天然氣平均占24%，亞洲8.8%，發(fā)達國家30%～40%）。天然氣在國內(nèi)應(yīng)用，將進一步增長。
西氣東輸是指塔里木盆地等西部天然氣東輸?shù)缴虾Ｒ约伴L江三角洲地區(qū)，隨著工程建設(shè)需要一批管網(wǎng)運行控制，交接貿(mào)易計量和城市用戶消耗收費用流量儀表，本文就這些需求的流量測量方式和要求，常用儀表類型和特點，不同交接點（即應(yīng)用場所）的選用等，作簡要論述。
一、天然氣管網(wǎng)流量測量類型
天然氣管網(wǎng)流量測量的目的分為管網(wǎng)運行過程控制和總量交接計量兩大類。運行過程流量控制和一般流程工業(yè)要求相似，只是要適應(yīng)天然氣易燃易爆氣氛和沿途惡劣氣侯高溫差等條件，本文不進一步展開。
交接計量儀表亦應(yīng)適應(yīng)上述要求。天然氣交接貿(mào)易計量有質(zhì)量計量和能量計量兩種方式，我國天然氣貿(mào)易計量方式是規(guī)定在法定要求品質(zhì)指揮下以體積或能量的方式進行交接計量，本文不討論能量交接計量。
二、天然氣交接計量常用流量儀表
表1 天然氣計量常用流量儀表 |
序號 | 用途 | 差壓式 | 容積式 | 渦輪 流量計 | 超聲 流量計 | 旋渦 流量計 | 利里奧利質(zhì)量流量計 | 靶式 流量計 |
孔板 流量計 | 臨界流文丘里噴嘴流量計 | 其它 | 膜式 流量計 | 腰輪 流量計 |
1 | 管網(wǎng)輸?shù)栏删€和支線 | √ | | | | √ | √ | √ | √ | | |
2 | 城市輸送和分配 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
天然氣計量流量儀表分為輸氣管線交接用和城市用戶消耗收費用兩大領(lǐng)域，常用儀表如表1
從整體上考察管線天然氣流量儀表應(yīng)用，上世紀70年代及以前除一部分容積式儀表外，幾乎為孔板式所壟斷，80年代形成渦輪流量計高潮，90年代中后期則掀起超聲波流量計熱潮。從地域國別選用習(xí)慣上看，歐洲主要使用渦輸式和容積式中腰輪流量計，如在荷蘭兩者使用約占80%；加拿大渦輪式占90%；美國則以孔板為主，約占80%[2]。國內(nèi)天然氣應(yīng)用發(fā)展之前，燃氣（包括城市爆氣）用管線交接儀表絕大部分用孔板流量計，近十余年才有新型流量儀表渦輪式和超聲式應(yīng)用，據(jù)估計孔板式國內(nèi)仍占90%以上，而國外因較多采用新型儀表，孔板式僅占6%，例如荷蘭天然氣管線上據(jù)稱就用了大小口徑渦輪流量計2600余臺。[1]
1.管線貿(mào)易交接用流量儀表 天然氣管線交接有3個計量級別：①氣田的外輸首站交予長途輸送管道公司，②長途管道公司輸送給沿途各省市天然氣利用公司，③利用公司銷售給各類用戶。表2是各類交接點所用流量儀表，是主要根據(jù)標準化組織（ISO）天然氣能量計量工作組2000年提出文件委員草案ISO/CD15112提示附錄中建議，各交接點能量計量可采用體積流量儀表品種，筆者補充近年應(yīng)用上發(fā)展的品種。ISO/CD15112所定義的6個交接點為：
區(qū)域分銷商 生產(chǎn)商 1 輸氣公司 2 或 3 地區(qū)分銷公司 4 居民用戶 或 或 輸氣公司 或 5 工業(yè)用戶 貯存公司 貯存公司 或 貯存公司 6 商業(yè)用戶 貯存公司 |
表2 各類交接點所用流量計（主要按ISO/CD15112建議） |
序號 | 流 量 計 類 型 | 交 接 點 類 型 |
名 稱 | 說 明 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | 差壓式 | 孔板流量計 | | √ | √ | √ | | √ | |
2 | 臨界流文丘里噴嘴流量計 | 習(xí)稱音速噴嘴流量計 | | | | | √ | √ |
3 | 容 積式 | 膜式流量計 | 即家用燃（煤）氣表 | | | | √ | √ | √ |
4 | 腰輪流量計 | | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
5 | 渦輪流量計 | | √ | √ | √ | | √ | √ |
6 | 超聲流量計 | | √ | √ | √ | √ | √ | |
7 | 旋渦流量計 | 包括渦街式、旋進式 | | √ | √ | | √ | √ |
8 | 科里奧利貨量流量計 | | | | | | | √ |
2.城市用戶收費用流量儀表 城市是天然氣使用的zui終用戶群，既有工業(yè)企業(yè)/商業(yè)企業(yè)，又有城市公用事業(yè)的復(fù)雜群體，常用品種如表1序號2，據(jù)某工程公司近年承接項目（不包括家用儀表）裝用各品種流量儀表所占分額估計，旋渦式55%，孔板式25%，渦輪式10%，其余10%。
三、交接計量用儀表性能特點和應(yīng)用場所
1.孔板流量計 輸送管干線流量儀表主要用孔板式、渦輪式和超聲式，原來孔板式因范圍度小只適用于流量變化小的管線，但現(xiàn)在若配有雷諾數(shù)修正功能的智能積算儀范圍度可從3︰1擴展到10︰1。孔板流量計的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于復(fù)制，價格低廉；缺點是范圍度窄，壓損大，現(xiàn)場安裝直管的要求高等。此外還有入口直角銳利度易被流體沖刷鈍化的缺點，嚴重鈍化可導(dǎo)致流出系數(shù)偏離1%～2%，采用標準噴嘴則可克服這一缺點。近年許多應(yīng)用場所漸為渦輪式和超聲式所代替。
2.臨界流文丘里（音速）噴嘴流量計 城市路邊汽車加油機傳統(tǒng)用容積式流量計，壓縮天然氣（CNG）加氣機則被音速噴嘴流量計和科里奧利質(zhì)量流量計所代替。加氣機用音速噴嘴流量計測量準確度較高（0.5%R[1]），但運行能耗較大。[3]
3.容積式流量計 適用于中小流量范圍，精度適中，范圍寬度（150︰1）。膜式流量計除用于家用燃（煤）氣計量外，還用于小流量計量的商業(yè)用戶，百大量度；腰輪流量計應(yīng)用于城市流量較大的工業(yè)和商業(yè)用戶收費計量。
4.渦輪流量計 渦輪流量應(yīng)用于天然氣在歐美居于第二位，包括輸送管交接計量和城市分配中等流量工商業(yè)用戶收費計量，常用口徑范圍DN50～DN600mm。優(yōu)點是測量精度高（0.5%～1.5%R），短期重復(fù)性好，中大口徑范圍度寬（10︰1～40︰1）；缺點是對流體清潔度要求高，易受流體物性影響，還受來流速度分布影響和流動脈動影響，有活動件，軸承磨損使特性偏移。
5.超聲流量計 超聲流量計90年代始用于氣體，是天然氣輸送管繼孔板式，渦輪式居第三位常用儀表。在中大口徑應(yīng)用有先天性優(yōu)點，可用口徑為100～1600mm；測量準確度高，多聲道儀表達0.5%R；適用極低流速（0.5m/s），與渦輪式相比此優(yōu)點突出，因此范圍度特寬（200︰1～40︰1）；無活動件；無阻力損失。雖然天然氣應(yīng)用超聲式比孔板式/渦輪式歷史短，許多應(yīng)用上問題尚在探索和完善之中，但有很大潛力，具*之勢和我國已有國家標準GB/T18604-2001《用氣體超氣流量計測量天然氣流量》，是參考美國煤氣協(xié)會1998年頒布的報告AGA9《用多聲道超聲流量計測量天然氣流量》制訂的。
正十余年上推出居民適用超聲家用燃（煤）氣表，90年代中期已達到取代壟斷150余年的膜式流量計的態(tài)勢，英國某燃氣公司已達年訂購100萬臺家用超聲燃氣表的規(guī)模。
6.旋渦流量計 旋渦流量計包括渦街式和旋進（旋渦進動）式，是屬于流體振動型流量計。它們的共同特點是無活動件；渦街式壓損?。贿m用于中小管徑，口徑范圍渦街式為15～300mm，旋進式15～400mm，常用40～300mm；準確度高（渦街式±1%R，旋進式±0.5%R）；范圍度寬（小口徑除外，渦街式10︰1～15︰1，旋進式10︰1～25︰1）。渦街式的缺點是對應(yīng)用較多的應(yīng)力檢測渦街流量計敏感于管道等機械振動；對來流流速分布要求較高，需較長前置直管段（15～25D），與之相比旋進式則要求較短（3D）；旋進式的缺點是壓力損失較大，以DN100為例常壓空氣流量1000m3/h，壓損為4kPa。
城市天然氣工商業(yè)用戶，旋渦流量計是主要品種。據(jù)上海同欣自動儀表公司近年承接項目裝用該表居于*，估計有55%（其中渦街式占45%，旋進式占10%）。
7.科里奧利質(zhì)量流量計 科里奧利質(zhì)量流量計不能測量低密度氣體，低壓管道天然氣密度達不到科里奧利質(zhì)量流量計所需質(zhì)量流量要求而不能應(yīng)用。然而進入路邊加氣站的管網(wǎng)中壓（1.6MPa）壓縮天然氣（CNG）和經(jīng)多級升壓饋送給汽車的高壓（25MPa）CNG的加氣機系統(tǒng)，已普遍采用科里奧利質(zhì)量流量計作收費計量。科里奧利質(zhì)量計的準確度較高，在±（0.3～0.5）%R之間。
