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淺談天然氣流量計量方式有哪些以及我國常用計量方式

作者: 來源: 發布時間:2017-10-12 15:26:13

                摘要 天然氣計量包括體積計量、質量計量和能量計量 3 種方式。

1 天然氣計量方式
                天然氣計量包括體積計量、質量計量和能量計量 3 種方式。國際天然氣貿易和歐美日韓等工業發達國家廣泛采用能量計量,而我國及周邊俄羅斯、中亞地區天然氣資源國家仍以體積計量為主,天然氣質量計量應用相對較少。
 
1.1 體積計量
                天然氣體積計量儀表包括孔板流量計、渦輪流量計、超聲波流量計、腰輪流量計、渦街流量計、旋進旋渦流量計等。
 
1.1.1 孔板流量計
                孔板流量計為壓差式流量計,主要應用于較早投產的天然氣管道,近年來,正陸續升級改造為渦輪流量計或超聲波流量計。優點:價格較低;結構簡單,便于安裝;性能穩定;投用前無需實流校核。
缺點:測量精度一般,且精度難以提高;測量范圍較窄,滿足計量精度的前提下一般為 3:1~5:1,采用雙量程壓差計可達 10:1;對上下游直管段長度要求較高,一般要求上游直管段長度為 30D(D 為流量計內徑),下游直管段長度為 7D;通過節流裝置,壓力損失較大;由于孔板流量計由法蘭連接,易產生漏氣問題,維護工作量較大。
 
1.1.2 渦輪流量計
                渦輪流量計屬于速度式儀表,在長輸天然氣管道分輸站場較為常見。優點:結構簡單而牢固,可靠性高;安裝方便,便于維修;精度高,重復性好;測量范圍較大,可達 25:1,在高壓輸氣情況下,還
可進一步增大。缺點:渦輪高速轉動引起機械摩擦,需注意潤滑;需在流量計上游配套過濾器,避免較大固體顆粒損壞渦輪葉片;對上下游直管段長度有一定要求,一般要求上游 10D,下游 5D;上限流速受“氣蝕”現象限制,一般為 10 m /s。
 
1.1.3 超聲波流量計
                超聲波流量計屬于速差式流量計,是繼孔板流量計、渦輪流量計之后的第三類適用于高壓力、大口徑、高精度的天然氣流量計。優點:測量精度高;測量范圍大,可達 100:1;能實現雙向流量計量;無可動部件;無壓損;不受氣體壓力、溫度、組分變化的影響;有強大的自檢測與自診斷功能;全數字式計量系統,易于實現數字化通信;維護簡單,可帶壓更換超聲換能器。缺點:目前多為進口設備,價格昂貴,只適用于大、中口徑;對上下游直管段長度有一定要求,一般要求上游 10D,下游 5D;不適用于較小口徑(管徑小于 100 m m )天然氣計量。
 
1.1.4 其他計量儀表
                腰輪流量計又稱羅茨流量計,屬于旋轉式容積式流量計,僅適用于小口徑、小流量天然氣計量,在長輸天然氣管道中應用較少。渦街流量計是一種流體振蕩型流量計,一般用于玻璃廠、建材廠等企業內部流量監視、考核和能耗計量,在長輸天然氣管道中基本沒有使用。旋進旋渦流量計屬于新型氣體流量儀表,主要應用于油田內部和城市燃氣小型配氣站,在長輸天然氣管道中應用較少。
 
1.2 質量計量
                天然氣質量計量儀表一般指科氏質量流量計,是一種直接式質量流量儀表。優點:測量范圍廣,可達 50:1;上下游不要求直管段;可直接測量流體質量;測量精度較高,穩定性好;對介質的適應性較廣,可適用于濕氣或臟氣的計量,也能適用于氣體組分和密度變化較大的氣體。缺點:價格昂貴;不能測量低壓氣體;壓力損失較大;對安裝固定要求較高;不能用于較大口徑(管徑大于 200 m m )管道天然氣。目前,科氏質量流量計在小口徑天然氣管道計量、臟污天然氣計量、燃驅壓氣站自耗氣計量、天然氣生產井計量及城市車用 CNG(壓縮天然氣)加氣機計量等相關領域有所應用。
 
1.3 能量計量
                天然氣能量計量是體積計量或質量計量的延伸,可通過體積計量、質量計量與單位流量天然氣的發熱值乘積計算獲得。與體積計量、質量計量方式相比,能量計量更能科學體現天然氣作為燃料的商品價值。天然氣的發熱值可通過直接燃燒法測量,也可通過分析氣體組分計算而得。對于規模較大的計量站,需配套安裝在線氣相色譜儀實時測量天然氣發熱值;對于規模較小的計量站,可采用離線氣相色譜分析方法計算熱值,再根據對應氣源的種類及氣源熱值的穩定性,選擇固定賦值或可變賦值的方法確定對應計量站天然氣的發熱值。
 
2 國內外天然氣計量現狀
2.1 國際間常用計量方式
2.1.1 LNG 國際貿易計量方式
               全球 LNG(液化天然氣)國際貿易主要分為北美、歐洲和亞太地區三大市場。其中,北美 LNG 交易價格完全市場化,并以美國亨利樞紐中心現貨或期貨價格為基準價格;歐洲 LNG 交易價格多采用與替代燃料價格聯動的定價方式;亞太地區 LNG 交易價格多采用與進口原油價格直接掛鉤的定價方式。
盡管各區域市場 LNG 貿易定價方式不同,現貨交易價格也相差較大,但計量方式均采用能量計量的方式[1],單位為美元/M M Btu。
 
2.1.2 跨國天然氣管道貿易計量方式
               歐美地區跨國天然氣管道多采用能量計量的方式,亞洲地區多采用體積計量。挪威至歐洲天然氣管道采用能量計量方式,定價方式與輕油、低硫重油等替代燃料價格掛鉤,單位為歐分/(kW ·h),俄羅斯至德國天然氣管道也采用相同的計量方式;加拿大至美國天然氣管道采用能量計量的方式,價格參照北美 LNG 交易價格,單位為美元/M M Btu;中亞至中國天然氣管道、中俄東線天然氣管道及部分俄羅斯至歐洲國家天然氣管道采用體積計量的方式,計價單位為美元/103 m 3 ,相關合同條款會規定天然氣發熱值范圍,超過或低于相應范圍,天然氣價格需隨之調整。
 
2.2 國外典型國家天然氣計量方式
               美國是世界上實施天然氣能量計量zui早的國家。1980 年以前使用體積計量,1980 年起開始采用能量計量,計價單位為美元/M M Btu。英國天然氣管輸 和 配 送 均 采 用 能 量 計 量 , 計 價 單 位 為歐分/(kW ·h),管輸公司定期公告各區域天然氣熱值,配氣公司配氣費根據用戶的年用氣量及可中斷性進行收取。法國輸氣管道管輸費也采用能量計量,計價單位為歐元/(kW ·h),管輸費包括容量費和使用費,可中斷用戶容量費為連續用戶的 75% ~90% ,使用費根據進氣點和出氣點所在區域相對距離進行計算。韓國和日本天然氣資源主要為進口 LNG,也采用能量計量,計價單位分別為韓元/M J 和日元/kcal。印度天然氣管輸價格和終端銷售價格均采用能量計量,計價單位為盧比/M M btu。俄羅斯和哈薩克斯坦采用體積計量,計價單位分別為盧布/m3和堅戈/m3 。
 
2.3 我國常用計量方式
               我國天然氣計量方式主要為體積計量,主要采用孔板流量計、超聲波流量計和渦輪流量計等計量裝置。近年來,超聲波流量計和渦輪流量計占比逐漸增加,孔板流量計占比逐漸減少。據統計,截至2013 年 5 月,中石油北京天然氣管道有限公司天然氣計量設備中,超聲波流量計約占 87.3% ,孔板流量計約占 7.2% ,渦輪流量計等其他計量設備約占5.5% ;中國石油西氣東輸管道公司所屬天然氣管道建成時間相對較晚,超聲波流量計占比約 71% ,渦輪流量計占比約 28% ,其他計量設備僅占 1% ;中國石油西部管道公司所屬天然氣管道中,超聲波流量計占比約 52.9% ,孔板流量計占比約 32.2% ,渦輪流量計占比約 14.9% ;川渝地區由于天然氣管網投用較早,孔板流量計占比 85% 以上,超聲波流量計等其他計量設備占比不足 15%。另外,中國石油西南管道公司所屬天然氣管道投產時間相對較晚,天然氣計量設施以超聲波流量計為主。

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