引言
天然氣是非常重要的清潔優質能源，已廣泛地用于國民生產和生活的各個領域。目前，在世界能源消費結構中，天然氣消費占能源消耗總量的比例逐漸提高。在天然氣產業的飛速發展過程中，天然氣能源的準確有效計量，是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。怎樣將天然氣測量儀表與國家計量基標準建立起有效的溯源鏈，確保其量值準確、可靠和統一也是必須得以重視的命題。經過多年的探索和發展，目前國內外已在天然氣生產、貿易和使用中發展了大量天然氣計量方法，這些方法主要可歸結為流量計量和能量計量兩大類。本文簡要梳理了現有的各類天然氣計量方法及各自特點，并就目前國內天然氣計量存在的問題進行了探討。
1天然氣流量計量技術
國內普遍使用的最經典的天然氣計量方法是體積流量計量，指計量一定時間內流經封閉管道橫截面的天然氣體積流量。隨著天然氣在一次能源中的比例逐年增長，天然氣流量計的使用數量急劇增加，品種日益增多，常用的用于天然氣體積流量計量的儀表包括差壓式流量計（如孔板）、速度式流量計（如渦輪流量計）、容積式流量計（如羅茨流量計）等。
由于用于天然氣貿易計量的天然氣流量儀表須經過嚴格的周期檢定或校準，因此很多國家都相繼建成了具有較高水平的天然氣流量標準裝置，并形成了相應的天然氣流量量值溯源體系或傳遞系統。目前國內外天然氣體積流量標準裝置主要采用直排法和環道法兩種方式。
直排法利用輸氣管線上下游或高低壓儲氣庫之間的壓差來實現氣體直排，進而實現體積流量檢測。常用的直排法氣體流量標準裝置的類型，原理，介質和不確定度如表1所示。目前，除國家石油天然氣大流量站少數幾套標準裝置采用天然氣實流介質，并實現了壓力可在一定范圍內可調外，其他直排法標準裝置大多采用空氣作為測量介質且壓力溫度不可調節。
環道法氣體流量標準裝置利用一臺循環動力設備將低壓氣體增壓，并在檢測管路形成一個閉環通道進行天然氣流量計檢定或校準工作。所采用的介質氣體有天然氣、空氣、二氧化碳等。環道法天然氣流量標準裝置對外部氣源的依賴性小，可在一定范圍內實現壓力和溫度控制，便于在所需要的特定的溫度壓力條件下進行流量計檢定或校準，氣體也可以根據需要進行更換，因此表現出較好的應用前景。從二十世紀90年代起，在美國、加拿大、歐洲相繼建成了氣體環道用于氣體流量儀表的檢測,達到的不確定度在0.15%~0.27%(k=2)之間。我國的氣體環道起步較晚，直到近幾年才開始關注其在天然氣流量儀表檢測中的應用價值，并在北京、內蒙、武漢等地開始規劃建設此類氣體流量標準裝置，望盡快實現突破和應用。
值得一提的是，近幾年壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG）快速發展，國內CNG和LNG加氣機普遍采用質量流量計進行流量計量。加氣機的檢定也普遍開始采用與國際標準一致的質量流量(kg)為計量單位，由此促進了天然氣質量流量計量的發展。基于質量計量的天然氣標準裝置主要包括質量法氣體流量標準裝置和標準表法氣體流量標準裝置。前者利用電子天平作為主標準器，主要用于送檢加氣機和加氣機檢定裝置的檢定/校準，后者主要采用質量流量計作為主標準器，用于加氣機的現場檢定。
2天然氣能量計量技術
天然氣作為用于燃燒的能源，其關鍵價值在于其提供的熱量。而天然氣是一種多組分混合氣體,由于產地來源不同，各組分及含量也存在差異，這使得不同來源的同樣體積/質量的天然氣，其燃燒產生的能量也不同。因此，從科學公平計量的角度看，天然氣能量計量比流量計量更加合理。
天然氣的能量計量是在體積測量的基礎上,再測量天然氣發熱量，用天然氣單位體積的熱量乘以天然氣體積，以獲得流經封閉管道橫截面的天然氣總能量。
圖1示出了天然氣能量計量的原理，天然氣能量計算公式為：
E=Q×Hs(1)
其中E為天然氣能量，Q為天然氣體積流量，Hs為單位體積天然氣的發熱量。
測量天然氣體積流量的設備主要有孔板，超聲流量計、渦輪流量計，旋進漩渦流量計和腰輪流量計等。發熱量包括直接測定及間接測定兩種方式。間接測定法使用天然氣組成來計算天然氣發熱量，天然氣組成一般采用氣相色譜儀獲得，日常計量交接大多采用此法。直接測定是通過燃燒一定量的氣體直接獲得氣體的發熱量，一般作為氣相色譜間接測定法的核查和保證手段。
能量計量中流量及發熱量均應溯源至國家計量基標準。流量測量儀表應采用氣體流量計量標準裝置溯源至國家基標準。發熱量間接測定的量傳和溯源通過氣體標準物質進行。
我國目前已經基本具備實施能量計量的技術基礎和條件，即包括體積流量計量技術、發熱量測定技術、能量測定標準體系及能量測定量傳溯源體系在內的較為完整的配套技術，整體技術水平也在不斷提高，但能量計量目前尚未得以全面推廣實施。
3天然氣計量問題探討
3.1 實流檢定/校準問題
隨著天然氣工業的快速發展,特別是輸氣管網的大規模建設,用于天然氣計量的流量儀表日益增多,其工作壓力和溫度范圍不斷擴大。然而目前對天然氣流量儀表進行檢定/校準還大多采用以空氣為測量介質的氣體流量標準裝置在常溫常壓下進行。由于空氣與天然氣的物性差異，加上壓力、溫度等各種因素的影響，容易造成計量偏差。
采用實際天然氣介質在接近實際操作條件下進行檢定/校準,能夠減小介質物性參數和運行參數對流量計的影響,是天然氣貿易計量中更為準確有效且優先推薦的方法。目前隨著國內外實流檢定技術的成熟,天然氣流量量值溯源正逐步向實流檢定/校準方向發展。
然而目前國內僅有少量幾家機構擁有天然氣實流檢測裝置，其檢測成本高、周期長，受環境的影響大，此外還有溫度不可調等缺陷，致使天然氣實流檢測方法的應用受到很大限制，已遠遠不能滿足日益增長的天然氣流量儀表的檢測需求。新興的天然氣環道裝置有望滿足實流檢定/校準的需求，值得加速研究和應用。
3.2 在線檢定/校準問題
天然氣流量儀表的檢定/校準包括離線和在線兩種方式。目前大多數情況采取的是離線檢定/校準。離線檢定/校準的缺點在于操作較為繁瑣,檢定/校準需要時間較長,企業成本增加。此外，離線檢定/校準時實驗室的安裝條件和工況條件與在流量計現場工作條件不一致,會對計量結果帶來無法修正的偏差。
在線檢定/校準可有效減小上述影響,是提高流量計量準確度、可靠性和減少計量成本的最有效的辦法。但目前真正實用的天然氣流量儀表在線檢定/校準技術還較少，怎樣研究和發展在線檢定/校準技術，并從計量技術法規上對檢定/校準方法、環境條件、安裝條件等予以規范尚需進一步探索。
3.3 能量計量的實施問題
天然氣能量計量是目前國際上最流行的用于貿易和消費的計量結算方式。北美、南美、歐洲和亞洲大多數國家的天然氣貿易、輸送和終端消費均采用能量來計量和結算費用。
雖然我國目前已初步形成了能量計量體系，流量和發熱量測量設備、設備檢定技術法規、賦值方法、測量標準、量傳和溯源鏈已日趨完備，可初步滿足能量計量的應用要求。但在氣體標準物質制備、發熱量間接測定技術方面還需進一步提高，法律法規及能量計量標準體系也需進一步完善，管理制度還有待建立，以盡快適應和推廣從流量計量到能量計量的轉變。
此外，實施能量計量是復雜的系統工程，涉及面廣，需要在技術，法規、政策、價格體系等多方面聯合推進。
4結論
本文對天然氣流量計量技術和能量計量技術的發展現狀和特點進行了綜述，并對天然氣計量存在的問題進行了探討。現有技術發展表明，有必要盡快推進天然氣貿易交接從流量計量向能量計量的轉變，并著力解決天然氣流量儀表的實流檢定/校準和在線檢定/校準問題。
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