近幾年，國內(nèi)天然氣產(chǎn)量增長較快，流量計(jì)量在國民經(jīng)濟(jì)中的作用也更加明顯。隨著西氣東輸三線、四線的動(dòng)工，預(yù)計(jì)到到2019年，這2個(gè)管線建設(shè)以后，初步形成的天然氣管網(wǎng)輸氣能力將達(dá)800多億m3.同時(shí)，天然氣在一次能源結(jié)構(gòu)中的比重也在加大，預(yù)計(jì)到2015年前后，國內(nèi)天然氣的利用在能源結(jié)構(gòu)中所占比例將達(dá)到10%以上。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年國內(nèi)用于天然氣計(jì)量的器具為900多臺(tái)，預(yù)計(jì)2015年將可能達(dá)到2300多臺(tái)。從整體上來看，在流量計(jì)使用上，20世紀(jì)70年代形成了孔板使用高峰期，20世紀(jì)80年代形成了渦輪流量計(jì)使用的高峰期，20世紀(jì)90年代中后期則形成了使用超聲流量計(jì)的高峰期。
一、天然氣計(jì)量類型
在大流量計(jì)量方面，目前國內(nèi)外采用的流量計(jì)主要有3種類型：超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)。
1、超聲流量計(jì)
氣體超聲流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，以前主要是用于液體測(cè)量，在超聲流量計(jì)應(yīng)用于氣體測(cè)量上，由于氣體聲阻抗大，氣體聲能衰減大這個(gè)課題一直未能得到很好的解決，氣體超聲的發(fā)展由此受到限制。20世紀(jì)80年代以來，隨著高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和先進(jìn)的壓電陶瓷技術(shù)的發(fā)展，氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣技術(shù)有了突破性進(jìn)展。
超聲流量計(jì)根據(jù)換能器數(shù)量分類，目前氣體超聲流量計(jì)有一至六聲道流量計(jì)；根據(jù)超聲波在管壁上的反射情況，又可分為直射、單反射和雙反射3種。目前，超聲波流量計(jì)一般都采用單反射技術(shù)，計(jì)量不確定度為1.0%～2.0%。圖1中，五聲道超聲流量計(jì)有3個(gè)聲道采用單反射技術(shù)，2個(gè)聲道采用旋轉(zhuǎn)方向相反的雙反射技術(shù)，對(duì)旋渦流的流量測(cè)量準(zhǔn)確度較高。
2、渦輪流量計(jì)
在歐洲和美國，渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后的第二個(gè)法定天然氣流量計(jì)，已經(jīng)發(fā)展為多品種、全系列、多規(guī)格，批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計(jì)。渦輪流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量儀表，僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺(tái)各種尺寸儀表。
圖1 五聲道超聲流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖
渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器及與之配套的計(jì)算儀表構(gòu)成。主要研究工作集中于渦輪流量傳感器本身和其信號(hào)的處理方法。Shafer、Furness、Baker、Da-vid曾分別對(duì)渦輪流量傳感器研究工作進(jìn)行過總結(jié)，提供了非常有價(jià)值。
為了提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能和適應(yīng)性，不同廠家都對(duì)渦輪進(jìn)行了改進(jìn)，目前有如下產(chǎn)品：雙葉輪，提高渦輪的可靠性；鋁合金葉輪，提高渦輪的靈敏度和抗沖擊能力；一體化整流器，提高渦輪的準(zhǔn)確度和和抗沖擊能力；密封式軸承，提高渦輪的抗臟污能力。
3、孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)是在20世紀(jì)初即使用的天然氣流量測(cè)量儀表，經(jīng)過1個(gè)世紀(jì)的發(fā)展過程，它已經(jīng)是國內(nèi)外研究得最早、最細(xì)，使用經(jīng)驗(yàn)最豐富，試驗(yàn)數(shù)據(jù)最多，標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的計(jì)量儀表。據(jù)估計(jì)，國外約占60%，國內(nèi)占80%以上，數(shù)據(jù)點(diǎn)多（16000多個(gè)），不過隨著超聲流量計(jì)在國內(nèi)的逐漸使用，孔板流量計(jì)所占比例有所下降。
目前，眾多新型流量計(jì)的出現(xiàn)對(duì)孔板流量計(jì)形成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為著保持其主導(dǎo)地位，其功能在積極地完善著，現(xiàn)列舉如下：
?。?）孔板流量計(jì)配套的二次儀表部分。差壓變送器和流量計(jì)算機(jī)在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、新工藝的迅速發(fā)展下，性能及可靠性顯著提高。
?。?）定值節(jié)流件的采用。定值節(jié)流件是指對(duì)每種通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件。節(jié)流件的p值（直徑比）則按優(yōu)先數(shù)系選用，節(jié)流件實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件，給用戶帶來方便等。
二、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
各種流量計(jì)的分析、對(duì)比結(jié)果如表1所示。表1中，D為管徑，ρ為管道輸送介質(zhì)的密度，C為壓力損失系數(shù)。
天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：智能式流量計(jì)的發(fā)展，微型、微功耗計(jì)算機(jī)在流量計(jì)二次儀表的使用，可利用校準(zhǔn)技術(shù)提高流量計(jì)的準(zhǔn)確度和拓寬量程；大流量計(jì)量將使用工作原理簡單、受安裝和環(huán)境條件影響小、準(zhǔn)確度高的流量計(jì)；各種類型的流量計(jì)有其工作原理和計(jì)量特性，在不同工作條件下使用不同工作原理的流量計(jì)；在國內(nèi)，超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)及孔板流量計(jì)將在大中流量計(jì)量中成為主流流量計(jì)。小口徑超聲、腰輪等寬量程流量計(jì)將在用量波動(dòng)大的民用氣計(jì)量中發(fā)揮作用。
