在天然氣集輸過程中，配氣站是天然氣外輸的最終環節，配氣站的天然氣計量至關重要，計量準確與否不但影響天然氣供需雙方的經濟利益，而且影響計量交接、氣量結算、企業信譽。由于天然氣計量的難度遠遠高于液體計量，計量結果的影響因素繁多，計算公式復雜，因此，采用高準確度的自動計量是供需雙方的迫切要求，也是計量技術新發展的迫切需要。
一、自動計量基本原理及組成
目前，我國天然氣計量執行SY/T6143-1996《天然氣流量的標準孔板計量方法》，過去，天然氣計量廣泛采用標準孔板節流裝置配雙波紋差壓計模式。其測量過程是由節流裝置產生與流量相對應的差壓信號，通過導壓管將孔板上下兩側的靜壓和差壓信號分別傳送到雙波紋管差壓計的高低壓室，由兩只表筆在開方卡片上繪制兩條靜、差壓曲線。，用徑向方根求積儀求取平均后，通過計算公式，手工計算天然氣流量，這種計算方法不但計量誤差大，人為因素多，而且故障頻繁，管理難度大，
隨著計量測試技術的迅猛發展，計算機技術的廣泛應用，天然氣自動計量成為了可能，采用差壓、壓力變送器代替了雙波紋管差壓計，熱電阻溫度變送器代替了玻璃棒溫度計，在線色譜儀代替了取樣分析，用計算機代替了手工計算流量，從而從整體上實現了天然氣流量計量的全過程自動計量。
二、 自動計量在配氣站的應用
自動計量在配氣站的應用有三種模式：單片機簡單系統、工控機自編軟件系統、流量計算機系統，這也是我們過去所經歷的三次變革：八十年代初，我們采用了單片機計量系統，由于系統穩定性差、多種修正系數采用定值而帶來的計量誤差太大，該系統沒能真正投入使用。隨后，我們改為采用了工控機自編軟件系統，采用 1151變送器和熱電阻溫度變送器，采用C語言編制數據采集和流量計算程序，但由于自編軟件的認可問題遇到很多困難，該系統也未在交接計量上使用。
通過多次試驗和對比，我們采用了以下比較成熟的流量計算系統，其主要部件如下：
1、三合一變送器
采用美國ROSEMOUNT公司生產的三合一式多變量智能變送器，它將壓阻式絕壓傳感器和電容式差壓傳感器和四線制RTD溫度模塊合為一體，傳感器的電子電路將過程變量直接轉化為數字量，可在傳感器內進行修正和補償。此變送器的設計精度是0.075級，可同時采集靜壓、差壓和溫度三個參數，并支持 HART協議，可隨時對其進行校驗或校準，并可根據需要對量程進行調節。
2、流量計算機
目前，國外有不少專用于天然氣流量計算的集成設備，它們的構成大至相同，都是通過采集的壓力、差壓和溫度和密度計算出瞬時流量和累計流量，只是存在功能的多少和強弱之分。柳屯配氣站采用的是美國 FISHER-ROSEMOUNT公司ROC407 FLOBOSS產品，它是由采集、處理、存儲、通訊四個模塊組成。①采集模塊：接收數字信號，可在1秒鐘中內采集四組計量點傳來的壓力、差壓、溫度信號，當連接數少于四組時，采集時間更短。②處理模塊：由CPU處理器將采集到的數據根據內置的天然氣流量算法和密度算法，計算出各組計量點的瞬時流量和累計流量。③存儲模塊：由一塊RAM和一塊ROM組成，其中ROM是只讀存儲器，存儲有國際通用的天然氣流量計算方法(AGA 3號報告)和天然氣壓縮因子計算方法(AGA 8號報告)；RAM是隨機存儲器，由外接電源或自帶鈕扣電池供電，存儲各組計量點的瞬時壓力、差壓、溫度、流量及累計流量和天然氣組分、密度。④通訊模塊：提供RS232和RS485通訊接口各一組，可與上位機進行數據通訊。
3、在線色譜儀
天然氣密度是計量參數中很重要的一個，密度如果相差1%，天然氣流量將相差0.5%。為了準確計量，我們在柳屯配氣站安裝了美國千得樂公司2920型BTU在線色譜儀。該儀器露天安裝，不需要分析小屋，系統穩定性好，通過切換閥可周期性對六路天然氣樣進行分析測試，使用氦氣作為載氣，運行成本低，特別適用于小型配氣站自動計量的需要。
4、上位機軟件及信號傳輸
上位機使用IPC 610 工控機，顯示器使用PHILIPS 20"彩色顯示器，組態軟件使用intuch 7.0，軟件系統．該系統自1996年月在中原油田柳屯配氣站建成投產以來，經過多次現場調試和整改，目前運行正常，能較好地滿足油田天然氣計量管理需要。其特點是：
⑴、自動計量系統自接引進了國外的流量計算機，避免了人工編制開發軟件程序，用戶信任度好；
⑵、在集配氣站系統中運行可靠，故障率低，使現場值班人員的操作、維護以及資料錄取工作大量的減少；
⑶、微機畫面實時監測、報警，可及時發現生產過程中遇到的工藝、計量等故障現象，縮短了調配氣量和處理事故的時間，提高了現場的管理能力；
⑷、數據遠傳功能使上級管理部門能隨時掌握了解生產動態，及時調節氣量，提高系統工作效率。
三、自動計量存在的問題
天然氣自動計量只是二次儀表的自動計量，并沒有解決節流裝置的準確計量問題，在國內天然氣的整體計量水平比國外低的情況下，采用自動計量仍需考慮以下問題：
1．孔板銳利度問題：由于國內孔板材質較差，孔板只是在最初使用時才可能符合標準要求，使用一段時間后孔板的入口邊緣的磨損加劇，在孔板的上下游產生的差壓減少，使流量計算的結果比實際流量偏小，而采用流量計算機不能使用銳利度修正系數補償這部分氣量。(我們通過孔板綜合測量儀用電輪廓法測量孔板銳利度，發現孔徑小于50mm的新孔板也很難達到標準要求，退貨率較高)。
2 ．氣體介質臟污問題：由于礦場分離器的設備老化，管線的銹蝕，以及天然氣中的油水及砂粒粉塵，在孔板表面沉積了大量污物，使孔板計量嚴重偏低，例如：我們請勝利油田技術檢測中心來我廠進行現場流量計測試時，發現某一用戶的計量結果比其車載音速噴嘴檢定裝置低-3%,當清洗孔板后，計量誤差降至-1%左右,這部分氣量損失是無法用公式補償的。
3．管道粗糙的問題：在計量標準中規定節流裝置的前后直管段必需是光管，但現場施工時往往采用的是無縫鋼管代替了光管，一開始就達不到標準要求，使用一段時間后，管線磨損加劇，特別在管道含硫，二氧化碳等腐蝕介質時，管道粗糙度更加偏離，以Φ273×6孔板孔徑為180 mm為例，其γ0如下表：
新無縫管 螺旋焊接管 輕微銹蝕管 銹蝕鋼管 結皮鋼管
1.0000 1.0004 1.0029 1.0066 1.0127
從上表看出，計量管粗糙與否對計量結果影響是相當大的，而這部分量差在流量計算機中也是不能得到補償的。
4．節流裝置取壓孔問題：我們在計量不斷求精的過程中，發現目前的孔板計量中有一個影響因素被大家忽略：在一次計量內部糾紛的處理過程中，我們詳細檢查了該單位的節流裝置，發現孔板厚度比一般的孔板要厚得多，接近標準規定的最大值，孔板閥的前后取壓孔位置也不符合標準，從而造成取壓信號不標準。說明了取壓孔的位置前后不標準也是影響計量結果的因素之一。
5．計量管彎頭問題：計量標準規定的最短直管段長度，在現場實際中一般很難滿足，特別是由于輸氣工藝的原因，在計量裝置的上游，往往有多個彎頭，氣流在計量前不能充分發展，造成計量嚴重偏低，而這部分的氣量仍是無法補償的。
除以上五點外，平衡閥內漏，導壓管漏氣，油水在孔板前或后沉積，β比過大或過小，脈動流等等都可能造成計量不準確，這些問題自動計量不能予以很好的、定量的解決。
四、解決問題的辦法
1．嚴格按標準要求進行計量
從上面我們的分析不難看出，我們不能簡單地把雙波紋管差壓計進行自動計量改造就以為實現準確計量了，而是必須對原有的計量裝置進行剖析，查找有沒有使計量偏低或偏高的原因，從硬件上把問題解決，例如加強油水分離，氣流脈動的處理，對氣質較臟的場合在計量之前加裝過濾器，加裝整流器等，不然將會給供方造成嚴重的經濟損失。
2．采用實流檢定、系數交接
目前國家正在制定《天然氣計量系統技術要求》國家標準，這個標準實施后，將對天然氣計量產生很大的影響，對于以上問題解決的根本辦法就是實流檢定或校準，將計量裝置和自動計量系統整體與天然氣標準裝置(如音速噴嘴、氣渦輪等)串聯，進行不同流量點測試，檢定結果得出流量計系數．
日常計量交接就可以在實際流量計量結果上乘以流量計系數Fm 得到準確的計量結果，從而能使天然氣計量準確度大幅度提高。
3．統一制定天然氣流量計算軟件包
目前天然氣流量計算方法很多，開發軟件的單位也很多，標準不一，公式不一，修正系數取值也不統一，造成計量軟件的認可困難，急需要國家或行業在制定標準的同時開發標準統一的計算程序和軟件包，便于具體的各個用戶的軟件測試和比對。
五、結束語
天然氣自動計量是目前天然氣計量的優選方式，但我們不能不正視孔板計量這種傳統計量方式給我們帶來很多不利因素，盡快實施“計量系數交接法”，使我們的計量水平更上一個新臺階。
一、自動計量基本原理及組成
目前，我國天然氣計量執行SY/T6143-1996《天然氣流量的標準孔板計量方法》，過去，天然氣計量廣泛采用標準孔板節流裝置配雙波紋差壓計模式。其測量過程是由節流裝置產生與流量相對應的差壓信號，通過導壓管將孔板上下兩側的靜壓和差壓信號分別傳送到雙波紋管差壓計的高低壓室，由兩只表筆在開方卡片上繪制兩條靜、差壓曲線。，用徑向方根求積儀求取平均后，通過計算公式，手工計算天然氣流量，這種計算方法不但計量誤差大，人為因素多，而且故障頻繁，管理難度大，
隨著計量測試技術的迅猛發展，計算機技術的廣泛應用，天然氣自動計量成為了可能，采用差壓、壓力變送器代替了雙波紋管差壓計，熱電阻溫度變送器代替了玻璃棒溫度計，在線色譜儀代替了取樣分析，用計算機代替了手工計算流量，從而從整體上實現了天然氣流量計量的全過程自動計量。
二、 自動計量在配氣站的應用
自動計量在配氣站的應用有三種模式：單片機簡單系統、工控機自編軟件系統、流量計算機系統，這也是我們過去所經歷的三次變革：八十年代初，我們采用了單片機計量系統，由于系統穩定性差、多種修正系數采用定值而帶來的計量誤差太大，該系統沒能真正投入使用。隨后，我們改為采用了工控機自編軟件系統，采用 1151變送器和熱電阻溫度變送器，采用C語言編制數據采集和流量計算程序，但由于自編軟件的認可問題遇到很多困難，該系統也未在交接計量上使用。
通過多次試驗和對比，我們采用了以下比較成熟的流量計算系統，其主要部件如下：
1、三合一變送器
采用美國ROSEMOUNT公司生產的三合一式多變量智能變送器，它將壓阻式絕壓傳感器和電容式差壓傳感器和四線制RTD溫度模塊合為一體，傳感器的電子電路將過程變量直接轉化為數字量，可在傳感器內進行修正和補償。此變送器的設計精度是0.075級，可同時采集靜壓、差壓和溫度三個參數，并支持 HART協議，可隨時對其進行校驗或校準，并可根據需要對量程進行調節。
2、流量計算機
目前，國外有不少專用于天然氣流量計算的集成設備，它們的構成大至相同，都是通過采集的壓力、差壓和溫度和密度計算出瞬時流量和累計流量，只是存在功能的多少和強弱之分。柳屯配氣站采用的是美國 FISHER-ROSEMOUNT公司ROC407 FLOBOSS產品，它是由采集、處理、存儲、通訊四個模塊組成。①采集模塊：接收數字信號，可在1秒鐘中內采集四組計量點傳來的壓力、差壓、溫度信號，當連接數少于四組時，采集時間更短。②處理模塊：由CPU處理器將采集到的數據根據內置的天然氣流量算法和密度算法，計算出各組計量點的瞬時流量和累計流量。③存儲模塊：由一塊RAM和一塊ROM組成，其中ROM是只讀存儲器，存儲有國際通用的天然氣流量計算方法(AGA 3號報告)和天然氣壓縮因子計算方法(AGA 8號報告)；RAM是隨機存儲器，由外接電源或自帶鈕扣電池供電，存儲各組計量點的瞬時壓力、差壓、溫度、流量及累計流量和天然氣組分、密度。④通訊模塊：提供RS232和RS485通訊接口各一組，可與上位機進行數據通訊。
3、在線色譜儀
天然氣密度是計量參數中很重要的一個，密度如果相差1%，天然氣流量將相差0.5%。為了準確計量，我們在柳屯配氣站安裝了美國千得樂公司2920型BTU在線色譜儀。該儀器露天安裝，不需要分析小屋，系統穩定性好，通過切換閥可周期性對六路天然氣樣進行分析測試，使用氦氣作為載氣，運行成本低，特別適用于小型配氣站自動計量的需要。
4、上位機軟件及信號傳輸
上位機使用IPC 610 工控機，顯示器使用PHILIPS 20"彩色顯示器，組態軟件使用intuch 7.0，軟件系統．該系統自1996年月在中原油田柳屯配氣站建成投產以來，經過多次現場調試和整改，目前運行正常，能較好地滿足油田天然氣計量管理需要。其特點是：
⑴、自動計量系統自接引進了國外的流量計算機，避免了人工編制開發軟件程序，用戶信任度好；
⑵、在集配氣站系統中運行可靠，故障率低，使現場值班人員的操作、維護以及資料錄取工作大量的減少；
⑶、微機畫面實時監測、報警，可及時發現生產過程中遇到的工藝、計量等故障現象，縮短了調配氣量和處理事故的時間，提高了現場的管理能力；
⑷、數據遠傳功能使上級管理部門能隨時掌握了解生產動態，及時調節氣量，提高系統工作效率。
三、自動計量存在的問題
天然氣自動計量只是二次儀表的自動計量，并沒有解決節流裝置的準確計量問題，在國內天然氣的整體計量水平比國外低的情況下，采用自動計量仍需考慮以下問題：
1．孔板銳利度問題：由于國內孔板材質較差，孔板只是在最初使用時才可能符合標準要求，使用一段時間后孔板的入口邊緣的磨損加劇，在孔板的上下游產生的差壓減少，使流量計算的結果比實際流量偏小，而采用流量計算機不能使用銳利度修正系數補償這部分氣量。(我們通過孔板綜合測量儀用電輪廓法測量孔板銳利度，發現孔徑小于50mm的新孔板也很難達到標準要求，退貨率較高)。
2 ．氣體介質臟污問題：由于礦場分離器的設備老化，管線的銹蝕，以及天然氣中的油水及砂粒粉塵，在孔板表面沉積了大量污物，使孔板計量嚴重偏低，例如：我們請勝利油田技術檢測中心來我廠進行現場流量計測試時，發現某一用戶的計量結果比其車載音速噴嘴檢定裝置低-3%,當清洗孔板后，計量誤差降至-1%左右,這部分氣量損失是無法用公式補償的。
3．管道粗糙的問題：在計量標準中規定節流裝置的前后直管段必需是光管，但現場施工時往往采用的是無縫鋼管代替了光管，一開始就達不到標準要求，使用一段時間后，管線磨損加劇，特別在管道含硫，二氧化碳等腐蝕介質時，管道粗糙度更加偏離，以Φ273×6孔板孔徑為180 mm為例，其γ0如下表：
新無縫管 螺旋焊接管 輕微銹蝕管 銹蝕鋼管 結皮鋼管
1.0000 1.0004 1.0029 1.0066 1.0127
從上表看出，計量管粗糙與否對計量結果影響是相當大的，而這部分量差在流量計算機中也是不能得到補償的。
4．節流裝置取壓孔問題：我們在計量不斷求精的過程中，發現目前的孔板計量中有一個影響因素被大家忽略：在一次計量內部糾紛的處理過程中，我們詳細檢查了該單位的節流裝置，發現孔板厚度比一般的孔板要厚得多，接近標準規定的最大值，孔板閥的前后取壓孔位置也不符合標準，從而造成取壓信號不標準。說明了取壓孔的位置前后不標準也是影響計量結果的因素之一。
5．計量管彎頭問題：計量標準規定的最短直管段長度，在現場實際中一般很難滿足，特別是由于輸氣工藝的原因，在計量裝置的上游，往往有多個彎頭，氣流在計量前不能充分發展，造成計量嚴重偏低，而這部分的氣量仍是無法補償的。
除以上五點外，平衡閥內漏，導壓管漏氣，油水在孔板前或后沉積，β比過大或過小，脈動流等等都可能造成計量不準確，這些問題自動計量不能予以很好的、定量的解決。
四、解決問題的辦法
1．嚴格按標準要求進行計量
從上面我們的分析不難看出，我們不能簡單地把雙波紋管差壓計進行自動計量改造就以為實現準確計量了，而是必須對原有的計量裝置進行剖析，查找有沒有使計量偏低或偏高的原因，從硬件上把問題解決，例如加強油水分離，氣流脈動的處理，對氣質較臟的場合在計量之前加裝過濾器，加裝整流器等，不然將會給供方造成嚴重的經濟損失。
2．采用實流檢定、系數交接
目前國家正在制定《天然氣計量系統技術要求》國家標準，這個標準實施后，將對天然氣計量產生很大的影響，對于以上問題解決的根本辦法就是實流檢定或校準，將計量裝置和自動計量系統整體與天然氣標準裝置(如音速噴嘴、氣渦輪等)串聯，進行不同流量點測試，檢定結果得出流量計系數．
日常計量交接就可以在實際流量計量結果上乘以流量計系數Fm 得到準確的計量結果，從而能使天然氣計量準確度大幅度提高。
3．統一制定天然氣流量計算軟件包
目前天然氣流量計算方法很多，開發軟件的單位也很多，標準不一，公式不一，修正系數取值也不統一，造成計量軟件的認可困難，急需要國家或行業在制定標準的同時開發標準統一的計算程序和軟件包，便于具體的各個用戶的軟件測試和比對。
五、結束語
天然氣自動計量是目前天然氣計量的優選方式，但我們不能不正視孔板計量這種傳統計量方式給我們帶來很多不利因素，盡快實施“計量系數交接法”，使我們的計量水平更上一個新臺階。
