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        漫談天然氣流量計量技術

        發布時間:2014-10-16 閱讀:79次

       一、天然氣計量的概念與標準的基本內涵

        天然氣計量實際上是天然氣流量的測量,是在天然氣流動過程中間接測量的,測量的準確度取決于整套測量系統的合理設計、建設、操作和維護等全過程的質量。為了保證計量系統按統一的技術要求進行全面質量管理,保證天然氣計量的準確度,制定科學合理的天然氣計量標準是非常必要的。在天然氣計量的相關標準中,流量計量標準是主要的,另外它還應包括天然氣密度、組成、發熱量、壓縮因子等相關參數的測量和計算標準,還有儀器儀表、設計及安全等標準。天然氣計量涉及到設計、建設、投產、操作、維修、檢驗、檢定以及安全環保等各個方面,因此其相關標準是很廣泛的。美國石油工業發達,天然氣計量技術先進,有嚴格完善的法規、標準和先進的計量設備。1978年美國通過了天然氣法,統一各州和聯邦政府之間的天然氣價格,規定了以每立方英尺實際的能量含量作為天然氣價格的基礎,改變了天然氣傳統的計量方式,這種新的計量方式是結合天然氣的質量測量和發熱量測量兩種獨立的測量系統而產生一個新的天然氣能量測量系統。我國尚未形成天然氣計量的系統標準。國內目前在天然氣計量中采用《天然氣流量的標準孔板計量方法(SY/ T6143 - 1996) 》、《天然氣發熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法(GB/ T 11062 - 1998) 》等計量標準,但這些標準尚沒有覆蓋天然氣計量的各個方面,特別是在天然氣貿易計量中缺乏天然氣計量系統統一的、系統的技術標準。

        歐美等工業化水平較高的發達國家,對天然氣計量技術的研究起步較早。從流量計選型上,歐洲主要使用渦輪、腰輪流量計,如在荷蘭渦輪、腰輪流量計的使用約占80%,在加拿大渦輪流量計的使用約占90%,而美國則以使用孔板為主,約占80%。從整體上來看,在流量計使用上,由20世紀70年代的孔板,發展到80年代的渦輪,90年代中后期的超聲流量計。在天然氣流量計量標準方面,在分析總結大量的實驗和應用數據的基礎上,相繼推出具有代表性的標準,如天然氣流量標準孔板計量標準(AGA No.3)、氣體渦輪流量計標準(AGA No.7)、天然氣及其他烴類氣體的壓縮性和超壓縮性標準(AGA No.8)、用氣體超聲流量計測量天然氣標準(AGA No.9)、用差壓裝置測量流體流量標準(ISO5167)、氣體渦輪流量計標準(ISO9951)、氣體超聲波流量計標準(ISO/TR12765),以及天然氣壓縮因子計算標準(ISO/DIS12213)等。近幾年,國際法制計量組織(OMIL)氣體計量分委員會歐共體起草了國際建議PREN1776“天然氣計量系統基本要求”,較詳細地規定了天然氣計量系統的組成和對輔助設備的具體要求,對天然氣計量系統的設計原則及設計指南,計量系統的在線檢定、安裝和操作維護等進行了規定。這些標準規程無疑對天然氣流量計量具有積極的指導意義。為了適應我國天然氣日益國際化的需要,必須加快我國天然氣計量標準與國際接軌的步伐。

        二、我國天然氣計量技術的現狀與發展

        我國天然氣計量起步較晚,在儀表的使用和選型上,主要以孔板為主,其比例約占88%,采用的是幾何檢定法。從20世紀70年代以來,我國參照國外系列標準,結合自己的實際情況,在天然氣儀表的設計選型、使用、安裝、維護、管理、氣質分析等方面作了相應的工作,得出一些較重要的結論,同時對現場阻力件、復雜工況影響,摸索出了一些成熟的經驗,在標準方面,形成了《天然氣流量的標準孔板計量方法》(SY/T6143-1996)標準、等效采用ISO5167并形成了GB2624標底。但就天然氣流量計量總體技術與水平而言,與國外相比還存在顯著差距。例如,我國大量使用的孔板節流裝置及其二次儀表雙波紋管差壓計的計量技術,由于其固有的缺陷,如孔板在使用過程中的不斷磨損、腐蝕,阻力件組合形式遠不止標準規定的7種情況,現場旋渦流、脈動流等影響因素復雜,對于氣量波動大、變化頻率高的狀況適應性差,導壓管易引起信號滯后,因此不能保證其計量準確度。

        近幾年來,我國天然氣計量技術取得了一些新的進展,具體可概括有如下幾點。

        1.孔板節流裝置二次儀表智能化。在二次儀表方面,對部分天然氣計量裝置進行了改造,現場逐步采取配用智能壓力變送器、溫度變送器,流量計算機以取代雙波紋管差壓計,從而實現計量自動化。該系統變送器具有準確度高、穩定性好,可利用它的通訊功能進行在線故障診斷、組態和校驗,天然氣流量計量逐步走向在線、智能、實時計量。

        2.適應中小流量的新型智能式流量計得以推廣與應用。為解決部分現場在中小流量和中低壓情況下流量波動較大,孔板計量準確性較差的特殊難題,國內推出智能漩進旋渦流量計、智能渦輪流量計。該類流量計能在線采集壓力、溫度、工況流量、標定流量、實時修正壓縮因子以及自動進行溫度、壓力補償。經過實流標定和在現場較大范圍應用(如四川、新疆、大港、大慶、河南等),效果較好。近期又出現了該類型的雙探頭智能流量計,抗干擾能力進一步增強。

        3.國內開展了高壓大流量計量技術的研究。隨著國外氣體超聲流量計的迅速發展,我國及時跟蹤國外先進計量技術,自1999年以來,由國家原油大流量計量站成都天然氣流量分站(以下簡稱計量分站)牽頭,對具有典型代表的美國Daniel、荷蘭Instromet、美國Contronlotron所生產的氣體超聲流量計進行了實流測試,研究在理想安裝條件、非理想安裝條件、旋轉不同角度安裝條件、帶壓更換超聲換能器、不同壓力條件、聲道故障狀態的性能并進行現場應用。得出氣體超聲流量計干校后仍需實流檢定和周期送檢等重要結論。經過天然氣實流測試后,北京、大慶、新疆、四川、天津、河北等已逐步引進氣體超聲流量計約40臺。口徑在DN150mm~DN400mm,不確定度為0.5%~1.0%。

        4.實流檢定技術得到了發展。過去標準孔板一直沿用“幾何檢驗法”,流量檢定裝置通常使用空氣作介質,負壓檢定。最近幾年,實流檢定技術日趨成熟,已建立起全套天然氣實流檢定方法、程序、管理制度,并與國外如美國、荷蘭、英國、德國等技術和水平逐步靠近。為了更好地模擬現場工況,減少裝載、運輸帶來的系列困難,控制和合理減少現場計量誤差,我國實流檢定逐步從室內走向現場。如,國家原油大流量計量站(大慶)的移動式音速噴嘴標定車(壓力1.6MPa、管徑DN200mm、流量90000m3/h),計量分站新購置的移動式氣體超聲流量標定車(壓力6.4MPa、管徑DN600mm、工況流量80~8000 m3/h)。

        5.標準逐步得到完善與統一。如孔板標準由SYL04-83升級為SY/T6143-1996,現正準備升為國家標準;《用氣體超聲流量計測量天然氣》非等效采用AGA NO.9,同時也參考了ISO/TRl2765的部分內容,2001年4月,已通過國家專標委評審。《天然氣計量系統技術要求》,非等效采用PREN1776:《天然氣測量系統基本要求》,2001年8月已通過國家專標委評審。目前正準備起草《用渦輪流量計測量天然氣》國家標準。

        6.積極開展了國際流量比對工作。國外流量比對起步較早,最近幾年華陽計量分站在天然氣流量方法與美國CEESI、美國SWRI、荷蘭NMI、德國Pigsar進行了初步的流量比對工作,結果基本一致。近幾年來,我國天然氣流量計量取得較大科研成就。比較典型的科研項目有:“天然氣、空氣、水為介質對孔板計量性能的影響研究”、“天然氣計量技術研究”、“氣體超聲流量計的測試與現場應用研究”、“新型流量計及新型整流器的研究與應用”、“安裝條件對孔板影響因素的研究”等。我國參與國際計量學術活動比較頻繁,如參加美國API會議、參加英國國際法制計量組織(OMIL),主持和申辦國際流量測量學術會議FLOMEKO和ISO/TC193等。

        三、結束語

        天然氣作為一種優質能源和化工原料其計量越來越被人們關注,尤其國際間對貿易天然氣的計量十分重視。計量管理從事后計量糾紛解釋向事前過程管理發展。隨著市場經濟的發展,人們越來越重視天然氣計量,特別是貿易計量。因此,人們對天然氣計量在管理觀念上正發生根本性轉變,不僅對現場計量器具的使用及相應人員進行管理,并從事后計量糾紛解釋向加強事前儀表采購選型、安裝使用、過程控制、質量監督、數據管理、實流檢定的管理轉變和發展。我國天然氣計量將向以下六方面發展。

        1.計量方式向自動化、智能化、遠程化計量方式發展。天然氣計量已逐步向在線、實時、智能靠近,同時依靠網絡技術實現遠程化通訊、控制和管理,如SCADA系統的應用和智能渦輪流量計智能系統。

        2.檢定方式、量值溯源從靜態單參數向動態多參數溯源發展。過去流量計檢定方式通常采用檢定靜態單參數方法,如標準孔板依靠幾何檢定法檢定孔板的8個幾何靜態單參數來保證流量計的準確。隨著國內國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方向發展,即以實際天然氣介質、在接近實際現場工況等條件下對流量的分參數如壓力、溫度、氣質組分和流量總量進行動態量值溯源。

        3.儀表選型從單一儀表向多元化儀表發展。過去流量儀表選型比較單一,近幾年隨著對流量計的研究和開發,不同的流量計有不同的特點和適應范圍,流量儀表選型由此呈現從單一儀表向多元化儀表方向發展。

        4.計量標準由單一標準向多重標準發展。我國天然氣計量標準不斷發展、豐富和完善,結合國外標準后我國流量計量標準已基本構成完整的體系,正逐步由單一標準向多重標準發展。

        5.計量方式從體積計量向能量計量發展。我國天然氣貿易計量方法是在法定的質量指標下按體積計量。隨著市場經濟的不斷完善和WTO的即將加入,要求我國天然氣貿易計量方法盡快與國際接軌。

        6.單一數據管理向計量系統管理方向發展。單一數據管理具有諸多缺點。計算機技術的發展給天然氣計量系統管理創造了良好的條件。天然氣計量管理從影響測量結果的各個方面、各個環節進行全過程的、動態的、科學管理。


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