計量核查技術(shù)在差壓式天然氣流量計量中的應(yīng)用

李萬俊 賴忠澤 段繼芹 王 治

(1．中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家石油天然氣大流量計量站成都分站)(3．中國石油西南油氣田公司質(zhì)量安全環(huán)保處)

計量核查技術(shù)在差壓式天然氣流量計量中的應(yīng)用

李萬俊1，2賴忠澤1段繼芹1，2王 治3

(1．中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家石油天然氣大流量計量站成都分站)(3．中國石油西南油氣田公司質(zhì)量安全環(huán)保處)

天然氣流量測量是一種連續(xù)的測量、一種不可重復(fù)的測量、一種因測量結(jié)果不正確會引起后續(xù)的昂貴代價的測量，需要嚴(yán)密的測量過程控制。核查是實(shí)施測量過程控制、確保計量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要方法之一，不僅適用于實(shí)驗(yàn)室，也適用于工業(yè)計量。通過對國內(nèi)外核查方法應(yīng)用情況的分析，提出了開發(fā)天然氣流量計量核查系統(tǒng)的項(xiàng)目，付諸實(shí)施后，取得了明顯效果。

天然氣 流量 計量 核查 應(yīng)用

1 核查技術(shù)的重要性

天然氣流量測量是一種連續(xù)的測量，是一種不可重復(fù)的測量，是一種因測量結(jié)果不正確會引起后續(xù)的昂貴代價的測量，需要嚴(yán)密的測量過程控制。

總結(jié)世界各國多年的研究成果，監(jiān)視測量過程的方法有多種[1]：①實(shí)驗(yàn)室比對；②數(shù)據(jù)比較；③統(tǒng)計技術(shù)；④核查標(biāo)準(zhǔn)；⑤控制圖；⑥其他方法，如：定期抽查、數(shù)據(jù)認(rèn)證、顧客反饋等。

上述的監(jiān)視方法主要針對實(shí)驗(yàn)室，同時其部分方法也延伸到工業(yè)計量中。對天然氣貿(mào)易交接計量中的流量測量來說，是一種工業(yè)計量，而不是實(shí)驗(yàn)室的測量，使用核查標(biāo)準(zhǔn)是一種簡單可行而又切實(shí)有效的辦法[2]。

一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家對于天然氣流量計量的核查非常重視。為了降低兩臺流量計在特定的工作環(huán)境條件下同時失效的幾率，確保核查的可靠性，在計量現(xiàn)場每個計量點(diǎn)大都采用兩臺原理不同的流量計串聯(lián)，一臺作為工作流量計，一臺作為核查流量計，當(dāng)差值超過一定限度后報警，根據(jù)報警提供的信息進(jìn)一步查找問題并能及時處理。在歐洲各國，其差值限度一般為0.5%，主要取決于交接雙方的約定。

在我國，自1958年啟動天然氣工業(yè)化生產(chǎn)以來，在天然氣工業(yè)計量中，總是利用一切可以利用的資源去比較、核查，如：利用供方的流量計量數(shù)據(jù)與需方的流量計量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。除少數(shù)特別重要的計量點(diǎn)之外，絕大多數(shù)計量點(diǎn)還沒有達(dá)到在計量現(xiàn)場每個計量點(diǎn)都采用兩臺原理不同的流量計串聯(lián)來實(shí)施核查的水平，但這并不能降低人們對核查的關(guān)注和需求。采用核查，就是希望測量中減少測量設(shè)備、人員、環(huán)境、方法等各種因素造成的誤差。

2 面臨的問題和解決問題的思路

近年來，隨著流量計量技術(shù)的發(fā)展，超聲流量計、渦輪流量計、旋進(jìn)漩渦流量計、羅茨流量計等在我國得到更廣泛的應(yīng)用。盡管，孔板流量計有測量范圍度小(1∶3～1∶4)、維護(hù)管理難度大等缺陷，但其作為一種最成熟的流量計、最穩(wěn)定的流量計，其應(yīng)用仍然十分廣泛[3]。在中國石油西南油氣田的天然氣集輸及貿(mào)易計量中，孔板流量計仍然占有很大比例，約為50%。

因此，解決孔板流量計的核查問題，特別是以最低的成本去有效解決核查問題，使其更加穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，是值得關(guān)注的。通過多年的摸索，在孔板流量計計量系統(tǒng)中，其一次測量裝置—孔板節(jié)流裝置相對比較穩(wěn)定，并形成了一套實(shí)用的管理辦法，但其二次測量系統(tǒng)卻面臨一大難題：孔板流量計測量系統(tǒng)包括了多個參數(shù)，如：孔板節(jié)流裝置的幾何量(D、d)、壓力p、差壓△p、溫度t、天然氣組分及密度ρ、壓縮因子Z等，其中各單參數(shù)的溯源容易得到控制，但其最終測量結(jié)果—流量量值溯源的控制難度很大[4]。通過研究得到以下3點(diǎn)認(rèn)識：

(1) 對早期建設(shè)的孔板流量計計量系統(tǒng)，新增核查流量計雖然是有效的辦法，但成本很高，難以推廣。

(2) 對孔板節(jié)流裝置采用定期幾何檢定，定期檢查，能有效控制測量的準(zhǔn)確性、可靠性。

(3) 孔板流量計的二次儀表是一套多參數(shù)綜合測量系統(tǒng)，對其進(jìn)行綜合性核查，對查找系統(tǒng)的故障非常有效。

3 天然氣流量計算機(jī)計量監(jiān)督核查系統(tǒng)應(yīng)用

中國石油西南油氣田公司通過向壓力、差壓、溫度等參數(shù)的國家計量基準(zhǔn)量值溯源，利用國家石油天然氣大流量計量站成都分站的天然氣mt氣體流量原級標(biāo)準(zhǔn)和臨界流音速噴嘴次級標(biāo)準(zhǔn)，針對孔板流量計的核查問題，與生產(chǎn)計量檢測系統(tǒng)的專業(yè)公司聯(lián)合，成功研制了天然氣流量計算機(jī)計量監(jiān)督核查系統(tǒng)。

3.1結(jié)構(gòu)及功能

天然氣流量計算機(jī)計量監(jiān)督核查系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)[5]。下位機(jī)為流量計算機(jī)，能夠獨(dú)立地采集信號，進(jìn)行流量計量，儲存少量數(shù)據(jù)；上位機(jī)為工業(yè)控制計算機(jī)或便攜式計算機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)流量比對、現(xiàn)場核查和數(shù)據(jù)儲存等功能。

核查系統(tǒng)能按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自動實(shí)時采集檢測數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、流量計算和累積天然氣流量，實(shí)現(xiàn)流量測量功能，并對流量數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)自動進(jìn)行歸檔，對裝置設(shè)置的基本參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)、事件進(jìn)行歷史儲存和管理，同時具有核查比對功能。

3．2性能及有關(guān)要求

(1) 選擇多儀表組合，覆蓋天然氣貿(mào)易交接計量站場常用的壓力、差壓、溫度測量范圍：

壓力p測量范圍為：0.2～5.5 MPa，0.10%FS；

差壓△p測量范圍為：0.2～100 kPa，0.10%FS；

溫度t測量范圍為：-20～80 ℃，B級。

(2) 數(shù)據(jù)采集部分的信號轉(zhuǎn)換方式：

壓力儀表輸出 4～20 mA → 數(shù)字信號，MPa，不確定度0.20%；

差壓儀表輸出 4～20 mA → 數(shù)字信號，kPa，不確定度0.20%；

溫度傳感器 Pt100 鉑電阻 → 數(shù)字信號，℃，不確定度0.20%。

(3) 核查系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度與在用天然氣流量計算機(jī)計量系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度相當(dāng)或更高。核查系統(tǒng)軟件計算不確定度≤0.05%，核查系統(tǒng)總不確定度≤0.5%(k=2)。該指標(biāo)包含流量計算機(jī)上位機(jī)、下位機(jī)、流量計算軟件、現(xiàn)場儀表(壓力、差壓、溫度)、A/D轉(zhuǎn)換、安全隔離組件等部分的不確定度。

(4) 貿(mào)易計量一般每天有一個結(jié)算量，即日產(chǎn)量，核查應(yīng)具有累積流量比對的功能。比對既要考慮瞬時流量比對的需要，還要考慮累積流量比對的需要，要考慮進(jìn)行1天至多天的累計流量核查。

(5) 核查系統(tǒng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)，適合天然氣站場的要求。

3．3監(jiān)督核查系統(tǒng)檢定與測試

該核查系統(tǒng)的各參數(shù)通過檢定向國家計量基準(zhǔn)溯源，其壓力、差壓、溫度、組分等儀表送法定技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)檢定，取得檢定合格證書。

同時，為了驗(yàn)證其綜合性能是否滿足預(yù)期要求，利用孔板節(jié)流裝置與核查系統(tǒng)配套，在國家石油天然氣大流量計量站成都分站開展了一系列測試，包括系統(tǒng)測量通道測試、重復(fù)性穩(wěn)定性測試、流量算法測試、輔助功能測試，最后利用成都分站的天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)流測試，結(jié)果證明其性能達(dá)到了預(yù)期技術(shù)要求。

3．4監(jiān)督核查系統(tǒng)在現(xiàn)場的應(yīng)用

核查系統(tǒng)在中國石油西南油氣田公司10個場站15個貿(mào)易交接計量點(diǎn)成功地進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)督核查實(shí)驗(yàn)。通過現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，可以產(chǎn)生核查報表，可對現(xiàn)場計量系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比核查，這些對比核查數(shù)據(jù)，對核查現(xiàn)場計量系統(tǒng)的故障或問題起到了良好的作用。

4 結(jié) 論

通過大量現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，核查系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對計量現(xiàn)場孔板流量計的在線核查，具有良好的現(xiàn)場適用性，并具有以下特點(diǎn)：

(1) 該系統(tǒng)系國內(nèi)首次應(yīng)用于孔板流量計系統(tǒng)在線核查比對，已獲得國家實(shí)用新型專利。

(2) 測量范圍寬、高準(zhǔn)確度、高可靠性，實(shí)現(xiàn)多種功能，利于開展現(xiàn)場核查計量工作。

(3) 系統(tǒng)對象物理層與邏輯層分離，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和使用，利于在復(fù)雜現(xiàn)場條件下開展核查。

(4) 設(shè)置虛擬流量計，可對多項(xiàng)指標(biāo)(新標(biāo)準(zhǔn)、老標(biāo)準(zhǔn)、時間累計誤差、流量累計誤差等)同時開展核查，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的效率。

(5) 系統(tǒng)的變送器支架設(shè)計、電纜架設(shè)計具有便攜、方便、實(shí)用等特點(diǎn)。同時，系統(tǒng)安裝簡便、移動方便、美觀大方，現(xiàn)已推廣使用。

(6) 該核查系統(tǒng)的基本配置，可實(shí)現(xiàn)1套天然氣流量核查計量。系統(tǒng)軟件處理能力支持最多24套流量的核查。

通過幾年的應(yīng)用，該系統(tǒng)對天然氣計量管理水平的提升起到了良好的效果。

雖然在孔板流量計的核查方面邁出了第一步，但如何進(jìn)一步提高現(xiàn)場核查水平和計量管理能力，仍是需待解決的問題。

[1] 全國質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 19022-2003 測量管理體系 測量過程和測量設(shè)備的要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004-03-01.

[2] 中國石油天然氣集團(tuán)公司. GB/T 18603-2001天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004-04-08.

[3] 石油工業(yè)油氣計量及分析方法專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 21446-2008用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008-08-01.

[4] Richard Steven,Josh Kinney.國際標(biāo)準(zhǔn)文件 孔板流量計-案例研究(英文)[J].石油與天然氣化工,2011,40(6):543-552.

[5] 黃明軒,石中鎖.用VC實(shí)現(xiàn)智能渦輪流量計與上位機(jī)的通信[J].石油與天然氣化工,2005,34(1):641-646.

Applicationofverificationtechniquesinnaturalgasflowmeasurementusingdifferentialpressureflowmeter

LiWanjun1,2，LaiZhongze1，DuanJiqin1,2，WangZhi3

(1.ResearchInstituteofNaturalGastechnology,PetroChinaSouthwestOilandGasfieldCompany,Chengdu610213,Sichuan,China; 2.ChengduBranchofChinaNaturalPetroleum&NaturalGasMassFlowrateCalibrationStaion,Chengdu610213,Sichuan,China;3.Quality,SafetyandEnvironmentalProtectionDepartment,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610213,Sichuan,China)

As a continuous and unrepeated measurement, natural gas flow measurement maybe cause high cost from incorrect measurement. Hence, it is necessary to be strict in the process control of gas flow measurement. To ensure measurement accurate and reliable, the verification technique is one of the effective methods to implement process control, and it not only be applied in laboratory, but also be widely applied in industrial metrology. The paper analyzes the applications of the verification method at home and abroad，proposes the development project of verification system used in natural gas flow measurement, which is put into practice and achieve remarkable results.

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TH814

：ADOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2014.01.019

2013-08-09；

2013-10-29；編輯：鐘國利

李萬俊(1966-)，男，四川達(dá)州人，1985年畢業(yè)于西南石油學(xué)院采油專業(yè)，長期從事天然氣計量技術(shù)及計量管理工作，現(xiàn)任國家石油天然氣大流量計量站成都分站常務(wù)副站長，負(fù)責(zé)該技術(shù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行管理。電話：028-85605459。E-mail:liwj@petrochina.com.cn