天然氣計量輸差診斷方法應(yīng)用研究

呂素芳，李曉明，李效彪，郭陽，李杰，王小英

(中國石化股份有限公司 中原油田分公司 天然氣產(chǎn)銷廠，河南 濮陽 457162)

1 天然氣計量及輸差現(xiàn)狀

流量計量是天然氣工業(yè)發(fā)展中尤其重要的問題，不僅是生產(chǎn)部門用來判斷氣井生產(chǎn)能力的技術(shù)指標(biāo)，更是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。為了準(zhǔn)確計算流量，需要提高流量計量的準(zhǔn)確度。

天然氣計量的準(zhǔn)確度受多種因素的影響，在井口氣量與外輸氣量、供給氣量與接收氣量、總計量與分表計量之間總存在一定的差值，即常說的“計量輸差”。對輸差的合理控制是保證計量準(zhǔn)確性的一項(xiàng)重要工作。

目前中國石化股份有限公司中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠在天然氣計量中的管理機(jī)構(gòu)、制度以及量值傳遞系統(tǒng)已很健全，計量裝置與儀表齊全，但仍存在一些不足[1]。

1.1 計量器具的現(xiàn)狀

目前集氣站的計量方式主要采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓式流量計，占該廠總流量計的70%以上，孔板雖是目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的計量器具，但受干擾因素較多，維護(hù)相對復(fù)雜。其二次儀表主要配置雙波紋管壓差計和壓力溫度變送器。除孔板差壓式流量計外，還有少數(shù)旋進(jìn)漩渦流量計，該流量計無可動部件，儀表準(zhǔn)確度不高，且極易受氣流脈動和壓力變化的影響而產(chǎn)生計量誤差[2]。

1.2 工藝流程對天然氣采輸?shù)挠绊?/h3>

隨著氣田的逐步開發(fā)，天然氣中水分等雜質(zhì)的增多，集氣站設(shè)備的逐漸老化，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝無法達(dá)到理想的分離效果，氣體輸送中易形成兩相流甚至是多相流，導(dǎo)致氣況偏離計量標(biāo)準(zhǔn)要求，影響天然氣計量準(zhǔn)確性，不僅增大計量誤差，還減少儀表的使用壽命。由此造成的計量誤差隨著氣田開發(fā)的年限而愈顯，該問題也是限制氣田計量水平提高的重要因素。

2 輸差的基本概念與分類

2.1 概 念

輸差是指天然氣在輸送過程中的量值減量，其計算公式如下：

(1)

式中：Δ——天然氣輸差，m3；qj——流入氣量，m3；qc——流出氣量，m3；t——時間，s；T——周期。

2.2 分 類

輸差根據(jù)實(shí)際情況可分為站輸差、線輸差、綜合輸差等。

站輸差：

Δ站=∑q出站-∑q進(jìn)站

(2)

線輸差：

Δ線=q出氣-q進(jìn)氣+q管存變化

(3)

綜合輸差：

Δ綜合=∑q銷氣-∑q接氣+∑q管存變化

(4)

其中，綜合輸差要達(dá)到三點(diǎn)要求： 等于總出、總進(jìn)之差；等于所有站輸差和線輸差之和；等于所有基層單位輸差之和。

3 集氣站輸差診斷方法及應(yīng)用

對采輸氣管網(wǎng)進(jìn)行合理的輸差分析，及時查找輸差問題，盡快將問題交給計量和巡線人員?？纱偈褂嬃咳藛T首先對計量儀表是否存在產(chǎn)生輸差的可能性進(jìn)行確認(rèn)；同時讓巡線人員對管線竊氣、漏氣等現(xiàn)象進(jìn)行確認(rèn)。

3.1 定位輸差問題

3.1.1計量數(shù)據(jù)分析

一般天然氣管網(wǎng)的計量數(shù)據(jù)都具有傳遞性質(zhì)，通過對某條管線或某個站場上下游計量點(diǎn)的計量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以判斷某段位置計量儀表的準(zhǔn)確性，找到存在計量輸差的問題部位。

3.1.2輸差走勢對比

將整個管網(wǎng)或全線的輸差和區(qū)域的輸差曲線進(jìn)行對比。如果發(fā)現(xiàn)某段或某個區(qū)域的輸差曲線和整個管網(wǎng)或全線的輸差曲線走勢相似，該線存在輸差問題的可能性就比較大，重點(diǎn)對該段或該區(qū)域進(jìn)行查找，縮小工作范圍，提高解決輸差問題的效率。

3.1.3集氣站日常巡檢工作

在集氣站的日常工作中，對計量數(shù)據(jù)進(jìn)行及時錄取并上傳是一項(xiàng)非常重要的工作，基層工作人員作為站場計量系統(tǒng)故障的第一發(fā)現(xiàn)人，可以及時對可能產(chǎn)生的輸差問題進(jìn)行現(xiàn)場解決處理。

3.2 檢 查

解決輸差問題應(yīng)遵循計量優(yōu)先的原則，即首先從計量儀表上尋找輸差產(chǎn)生的原因。與竊氣、漏氣相比，計量儀表發(fā)生故障造成計量輸差的可能性更大且不易被發(fā)覺。同時，計量儀表的處理與巡線相比較為容易和及時。針對集氣站日常工作而言，從計量優(yōu)先的角度考慮則主要包括如下幾個方面：

1) 檢查計量儀表數(shù)據(jù)顯示或遠(yuǎn)傳是否正常。計量儀表接線處接觸不良、位置松動等造成儀表數(shù)據(jù)間斷顯示或無法正常遠(yuǎn)傳；計量監(jiān)控系統(tǒng)卡死、計量暫停等原因均會對計量產(chǎn)生影響。值班人員應(yīng)密切關(guān)注監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時對接線穩(wěn)固性進(jìn)行檢查，系統(tǒng)遇卡時一般采取系統(tǒng)重啟的措施，即可恢復(fù)正常計量狀態(tài)。

2) 檢查儀表參數(shù)設(shè)置。參數(shù)包括節(jié)流裝置參數(shù)和天然氣的相對密度參數(shù)。軟件輸入的孔板直徑、管徑等數(shù)據(jù)一定要與現(xiàn)場節(jié)流裝置相符合，否則對計量精確度的影響較為嚴(yán)重。天然氣的相對密度在測量中也是較重要的物性參數(shù)，目前采取的是每月15日更換一次密度值的方式，將某點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)代表該月份的組分情況，該組分是流量計量的重要參數(shù)。

3) 檢查計量裝置管路及閥門。平衡閥、高低壓閥以及計量儀表取壓閥開關(guān)未到位，儀表閥門內(nèi)漏或堵塞等均會對計量產(chǎn)生一定的影響。表1為各儀表裝置閥門開關(guān)情況對天然氣正常計量的影響。

表1 計量裝置閥門狀態(tài)對正常流量計量的影響

4) 檢查鉑熱電阻。鉑熱電阻的安裝應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，并要定期進(jìn)行檢查。當(dāng)熱電阻出現(xiàn)接線脫落、接觸不良以及安裝不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象時均會導(dǎo)致溫度的測量失準(zhǔn)，進(jìn)而影響計量的準(zhǔn)確性。

5) 裝置排液。氣田水分較多，集氣站一級分離效果并不理想，油水及砂粒等極易被帶入計量管段，隨著氣流的高速流過，必會嚴(yán)重?fù)p壞孔板，因而需要及時對節(jié)流裝置進(jìn)行排液操作，防止油水砂粒等聚集而影響計量準(zhǔn)確性。尤其是在寒冷冬季，氣溫過低，排液不及時，節(jié)流裝置油水聚集、凝結(jié)，嚴(yán)重影響正常計量。故在集氣站執(zhí)行冬季安全生產(chǎn)措施時，加密裝置排液是一項(xiàng)不容忽視的重點(diǎn)。

6) 輸差及工藝流程檢查。一旦發(fā)現(xiàn)輸差問題即對流程進(jìn)行檢查，從站場流程上排查可能的原因，及早定位問題部位，從而采取合理的解決措施。

a) 正輸差?？傆嬃窟h(yuǎn)大于單井計量之和，可能存在旁通漏氣、閥門內(nèi)漏等現(xiàn)象。

b) 負(fù)輸差?？傆嬃窟h(yuǎn)小于單井計量之和，可能由于站內(nèi)用氣過大或用氣量估計值偏差大、總計量旁通閥門內(nèi)漏等原因。

7) 檢查孔板。孔板作為節(jié)流裝置，是天然氣計量的核心部件，孔板的安裝方向、磨損程度、尖銳度、表面粗糙度、是否彎曲變形、是否有缺口、是否有臟物堆積、密封膠圈是否匹配、損壞等均會給計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性帶來很大的影響。

3.3 分 析

在優(yōu)先檢查儀表后，若仍無法排除輸差存在的問題，則需做進(jìn)一步的現(xiàn)場問題分析。

1) 流程切換。若無法完全確定某計量點(diǎn)是否存在故障問題，可采取切換至其他流程重新進(jìn)行計量信息的分析比對，找準(zhǔn)問題。若多口井同時開井，則可以通過逐一關(guān)井，分別與總計量進(jìn)行氣量對比的方式判斷輸差問題存在的具體部位。

2) 現(xiàn)場安裝對比表。即在計量點(diǎn)再次安裝計量儀表，與原先儀表計量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀對比，確定原先的儀表是否存在故障問題。

3) 專業(yè)人員維修。以上檢查分析工作之后，若仍無法排除輸差過大問題，則需考慮自動計量系統(tǒng)是否有故障，可交由專業(yè)計量人員進(jìn)行維護(hù)排查，分別針對自動計量儀表或雙波紋管壓差計等給予流量軟件維護(hù)、儀表故障排查、校表等針對性的整改措施。

3.4 集氣站常見計量輸差問題舉例

1) 文2號集氣站的文108-1井于2013年5月17日連續(xù)開井生產(chǎn)。全站開井一口，單井計量與低壓計量導(dǎo)致日累計流量輸差過大，通過對比計量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)文108-1井計量儀表數(shù)據(jù)出現(xiàn)“時走時停”的故障，故障時各項(xiàng)數(shù)據(jù)均顯示為恒定值。隨即按照輸差問題解決程序，對計量儀表進(jìn)行相應(yīng)的檢查，均未發(fā)現(xiàn)故障問題，進(jìn)一步分析，進(jìn)行流程切換，計量數(shù)據(jù)比對等也未發(fā)現(xiàn)問題，于是歸結(jié)為自動計量系統(tǒng)的故障問題，專業(yè)計量人員解釋： 因文2號集氣站自動計量系統(tǒng)為Floboss103和ABB共用，組態(tài)軟件存在不兼容的現(xiàn)象，導(dǎo)致計量系統(tǒng)故障。

2) 文2號集氣站文108-5井于2013年7月2日開井生產(chǎn)。開井計量后發(fā)現(xiàn)單井計量與低壓外輸瞬時流量計量偏差過大，首先分別對108-5井和低壓外輸計量裝置按照輸差問題解決程序進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)故障問題，在對孔板進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)文108-5井節(jié)流裝置處的密封膠圈偏大，更換為匹配的密封膠圈后，數(shù)據(jù)計量恢復(fù)正常，后續(xù)工作得以準(zhǔn)確進(jìn)行。

4 天然氣輸差產(chǎn)生原因及建議對策

4.1 安裝工藝問題

天然氣流經(jīng)彎頭或閥門等設(shè)備時會發(fā)生擾動，多數(shù)流量計對前后直管段有要求。以最常用的孔板流量計安裝為例，要求上游側(cè)的直管段長度至少為10D，下游側(cè)的直管段長度至少為5D，若直管段達(dá)不到要求，氣流的擾動會對計量產(chǎn)生影響。

4.2 測量直管段附著物對單井計量的影響

當(dāng)氣體經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)孔板時，氣流從開孔流通，但孔板的周邊對氣流有阻擋作用，使雜質(zhì)在孔板上、下游兩側(cè)沉淀堆積，影響流體通過孔板時的流速分布，降低計量精度。由于磨損、沖刷導(dǎo)致測量管內(nèi)壁表面粗糙度增加，長期使用給整個計量裝置帶來的測量不確定度難以評定。測量管內(nèi)壁附著雜質(zhì)，導(dǎo)致孔板上、下游的直管段內(nèi)徑改變[2]。

可在流量計前加裝過濾器，尤其對于集氣站開井時間較長的氣井流程，可有效減少雜質(zhì)對計量的影響，提高準(zhǔn)確度。過濾器需要定時檢查和清理，過濾器前后段裝壓力表，通過監(jiān)測兩端的壓力差確定過濾器的堵塞情況，便于及時更換或清洗濾芯。根據(jù)年度計量檢修工作，應(yīng)對其內(nèi)腔及測量管內(nèi)壁的粗糙度進(jìn)行檢查，清洗內(nèi)壁附著的污垢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面有明顯沖刷或腐蝕，應(yīng)更換內(nèi)表面符合標(biāo)準(zhǔn)要求的測量管，如暫時無符合標(biāo)準(zhǔn)的測量管，應(yīng)及時對原測量管按表面沖刷腐蝕情況做相應(yīng)修正。

4.3 人為因素的影響

上游測量管及端面的沉積物、倒流程不徹底造成旁通走氣、閥門故障漏氣、分離器壓油后忘記關(guān)閉壓油閥等，使計量的氣量偏差過大；節(jié)流裝置不

能按期檢查、孔板選型不當(dāng)?shù)?，造成差壓變送器運(yùn)行在超量程或超低限，未在其理想范圍內(nèi)運(yùn)行，從而帶來計量誤差；啟動計量裝置時，未關(guān)差壓變送器的平衡閥或未開啟取壓閥等，這些人為因素均可對計量輸差帶來影響[3]。

為確保有效避免人為因素，需重點(diǎn)加強(qiáng)集氣站人員計量知識的培訓(xùn)，強(qiáng)化人員計量意識，開展多形式的計量技術(shù)崗位練兵，提高現(xiàn)場技術(shù)操作水平。建立完善的計量操作規(guī)程，加強(qiáng)集氣站儀表、自控系統(tǒng)的巡檢工作，使其保持良好的運(yùn)行狀態(tài)[4]。

5 結(jié)束語

輸差控制是提高計量準(zhǔn)確性的有效保證，筆者通過對集氣站所遇到的計量輸差問題進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)，提出一套合理的計量輸差解決流程，為基層站場及時解決計量存在的現(xiàn)場問題提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖德云，張智，王存?zhèn)?影響天然氣自動計量系統(tǒng)穩(wěn)定性因素的探討[J].石油化工自動化，2013，49(02)： 62-64.

[2] 韓瑤，馬倬，韓冬.提高單井濕氣計量精度的建議[J].科技風(fēng)，2012(02)： 22.

[3] 邱正陽，梁平，徐春碧.天然氣輸差問題及其解決方法[J].油氣儲運(yùn)，2006(07)： 60-62.

[4] 吳斌，劉明亮.天然氣計量與輸差控制[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2006(04)： 32-34.

[5] 蔣大旭，鄭開銀．天然氣自動計量教程[M].北京： 中國計量出版社，2004 .

[6] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].3版.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.