高壓天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的運(yùn)行建議

晁宏洲，黃明基

中國(guó)石油塔里木油田分公司油氣運(yùn)銷(xiāo)部 （新疆 庫(kù)爾勒 841000）

0 引言

國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站塔里木檢定點(diǎn)是經(jīng)原國(guó)家質(zhì)檢總局批復(fù)， 在中國(guó)石油塔里木油田建設(shè)的高壓天然氣流量檢定點(diǎn)， 旨在完善和優(yōu)化國(guó)內(nèi)天然氣實(shí)流檢定站點(diǎn)布局， 推進(jìn)中國(guó)石油天然氣計(jì)量檢定體系的建設(shè)， 滿(mǎn)足新疆南疆地區(qū)天然氣貿(mào)易交接流量計(jì)的檢定需求。 塔里木檢定點(diǎn)工程毗鄰中國(guó)石油塔里木油田分公司輪南集氣總站，設(shè)計(jì)建立1 套天然氣工作流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其工藝流程如圖1。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力10.0 MPa；天然氣壓力3.5～7.0 MPa；天然氣溫度-5～30 ℃；工況檢定流量25～8 000 m3/h；系統(tǒng)流量測(cè)量擴(kuò)展不確定度優(yōu)于0.33%，k=2； 被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度不高于1.0 級(jí)； 被檢流量計(jì)口徑50～400 mm； 年檢定能力200 臺(tái)。

圖1 塔里木檢定點(diǎn)工藝流程示意圖

在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)階段， 建設(shè)項(xiàng)目組對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入研討，核心工作圍繞“確保裝置計(jì)量性能”展開(kāi)，優(yōu)化了多項(xiàng)性能保障措施和檢定參數(shù)穩(wěn)定措施， 通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)對(duì)裝置性能進(jìn)行初步評(píng)估和驗(yàn)證。 在試運(yùn)行的過(guò)程中，提出了一些增建、改進(jìn)和升級(jí)的建議。

1 配套專(zhuān)用PID 控制器

檢定點(diǎn)的壓力、 流量參數(shù)需要控制在相對(duì)穩(wěn)定的范圍，為保證及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)，提高檢定效率，壓力、溫度的控制還需要快速地穩(wěn)定。

JJG 1030—2007 《超聲流量計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程》[1]和JJG 1037—2008《渦輪流量計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程》[2]均規(guī)定：“在檢定過(guò)程中， 每個(gè)流量點(diǎn)的每次實(shí)際檢定流量與設(shè)定流量的偏差應(yīng)不超過(guò)±5%”。目前塔里木檢定點(diǎn)的流量控制偏差見(jiàn)表1。

表1 檢定點(diǎn)流量控制偏差表

從表1 中數(shù)據(jù)可以看出， 塔里木檢定點(diǎn)的檢定流量控制達(dá)到了檢定規(guī)程的要求。 但從開(kāi)始調(diào)節(jié)流量到流量穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)時(shí)間發(fā)現(xiàn)， 檢定過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成工作效率低。目前塔里木檢定點(diǎn)的流量控制穩(wěn)定時(shí)間見(jiàn)表2。

從表2 中數(shù)據(jù)可以看出， 無(wú)論流量調(diào)節(jié)采用自動(dòng)方式或是手工方式，穩(wěn)定時(shí)間都較長(zhǎng)，而且手工調(diào)節(jié)反而優(yōu)越于自動(dòng)調(diào)節(jié)。分析原因，可能由于自動(dòng)控制邏輯不夠優(yōu)化。 參數(shù)調(diào)節(jié)精確和快速需要3 個(gè)條件來(lái)保證：優(yōu)異的閥門(mén)調(diào)節(jié)性能；在閥門(mén)開(kāi)度與實(shí)際流量之間建立準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)關(guān)系；控制邏輯合理，控制參數(shù)在設(shè)定值上下波動(dòng)小且少。

表2 檢定點(diǎn)流量控制穩(wěn)定時(shí)間表

根據(jù)工程建設(shè)項(xiàng)目組對(duì)國(guó)內(nèi)幾個(gè)天然氣實(shí)流檢定站點(diǎn)考察總結(jié)， 目前控制流量穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)的現(xiàn)象普遍存在， 流量控制最精確和穩(wěn)定時(shí)間最短的是北京采育檢定點(diǎn)。 采育檢定點(diǎn)使用了流量調(diào)節(jié)閥廠家配套提供的專(zhuān)用PID 控制器，在檢定過(guò)程中可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)閥廠家在對(duì)閥門(mén)多次測(cè)試的基礎(chǔ)上，較好地掌握了閥門(mén)的性能，將調(diào)節(jié)閥性能與閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行了很好地關(guān)聯(lián)， 通過(guò)工程師編程將控制思路和邏輯在專(zhuān)用PID 控制器里得到了實(shí)現(xiàn)。 北京采育檢定點(diǎn)檢定流量控制方式見(jiàn)圖2。

專(zhuān)用PID 控制器是針對(duì)天然氣工業(yè)中復(fù)雜控制而設(shè)計(jì)的， 相比通用的控制系統(tǒng)具有更高級(jí)的PID 運(yùn)算，因而具有更高的控制精度和實(shí)時(shí)性。在國(guó)內(nèi)西氣東輸?shù)却笮凸艿拦こ躺辖?jīng)過(guò)了多場(chǎng)合、 長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用驗(yàn)證，自動(dòng)、方便地實(shí)現(xiàn)輸氣站場(chǎng)的壓力、流量選擇性控制和供氣流量的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

圖2 北京采育檢定點(diǎn)檢定流量控制方式

檢定站點(diǎn)運(yùn)行的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“一鍵式”的全自動(dòng)過(guò)程， 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)只需要做好站場(chǎng)運(yùn)行工作和流量計(jì)拆裝工作，其他諸如檢定前管路自動(dòng)平壓、檢定流程自動(dòng)切換、 壓力流量自動(dòng)調(diào)節(jié)、 出具證書(shū)等過(guò)程，均可在智能化檢定系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。建議塔里木檢定點(diǎn)進(jìn)一步調(diào)研、分析和借鑒相對(duì)成熟的專(zhuān)用PID 控制器使用情況，利用項(xiàng)目結(jié)余資金，為檢定點(diǎn)控制閥門(mén)配套采用，優(yōu)化閥門(mén)控制，提高檢定效率。

2 增建次級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

塔里木檢定點(diǎn)的最初設(shè)計(jì)和建設(shè)原則是： 只建工作流量標(biāo)準(zhǔn)裝置， 依托國(guó)家站南京分站或?yàn)豸斈君R分站的次級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行量值溯源， 量值傳遞框圖見(jiàn)圖3。

塔里木檢定點(diǎn)的6 臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和6 臺(tái)核查超聲流量計(jì)需要每年1 次送往南京或?yàn)豸斈君R分站進(jìn)行檢定，路途遙遠(yuǎn)、工作量大且需要站點(diǎn)停產(chǎn)，而且長(zhǎng)途顛簸易損失準(zhǔn)確度。工程設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，已預(yù)留了次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置接口， 檢定點(diǎn)具有低壓回氣管網(wǎng)，工藝流程具備建設(shè)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的條件，建議利用項(xiàng)目結(jié)余資金，加快申報(bào)建設(shè)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，減少對(duì)其他檢定站點(diǎn)的依托，提高獨(dú)立運(yùn)行的能力。次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立， 不但能夠解決工作標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查標(biāo)準(zhǔn)超聲流量計(jì)的周期溯源問(wèn)題， 還能為工作流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性考核提供更好的技術(shù)手段，進(jìn)一步保證量值的準(zhǔn)確和可靠。

圖3 塔里木檢定點(diǎn)量值傳遞框圖

3 增加強(qiáng)制密封閥的檢漏流程

為保證塔里木檢定點(diǎn)量傳數(shù)據(jù)準(zhǔn)確， 在關(guān)鍵的系統(tǒng)上采用了密封性能好、零泄漏、并且在閥體上有檢漏口，便于經(jīng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢漏的提升桿式、全通徑強(qiáng)制密封球閥。建議增加泄漏監(jiān)測(cè)流程，根據(jù)流程中壓力的微小變化敏銳地察覺(jué)閥門(mén)泄漏情況， 確保完全密封。 泄漏監(jiān)測(cè)流程如圖4 所示。

圖4 強(qiáng)制密封閥泄漏監(jiān)測(cè)流程

4 堅(jiān)持開(kāi)展能力驗(yàn)證

塔里木檢定點(diǎn)已全面完成工程建設(shè)， 通過(guò)了各方面的達(dá)標(biāo)驗(yàn)收。 目前，依據(jù)JJF 1033—2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》[3]準(zhǔn)備建標(biāo)考核，并依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[4]進(jìn)行不確定度的評(píng)定，需要盡快完成建標(biāo)考核和機(jī)構(gòu)考核，取得相關(guān)資質(zhì)，開(kāi)展檢定、校準(zhǔn)工作。 從前期工作標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看， 裝置的各方面性能均將優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，不但可滿(mǎn)足量值傳遞等業(yè)務(wù)需求，而且具備開(kāi)展天然氣計(jì)量技術(shù)科學(xué)研究的能力。 塔里木盆地是我國(guó)主要產(chǎn)氣區(qū)， 具有國(guó)內(nèi)最大的天然氣計(jì)量交接站場(chǎng)，各種壓力等級(jí)、各種型式規(guī)格的計(jì)量器具均有廣泛應(yīng)用，而且具備油田伴生氣、凝析氣、氣藏氣等不同物性特點(diǎn)的氣源，對(duì)開(kāi)展?jié)裉烊粴鉁y(cè)試、多相流流量測(cè)量研究具有得天獨(dú)厚的試驗(yàn)條件。 塔里木油田還建設(shè)了一套1～4 500 m3/h、U=0.33%、k=2 的空氣負(fù)壓文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。 兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置可用于不同檢定流體、 不同檢定壓力的流量測(cè)量技術(shù)研究。正式投產(chǎn)后的塔里木檢定點(diǎn)，按照GB/T 27025—2008 《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》[5]等標(biāo)準(zhǔn)要求，專(zhuān)業(yè)規(guī)范運(yùn)行，積極參與和主動(dòng)開(kāi)展國(guó)內(nèi)天然氣實(shí)流檢定站點(diǎn)間的計(jì)量比對(duì)，堅(jiān)持能力驗(yàn)證，提升業(yè)務(wù)開(kāi)展和科學(xué)研究的能力水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）塔里木檢定點(diǎn)高壓天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置現(xiàn)有的壓力調(diào)節(jié)、 流量調(diào)節(jié)工藝配套專(zhuān)用的PID 控制器，是提高檢定效率的直接有效的措施。如果配套專(zhuān)用的PID 控制器，檢定效率約可以提高一倍。

2）為塔里木檢定點(diǎn)高壓天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置增加泄漏監(jiān)測(cè)流程，可以杜絕非計(jì)量漏失，提高檢定準(zhǔn)確性，確保裝置計(jì)量性能。

3）塔里木檢定點(diǎn)在現(xiàn)有工作級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，增建次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，更符合地處邊疆、不方便對(duì)外送檢的實(shí)際情況。 減小了對(duì)其他檢定站點(diǎn)的依存度，借助于塔里木多氣源、高壓力、大氣量的優(yōu)勢(shì)，為行業(yè)、國(guó)內(nèi)開(kāi)展天然氣計(jì)量技術(shù)研究創(chuàng)造了條件。適應(yīng)大口徑（≥400 mm）濕天然氣計(jì)量測(cè)試的應(yīng)用，建議再對(duì)塔里木檢定點(diǎn)工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的能力適當(dāng)擴(kuò)大。塔里木檢定點(diǎn)在現(xiàn)有條件下，不做任何工藝上的改造，可以保證檢定氣量達(dá)到15 000 m3/h，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定DN500 mm 流量計(jì)的需要。 必要時(shí)再申請(qǐng)?jiān)鼋ㄔ?jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，促使檢定點(diǎn)換擋升級(jí)，在油氣田上游領(lǐng)域，與國(guó)家站成都分站互相開(kāi)展計(jì)量比對(duì)，進(jìn)行能力驗(yàn)證，統(tǒng)一天然氣量值，提高天然氣貿(mào)易計(jì)量準(zhǔn)確度。