天然氣流量計(jì)量檢定中心的設(shè)計(jì)研究

宋春紅，張東，楊靜

1.中國石油工程建設(shè)有限公司華北分公司 （河北 任丘 062552）

2.中國石油華北油田分公司生產(chǎn)運(yùn)行處 （河北 任丘 062552）

3.中國石油華北油田分公司技術(shù)監(jiān)督處 （河北 任丘 062552）

0 引言

隨著天然氣管網(wǎng)的日臻完善，天然氣貿(mào)易交接計(jì)量儀表檢定需求日益增多，由河北省天然氣公司運(yùn)營的管網(wǎng)每年有大量計(jì)量儀表需要檢定，主要依托國家石油天然氣大流量計(jì)量站南京分站或成都分站。一方面需要支付一筆檢定、校準(zhǔn)費(fèi)用，同時(shí)需要排隊(duì)候檢，及時(shí)性難以保證，因此考慮在沙河北部門站建設(shè)一個(gè)天然氣檢定站。

目前天然氣管道交接計(jì)量通常選用超聲波流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，國家均有相應(yīng)的檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》[1]要求，氣體貿(mào)易交接流量計(jì)需實(shí)流檢定。因此檢定站需要與天然氣管道分輸計(jì)量站合建，利用管道氣體作為檢定介質(zhì)，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流檢定。

在檢定站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮流量、壓力、介質(zhì)等條件是否滿足規(guī)范要求，同時(shí)檢定過程中流量變化較大，應(yīng)考慮管道的實(shí)際工況條件是否滿足生產(chǎn)及檢定運(yùn)行要求。

1 計(jì)量檢定系統(tǒng)

根據(jù)河北省天然氣管道交接計(jì)量儀表配置情況，確定被檢表規(guī)格為DN100～DN300的超聲波流量計(jì)和DN50～DN250的渦輪流量計(jì)。管道站場天然氣的進(jìn)站壓力4.0 MPa左右，出站壓力為1.6 MPa，流量8 333 m3/h，滿足檢定需要的工藝條件，選定檢定壓力在2.0 MPa。

檢定系統(tǒng)需同時(shí)滿足對(duì)外來流量計(jì)和站內(nèi)流量計(jì)的檢定要求，還應(yīng)減小檢定系統(tǒng)的波動(dòng)，確保檢定過程的順利進(jìn)行[2]。將計(jì)量檢定系統(tǒng)與站內(nèi)流量計(jì)串聯(lián)，與站內(nèi)分輸管線并聯(lián)后再與調(diào)壓工藝系統(tǒng)串聯(lián)。當(dāng)需要用本系統(tǒng)檢定時(shí)，可將站內(nèi)分輸調(diào)節(jié)閥適當(dāng)關(guān)小，保證檢定回路的流量，開啟檢定流程，檢定后的天然氣進(jìn)入分輸流程的下游。下游調(diào)壓系統(tǒng)除起到站場的調(diào)壓、調(diào)流作用外，同時(shí)作為檢定系統(tǒng)壓力穩(wěn)定用調(diào)壓閥。其具體工藝流程見圖1。

圖1 計(jì)量標(biāo)定工藝流程框圖

2 檢定系統(tǒng)配置

檢定裝置按照兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置：工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)設(shè)置核查流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測校準(zhǔn)過程的準(zhǔn)確性。

2.1 工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一般采用精度±0.3%的氣體渦輪流量計(jì)作為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對(duì)送檢的DN50至DN300超聲波和渦輪流量計(jì)進(jìn)行在線檢定[3]。流量標(biāo)準(zhǔn)裝置根據(jù)檢定需要，設(shè)置6路不同口徑標(biāo)準(zhǔn)表，通過電動(dòng)閥門自動(dòng)切換、開啟相應(yīng)數(shù)量回路使其氣流量總和與被檢表相匹配。經(jīng)核算設(shè)置DN50流量計(jì)1路、DN100流量計(jì)1路、DN250流量計(jì)4路作為工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表，即可滿足檢定要求。

2.2 次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用精度±0.25%的音速噴嘴作為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對(duì)工作級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以保證工作級(jí)檢定裝置的檢定精度[4]。同時(shí)音速噴嘴需具備檢定小于等于DN200超聲波流量計(jì)的檢定能力，經(jīng)核算次級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置需要按13路不同口徑標(biāo)準(zhǔn)表設(shè)置，站控系統(tǒng)將根據(jù)相應(yīng)檢測流量，通過電動(dòng)閥門自動(dòng)切換,開啟相應(yīng)數(shù)量音速噴嘴，使其氣流量總和與被檢表相匹配。

2.3 核查流量計(jì)

為了保證工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表檢定的準(zhǔn)確性，在標(biāo)準(zhǔn)表上游設(shè)置超聲波流量計(jì)作為核查流量計(jì)，用以實(shí)時(shí)核查渦輪流量計(jì)的檢定過程，以保證工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表的檢定精度[5]。

2.4 檢定回路配置

每條計(jì)量管路均設(shè)置流動(dòng)調(diào)整器、溫壓補(bǔ)償儀表和前后直管段。核查超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、音速噴嘴直管段按照前10D后5D設(shè)置，被檢表檢定臺(tái)位直管段按照前30D后10D設(shè)置。

2.5 壓力監(jiān)控系統(tǒng)

由于進(jìn)站壓力與檢定壓力之差高于上游壓力的1/2，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求采用雙安全切斷閥（SSV）＋工作調(diào)壓閥（PV）的方式構(gòu)成的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)標(biāo)定用氣進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，將來氣壓力調(diào)節(jié)至檢定時(shí)所需壓力。安全切斷閥采用自力式結(jié)構(gòu)，調(diào)壓閥考慮采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以保證壓力調(diào)節(jié)的可控性。

2.6 流量調(diào)節(jié)

在檢定系統(tǒng)的下游設(shè)置檢定流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)定不同流量檢定點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)全量程范圍的檢定工作。

3 儀表檢定監(jiān)控系統(tǒng)

儀表檢定控制系統(tǒng)分為4個(gè)部分，即站控ESD系統(tǒng)、站過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和音速噴嘴控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中ESD系統(tǒng)因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)較少，可以與分輸站或門站共用ESD系統(tǒng)，負(fù)責(zé)站場ESD閥事故工況下的緊急關(guān)斷，站控系統(tǒng)負(fù)責(zé)流程切換控制等，采用普通PLC即可。

由于對(duì)檢定系統(tǒng)參數(shù)采集的精度和實(shí)時(shí)性要求較高，因此對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出較高要求，采用高速脈沖采集卡、高精度模擬量采集卡、485串口設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（支持多個(gè)RS-232/422/485串行通信端口、支持雙路100 Mbps LAN冗余以太網(wǎng)端口）。音速噴嘴橇裝系統(tǒng)自帶一套PLC，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)流量對(duì)應(yīng)噴嘴數(shù)量的計(jì)算，同時(shí)控制噴嘴開啟。系統(tǒng)間采用C/S結(jié)構(gòu)，在服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和歷史存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

4 檢定流程

儀表送檢過程分為申報(bào)、送檢、檢定實(shí)施和檢定結(jié)果的通報(bào)，具體的工作流程如圖3所示。

圖3 檢定工作流程圖

天然氣流量檢定系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)收合格并取得相應(yīng)資質(zhì)后，可開展流量計(jì)檢定。本系統(tǒng)可檢定的流量計(jì)檢定精度為1.0級(jí)，流量計(jì)檢定完成后，檢定中心應(yīng)出具檢定報(bào)告或檢定證書。

5 結(jié)束語

在計(jì)量站設(shè)計(jì)過程中，對(duì)多個(gè)計(jì)量檢定中心進(jìn)行調(diào)研，汲取其成功的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在本方案中充分利用站內(nèi)原有設(shè)備，既降低投資，又保證了檢定系統(tǒng)的獨(dú)立性和操作的靈活性。對(duì)影響系統(tǒng)精度或檢定結(jié)果的設(shè)備、檢定流程等不降低標(biāo)準(zhǔn)，提出具體的設(shè)備精度等級(jí)和檢定方案，以確保檢定系統(tǒng)順利通過驗(yàn)收。該檢定中心的建成將緩解河北省及附近省市貿(mào)易交接流量計(jì)檢定工作的壓力，為天然氣管道的生產(chǎn)運(yùn)行保駕護(hù)航。