天然氣孔板流量計(jì)流量核查方式研究

黃忠華，蔣佩忱，羊映，徐永洪，張勇

中國(guó)石油西南油氣田分公司 川西北氣礦（四川 江油 621741）

用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量天然氣流量，是一種較為復(fù)雜的多參數(shù)組合測(cè)量，具有連續(xù)、動(dòng)態(tài)且不可復(fù)現(xiàn)的特點(diǎn)。由于測(cè)量過程涉及的參數(shù)較多，且測(cè)量過程不可復(fù)現(xiàn)，一旦計(jì)量結(jié)果出現(xiàn)偏差給供用雙方在問題追溯上將帶來極大的困難和后果，因此，在天然氣標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)使用過程中，供用雙方對(duì)流量測(cè)量結(jié)果核查的重視程度越來越高。同時(shí)，隨著天然氣流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)天然氣孔板流量計(jì)的流量核查方式也越來越多，為此選擇合適的流量核查方式有助于天然氣孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。

1 常見的核查方式

1.1 設(shè)置核查流量計(jì)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18603—2014 中“為進(jìn)一步保證流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量性能，可以串聯(lián)安裝核查流量計(jì)對(duì)流量進(jìn)行在線比對(duì)核查”和“瞬時(shí)量大于或等于240×104m3/d 的交接計(jì)量系統(tǒng)（即A 級(jí)計(jì)量系統(tǒng)）應(yīng)設(shè)置在線核查流量計(jì)”的規(guī)定，供用氣雙方可以通過設(shè)置核查流量計(jì)的方式來對(duì)流量進(jìn)行核查[1]。這也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)核查僅有的規(guī)定。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于設(shè)置核查流量計(jì)對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行流量核查，通常分為永久性核查和暫時(shí)性核查兩種。永久性核查是指在孔板流量計(jì)的管路上再安裝一臺(tái)核查流量計(jì)（其工作原理一般應(yīng)與孔板流量計(jì)工作原理不同），天然氣同時(shí)流經(jīng)兩臺(tái)流量計(jì)，核查流量計(jì)的讀數(shù)只用來查驗(yàn)孔板流量計(jì)的流量計(jì)量數(shù)據(jù)，而不作計(jì)量交接使用。暫時(shí)性核查是指利用備用流量計(jì)，通過流程切換，備用流量計(jì)對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行核查，或者設(shè)置移動(dòng)標(biāo)定口，需要核查時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)接在標(biāo)定口上對(duì)在用孔板流量計(jì)進(jìn)行核查[2-3]。

一般來說，設(shè)置核查流量計(jì)推薦采用永久性核查方式，但考慮現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地大小和建設(shè)投資費(fèi)用，以及交接計(jì)量點(diǎn)的交接量大小，會(huì)結(jié)合實(shí)際情況分以下3種方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)孔板流量計(jì)的流量核查。

方式1：一對(duì)一單獨(dú)設(shè)置核查流量計(jì)，將核查流量計(jì)與孔板流量計(jì)串聯(lián)安裝，核查流量計(jì)安裝在孔板流量計(jì)之前，如圖1 所示。這種方式屬于永久性核查方式[1-2]，目的是當(dāng)孔板流量計(jì)和核查流量計(jì)的差值超過一定限度報(bào)警后，根據(jù)報(bào)警信息進(jìn)一步查找問題并能及時(shí)處理。其差值的限度由交接雙方約定，但一般不超過1.0%。

方式2：一對(duì)多設(shè)置核查流量計(jì)，將一臺(tái)核查流量計(jì)與多臺(tái)并聯(lián)孔板流量計(jì)進(jìn)行串聯(lián)，核查流量計(jì)安裝在孔板流量計(jì)之前，利用流程切換，對(duì)不同孔板流量計(jì)分別進(jìn)行流量核查，如圖2 所示。這種方式屬于暫時(shí)性核查方式，目的是對(duì)某一臺(tái)孔板流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生懷疑或爭(zhēng)議時(shí)，則利用流程切換，實(shí)現(xiàn)核查流量計(jì)對(duì)需要核查的孔板流量計(jì)進(jìn)行短時(shí)核查，查找問題和原因。

方式3：流程串聯(lián)設(shè)置核查流量計(jì)，將一臺(tái)核查流量計(jì)與多臺(tái)孔板流量計(jì)并聯(lián)安裝，流程串聯(lián)，利用流程切換，對(duì)不同孔板流量計(jì)分別進(jìn)行流量核查，如圖3所示。這種方式屬于暫時(shí)性核查方式，目的與方式2相同，但因場(chǎng)地限制等問題，是可選取的另一種方式。

圖1 一對(duì)一串聯(lián)方式

圖2 一對(duì)多方式

圖3 流程串聯(lián)方式

1.2 采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)在用的大多數(shù)天然氣孔板流量計(jì)均是按現(xiàn)場(chǎng)配電動(dòng)變送器采數(shù)，室內(nèi)配信號(hào)隔離模塊及A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后由專用計(jì)算機(jī)計(jì)量軟件進(jìn)行流量計(jì)算和累積。在這一計(jì)量過程中，由于涉及的計(jì)量參數(shù)眾多，且流量計(jì)量受流體形態(tài)影響，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)微小的差錯(cuò)均會(huì)給最終的測(cè)量結(jié)果帶來不可忽視的影響。因此，國(guó)內(nèi)經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，目前孔板節(jié)流裝置相對(duì)比較穩(wěn)定，并形成了一套實(shí)用的管理辦法，可以采用一種較為實(shí)用的核查方法，即利用現(xiàn)有的一次節(jié)流裝置，對(duì)孔板流量計(jì)二次儀表系統(tǒng)即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、室內(nèi)AD模塊轉(zhuǎn)換、流量計(jì)算機(jī)等）開展綜合性核查[4]。核查的主要方法是通過對(duì)在用的一次節(jié)流裝置上另行安裝一套天然氣計(jì)量數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，獨(dú)立于被核查計(jì)量系統(tǒng)的二次儀表，單獨(dú)采集現(xiàn)場(chǎng)的壓力、差壓和溫度信號(hào)，并傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行流量的計(jì)算和累積，并最終與被核查流量計(jì)測(cè)量的流量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，其安裝方式如圖4所示。

圖4 孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)安裝方式

此種核查方式的特點(diǎn)在于利用了在用孔板流量計(jì)的一次節(jié)流裝置，獨(dú)立安裝壓力、差壓測(cè)量?jī)x表、溫度儀表（一般采用雙芯鉑電阻溫度計(jì)）和積算裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和計(jì)算，因此為便于現(xiàn)場(chǎng)核查使用，多數(shù)核查系統(tǒng)都具備攜帶便捷、易安裝、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。且將現(xiàn)場(chǎng)壓力、差壓、溫度信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換進(jìn)行集成化，然后采取RS485 或USB 的方式進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸，再利用專用的計(jì)算模塊及管理軟件進(jìn)行流量計(jì)算和管理，通過數(shù)據(jù)比對(duì)分析達(dá)到流量核查的目的。

1.3 參數(shù)分項(xiàng)核查

天然氣孔板流量計(jì)的流量測(cè)量結(jié)果是由眾多參數(shù)組合測(cè)量得來[5]，其中孔板孔徑、測(cè)量管內(nèi)徑、氣質(zhì)組分等參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況或定期測(cè)量分析獲得后采用周期內(nèi)賦值的方式參與。而壓力、差壓和溫度3 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)則來自于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量、采集，所有參數(shù)均參與到最終的流量計(jì)算中，其核查方法和要求見表1。

表1 參數(shù)分項(xiàng)核查方法

2 實(shí)例分析

某供方輸配氣場(chǎng)站一交接計(jì)量點(diǎn)，日輸氣量180×104m3左右，瞬時(shí)量最高可達(dá)到250×104m3/d，采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量，一次儀表為DN250 高級(jí)孔板閥，二次儀表為電動(dòng)變送器配專用流量計(jì)算機(jī)。由于受投資和場(chǎng)地因素限制，該天然氣孔板流量計(jì)未在供方場(chǎng)站設(shè)置一對(duì)一的核查流量計(jì)，而是由用戶投資在下游近30 km 外的輸氣場(chǎng)站建立了一套對(duì)比計(jì)量裝置，仍采用了DN250高級(jí)孔板閥配電動(dòng)變送器及專用流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)量，對(duì)雙方每日計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和比對(duì)。

某年7 月，下游用戶提出近期雙方的計(jì)量數(shù)據(jù)偏差較大，從此前的相對(duì)誤差0.6%左右增加至4%，每日絕對(duì)量從10 000 m3增加到72 000 m3。為此供用雙方對(duì)兩套計(jì)量裝置均進(jìn)行了檢查和確認(rèn)。期間，雙方采用參數(shù)分項(xiàng)核查的方式，對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表（壓力、差壓和溫度儀表）、回路進(jìn)行了檢定和校準(zhǔn)，對(duì)雙方錄入的參數(shù)進(jìn)行了核對(duì)和檢查，計(jì)量?jī)x表檢定合格，計(jì)量系統(tǒng)回路經(jīng)校準(zhǔn)誤差在允許范圍內(nèi)，參數(shù)錄入均正確無誤。同時(shí)雙方為防止管線泄露造成計(jì)量偏差的問題，采取了試壓的方式確認(rèn)管線無泄露。

為查找原因，雙方最終采用了同一套孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)（經(jīng)過法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格），分別對(duì)雙方的計(jì)量裝置進(jìn)行了4 d（96 h）的流量核查，具體核查數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 供方計(jì)量裝置流量核查數(shù)據(jù)

表3 用戶計(jì)量裝置流量核查數(shù)據(jù)

通過采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)進(jìn)行流量核查得到的數(shù)據(jù)分析，供方計(jì)量裝置出現(xiàn)問題造成雙方計(jì)量偏差。經(jīng)過原因排查，發(fā)現(xiàn)因一次節(jié)流裝置即高級(jí)孔板閥在長(zhǎng)期使用過程中，受天然氣雜質(zhì)的影響，導(dǎo)壓孔出現(xiàn)積污淤堵和閥腔下部沉積污物堆積使孔板安裝不到位，導(dǎo)致同軸度偏離了誤差允許范圍，進(jìn)而影響最終的流量測(cè)量結(jié)果。

上述實(shí)例表明，若供方場(chǎng)站能設(shè)置一臺(tái)一對(duì)一核查流量計(jì)進(jìn)行每日流量核查，計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)比和分析，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)就能及時(shí)查找和解決問題。而采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)和參數(shù)分項(xiàng)核查的方式則具有局限性，會(huì)一定程度上延長(zhǎng)查找和解決問題的時(shí)長(zhǎng)，因此需要因時(shí)、因地制宜。

3 核查方式對(duì)比分析

天然氣孔板流量計(jì)流量核查采用設(shè)置核查流量計(jì)的核查方式最好，可隨時(shí)直接實(shí)時(shí)獲取工作流量計(jì)和核查流量計(jì)同時(shí)段的流量測(cè)量結(jié)果，便于日常計(jì)量過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。但此種方式存在投資大、安裝工作量大、占地面積寬、工作流量計(jì)和核查流量計(jì)均需日常維護(hù)等缺點(diǎn)，且一般在新建輸氣場(chǎng)站中應(yīng)用較多，對(duì)于已建成且運(yùn)行中的輸氣場(chǎng)站并不適用。

采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)進(jìn)行流量核查適用于已建成并投運(yùn)的孔板流量計(jì)，且一套核查系統(tǒng)可多次用于不同孔板流量計(jì)的流量核查，該方式具有投資小、即用即裝、安裝拆卸便捷、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但此種核查方式所獲得的核查結(jié)果易受一次節(jié)流裝置異常故障、壓力、溫度測(cè)量?jī)x表測(cè)量值不一致和儀表的動(dòng)態(tài)零位漂移影響，流量核查結(jié)果的可靠性需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鬟^程來保證，因此核查人員應(yīng)具備一定的核查經(jīng)驗(yàn)。

采用參數(shù)分項(xiàng)核查方式進(jìn)行流量核查適用于新建和已建的孔板流量計(jì)，該方式投資最小，操作簡(jiǎn)易，各分項(xiàng)核查測(cè)量技術(shù)成熟，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可遵循。但核查不全面，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)一次節(jié)流裝置的故障或問題，核查結(jié)果也容易受核查操作人員的操作技能水平影響。

4 結(jié)論

新建天然氣孔板流量計(jì)用于貿(mào)易交接計(jì)量，且貿(mào)易交接瞬時(shí)量大于或等于240×104m3/d 時(shí)，應(yīng)按照GB/T 18603—2014 的規(guī)定，優(yōu)先推薦采用一對(duì)一設(shè)置核查流量計(jì)的核查方式。但設(shè)置核查流量計(jì)應(yīng)考慮工程投資、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件和后期管理維護(hù)等因素，當(dāng)投資有限或現(xiàn)場(chǎng)安裝不便時(shí)，也可采用一對(duì)多或流程串聯(lián)的方式設(shè)置核查流量計(jì)。

對(duì)于貿(mào)易交接瞬時(shí)量小于240×104m3/d 的新建天然氣孔板流量計(jì)，可根據(jù)工程投資、場(chǎng)地等因素選擇設(shè)置核查流量計(jì)，也可采用參數(shù)分項(xiàng)核查的方式在投運(yùn)前進(jìn)行流量核查，也可在使用中采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)進(jìn)行定期核查，保證孔板流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)于已建成并投運(yùn)的天然氣孔板流量計(jì)，可以采用孔板流量計(jì)核查系統(tǒng)或參數(shù)分項(xiàng)核查的方式進(jìn)行流量核查，但建議形成核查機(jī)制，定期開展流量核查工作，且在采用參數(shù)分項(xiàng)核查的方式進(jìn)行流量核查時(shí)應(yīng)加密核查頻次。

無論采用上述哪種方式開展天然氣孔板流量計(jì)流量核查，均應(yīng)配套建立相應(yīng)的管理制度或是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，以支撐天然氣計(jì)量流量核查設(shè)計(jì)，完善相應(yīng)核查技術(shù)和管理要求，推動(dòng)天然氣孔板流量計(jì)流量核查工作向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。