石油天然氣流量計實流計量技術(shù)探究

隨著我國進(jìn)入“低碳經(jīng)濟”時代，使得潔凈和綠色能源的使用成為社會發(fā)展的一種必然趨勢，天然氣已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我的生活當(dāng)中。按照我國“西氣東輸、北氣南送、海氣登陸”的發(fā)展戰(zhàn)略，有效加強了天然氣管網(wǎng)和配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，進(jìn)一步促進(jìn)了天然氣在我國的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的以空氣為檢測介質(zhì)的質(zhì)量流量計量和體積流量計量已經(jīng)難以滿足天然氣能量計量的需求，尋求一種有效可行的天然氣計量手段和可靠的計量數(shù)據(jù)是勢在必行的。

天然氣流量測量主要是由流量計完成的，通常測量天然氣在實際工況下的流量，然后根據(jù)工況下的壓力、溫度和物性參數(shù)將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下（我國的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101.325kPa，20℃）的流量。對于孔板、渦輪、容積式、超聲等流量計，需要已知天然氣組成來計算壓縮因子、相對密度、等熵指數(shù)等物性參數(shù)，才能計算出實際工況下或標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣流量。

我國天然氣標(biāo)準(zhǔn)體系建立較晚，二十世紀(jì)末期，我國開始構(gòu)建并逐步完善天然氣流量測量標(biāo)準(zhǔn)體系。當(dāng)時我國商品天然氣產(chǎn)量較低，西氣東輸?shù)忍烊粴忾L輸管道尚未動工，用于天然氣測量的儀表主要是孔板流量計，的天然氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是 SY/T6143《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》。到 2014 年，中國天然氣產(chǎn)量已達(dá) 1329×108m3，按照發(fā)展規(guī)劃，到“十二五”末，我國天然氣供應(yīng)能力將達(dá)到 1760×108m3，年進(jìn)口天然氣量約為 935×108m3，用于交接測量的主要儀表多使用超聲、渦輪流量計等。為滿足天然氣工業(yè)的發(fā)展和管道建設(shè)的需求，保證天然氣測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，我國加快了天然氣測量技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)制修訂的步伐，為使標(biāo)準(zhǔn)有較高的國際化水平，采標(biāo)對象主要以國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)為主。

1 天然氣實流計量裝置設(shè)計方案

1.1 開環(huán)系統(tǒng)方案介紹天然氣實流計量裝置的開環(huán)系統(tǒng)通常會在天然氣管道上面建一個檢定裝置，并設(shè)立一個甚至多個用氣量較大的下游用戶。其中，檢定裝置用于在上游的高壓管路取氣，并向下游的低壓管路進(jìn)行排氣，這時，檢定系統(tǒng)管路當(dāng)中所流經(jīng)的天然氣會經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)流量計以及被檢流量計，進(jìn)而實現(xiàn)天然氣流量的計量。同時，天然氣會通過組分分析儀器進(jìn)行實時的監(jiān)測，從而經(jīng)過換算得到相應(yīng)能量計量的修正信息。

天然氣實流計量裝置的開環(huán)系統(tǒng)通常包括如下幾種裝置：天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)、多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置、核查級標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級標(biāo)準(zhǔn)、氮氣吹掃系統(tǒng)等，配套天然氣組分、露點、溫度、壓力以及可燃?xì)怏w報警等方面的檢測設(shè)備。

1.2 天然氣過濾分離及溫濕調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了可以有效過濾掉氣源當(dāng)中的雜質(zhì)及水分，需要在天然氣引入檢定系統(tǒng)的起始端安裝一個天然氣過濾分離系統(tǒng)，進(jìn)而保證堅定用氣的清潔和單相性，且要使檢定段管路當(dāng)中的濕度及溫度滿足規(guī)定的檢測條件。

1.3 多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常會采用自動控制理論，并結(jié)合計算機技術(shù)來控制試驗管路的流量以及壓力，從而可以使檢定過程當(dāng)中的流量變化以及壓力波動符合規(guī)定的技術(shù)要求。

1.4 工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置、核查級標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級標(biāo)準(zhǔn)工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置主要是用來對流量計進(jìn)行檢測的一種標(biāo)準(zhǔn)器，是由多臺并聯(lián)安裝的渦輪流量計組裝而成的，這種裝置的測量范圍較寬、靈敏度較高且重復(fù)性較好，主要可以用來作高壓大流量的工作標(biāo)準(zhǔn)；為了實現(xiàn)對檢測過程的診斷和出錯報警，可以選擇使用核查級標(biāo)準(zhǔn)裝置，這種裝置主要使用超聲波流量計，沒有可動部件，其自診斷能力較強；次級標(biāo)準(zhǔn)裝置是由臨界流噴嘴組成的，這種裝置沒有可動部件，其長期穩(wěn)定性較好，裝置工作原理以及測量臨界參數(shù)和渦輪流量計是不相同的，可以說這種裝置是理想的次級標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 氮氣吹掃系統(tǒng)

氮氣吹掃系統(tǒng)會使天然氣和空氣始終處在隔絕的狀態(tài)，它是裝、卸儀表或者可動部件過程的一個安全保障系統(tǒng)。

組分、露點、溫度、壓力等方面的檢測設(shè)備這種組分、露點、溫度、壓力等方面的檢測設(shè)備可以利用在線的溫變、壓變、露點儀、色譜儀等測量手段來對檢定介質(zhì)的溫度、壓力、相變、組分加以定量的分析，從而得出這些因素對測量結(jié)果的影響量，并利用得出的數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的修正曲線，從而有效保證流量計工況下的準(zhǔn)確適用。

1.6 閉環(huán)系統(tǒng)方案介紹天然氣實流計量裝置的閉環(huán)系統(tǒng)通常會把檢定裝置建立在閉合的管路上面，并借助泵送設(shè)備來使管路之內(nèi)的介質(zhì)流動起來。同時，管路當(dāng)中的天然氣會流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)流量計和被檢流量計從而實現(xiàn)天然氣流量的標(biāo)定。這種系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)的介質(zhì)是在輸氣管路當(dāng)中獨立循環(huán)的，有著很多優(yōu)點，例如這種系統(tǒng)不受上、下游管路當(dāng)中壓力以及容量的約束，不易受到建設(shè)場地的限制，且介質(zhì)組分和壓力可以根據(jù)檢測的需要來進(jìn)行自行的調(diào)節(jié)等。但同時，這種閉環(huán)系統(tǒng)的流量和壓力波動會在循環(huán)回路當(dāng)中混加，因此，這種系統(tǒng)對泵送設(shè)備、穩(wěn)壓裝置以及壓力/流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計要求會很高。而且，直至目前為止，國際上還沒有任何天然氣實流計量裝置閉環(huán)系統(tǒng)成功的案例。

2 結(jié)語

天然氣能量計量技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史，但還未成功開發(fā)直接對天然氣進(jìn)行能量測定的系統(tǒng)。從學(xué)科分類的角度來看，天然氣能量的計量是屬于計量學(xué)范疇的，但同時天然氣能量的計量還會涉及到物理測量領(lǐng)域的流量計量和化學(xué)計量領(lǐng)域的分析測試。所以，這會進(jìn)一步增加測量結(jié)果在量值傳遞以及溯源準(zhǔn)則等方面復(fù)雜性。近幾年，我國在體積的計量領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際上的先進(jìn)水平，但是在發(fā)熱量的測定領(lǐng)域方面，不管是間接測定還是直接測定都同國外的先進(jìn)水平有著很大的差距。