天然氣輸差問題分析和控制

吳 冠 澄

天然氣輸差問題分析和控制

吳 冠 澄

（中國石油天然氣銷售公司， 北京 100028）

天然氣成為世界主要能源，其運(yùn)輸主要依靠管道來完成。天然氣在輸送的過程中存在輸差，輸差問題影響能源利用用率和企業(yè)效益。講述了產(chǎn)生輸差的原因包括參比條件和儀表問題，應(yīng)對輸差問題常采用的分析方法包括計(jì)量先行法和縮短周期法以及輸差問題的控制措施，包括正確選用儀表，注重管道建設(shè)管理和加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)。

管道；計(jì)量；儀表；輸差

近年來空氣污染的防控和治理成為市民主要話題，環(huán)保觀念深入人心。作為清潔能源的天然氣越來越得到重視，天然氣具有清潔、環(huán)保、熱值高的優(yōu)點(diǎn)[1]。在世界范圍內(nèi)天然氣的運(yùn)輸主要依靠管道來完成，但流入系統(tǒng)的氣量與流出系統(tǒng)的氣量存在差值。輸差問題是每一個(gè)燃?xì)夤径家鎸Χ译y以解決的問題。輸差的問題在國家層面關(guān)系到能源利用率，在企業(yè)層面關(guān)系到一個(gè)燃?xì)馄髽I(yè)的經(jīng)營和管理。天然氣輸差問題直接影響燃?xì)馄髽I(yè)的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益乃至發(fā)展方向。如何有效的減少輸差值得深入研究。

天然氣輸差指的是平衡商品天然氣中間計(jì)量和交接計(jì)量的差值[2]。對于長輸管道而言是指天然氣在長輸管道輸送過程的損耗。對于下游的燃?xì)馄髽I(yè)來講指的是燃?xì)夤竞蜌獾V交接的總氣量與燃?xì)夤咎峁┙o用戶的氣量之差[3]。

天然氣輸差分為絕對輸差以及相對輸差。

式中： ΔQ—天然氣管輸輸差，m3；

Qr—流入天然氣管道的總氣量，m3；

Qc—流出天然氣管道的總氣量，m3；

Vc—期初天然氣管道內(nèi)的總存氣量，m3；

Vm—期末天然氣管道的總氣量，m3。

1 天然氣輸差原因分析

輸差產(chǎn)生的原因主要有兩種，一種是計(jì)量所產(chǎn)生的誤差；另一種是輸送過程中由于設(shè)備的質(zhì)量、管理、腐蝕和其他綜合因素所造成的泄露。

1.1 參比條件所引起的誤差

天然氣測量以及計(jì)算工程中，在我國的天然氣參比條件是壓力為一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓即101.325 kPa，溫度為293.15 K。但是實(shí)際的測量結(jié)果與真實(shí)值常常存在一定的差值，這與計(jì)量工作的參比條件有關(guān)?！短烊粴鈽?biāo)準(zhǔn)的參比條件》（ISO 13443）中規(guī)定的參比條件壓力為 101.56 kPa，溫度為 288.15 K（15 ℃）。而美國的天然氣計(jì)量參比條件壓力為14.73 psig(101.56 kPa)，溫度為60 ℉（15 ℃）[4]。

由以上的三種不同參比條件可以計(jì)算到

由公式（3）和（4）得到結(jié)論：參比條件不同會產(chǎn)生一定誤差。這時(shí)應(yīng)對公式做以下的調(diào)整：

若供氣壓力相對于參比壓力增加1 kPa，燃?xì)夤揪驮黾?1%的氣量損失。若溫度相對于參比溫度降低 1 ℃，燃?xì)夤揪蜁黾?0.34%的損失。 由于實(shí)際條件限制，當(dāng)?shù)厝細(xì)夤径茧y以用戶家里安裝壓力和溫度補(bǔ)償裝置。因此相對于供氣的燃?xì)夤径裕岣邏毫蛘呓档蜏囟榷紩a(chǎn)生氣量上的損失。

1.2 儀表所產(chǎn)生的誤差

目前國內(nèi)的天然氣計(jì)量大多采用的是孔板流量計(jì)。孔板流量計(jì)的測量精度能夠滿足 SY/ T6143-1996 的精度標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在實(shí)際的操作過程當(dāng)中，儀器的操作不當(dāng)，節(jié)流設(shè)計(jì)不當(dāng)或者孔板的安裝和維修不當(dāng)都會影響測量的精度。井口采出的天然氣由于凈化的不徹底或者集氣管網(wǎng)以及輸氣干線的內(nèi)腐蝕影響，導(dǎo)致液體或者固體雜質(zhì)存在，雜質(zhì)會聚集在孔板截面，同時(shí)這些雜質(zhì)還會造成孔板截面的沖刷腐蝕。這會影響孔板直角入口邊緣圓弧半徑以及管內(nèi)壁的粗糙度，進(jìn)而影響到流量計(jì)的測量精度[5]。梁光川[6]等對孔板流量計(jì)的誤差進(jìn)行過估算。

1.3 管網(wǎng)老化導(dǎo)致的泄露

管道由于老化可能會產(chǎn)生泄露，目前很多正在運(yùn)行的天然氣主干管道服役時(shí)間已經(jīng)超過20年。加之天然氣管網(wǎng)具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，管網(wǎng)那個(gè)的接頭、閥門、法蘭等管網(wǎng)設(shè)施都有一定程度的腐蝕和老化，導(dǎo)致很多連接處都會出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，由于這些原因所導(dǎo)致的輸差是難以估計(jì)的

2 輸差的分析方法

2.1 計(jì)量先行法

分析天然氣輸差最直接簡單直接有效的方法就是進(jìn)行儀表分析即計(jì)量先行法。相對于漏氣、跑氣等，計(jì)量儀表所造成的輸差比較隱蔽。而且由于儀表問題造成計(jì)量不準(zhǔn)，產(chǎn)生輸差的可能性遠(yuǎn)高于跑氣、漏氣。除此之外，處理計(jì)量儀表相對比較容易。所以，面對輸差問題，應(yīng)首先考慮計(jì)量先行法。

2.2 瞬間流量平衡法

作為合格的計(jì)量人員應(yīng)具備及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。如果某一個(gè)小區(qū)域出現(xiàn)計(jì)量誤差，例如某分輸站輸差大，應(yīng)首先檢查校準(zhǔn)計(jì)量儀表，然后進(jìn)行封裝，計(jì)算每一臺流量計(jì)的瞬時(shí)流量，進(jìn)行現(xiàn)場流量平衡。如果不在范圍之內(nèi)，繼續(xù)尋找其他可能原因，直到系統(tǒng)達(dá)到流量平衡為止。如果出現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸差，則需充分考慮管存的變化量，然后對輸差進(jìn)行比較和分析。

2.3 縮短周期法

系統(tǒng)的天然氣輸差是時(shí)間的累計(jì)形成的。目前大多數(shù)燃?xì)夤镜妮敳罘治龆际且蕴鞛閱挝?。?jì)算周期越短，得到的數(shù)據(jù)就會更加準(zhǔn)確，因此在條件滿足的情況下應(yīng)盡可能的縮短分析周期。此外還可以引入SCADA系統(tǒng)來對輸差進(jìn)行分析和預(yù)警，找到根源。通過系統(tǒng)對各站的流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就能比較準(zhǔn)確的確定出現(xiàn)輸差的位置和時(shí)間，以便提前做出針對性的反應(yīng)，有效控制輸差[7]。

2.4 量值溯源法

量值溯源法指繪制一條不確定度曲線，把測量結(jié)果以及相關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來。天然氣的管輸企業(yè)需建立預(yù)支適應(yīng)的量值溯源體系。利用實(shí)時(shí)的監(jiān)控值及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量故障，量值溯源法不僅有利于輸差考核，還能提高計(jì)量精度。

3 降低輸差的主要措施

3.1 正確選用儀表，注重管道建設(shè)管理

降低輸差應(yīng)該從源頭做起，注重測量儀表的選型工作。針對目前繁多的流量計(jì)量儀表。除去標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，目前都缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范支持。早在20世紀(jì)的30年代，孔板流量計(jì)借助國際經(jīng)驗(yàn)實(shí)行儀表干校，后來得到廣泛應(yīng)用。我國制定了《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量辦法》（SY/T 6143-1996），提供了天然氣計(jì)量的依據(jù)。所以，計(jì)量儀表首選標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，若流量變化較大，要考慮使用寬量程智能差變。二次儀表選用需考慮計(jì)算模型，盡可能的滿足參比條件一致，達(dá)到SY/T 6143-1996的要求[8]。

3.2 建立量值溯源鏈

量值溯源鏈?zhǔn)潜ＷC計(jì)量精度的最有效手段。應(yīng)該根據(jù)每臺流量計(jì)的實(shí)際情況建立與之相適應(yīng)的量值溯源體系。相對于計(jì)量氣量比較大的孔板流量計(jì)來說，在流量計(jì)使用前或者每使用一段時(shí)間之后進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)檢定和校準(zhǔn)。為保證儀表準(zhǔn)確度，最好實(shí)行在線實(shí)時(shí)標(biāo)定。對于計(jì)量氣量較小的旋進(jìn)漩渦流量計(jì)和渦輪流量計(jì)來說，可在使用前和使用一段時(shí)間后進(jìn)行離線標(biāo)定。

3.3 加強(qiáng)計(jì)量數(shù)據(jù)管理

要做好管道的置換、通球掃線過程以及陰極系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作,而且定期對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查來提高數(shù)據(jù)的可靠性[9]。在條件允許的情況下，盡可能的縮短分析周期。充分利用SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳到總調(diào)度進(jìn)行輸差的自動分析預(yù)警，盡早發(fā)現(xiàn)源頭。

3.4 加強(qiáng)人才隊(duì)伍管理

在保障計(jì)量隊(duì)伍穩(wěn)定的情況下，加強(qiáng)計(jì)量隊(duì)伍的建設(shè)和人才培訓(xùn)，確保工作人員具備專業(yè)的計(jì)量裝置安裝和維護(hù)能力，正確操作計(jì)量設(shè)備，盡可能降低誤差，減小損耗。

4 結(jié) 論

導(dǎo)致輸差的原因種類繁多，應(yīng)建立定期輸差分析制度，應(yīng)用正確的方法對輸差產(chǎn)生原因進(jìn)行正確分析，搜尋問題產(chǎn)生的根源，采取適當(dāng)?shù)牡恼拇胧瑥亩行Э刂戚敳?，保障企業(yè)的應(yīng)有利益和穩(wěn)定發(fā)展。

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Analysis and Control of Measurement Error of Natural Gas Pipeline Transportation

WU Guan-cheng
（PetroChina Gas Marketing Company, Beijing 100028，China）

Natural gas has become main energy of the world, and its transportation mainly relies on pipeline. There is always measurement error in natural gas pipeline transportation, the measurement error will affect energy utilization rate. In this article, causes of the measurement error were introduced, including reference conditions and instrument problems. The analysis methods to solve the measurement error were put forward as well as control measures of the measurement error.

Pipeline; Measurement; Instrument; Measurement error

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-0975-03

2014-11-13

吳冠澄（1988-），男，初級工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運(yùn)專業(yè)，研究方向：天然氣銷售結(jié)算的計(jì)量。E-mail：wuguancheng@vip.qq.com。