塔里木天然氣計(jì)量檢定技術(shù)方案

郭　亮劉偲俁

1大慶油田工程有限公司　2北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院

塔里木天然氣計(jì)量檢定技術(shù)方案

郭亮1劉偲俁2

1大慶油田工程有限公司2北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院

塔里木天然氣計(jì)量檢定站設(shè)于塔里木油田輪南首站旁，采用工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的技術(shù)方案，部分公用工程依托輪南首站原有系統(tǒng)，可節(jié)省大量工程投資并縮短建設(shè)周期。該檢定站設(shè)計(jì)建立的天然氣工作標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)為目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、測(cè)量范圍寬、檢定壓力可調(diào)節(jié)的天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)。該檢定系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓力和流量的精確、穩(wěn)定和快速的控制調(diào)節(jié)，能滿(mǎn)足口徑小于DN300 mm的天然氣流量計(jì)的全量程檢定校準(zhǔn)。該檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，具有工藝系統(tǒng)設(shè)置合理、功能齊全、工程投資低、建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，對(duì)于今后國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)建立天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)具有指導(dǎo)作用。

天然氣流量；計(jì)量檢定；工作標(biāo)準(zhǔn)；工藝系統(tǒng)；技術(shù)方案

為了適應(yīng)新疆南疆地區(qū)天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)的檢定需求，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司投資建設(shè)了塔里木天然氣計(jì)量檢定站。該檢定站建設(shè)在塔里木油田輪南首站旁，主要建有一套高壓、大流量、高準(zhǔn)確度的天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)及配套設(shè)施。

1　技術(shù)方案

1.1取氣、回氣

塔里木天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)采用直排方案，從高壓天然氣管線(xiàn)取氣，流經(jīng)該計(jì)量檢定系統(tǒng)后，再向高壓或者低壓管線(xiàn)回氣。直排方案不采用天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，而是利用高、低壓管線(xiàn)的壓力差，由高壓管線(xiàn)向低壓管線(xiàn)回氣，其取氣、回氣方案見(jiàn)圖1。

圖1　塔里木天然氣計(jì)量檢定站取氣、回氣方案

1.2量值傳遞

為了加快建設(shè)進(jìn)度、降低投資，通過(guò)對(duì)天然氣原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能和特點(diǎn)進(jìn)行研究論證，確定該檢定系統(tǒng)采用只建立工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，直接用工作標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定被檢流量計(jì)。根據(jù)《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范（JJF 1033）》，工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)應(yīng)每年一次到國(guó)家石油天然氣計(jì)量檢定站南京分站的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行周期的檢定校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)量值溯源和傳遞，具體過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2　工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)量值溯源和傳遞

1.3工作標(biāo)準(zhǔn)裝置

在對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的臨界流文丘里噴嘴、腰輪和渦輪流量計(jì)的性能及指標(biāo)比較分析后，選定了準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)作為工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置。并且，根據(jù)塔里木油田及南疆地區(qū)使用天然氣流量計(jì)的種類(lèi)和流量范圍，確定該檢定系統(tǒng)的流量測(cè)量范圍為25～8 000 m3/h，被檢流量計(jì)的口徑為DN50 mm～DN400 mm。工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置使用1臺(tái)DN80渦輪流量計(jì)，測(cè)量中小流量（25～250 m3/h）；使用5臺(tái)DN200 mm渦輪流量計(jì)并聯(lián)組合，測(cè)量中大流量（160～8 000 m3/h）。要求標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的前、后直管段長(zhǎng)度≥10D（D表示流量計(jì)直徑），并配套高準(zhǔn)確度的溫度、壓力變送器。

1.4核查流量計(jì)

在每路DN80 mm和DN200 mm標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)上游串聯(lián)了相同口徑的超聲流量計(jì)，用超聲流量計(jì)的測(cè)量值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行單臺(tái)在線(xiàn)實(shí)時(shí)核查比對(duì)，以判斷確認(rèn)每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠。超聲流量計(jì)的前直管段為20D，后直管段為10D，并在前10D處安裝板孔式整流器。

1.5技術(shù)指標(biāo)

工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為10.0 MPa，天然氣工作壓力為3.5～7 MPa，天然氣工作溫度為-5～30℃，天然氣工況流量為25～8 000 m3/h，流量測(cè)量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于0.33%，被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度≤1.0級(jí)，被檢流量計(jì)口徑為DN50 mm～DN400 mm。

1.6測(cè)量不確定度評(píng)估

該檢定系統(tǒng)主要受標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)、脈沖數(shù)、溫度、壓力測(cè)量值以及被檢流量計(jì)處的溫度、壓力測(cè)量值和天然氣壓縮因子、檢定時(shí)間、測(cè)量重復(fù)性等因素影響。按照《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF 1059）》要求，對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行不確定度評(píng)估，其評(píng)估結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)、脈沖數(shù)、溫度和壓力的不確定度分別為0.14%、0.0058%、0.02%和0.024%；被檢流量計(jì)處溫度和壓力的不確定度分別為0.04%和0.048%；天然氣壓縮因子比值、測(cè)量時(shí)間和重復(fù)性的不確定度分別為0.015%、0.01%和0.05%；則合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.16%，相對(duì)擴(kuò)展不確定度優(yōu)于0.33%（包含因子K=2）。

1.7檢定臺(tái)位

該檢定系統(tǒng)設(shè)有DN300 mm、DN250 mm、DN200 mm、DN150 mm、DN100 mm、DN80 mm和DN50 mm七個(gè)檢定臺(tái)位。每個(gè)檢定管路的前、后直管段長(zhǎng)度設(shè)置為20D和10D，并在前10D直管段處設(shè)置板孔整流器。

要求直管段內(nèi)外壁經(jīng)過(guò)特殊加工后，粗糙度、直線(xiàn)度、圓度、直管段兩端的法蘭面與軸心線(xiàn)的垂直度都有嚴(yán)格的指標(biāo)，其中直管段內(nèi)表面粗糙度應(yīng)優(yōu)于▽3.2（Ra=3.2μm），并進(jìn)行化學(xué)鍍鉻處理。另外，在每個(gè)檢定臺(tái)位旁均設(shè)置防爆儀表接線(xiàn)箱，以便將被檢流量計(jì)的流量、溫度及壓力信號(hào)接入到控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集處理。

1.8計(jì)量檢定工藝系統(tǒng)

首先，天然氣從高壓管線(xiàn)上的DN800 mm截?cái)嚅y上游進(jìn)行高壓取氣，依次流經(jīng)過(guò)濾分離器、壓力調(diào)節(jié)、工作標(biāo)準(zhǔn)及核查流量計(jì)、被檢流量計(jì)及流量調(diào)節(jié)等系統(tǒng)，回氣至截?cái)嚅y的下游管線(xiàn)，最后進(jìn)入塔里木油田輪南首站，實(shí)現(xiàn)高壓天然氣流量計(jì)的檢定；或者高壓天然氣經(jīng)降壓調(diào)節(jié)、工作標(biāo)準(zhǔn)及核查流量計(jì)、被檢流量計(jì)等系統(tǒng)后，回氣至低壓管線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)低壓天然氣流量計(jì)的檢定。在檢定系統(tǒng)中，還設(shè)有氣質(zhì)測(cè)量、氮?dú)?、排污和放空等系統(tǒng)。

2　技術(shù)措施

（1）把室內(nèi)、外地面上鋪設(shè)的工藝管道、過(guò)濾分離器及匯氣管等都進(jìn)行保溫處理。

（2）核查流量計(jì)、工作標(biāo)準(zhǔn)和檢定臺(tái)位等系統(tǒng)均設(shè)置在防爆檢定廠(chǎng)房?jī)?nèi)，進(jìn)出站閥組、過(guò)濾分離器、調(diào)壓、調(diào)流量等系統(tǒng)設(shè)置在防曬防雨棚下，以減少環(huán)境條件的影響，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

（3）壓力、流量調(diào)節(jié)閥都選用軸流式調(diào)節(jié)閥，以保證流動(dòng)穩(wěn)定、壓降小和調(diào)節(jié)準(zhǔn)確。

（4）匯氣管采用熱拔工藝制造，以防止天然氣流經(jīng)匯氣管時(shí)產(chǎn)生擾流。

（5）在被檢流量計(jì)下游設(shè)置手動(dòng)液壓伸縮器，便于拆裝被檢流量計(jì)。

（6）采用軸流式安全切斷閥進(jìn)行超壓自動(dòng)切斷，確保檢定低壓流量計(jì)時(shí)不超壓。

（7）在多路并聯(lián)的核查流量計(jì)、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)、檢定臺(tái)位及氮?dú)?、排污和放空等與計(jì)量有關(guān)的管路均采用強(qiáng)制密封球閥，以防止天然氣漏失。

（8）采用獨(dú)立的計(jì)量檢定控制系統(tǒng)，確保流量測(cè)量數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地采集處理和計(jì)算。

通過(guò)上述技術(shù)措施，可保證在每個(gè)流量點(diǎn)的每一次測(cè)試檢定過(guò)程中，檢定用天然氣的溫度變化不超過(guò)±0.5℃，壓力變化不超過(guò)±0.5%，流量變化不超過(guò)±0.5%的技術(shù)要求。

3　結(jié)論

（1）該檢定站設(shè)計(jì)建立的天然氣工作標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)為目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、測(cè)量范圍寬、檢定壓力可調(diào)節(jié)的天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)。

（2）該檢定系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓力和流量的精確、穩(wěn)定及快速的控制調(diào)節(jié)，能滿(mǎn)足口徑小于DN300 mm的天然氣流量計(jì)的全量程檢定校準(zhǔn)。

（3）該檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，具有工藝系統(tǒng)設(shè)置合理、功能齊全、工程投資低、建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，對(duì)于今后國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)建立天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)具有指導(dǎo)作用。

（0459）5902568、guoliang@petrochina.com.cn

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.027

郭亮：高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于上海機(jī)械學(xué)院自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)，大慶油田公司油氣計(jì)量專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家。

2015-02-05