天然气流量计量技术现状及发展趋势

天然气流量计量技术现状及发展趋势 甘 霞 (山东实华天然气有限公司) 11 天然气计量技术现状 111 　计量标准 天然气计量实际上是天然气流量的测量 , 是在天然气 流动过程中间接测量的 , 测量的准确度取决于整套测量系 统的合理设计、建设、操作和维护等全过程的质量 , 为了 保证计量系统按统一的技术进行全面质量管理 , 保证 天然气计量的准确度 , 制定科学合理的天然气计量标准是 非常必要的。 在天然气计量的相关标准中 , 流量计量标准是主要的 , 另外它还应包括天然气密度 , 组成 , 发热量 , 压缩因子等 相关参数的测量和计算标准 , 还有仪器仪表、设计及安全 等标准。天然气计量涉及到设计、建设、投产、操作、维 修、检验、检定以及安全环保等各个方面 , 因此其相关标 准是很广泛的。 美国石油工业发达 , 天然气计量技术先进 , 有严格完 善的法规、标准和先进的计量设备。1978 年美国通过了天 然气法 , 统一各州和联邦政府之间的天然气价格 , 规定了 以每立方英尺实际的能量含量作为天然气价格的基础 , 改 变了天然气传统的计量方式 , 这种新的计量方式是结合天 然气的质量测量和发热量测量两种独立的测量系统而产生 一个新的天然气能量测量系统。 我国尚未形成天然气计量的系统标准。国内目前在天 然气计量中采用《天然气流量的标准孔板计量 (SY/ T 6143 - 1996)》、《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指 数的计算方法 ( GB/ T 11062 - 1998)》等计量标准 , 但这些 标准尚没有覆盖天然气计量的各个方面 , 特别是在天然气 贸易计量中缺乏天然气计量系统统一的、系统的技术标准。 为了适应我国天然气日益国际化的需要 , 必须加快我国天 然气计量标准与国际接轨的步伐。 112 　孔板流量计 目前 , 孔板流量计计量已经开始引入数据采集、储存 和监控系统 , 该系统可以通过对压力、温度等参数的监测 实现对流量进行时时修正 , 从而大大提高了孔板的计量精 度。随着微电子技术的不断发展 , 压力、温度变送器以及 数据采集、储存和传输系统将会越来越小 , 功能越来越多 , 成本也越来越低。预计将压力、温度传感器和数据储存、 传输元件都集于一个模块的集成系统将成为标准系统。目 前美国开发的一种新流量计中采用埋置于孔板面中的小型 传感器来测量孔板上的压差 , 与常规孔板流量计相比 , 这 种新型流量计对气体流量的波动非常敏感。 在孔板的结构设计中 , 有人提出将传统孔板中心一个 孔的结构改为多孔或多槽结构。这种多孔型设计可以大大 降低上游安装质量引起的测量误差。 113 　涡轮流量计 在欧洲和美国 , 气体涡轮流量计是仅次于孔板流量计的 天然气流量测量仪表 , 在荷兰天然气管线上采用了 2600 多 台各种尺寸 , 压力从 018MPa 到 615MPa 的气体涡轮流量计 , 它已成为优良的天然气流量计。与孔板流量计一样 , 涡轮流 量计也是一项比较成熟的技术。涡轮流量计具有高精度、高 重复性、使用范围宽和结构紧凑等特点。涡轮流量计的这些 特点要真正发挥作用 , 正确的选型和使用是关键。 114 　超声波气体流量计 超声波流量计是随着集成电路 ( IC) 技术迅速发展才 开始得到实际应用的一种非接触式仪表。气体超声流量计 的应用始于 20 世纪 90 年代 , 由于它具有一些突出优点 (测量精确度高、范围度特宽、无压损、无可动部件、安装 使用费低等) , 受到用户的欢迎。至今已有美国、荷兰、英 国等 12 个国家政府机构批准它作为贸易结算的法定计量器 具 , 它是继孔板流量计 , 涡轮流量计之后第三类适用于高 压、大口径及高精度的天然气流量计。 115 　其它新型流量计量技术 互补式气体流量计作为一种可替换的计量技术已逐步 引起了人们的注意。这种流量计在液体流量测定方面已经 用了很长时间 , 而且用得十分成功 , 但在输气管线的流量 测定方面的使用经验还甚少。这种流量计的基本构型有两 种 , 即直管式和曲管式。 互补式流量计在输气管主要适用于高压、低容量的场 合。目前尚处于实验阶段 , 在输气管线中的实际应用并不 多。1999 年 5 月 AGA 输气计量委员会已决定开始制定一个 互补式气体流量计气体工业标准。 还有几项可供选择的气体流量测定技术也正处在不同 的开发阶段 , 如使用激光技术的光测法等 , 在这里不再详 细论述。 21 天然气计量技术发展趋势预测 随着中国加入 WTO , 外资企业不断进人我国天然气市 场以及引进国外天然气的可能性 , 天然气计量与国际接轨 已经成为一种必然趋势。 综合分析表明 , 天然气计量技术的发展将体现在以下 几个方面。 (1) 计量方式的自动化、智能化和远程化。由于电子 技术、计算机以及互联网技术的迅猛发展 , 天然气计量已 逐步向在线、实时、智能靠近 , 同时依靠网络技术实现远 程化通讯、控制和管理 , 如 SCADA 系统的应用和智能涡轮 流量计系统。 (2) 流量计的干校技术。流量计可实施干校 (无须实流校 验) 是仪表先进性的标志 , 所有类型流量计都在追求实行干 校 , 但是并非全部流量计皆可实现。干校给仪表制造厂和用户 带来巨大的经济利益。超声流量计由于其本身工作原理的特 点 , 实行干校独具优势。初步研究表明 , 气体超声流量计实行 干校是完全可能的 , 对于时间传播法 , 它可由时间和长度二个 参数进行干校 , 求得流量计的仪表系数。 (3) 流量计的计量溯源性。由于流量参数的动态性质 , 13　　油气田地面工程第 23 卷第 8 期 (200418) 　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 仪表准确度存在较大问题之一是计量溯源性。至今国际上 还没有公认的流量量值的实物标准 , 流量量值的统一采用 装置比对实现。流量量值的原级标准是一座流量标准装置 , 在装置上把各基本量 (长度、质量、时间及温度) 综合为 导出量 ———流量 , 然后把流量量值传递给一台或一组流量 计 , 称为传递标准 (流量量值的载体) , 藉助传递标准把量 值传递到工作仪表。由此可见 , 原级标准是一种固定装置 , 其特点与流量计有较大差别 , 不仅标准没有移动性 , 它也 无法实际反映流量参数的动态性质。如果能够在一台流量 计上把基本量综合为导出量 , 它将是一台原级标准。时间 传播法超声流量计的流量方程主要由二个基本量组成 : 时 间和长度。现在国际上有些专家已注意到这个特点 , 认为 超声流量计存在成为原级标准的可能 , 如果这可能变为现 实 , 则流量测量技术将产生革命性的变化。 (4) 计量仪表的多元化。过去流量仪表选型比较单一 , 近几年随着对流量计的研究和开发 , 不同的流量计有不同 的特点和适应范围 , 流量仪表选型由此呈现从单一仪表向 多元化仪表方向发展。如 , 对中低压、中小流量可选择智 能型速度式流量计 (涡轮、漩进旋涡流量计) ; 对高压、大 流量可选择气体超声流量计。近期 , 又出现了一种新型流 量计 ———内文丘利管 , 它可适合流量变化范围大的中低流 量工况。 (5) 计量标准体系的完善。我国天然气计量标准不断 发展、丰富和完善 , 结合国外标准后我国流量计量标准已 基本构成完整的体系 , 正逐步由单一标准向多重标准发展。 (6) 计量方式从体积计量过渡到能量计量。天然气的 能量计量是在体积测量的基础上 , 再配备天然气发热量的 测量装置。在天然气贸易计量中 , 以能量的方式进行结算 是最公平的方法。随着市场经济的完善和我国加人 WTO , 在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在必行。 我国已有一些天然气计量站配备天然气在线分析系统 , 它可提供天然气组成和发热量的数据 , 如华北油田向北京 供气的东郊门站配备有引进的天然气流量计算机和在线气 相色谱仪等。1993 年华北油田向北京市供气的第二条输气 管道投产 , 建在这条管道末端的南郊门站配备有从美国贝 克公司引进的天然气流量计算机和在线气相色谱仪 , 十几 年来华北油田除按体积流量计量外 , 同时也了天然气 的发热量。 中国海洋石油总公司于 1996 年投产了南海涯 13 - l 气 田 , 该气田 90 %的商品天然气经跨底管道输送香港 , 用作 中华电力公司的燃料 , 此天然气按 ISOS 167 和 AGA NO8 报 告进行流量计算 , 采用自动取样器定时定量取得天然气气 样 , 由化验室的气相色谱仪分析天然气组成 , 气相色谱仪 每次使用前用标准气体进行校准 , 最后以能量计量方式进 行天然气的计量交接。 为了适应能量计量方式的需要 , 我国应该积极进行天 然气按能量计量的试点工作 , 推出天然气按能量计量的法 规性管理文件 ; 开展天然气能量计量配套技术研究 , 积极 推行天然气能量计量体系 ; 积极完善和制定天然气计量的 有关标准 , 特别要尽快研究制定天然气能量计量的有关标 准和天然气产品质量标准及其检测方法标准。 影响高压水表准确计量的因素 芮文芳 (大庆油田采油六厂) 11 失准因素分析 由于高压水表在现场使用的年限较长 , 水表部分零件 已经磨损和失磁 , 致使水表在使用时的误差变大了 , 从而 影响了水表的准确计量。 (1) 高压水表在现场应用过程中 , 由于水在不停的流 动 , 带动水表的叶轮不停地转动 , 使得转轴底部的顶尖同 时在转 , 长时期地无数次地转动 , 使顶尖磨损最为厉害。 顶尖的底部为平面玛瑙 , 顶尖磨损平面玛瑙 , 时间一长 , 平面玛瑙也发生了磨损 , 使其由平面变成了凹面 , 严重者 玛瑙变裂甚至破碎。这样一来 , 高压水表转动时的间隙发 生了变化 , 而影响了转速 , 使高压水表的误差变大 , 造成 仪表的准确性降低。 (2) 由于水表长时期使用 , 表体底部托盘磁性变弱 , 导致水表转速变慢 , 而使计量的数值变小 , 出现了负误差。 严重者可以造成仪表完全失去磁性 , 水表的二次表就不会 显示出示值 , 而出现了不计量的情况。按校验规程规定 , 高压水表应在公称流量、分界流量、最小流量三点进行检 定 , 并且这三点误差分别为 ±2 %范围内 , ±3 %范围内 , ±5 %范围内为合格。从表中数据可以看出 , 高压水表在没 有更换易损件前误差要比更换易损件后的误差值大 , 这也 证实了水表的某些部件磨损后会造成仪表计量的数值不准 确。由于注水水质条件较差 , 致使水表表体结垢严重 , 使 水表内部结构的几何体发生了改变 , 破坏了水表本身固有 的技术指标 , 从而导致了水表的误差变大而影响了计量的 准确性。 (3) 携有油污及大量泥沙的油水混合物通过水表时 , 水表的表面及内部就附有大量的油污 , 这使得水表转动的 速度变慢 , 大量的污物沾在水表底部托盘上 , 造成水表的 磁性减弱。有时泥沙和油污附着在叶轮上 , 影响了叶轮的 转速 , 这些都会给计量带来误差。 (4) 载有高压水表表体的装置内部由于长期受油水混 合物的侵蚀 , 内壁生锈、结垢 , 而使内壁表层剥落 , 内壁 变薄 , 这样表装在装置内的空隙变大 , 水流过表体的流量 和流速都会发生变化 , 所计量的数值也必然会不准确。 21 几点认识和建议 (1) 为了适应现场环境 , 使水表的计量误差变小 , 适 当缩短表的检定周期 (如今检定周期为 6 个月 , 可以改为 3 个月) , 是一个可行的办法。 (2) 为了改变水表的运行环境 , 可以在井口出口处加 一个过滤器 , 过滤器可以过滤掉水中的油污及泥沙等杂质 , 阻止它们通过表体。 (3) 更换 JLGG- 50 型水表 , 用 LUB 型旋进旋涡流量计 来代替。这种表可以改变现有水表可动部件叶轮转动时会 造成水表某些部件发生磨损 , 会给水表带来很大误差这个 缺陷。目前 LUB 型旋进旋涡流量计正在试验中。 (栏目主持　张秀丽) 23 　　油气田地面工程第 23 卷第 8 期 (200418) 　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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