第23卷第1期儀器儀表用戶EIC Vol 232016年1月INSTRUMENTATION2016No.1天然氣長輸管道計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉朋(中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司,山東東營257026)摘要:計(jì)量系統(tǒng)是天然氣長輸管道中的重要組成部分,介紹了長輸管道計(jì)量系統(tǒng)中常用流量計(jì)特點(diǎn),給出了計(jì)量系統(tǒng)儀表選型及設(shè)計(jì)的一般過程,詳細(xì)說眀了精度考慮、口徑考慮、流速計(jì)算及回路配置等冋題的設(shè)計(jì)原則及計(jì)算方法。給出了以氣體超聲流量計(jì)、在線氣體色譜分析儀、流量計(jì)算機(jī)等構(gòu)建的體積流量和能量流量的計(jì)量系統(tǒng)的典型配置關(guān)鍵詞:長輸管道;計(jì)量系統(tǒng);超聲波流量計(jì);典型配置中圖分類號(hào):TE978;TP211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B章編號(hào):1671-1041(2016)01-0012-03Design of Metering System in Long-Distance Natural Gas Transportation PipelineLiu PengSinopec Petroleum Engineering Corporation, Shandong Dongying, 257026, ChinaAbstract: Flow measurement system is an important component in long-distance natural gas transportation pipe; flowmetersusually used in gas metering are introduced and compared in this paper. Meter selection and general design procedure are alsogiven out including accuracy consideration. diameter consideration, velocity calculation, loop configration, etc. A typical meteringsystem based on ultrasonic meter, online chromatographic analyzer, flow computer is construeKeywords: long-distance transportation pipe; metering system; ultrasonic flowmeter; typical configuration0概述超聲波流量計(jì)是最常用的天然氣計(jì)量儀表。下面對(duì)孔板流隨著國內(nèi)普光氣田、大灣氣田等大型氣田的開發(fā),西量計(jì)和渦輪流量計(jì)做簡要介紹,并詳細(xì)介紹超聲流量計(jì)吲。氣東輸、陜京線、川氣東送、榆濟(jì)管道等大型管道紛紛建1.1.1孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì),通過測(cè)量孔板前后成,各省地方管網(wǎng)等發(fā)展迅猛,新疆煤制氣輸氣管道、中差壓來計(jì)量天然氣流量?？装宓挠?jì)量精度理論上可以達(dá)到俄輸氣管道等超大型輸氣管道也均在不斷推進(jìn)中。天然氣1%,但由于對(duì)整套流量計(jì)的精度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜能源的使用在我國呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢(shì)頭。近些年煤制氣現(xiàn)場(chǎng)精度最高能達(dá)到2%,一般情況下在3%左右?？装辶黜搸r氣也得到快速發(fā)展,也將推動(dòng)天然氣長輸管道的建設(shè)。量計(jì)是規(guī)范最全,使用最早,數(shù)量最多的一種流量計(jì)。其在天然氣長輸管線中,計(jì)量系統(tǒng)關(guān)系著管線上、中、下游優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單牢固、性能穩(wěn)定可靠、按標(biāo)準(zhǔn)制造的孔板各方的經(jīng)濟(jì)利益,天然氣生產(chǎn)、輸送、交易和使用的過程中不需要標(biāo)定、價(jià)格低廉等。同時(shí)其缺點(diǎn)同樣十分明顯:壓首先需要解決的一個(gè)問題就是計(jì)量,長輸管線本身的特點(diǎn)損大、精度低、量程比小、所需直管段長等。又對(duì)計(jì)量系統(tǒng)提出了特定的要求。在工程設(shè)計(jì)中,如何構(gòu)1.1.2渦輪流量計(jì)建一個(gè)精準(zhǔn)、可靠、易于維護(hù)的計(jì)量系統(tǒng)是一個(gè)十分重要?dú)怏w渦輪流量計(jì)利用氣體推動(dòng)流量計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),通過和有意義的課題。測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)來計(jì)量氣體流量。它具備完備的規(guī)范,性能1天然氣長輸管道流量儀表選型優(yōu)良,其特點(diǎn)是:測(cè)量精度高,精確度可以為0.5%-1.0%測(cè)量范圍寬,量程比可達(dá)1:30;輸出為脈沖頻率信號(hào),無21常用天然氣計(jì)量儀表簡介及比較零點(diǎn)漂移、抗干擾能力強(qiáng);結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、安裝維護(hù)方便。目前國內(nèi)用于天然氣計(jì)量的儀表種類繁多,主要有孔但與此同時(shí)由于渦輪本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),也帶來了缺點(diǎn):有板、渦輪、腰輪、勻速管、渦街、超聲波流量計(jì)等。各類可動(dòng)部件,易于損壞;要求氣體潔凈度較高,顆粒雜質(zhì)容儀表性能不一,適用場(chǎng)合上存在差異。其中孔板、渦輪、易損壞渦輪。中國煤化工收稿日期:2015-114CNMHG作者簡介:劉朋(1984-),男,山東鄒城人,工學(xué)碩士,工程師,研究方向:工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第1期劉朋·天然氣長輸管道計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)131.1.3超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)。如在長輸管道中設(shè)置大量孔板,會(huì)因孔板產(chǎn)生大氣體超聲流量計(jì)是20世紀(jì)0年代中后期被廣泛采用量壓損,造成下游管道需增加壓縮機(jī)進(jìn)行增壓;同時(shí)孔板的高精度的流量測(cè)量儀表,它已成為繼孔板、渦輪之后最本身精度低,不適合作為交接計(jì)量使用,目前新建管道中有發(fā)展前途的一種高精度氣體流量儀表。目前天然氣計(jì)量只用于臨時(shí)投產(chǎn)或生產(chǎn)計(jì)量場(chǎng)合。而超聲波流量計(jì)由于其領(lǐng)域使用的超聲波流量計(jì)均是基于時(shí)差法原理國。自身的優(yōu)越性,廣泛應(yīng)用于DN80及以上管道。DN80口徑根據(jù)聲道的數(shù)量,超聲波流量計(jì)可分為單聲道和多聲以下,由于管道口徑小,導(dǎo)致基于時(shí)差法的超聲波流量計(jì)道兩種。在天然氣站場(chǎng)中,由于流量計(jì)上下游阻力件(如測(cè)量精度降低,而渦輪在DN80孔徑下精度更高,且更具閥門、匯管、分離器等)的存在,對(duì)氣體的流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生價(jià)格優(yōu)勢(shì),DN80以下管道計(jì)量選用渦輪。影響,可能導(dǎo)致渦流等情況,造成速度分布的畸變。單聲道的測(cè)量結(jié)果就不能精確地反映管道中的氣體的軸向流2天然氣長輸管道流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)速,測(cè)量精度較低。多聲道對(duì)管道內(nèi)流速的分布進(jìn)行了更一套計(jì)量系統(tǒng)通常采用一用一備或多用一備的配置方為全面的測(cè)量,在很大程度上消除了渦流等干擾因素對(duì)測(cè)式?？紤]到占地面積、經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)工作量,計(jì)量回路盡量量結(jié)果的影響,測(cè)量精度大大提高。為保證測(cè)量精度,天采用一用一備的配置;當(dāng)氣量特別大時(shí),采用多用一備的配然氣長輸管線中應(yīng)用的超聲波流量計(jì)要求具有不少于4聲置方式。如各站場(chǎng)分輸支路的一般采用一用一備配置方式,道的配置。整條管線的氣源下載點(diǎn)通常采用多用一備的配置方式多聲道超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于0.5%,量程比最高可達(dá)1:30,無壓損,堅(jiān)固耐用、維護(hù)量少,活2.1計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)合于中、大口徑應(yīng)用等;缺點(diǎn)是:價(jià)位高、對(duì)噪聲比較敏感2.1.1綜合考慮長輸管線天然氣計(jì)量系統(tǒng)的體積計(jì)量準(zhǔn)確度一般要管道、閥、節(jié)流元件布置等都會(huì)在一定程度上影響超聲波求為05%,但無論是超聲波流量計(jì)還是渦輪流量計(jì),都測(cè)量精度。但通過合理的設(shè)計(jì)措施可以將噪聲、元件布置存在一個(gè)分界流量的問題,當(dāng)流量值小于分界流量時(shí),等影響降低到最小程度。超聲波流量計(jì)已成為天然氣長輸流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度降低,不能保證全流量范圍的測(cè)量管道工程中大口徑計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)首選。精度均為0.5級(jí),此時(shí)需考慮進(jìn)行分段計(jì)量。中大口徑1.1.4性能比較表1列出了孔板、渦輪、超聲波流量計(jì)的各項(xiàng)性能,大流量時(shí)選用超聲波流量計(jì),如出現(xiàn)小流量值小于超聲通過表1可以看出,渦輪、超聲波流量計(jì)的性能遠(yuǎn)高于孔波流量計(jì)的分界流量的情況,則考慮用一路小口徑的渦板流量計(jì),而超聲波流量計(jì)又優(yōu)于渦輪流量計(jì),尤其是適輪或超聲流量計(jì)計(jì)量該小流量,使全流量范圍測(cè)量準(zhǔn)確合中大口徑應(yīng)用場(chǎng)合。度都能達(dá)到0.5級(jí)。流量計(jì)的分界流量定義為儀表最大流量的表1孔板、渦輪、超聲波流量計(jì)性能比較設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)通常將工藝給定的流量上限作為儀表最大流Table 1 Performance comparisonorifice plate, turbine and量。如果工藝最小流量小于最大流量的10%,則認(rèn)為不ultrasonic flowmeter能保證全量程內(nèi)的精度均為0.5級(jí),需設(shè)置一路小口徑流孔板渦輪超聲波量計(jì)。就目前天然氣計(jì)量發(fā)展趨勢(shì)來看,用氣量高低峰量程比差距一般不會(huì)特別大,設(shè)置小流量計(jì)量回路的方式越來精度0.5%0.5%越少。實(shí)際上,如僅是短期小流量或小流量與分界流量很大較小的值相差不大,從經(jīng)濟(jì)、占地面積等方面考慮設(shè)置小流對(duì)渦流量計(jì)量也無必要。敏感度很敏感(加整流器)不敏感對(duì)流速分2.1.2口徑考慮布敏感度很敏感不敏感(加整流器)不敏感天然氣長輸管線的口徑一般較大,如川氣東送干線管測(cè)脈動(dòng)流不適合不適合適合道口徑為Φl016,雖然超聲波流量計(jì)可以做到該口徑,但測(cè)雙向流不能不能可以目前國內(nèi)流量計(jì)標(biāo)定口徑在DN400及以下,為方便用戶定測(cè)濕氣體不能不能可以期對(duì)流量計(jì)的標(biāo)定,工程設(shè)計(jì)中,選取流量計(jì)的最大口徑為清洗管路不能不能可以DN400;另一方面,DN8O以下管徑目前無可用超聲波流量計(jì),直管段要求上游4D上游10D上游10D因此超聲波流量計(jì)的口徑通常選取在DN8O-DN400之間,即游下游5D下游5DDN80、DN100、DN150、DN200、DN250、DN300、DN40適用口徑中大口徑中小口徑中大口徑7種選擇。1.2天然氣長輸管道流量儀表選型2.1.3口徑RYH中國煤化工超聲波流速法,該法天然氣長輸管線具有設(shè)計(jì)壓力高、距離長,管線口徑的核心是限定CNMHG許流速和最小流量大,沿線站場(chǎng)、閥室多等特點(diǎn),多數(shù)站場(chǎng)均需設(shè)置計(jì)儀器儀表用戶 INSTRUMENTATION第23卷允許流速。算天然氣能量,長輸管道分輸站、計(jì)量站通常配置一套在GB?18604-2014規(guī)定閃,天然氣流速一般在03~30m線色譜分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的組分分析,并將信號(hào)傳范圍內(nèi),根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)于超聲波流量計(jì),一般將遞給流量計(jì)算機(jī);流量計(jì)算機(jī)接收計(jì)量回路的流量、壓力最高允許流速限制到25m/s,大于此上限流速后,管道內(nèi)溫度以及色譜分析儀的信號(hào),通過規(guī)定的算法可以計(jì)算出可能產(chǎn)生不利因素,如噪聲、震動(dòng)、沖擊等,且影響計(jì)量天然氣標(biāo)況下的體積流量、質(zhì)量流量和能量流量;流量計(jì)精度。算機(jī)的信號(hào)可上傳至站控系統(tǒng),并可接受站控系統(tǒng)命令,限定最大允許流速是為了使天然氣流速不超過管道天進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和維護(hù)。一套典型的天然氣能量計(jì)量系統(tǒng)配然氣允許流速,并保護(hù)流量計(jì);限定最小流速是為了得到置如圖2所示。最經(jīng)濟(jì)合理的口徑。天然氣流速計(jì)算可根據(jù)工藝給定的流量值(標(biāo)況)和操作溫度、壓力,結(jié)合氣體的物理學(xué)方程推導(dǎo)。真實(shí)氣體的流速計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜,對(duì)于工程計(jì)算來說,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程對(duì)流速進(jìn)行估算完全可以滿足工程需要。2.1.4計(jì)量系統(tǒng)配置通過上述分析和計(jì)算,可以確定計(jì)量系統(tǒng)口徑和路數(shù)。為了增加計(jì)量系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性,計(jì)量系統(tǒng)中一般設(shè)置一路備用回路,在計(jì)量系統(tǒng)中某一回路發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)可以開啟備用計(jì)量回路維持系統(tǒng)正常工作。典型流量計(jì)量系統(tǒng)回路配置(一用一備)如圖1所示。kg2圖2天然氣能量計(jì)量系統(tǒng)配置圖Fig 2 Configuration of gas energy metering systen3結(jié)論本文對(duì)氣體流量計(jì)量儀表進(jìn)行了簡要介紹和對(duì)比,給圖1天然氣計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量回路典型配置Fig. 1 Typical configuration of metering system出了渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)是長輸管線計(jì)量系統(tǒng)中優(yōu)通常計(jì)量回路的人口設(shè)置強(qiáng)制密封球閥作為回路切斷先選用的計(jì)量儀表的原因。在工藝參數(shù)確定后,確定計(jì)量及切換用;計(jì)量回路的下游通常是調(diào)壓支路,兩者之間使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、配置計(jì)量系統(tǒng)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要過程,用τ型彎做降噪用。每一計(jì)量回路配置一臺(tái)流量計(jì)算機(jī),合理的配置結(jié)果不僅能保證精度,還可以使投資最優(yōu)化本文給出了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,并給出了以流量計(jì)、色流量計(jì)算機(jī)盤裝于機(jī)柜間計(jì)量機(jī)柜上譜分析儀、流量計(jì)算機(jī)等為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的體積流量和能量流22天然氣能量計(jì)量系統(tǒng)量計(jì)量系統(tǒng)。作為一種燃料氣,天然氣的商品價(jià)值是其所含的能量,基于優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的原則,天然氣能量計(jì)量是最公平合理的計(jì)參考文獻(xiàn)量方式,也是當(dāng)前國際通行的貿(mào)易計(jì)量方法。能量E0可以甘霞,天然氣流量計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)D油氣田地面工通過體積或質(zhì)量與發(fā)熱量H的乘積計(jì)算得到。按體積計(jì)算程,2004,23(8:31-32的公式為2]熊光德,新型天然氣超聲波流量計(jì)量技術(shù)團(tuán)天然氣與石油2002,20(2):57-603]陳松,黃坤,馬國光,等.用于天然氣流量計(jì)量的超聲流量計(jì)E0=g×H2油氣儲(chǔ)運(yùn),202.21(5:37-40式中:E天然氣的能量,MJ;[4]孫金明,魏巍,閆峰.噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響及案例分Q天然氣的體積,m析,測(cè)量與設(shè)備U2006119-115國家質(zhì)量監(jiān)督GR/T18604-014用氣體超聲H5一天然氣的發(fā)熱量,M/m3。波流量計(jì)測(cè)量中國煤化工出版社,014隨著我國天然氣市場(chǎng)與國際的接軌,由體積流量計(jì)量CNMHG轉(zhuǎn)向能量計(jì)量是我國天然氣法制計(jì)量的必然趨勢(shì)。為了計(jì)