1天然氣流量計量方法

　　我國天然氣計量通常以體積表示，法定單位是立方米。我國規(guī)定天然氣流量測量的標準狀態(tài)是:壓力為0.101325MPa，溫度為23.15℃。天然氣流量計量方法很多，可用的流量儀表也很多，按工作原理大致分為:差壓式流量計、容積式流量計、速度式流量計3種類型。在計量標準方面，目前世界上多數(shù)國家計量標準逐步向IS05167《用孔板測量充滿圓管的流體的流量》靠攏，我國天然氣計量標準也修訂為SY/T6143-1996《天然氣流量的標準孔板計量方法》。

　　2孔板流量計自動計量概況

　　所謂自動計量，就是利用變送器實時檢測天然氣流量計量中所涉及到的溫度、壓力、壓差等參數(shù)，通過計算機中的流量計算軟件，實現(xiàn)整個流量測量環(huán)節(jié)中無人工參與的天然氣流量測量。隨著計量技術的發(fā)展和計算機運用的普及。實現(xiàn)孔板流量計自動化計量的方案較多，目前主要有以下4種模式。

　　2.1單變量變送器+流量計算機（或工控機）

　　利用單變量模擬變送器分別檢測溫度、壓力、差壓，并將檢測到的電信號轉換成標準的4-20MA模擬信號送人流量計算機（或工控機）的數(shù)據(jù)采集卡，通過A/D轉換成數(shù)字量，在流量計算機（或工控機）上通過流量計算軟件計算出天然氣瞬時流量、累積流量以及實現(xiàn)其他輔助功能。此方式屬傳統(tǒng)自動計量模式，缺點為采集、傳輸為模擬信號，抗干擾能力較差，由于信號轉換等問題計量精度難以提高，而且硬件較復雜、中間環(huán)節(jié)較多、可靠性較差。可擴展為:單變量變送器+流量計算機+工控機，從而實現(xiàn)流量計算與顯示分開，提高系統(tǒng)的可靠性和可視性。

　　2.2多變量變送器+流量計算機（或工控機）

　　利用1臺多變量智能變遞器同時檢測溫度、壓力、差壓等，采用現(xiàn)場總線制，通過數(shù)字信號傳輸，送入流量計算機（或工控機）數(shù)據(jù)采集卡后上通過流量計算軟件計算出天然氣瞬時流量、累積流量及實現(xiàn)其他功能。此方式硬件連接簡化了許多，提高了系統(tǒng)的可靠性和測量精度。但由于變送器僅檢測測量信號不進行數(shù)據(jù)處理，因此在校準時必須和流量計算機一起實行聯(lián)校。采用流量計算機或工控機主要區(qū)別在于流量計算部分。流量計算機是的固化軟件實現(xiàn)計算和數(shù)據(jù)存儲，比較穩(wěn)定可靠，可信任度較高;工控機上軟件計算一般自主開發(fā)，便于軟件升級和系統(tǒng)維護，由于計算量大，特別是多路計量時，可靠性稍微差些。為增加系統(tǒng)的可靠性和操作界面直觀化，這種方式也可擴展為:多變量變送器+流量計算機+工控機，即流量計算機中實現(xiàn)流量計算，工控機上實現(xiàn)顯示。

　　2.3多變量智能變送器+工控機

　　此方式與模式2比較，主要區(qū)別是變送器內固化了流量處理軟件，使得變送器可以就地顯示瞬時測量參數(shù)和計算瞬時流量，并通過數(shù)字信號傳輸，送入工控機顯示和實現(xiàn)其他輸助功能。所測量的流量值必須在工控機上進行二次處理，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的累積和存儲功能。采用這種方式，系統(tǒng)結構進一步簡化，變送器可單校也可聯(lián)校，易于維護。但由于在工控機內實現(xiàn)流量的累積和存儲，可靠性較差，易造成數(shù)據(jù)丟失。

　　2.4一體化智能儀表+工控機

　　主要利用一體化智能儀表實現(xiàn)了變送器與流量計算機的一體化。不僅自帶數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)瞬時參數(shù)及流量的顯示，以及累積流量和歷史數(shù)據(jù)的再現(xiàn);而且在儀表的運行方面，采取了多種電源保障方式:內電池組、太陽能和外接電源等，實現(xiàn)了在無電力供應情況下，可以獨立自成計量系統(tǒng)，就地顯示天然氣瞬時流量、累積流量和數(shù)據(jù)的存儲、再現(xiàn)等;正常情況下可通過現(xiàn)場總線和上位機連接，實行數(shù)字信號傳輸上傳顯示，也可以在工控機上實行二次數(shù)據(jù)處理，組成的計量系統(tǒng)更加靈活、可靠。采用這種方式，實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)的無憂化，使得系統(tǒng)結構簡單、操作更簡單、更可靠、更易維護;不僅可以單校也可以聯(lián)校。采用獨立的計量回路，減少了數(shù)據(jù)傳輸過程的干擾，提高了計量的精度。

　　3自動計量方案選擇的原則

　　由于天然氣流量計量是一種間接的、多參數(shù)的、動態(tài)的、不可再現(xiàn)的測量，天然氣的流量計量是流量測量中的難點之一。因此，在選擇具體方案時，應著重考慮系統(tǒng)的可靠性、準確性和*性。一般主要遵從以下原則

　　3.1計量回路的獨立性原則

　　主要是為了保證在計量系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，盡量減少故障的影響面，降低故障的影響程度，從而維護企業(yè)的安全平穩(wěn)運行和經濟效益。

　　3.2數(shù)據(jù)的安全性原則

　　指在非儀表故障的情況下，計量系統(tǒng)能夠提供準確的計量數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對天然氣管網(wǎng)的有效監(jiān)控，并保證數(shù)據(jù)的可靠性，為企業(yè)信息系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)管理、經營、指揮、協(xié)調提供重要依據(jù)。計量是信息系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)源，一旦出現(xiàn)問題，將給企業(yè)帶來不可估量的損失。因此，數(shù)據(jù)源要求準確、齊全、完整、可靠。為此在選擇方案時，首要問題就是考慮計量數(shù)據(jù)的安全性。由于針對天然氣集輸企業(yè)分散、環(huán)境因素惡劣，要充分考慮計算機故障、電力供應等實際情況，做好預案，避免由此而引起的數(shù)據(jù)丟失。

　　3.3兼顧發(fā)展的原則

　　伴隨天然氣貿易的發(fā)展對天然氣計量的精度和計量方式的要求也越來越高。在選擇時要考慮天然氣計量交接方式的可能改變和實時計量補償?shù)目赡埽缭诰€色譜分析、實時補償、能量計量等。如果要在企業(yè)信息網(wǎng)絡的基礎上，建立以企業(yè)信息網(wǎng)絡為紐帶的站控系統(tǒng)，則應考慮實現(xiàn)計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遠程組態(tài)。

　　3.4使用操作的簡單、可靠原則

　　由于天然氣集輸企業(yè)的站、場一般都比較分散，專業(yè)人員相對較少。因此，在選擇、設計方案時要充分考慮操作、維護的簡要性，做到簡單易用、高可靠、低維護，從而確保計量系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運行。

　　3.5技術*、成熟的原則

　　現(xiàn)代計量逐步發(fā)展成為一門綜合性的專業(yè)技術，它是集成計算機技術、通訊技術結晶。由于各儀表廠家技術水平的不平衡，在選擇方案時一定要有預見性。

　　3.6計算方法和計算軟件的合法性原則

　　在天然氣貿易計量中要充分考慮到計算方法和計算軟件的合法性問題，避免由此而引起不必要的計量糾紛。由于天然氣計量方法的多樣性，應考慮計算軟件的獨立化，這樣才便于流量計算軟件的升級。在具體的計量系統(tǒng)中應采用用戶認可的特定計算方法或是以合同、協(xié)議的方式規(guī)定計算方法。

　　4存在的問題

　　盡管孔板流量計自動計量系統(tǒng)的發(fā)展越來越完善，但由于設備、測量儀表本身的原因和自動計量技術上的局限性，在提高計量的準確性和數(shù)據(jù)處理上，仍存在一些問題。

　　4.1異常數(shù)據(jù)的處理問題

　　任何系統(tǒng)都有可能出現(xiàn)故障，可能出現(xiàn)一些異常的無理數(shù)據(jù)。因此為了維護貿易雙方的利益，對可能出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)問題在設計時要充分考慮數(shù)據(jù)的審慎可修改性，從而避免異常數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)并參與累積計算，造成計量數(shù)據(jù)的混亂。

　　4.2節(jié)流裝置帶來的誤差

　　首先，孔板流量計在流體較為干凈、流經節(jié)流裝置前直管段比較理想（遠大于10倍圓管直徑）、流體處于紊流狀態(tài)（雷諾數(shù)大于4000）時，其準確度可達0.75級。但由于氣質、計量直管段沒有達到要求，孔板產生誤差的因素有:孔板人口銳角損傷;液體及固體污物堆積在孔板表面，使孔板表面粗糙度改變，大大增加測量誤差。根據(jù)對現(xiàn)場使用過的孔板所作測量統(tǒng)計，孔板在剛開始投用時，準確度可達1%，連續(xù)運行3月后，其測量準確度僅達到3%甚至更低。其次，量程比的問題。量程比（3:1）是孔板流量計zui大的缺憾。盡管現(xiàn)在已有寬量程比的變送器，但在對于瞬間流量變化范圍很大，流量低于zui大流量的30%時，由于節(jié)流式測量方法原因，計量的精度將大幅度降低。因此，為了提高量程比，可以考慮利用變送器寬量程的特點，運用軟件的方式實現(xiàn)量程的自動調整（軟維護），從而擴大量程比，提高測量的有效范圍，保證計量的準確性。

　　4.3操作界面和過程數(shù)據(jù)的利用問題

　　由于天然氣輸送的連續(xù)性、動態(tài)性、瞬間的不確定性以及不可再現(xiàn)等特點，實時地進行數(shù)據(jù)分析，對數(shù)據(jù)形成的全過程進行有效的監(jiān)控和保存，有利于數(shù)據(jù)異常的分析和控制，是數(shù)據(jù)管理中重要的一環(huán)。目前的自動計量系統(tǒng)在此方面有所考慮，但過程數(shù)據(jù)的應用、分析、界面功能尚不*，還有待于完善。

　　4.4現(xiàn)場變送器的誤差

　　現(xiàn)場壓力、并壓變送器本身能達到的準確度是實現(xiàn)整個計量系統(tǒng)準確度的基礎。因此，要保證差壓變送器、溫度傳感器、壓力傳感器的本身準確度為*，即時進行檢定，保證其準確度。

　　5結論

　　在采用孔板流量計測量天然氣流量時，如對孔板流量計的一次裝置（孔板節(jié)流裝置）和二次儀表（差壓、靜壓、溫度、天然氣物性參數(shù)計量器具等）配套儀表的選擇、設計、安裝、使用都嚴格按照有關標準進行，并在受控狀態(tài)下使用時，其流量測量準確度是可以控制在±1%～±1.5%范圍內的。

　　根據(jù)實際應用情況，就提高計量準確度提出以下控制方法及建議。

　　5.1氣流中存在脈動流的改善措施

　　在天然氣計量中由于各種原因使天然氣脈動，可以采取以下措施減小脈動流的影響。

　　（1）在滿足計量能力的條件下，應選擇內徑較小的測量管，使Δp、β在比較高的雷諾數(shù)下運行。

　　（2）采用短引壓管線，盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件，并使上下游管段相等，以減少系統(tǒng)中產生諧振和壓力脈動振幅的增加。

　　（3）采用自動清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來降低管線中積液引起的脈動。為使天然氣流量計量達到具有*的計量性能，應將天然氣中的水分*脫出。

　　5.2孔板節(jié)流裝里必須符合標準

　　孔板節(jié)流裝置應按照標準安裝設計，根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段，一般應至少前30D。長慶氣田在開發(fā)初期部分集氣站因設計原因流量計直管段長度為*D后5D，造成天然氣計量輸差達到±5%～±8%。分析原因后經技術改造，計量管段改為前30D后10D,使計量輸差降低到±1.5%。

　　5.3加強計量管理、建立健全各項規(guī)章制度

　　嚴格貫徹執(zhí)行SY/T6143-1996標準，確保裝置*符合標準的技術要求。建立健全各項規(guī)章制度，如定期維護制度、周期送檢制度，加強對天然氣生產情況的監(jiān)測，及時消除誤差。長慶氣田根據(jù)氣質的凈化程度，規(guī)定集氣站、貿易交接計量孔板定期清洗檢查，同時還配備孔板綜合測試儀定期對孔板進行幾何尺寸檢定，使集氣站單井計量輸差能有效控制在±1.0%以內。