黃昀1 劉禧1 劉洪2

1.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售貴州分公司； 2.西南管道分公司

 

摘  要：輸差控制是提高長輸天然氣管道運營效益的重要環節。分析了天然氣管道計量儀表誤差產生的原因，提出了減少輸差的控制措施，通過在流量計前增加一個調壓閥調整了流量計的工作點，從而提高了流量計的計量精度，有效地控制了輸差。

關鍵詞：天然氣管道；輸差；計量管理；控制措施；在線檢定

 

 

計量是天然氣管道輸送中不可缺少的環節，而輸差控制是計量的關鍵指標。從分析長輸天然氣管道計量儀表誤差產生的原因入手，以提出減少輸差的控制措施。

1 概述

1.1 輸差的定義

輸差指在一定統計期內管道天然氣注入總量與分輸總量的差值，分為絕對輸差和相對輸差，包括計量儀表系統誤差、管道系統工藝損耗及天然氣放空等，其中計量儀表誤差是輸差控制的關鍵和難點。

1.2 控制輸差的意義

長輸天然氣管道的輸差管理，直接影響管道企業的利潤和運行成本，是衡量企業管理水平的重要指標，與安全管理、質量管理同等重要。隨著管道工藝管理水平、計量儀表制造和校準技術的提高，對天然氣輸差的控制要求也更加嚴格，中石油集團已將管道企業天然氣輸差率由0.25%減低到0.18% 。

1.3 計量儀表類型

長輸天然氣管道可選用的流量計有氣體超聲流量計、氣體渦輪流量計、旋進旋渦流量計、渦街流量計、氣體羅茨流量計等。大口徑、大量程的管道注入點多選用超聲流量計，中小口徑、量程小的分輸點以渦輪流量計為主，故這兩種流量計最常用。

2 常用計量儀表

2.1 超聲流量計

（1）結構及工作原理。超聲流量計由超聲換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。其電子線路包括發射、接收、信號處理（流量計算機）和顯示電路。在測量管段上裝有一對或多對超聲換能器，交替發射和接收超聲波，通過測量超聲波沿氣流順向和逆向傳播的聲速差、管段的流體壓力和溫度、氣體摩爾組分，通過流量計算機計算出氣體流速及標準狀態下氣體的流量，完成天然氣的計量工作。

（2）特點。氣體超聲流量計準確度高、重復性好、抗干擾能力較強，可精確測量脈動流；不受介質流動方向限制，可雙向流量計量，量程比寬；無可轉動部件，壓力損失小，維護量少。

2.2 渦輪流量計

（1）結構及工作原理。渦輪流量計主要由殼體、前后導向架組件、葉輪和信號檢測放大器四部分 組成。殼體是傳感器的主體部件，導流器、葉輪、軸和軸承裝在殼體內，信號檢測放大器安裝于殼體外。 氣體經過流量計入口的導流器，推動渦輪葉片旋轉，在當前壓力和溫度下，葉輪的轉數與通過渦輪流量計的氣體體積成正比。葉輪是傳感器的一次檢測部件，信號檢測放大器將渦輪機械轉動信號轉換成電脈沖信號輸出，通過壓力和溫度補償后，完成天然氣的計量。

（2）特點。 渦輪流量計具有精度高、壓力損失小、始動流量低、無零點漂移、量程比高、重復性好等優點，對溫度、壓力進行自動跟蹤補償；采用了高質量軸承和獨特的導流片，明顯增強了其抗磨損性能，且在惡劣環境下工作時測量數據不失真；采用脈沖輸出信號，容易進行數字化傳輸且不易丟失；采用先進的超低功耗單片微機技術，不需要外電供電；通過渦輪流量計本身的微處理器運算檢測到的氣體溫度、壓力和渦輪產生的脈沖信號，直接輸出工況流量和標況流量，無需增加流量計算機等外處理設備，整體功能更加強大。

3 輸差成因

造成輸差的原因很多，可劃分為核心因素和非核心因素。前者為計量設備及其輔助設備；后者為管存計算誤差、天然氣排污、管件連接處的滲漏及不定時放空等。以下重點分析輸差產生的原因。

3.1 超聲流量計誤差原因

（1）管道本體。如流量計前后的直管段長度不足和管道內壁的光滑度差，會造成氣體流態不穩定而產生不穩定聲脈沖，影響計量準確性。

（2）流量計。流量計殼體幾何尺寸精度、超聲換能器位置安裝精度都會造成其本質計量誤差。電子時鐘和積分運算的穩定性直接影響流量計運行的穩定性。

（3）管輸介質。管輸氣體中的顆粒物或液滴附著在換能器輻射面上，會影響聲脈沖的傳播，嚴重時流量計不能正常工作。

（4）分輸流量。分輸流量不穩定、未在分界流量以上或超出計量范圍，影響計量準確性。

（5）噪聲。下游調壓閥的噪聲超高會淹沒流量計的超聲信號，造成信號丟失或失準。

（6）其他因素。管道漏氣或人為關閉，管輸氣體組分非實時數據或未及時更新等。

3.2 渦輪流量計誤差原因

影響氣體渦輪流量計計量誤差的因素主要有渦輪流道導流器損壞或變形、渦輪損壞，渦輪軸承潤滑不良、軸承內進入雜質或損壞而降低其轉速；管輸天然氣的溫度、壓力等發生較大變化導致流量計幾何尺寸發生變化而改變渦輪轉速；分輸流量不穩定、流量計未在分界流量以上或超出計量范圍；壓力傳感器、溫度傳感器漂移；流量計多次啟停輸造成短時間內不在其標定的工作點工作；管輸氣體組分非實時數據或未及時更新等。

4 減少輸差的措施

4.1 保證計量設備本體完好

（1）超聲流量計。一是定期清洗附著在換能器輻射面上的顆粒物和液滴，保證聲脈沖信號通道傳播正常。實時存儲流量計的脈沖信號和流量的輸出信號，便于后期追溯。二是定期開展聲速核查，當每組聲速偏差超過0.2%時，站控上位機或流量計算機發出報警信號，應及時切換到備用計量系統。三是定期清洗超聲流量計內部通道，防止通道內沉積物積累，造成負誤差；例如DN300流量計以積垢0.5 mm計，內徑減小了3‰，計算流量將偏高6‰。

（2）渦輪流量計。一是定期更換或維護軸承。二是定期清洗流量計的傳動部分和前置過濾器，及時加注或更換潤滑油。三是定期檢查流量計的渦輪和前后導流器是否變形或損耗，并及時更換。四是檢查并及時更換流量計電池。

4.2 按需調節計量工況

長輸天然氣管道首站、口徑大于100 mm的各分輸點管道多采用超聲流量計，其余分輸點采用渦輪流量計。

為了解決工況流量小無法滿足流量計分界流量的問題，在流量計前選擇合適位置增加非接觸式調壓 器，降低分輸運行壓力，提高工況流量。特別是投產初期的管道，可根據分輸流量設定流量計前壓力，確保流量計在相對穩定的工況流量下運行。通過調節流量計前壓力，可以減少分輸次數甚至達到連續分輸，減輕了勞動強度，降低了小流量下計量儀表產生的誤差，在實際應用中取得很好的效果。

4.3 實時更新氣質組分

天然氣中二氧化碳含量過高會衰減超聲信號，造成計量負誤差。建議在管輸氣體源頭、分輸量大的分輸口、注入氣體的管道口等，安裝在線色譜分析儀，將氣體組分實時數據納入流量計算機參與計量。同時將上游采集到的組分數據通過SCADA系統按時輸入到下游分輸超聲流量計算機中，參與貿易交接計量。

4.4 在線管理計量設備

建議增加遠程診斷系統，對參與計量的設備、壓力、溫度、氣質組分、工藝條件等數據進行全面分析，發現數據突變，立即報警提示，并提出計量設備維修、維護建議。

4.5 在線檢定計量設備

當前，計量儀表檢定有政府授權的地方計量檢測機構的空氣檢定和國家石油天然氣大流量計量站的天然氣實流檢定兩種方法。氣體超聲流量計檢定多采用后者，目前無法實現在線壓變、溫變、流量計算機、氣體色譜分析儀等一體化計量系統的檢定，往往出現單個儀表檢定合格、計量系統誤差超差的問題。渦輪流量計則兩種檢定方法都能滿足要求。對于小口徑分輸管道計量，可以使用移動標定車實施在線實流檢定，減少流量計停用天數、送檢拆卸工作量等，降低標定成本，提高計量系統精度。

4.6 合理設置流量計工作范圍

用氣量少時可能導致流量計在分界流量下運行，用氣高峰時可能超出流量計計量范圍。通過分輸系統的壓力調節閥，編制控制程序，設置流量計工作范圍。當分輸流量小時，截斷流量調節閥，停止分輸；當分輸流量超過設定范圍時，關小流量調節閥，使流量計在設定的工作范圍內運行，確保計量系統的穩定性。

 

    作者簡介：黃昀， 1986年生，工學學士，工程師，中國石油天然氣銷售貴州分公司市場開發部主任/高級經理，主要從事天然氣利用及營銷、天然氣輸銷環節自動化及通信相關工作。聯系方式： 18628191941，lcyhuangyun@ptrchina.com.cn