@@国内外天然气流量计量检测技术现状及进展

第27卷第2期 2009年 4月 天 然 气 与 石 油 Natural Gas And Oil Vol_27．No．2 Apr．2009 国内外天然气流量计量检测技术现状及进展 黄 和 ，徐 刚，余汉成 ，陈 凤 (中国石油工程设计有限公司西南分公司，四川 成都 610017) 摘 要：为了提高和确保计量准确度，国内外都建立了天然气流量实流检定站。论述了国 内外天然气流量计量检测技术现状，阐明了天然气流量计量检测的直排和环道，对国内天 然气流量 实流检定站能力进行 了对比。 关键词：天然气 流量；检测；量值溯源；现状；分析 文章编号：1006-5539(2009)02-0042-06 文献标识码：A 1 概述 天然气流量计量是多参数、多组分气体的连续 测量，其量值测量具有不可回复性，其测量准确度受 众多因素影响。为了将其计量准确度控制在一个合 法的、供需双方均能接受的、经济合理的范围内，从 国内外发展情况看，都必须进行量值溯源，其溯源方 式可以是单参数量值溯源组合，也可以是流量量值 溯源，其目的是使工作仪表与国家标准器建立起有 效的溯源链，确保计量量值的准确、可靠和统一。 从计量学的角度看，在线实流检定或校准最符 合流量量值的溯源特征，它充分考虑了物性参数、操 作条件、安装条件、环境条件等诸多影响，保证检测 条件与实际使用条件尽可能一致。无论是新版的有 关用标准孔板测量天然气流量的美国天然气协会 AGANo3号报告(即 API2530)，还是新发布的用超 声流量计测量天然气流量的 AGANo9⋯号报告，都 提出了尽可能在接近仪表操作条件下进行校准的技 术要求，国内GB／T 186031．2j及 GB／T 18604 也提 出了相应技术要求。这是今后天然气贸易计量仪表 检定技术发展的一种趋势。因此，采用实际介质在 接近仪表操作条件下进行校准，能够修正介质物性 参数对流量计的影响，能够修正运行参数对流量计 的影响，在接近其操作条件下对天然气流量计进行 校准应是天然气贸易计量中优先推荐的方法。 2 国外现状 随着天然气工业的飞速发展，特别是输气管网 的大规模建设，用于贸易计量的天然气流量仪表日 益增多，其工作压力不断提高，流量范围也不断增 大。为了尽可能在接近仪表操作条件下校准或检定 流量计，提高天然气流量计量的准确度，世界各主要 工业化国家都相继建成了具有较高准确度水平的天 然气流量标准装置，并建立了相应的天然气流量量 值溯源体系或传递系统。在这些国家，基本上实现 了常用天然气仪表的天然气实流检定或校准 』。 为了统一天然气流量量值，还开展了国际间天然气 流量标准装置间的循环比对。 在不同的输气规模、不同的发展过程、不同的管 理模式、不同的技术要求等背景下，各国天然气流量 标准装置的规模和能力不尽相同，天然气流量量值 溯源体系更是各具特色，表 1列出国外主要天然气 流量标准装置的详细情况。对这些天然气流量标准 进行分析和对比，可得出如下结论： a．为了在工作压力下以天然气为介质对天然气 流量计量仪表进行全量程的检定或校准，许多工业 化国家都针对其实际需求和具体情况，建立了以天 然气为介质的气体流量标准，这也是加强法制计量 管理和确保天然气贸易计量准确度的要求。 b．为了逐级扩大流量范围，提高工作压力，满 收稿日期：2008-09—17 作者简介：黄 和(1963一)，男，四川资阳人，高级工程师，硕士，主要从事石油天然气工艺设备及计量设计与研究工 作。电话 ：(028)86014469。 第27卷第2期 黄 和，等：国内外天然气流量计量检测技术现状及进展 43 足量值溯源的需要，多数天然气流量计量检定机构 都建有原级标准、次级标准和工作标准。构成原级 标准的各基本量都溯源到相应的国家标准，天然气 流量标准量值由原级标准传递到次级标准，再由次 级标准传递到工作标准。在美国 CEESI，加拿大 TCC等新建的高压大流量天然气流量标准中 ，都 增加了超声流量计作为核查标准，用以监测工作标 准的计量性能，提高了所复现天然气流量的可靠性； 表 l 国外主要天然气流量标准装置 c．在天然气流量原级标准中，能采用天然气作 介质且在较高压力下工作的占多数，其中mt法流量 标准装置居多，PVTt法流量标准装置次之，只有 Ru— hrgas采用活塞式流量标准装置 j。这些高压天然 气流量原级标准的结构形式、流量范围和工作压力 差异较大，主要取决于实际需求、气源条件和操作经 验，但流量测量的不确定度范围都在 0．1％ ～0．2％ 之间； d．在天然气次级流量标准中，选用最多的是临 界流喷嘴，其次为涡轮流量计或容积式流量计，但流 量测量不确定度都在 0．15％ ～0．25％之间。在天 然气流量工作标准中，一般都选用涡轮流量计，流量 测量不确定度为0．25％ ～0．40％。在天然气流量 核查标准中，在 CEESI，TCC新建的天然气流量标准 中都选用超声流量计。 3 国内现状 自20世纪90年代以来，我国天然气长输管道 取得令人瞩目的发展，特别是在“十一五”期间天然 气工业将成为我国国民经济新的增长点。因此，利 用现代科学技术，通过更新观念，加强管理，提高天 然气现场计量准确度，维护企业的合法经济效益，才 能从根本上消除商品天然气销售中的争议，从而达 到与国际接轨水平。 “八五”以来，随着新技术的引进，为提高天然 气计量准确度，国内在大庆和成都已建立了天然气 流量计量的原级标准器具，相应地也建立了用于量 传(或溯源)的次级标准计量器具。国家石油天然 气大流量计量站的10 nl 钟罩，以空气为介质，流量 范围为5～1 500 m ／h，测量不确定度为0．1％。目 前国内以天然气为介质的流量计量检测除国家站成 都天然气分站mt系统外，还建成了国家原油大流量 计量站重庆天然气分站一套 PVTt系统，其检测压力 为0．8 MPa，压缩机排量 6 Ill ／min。另外刚建成国 家站南京天然气分站以天然气实流检测用于天然气 贸易计量的流量仪表，并进行压力、温度、组分等量 的测试，其系统检测压力依赖于西气东输管线操作 压力，定为4．7～9．6 MPa，检测流量计的口径定为 DN50一DN400，检测流量保证 DN400气体超声流量 计最大流量点的需要(时间不少于30 min)，其装置 的不确定度为：原级标准为 0．1％，次级标准为 0．20％，工 作级标 准 为 0．32％，核 查级 标准 为 0．35％，移动式标准为0．35％。 天 然 气 与 石 油 2009丘 天然气流量量值可通过传递标准如音速喷嘴、 气体超声流量计或涡轮流量计等将原级标准的量值 传递到现场工作仪表，控制和改善现场计量仪表的 准确度。 目前国内主要天然气流量标准检测能力见 表 2。 表 2 目前国内主要天然气流量标准检测能力 国家石油天然气 项 目 煎量 量塑 原级标准 次级标准 国家站成都天然气分站 国家站重庆天然气分站 原级标准 次级标准 原级标准 次级标准 窒 壹室 签 坌塑 原级标准 次级标准 4 国内外流量检测方案 4．1 简述 国外对用于商品天然气贸易计量的流量仪表规 定了严格的周期检测和校准制度，许多先进国家建 立了较高水平的气体流量标准装置，并建立了相应 的气体流量量值的传递系统。随着技术的发展，我 国为了天然气计量与国际接轨，也逐渐建立完善和 发展天然气流量计量的气体标准装置及其相应的气 体流量量值传递系统。据有关资料介绍，气体流量 检测方案有直排和环道两种方式，直排方案占据主 要份额。 4．2 直排方案 所谓直排方案就是利用输气管线上游的自身压 力和气量，经检测后，其气体进入低压管线或下游低 压区(管线中间设调节阀)，或建立高低压储气库实 现。国外美国Chevron公司 Venice计量站和加拿大 TCC等，国内国家站成都天然气分站、刚建成的国家 站南京天然气分站所建的检测系统均为直排式，直 排式为天然气计量站优先采用的方案。 4．3 环道方案 环道方案的基本流程是利用增压机将检测区排 出的低压气增压、冷却后重新返回检测区的入口，因 而整个检测回路形成一个增压环形通道。该方案较 早在国外一些大学的流体实验室使用，其后美国洛 克威尔公司杜波伊斯实验室建了一套比较正式的气 体流量检测环道装置。 SwRI GRI是世界有名的流量检i贝0和研究技术 机构 ，其计量研究装置于20世纪 9O年代初建成 并投运，由高、低压两套环路和民用气测试系统组 成，每套系统均有原级标准(质量 一时间法标准装 置)、次级标准(组合喷嘴)和工作标准(涡轮流量 计)，主要用于气体流量计量研究和流量计的校准， 高压环路工作压力范围为 1．035～8．275 MPa，最大 校准流量为2 380 rn ／h，被校流量计口径为 DN50～ DN500；低压环路工作压力范围为0．14～1．45 MPa， 最大校准流量为 900 m ／h，被校流量计 口径为 DN25～DN200。 该环道装置采用燃气轮机驱动的离心式压缩 机，基本动力不依靠外部电源，因而运行上具有一定 的独立性。根据当时天然气流量仪表的准确度水 平，在方案上，环道采用临界流文丘里喷嘴作为标 准，对不同的被检测仪表进行检测。根据燃气轮机 驱动离心式压缩机的一些特点，可得知该装置运行 方面存在的一些问题 ： a．燃气轮机转速调整准确度较差，在低负荷下， 效率极低，同时也受环境温度影响； b．燃气轮机的运行还会产生一系列的环保问 题； c．由于采用临界流文丘里喷嘴作为标准，故压 损大，能耗高，温控要求难度大； d．电动机驱动和燃气轮机驱动都可以实现自 动控制功能。电动机驱动的启动和停机再启动快速 且容易；燃气轮机则相对较慢，并且不能实现自动再 启动 ； e．燃气轮机驱动方式的设备转动和活动部件较 第27卷第2期 黄 和，等：国内外天然气流量计量检测技术现状及进展 45 多，主要部件受高温及气质腐蚀的影响，日常维护的 工作量较大； f．燃气轮机驱动方式其动力不依靠外部电源， 但设备需进行定期检查和大修，大修周期约为 30 000 ～40 000 h，若频繁起停则寿命可能减半。 中国台湾在 20世纪90年代中期建成一套环道 装置 7 3(见图 1环道装置流程图)，该装置和 SwRI 的不同在于采用多台高压离心机覆盖流量检测范 围，并采用涡轮流量计作为标准，因而压损小，故运 行方式较简单一些，同时也具有较大的流量覆盖范 围。同时环道方案可降低检测标定站对外部气源的 依赖性，建设环道在利用外部气源进行直排方案检 测的前提下，还可使检测标定站具有一定的独立性。 设中。该环道设计了8条检测管路 DN50一DN400， 其中5条检测管路为 DN400，可检测工况小流量为 3 000 m ／h，大流量可达32 500 m ／h。 5 国内检测中心实流检测能力对比 根据国内外天然气流量计量检测技术现状及发 展，天然气流量计量检测必须覆盖天然气行业的大 部分商品贸易交接流量计，将天然气流量标准装置 的标准量值传递至流量计，确保流量测量的准确度， 保证计量的公正与准确，减少供需双方的计量纠纷。 目前国内可进行天然气流量实流检定的计量检定站 有国家站南京天然气分站 和国家站成都天然气 欧洲环道(Euroloop)已完成设计，目前正在建 分站，其能力见表3。 表3 国内已建和拟建计量测试中心能力对比表 天 然 气 与 石 油 2009生 edW ’9～I‘0 tl／em 0O 9^ e Bd O’9～1 0 u,／em OO 9^ 9 罨 镀 圃王圭烬州 晏f旨 _【囤 第27卷第2期 黄 和，等：国内外天然气流量计量检测技术现状及进展 47 从表 3及前述可看出，国内在天然气流量计量 检测技术方面近十年来取得了较大发展，1996年建 成的国家石油天然气大流量计量站成都天然气流量 分站(即华阳天然气计量检测中心)是国内近十几 年来唯一以天然气实际流体为介质的、具有当时世 界水平的mt法原级标准和临界流文丘里喷嘴次级 标准，满足了近十年来要求天然气流量计检测的需 要；国家石油天然气大流量计量站南京天然气流量 分站(即西气东输南京计量测试中心)，进一步提高 了国内天然气流量计量检测技术水平和能力；由于 华阳天然气计量检测中心的检测气源的变化，使其 检测压力较低，不能达到国家授权要求 4．0 MPa，今 年即将对其进行扩容改造，建成后将与南京中心一 起构成国内完善的天然气流量量值溯源体系，使国 内天然气流量实流检定技术能力覆盖天然气行业的 大部分商品贸易交接流量计 0．3～10．0 MPa，技术 上达到国际先进水平，提高国内天然气贸易计量的 准确度 !一 ! ， ．、 1 1／ ／l-、! _-、 ! ； ! 参考文献： [1] AGA No．9—2007，Measurement of Gas by Multipath U1一 lrasonic Meters[S]． [2] GB／T 18603—2001，天然气计量系统技术要求[S]． [3] GB／T 18604—2001，用气体超声流量计测量天然气流 量[S]． [4] 郑 琦．有关油气计量的几项专题研究[R]．大庆：国 家石油天然气大流量计量站，2003． [5] 段继芹．2005年赴美天然气流量计量检测技术培训报 告[R]．成都：国家石油天然气大流量计量站成都天然 气流量分站，2005． [6] 李万俊．2006年赴德天然气流量计量技术与管理培训 报告[R]．成都：国家石油天然气大流量计量站成都 天然气流量分站，2006． [7] 杨正财，苏峻民，陈逸正．台湾能源流体计量标准追溯 与未来发展[A]．中国计量测试学会．第七海峡两岸计 量与质量研讨会集[C]．杭州：中国计量测试学 会，2008． [8] 国明昌．高压天然气流量标准装置[R]．南京．国家石 油天然气大流量计量站南京分站，2008． 、 、!／ !／ !／ ， ，i (上接第25页) f．需进一步完善缓蚀剂加注工艺。目前含硫气 井生产现场使用加注泵设备选型偏大，不符合“少 量多次”加注的原则，同时缓蚀剂储罐设计偏大，大 量的缓蚀剂稀释剂长期存储在储罐中，与大气相通， 易造成缓蚀剂分层沉淀、氧化变质，影响品质和使用 效果。高含硫气井特别是下入了永久性封隔器的气 井，井下缓蚀剂加注工艺还存在一定的不适应性，需 进一步的研究。 g．由于缓蚀剂产品本身的局限性，在井下高温、 高压下，易导致缓蚀剂高分子组分性能改变，形成沥 青状胶质物质，堵塞井下生产通道。需要定期进行 、- !／ 、!， !／i! !， !／； 井下日常清洗作业，在不影响气井生产的前提下，利 用现有的缓蚀剂罐注或泵注设备进行洗井，达到预 防和解除轻微堵塞目的，形成一配套工艺技术。 参考文献： [1] 宋 伟，罗立然，余 刚，等．川东气田气井缓蚀剂保 护技术应用研究及效果[Z]．重庆：西南油气田公 司科研项目组，2002．12． [2] 宋 伟，罗立然，李 娅，等．川I东气田含硫气井防腐 制应用效果评价及配套技术研究[Z]．重庆：西南油气 田公司科研项 目组，2004．12． [3] 李 娅，宋 伟，罗立然，等．重庆气矿气井缓蚀剂保 护技术方案[Z]．重庆：重庆气矿，2002—2007．