聲速核查延長外輸計量系統標定時間方案研究

李少倫李雅君張偉剛付勃昌

(1.天保中天科技（天津）有限公司 天津 3003082.海洋石油工程股份有限公司 天津 300451)

一、引言

在海洋平臺的外輸計量系統中，流量計的準確性是整個計量系統的關鍵。依照國家相關標準規范的要求，外輸計量系統中的流量計需要定期進行重新標定。在海洋平臺中，由于空間狹小，各種設備的放置較緊湊，因此計量橇中流量計的拆裝及搬運都會比較困難。

二、天然氣外輸計量系統簡介

天然氣外輸計量系統主要用于測量連續交接工況下的瞬時及累計流量。

目前，天然氣計量主要有兩種計量方式：質量計量和能量計量。我國天然氣的貿易計量方法是按法定要求的質量指標以體積或能量的方法進行交接計量的。我國天然氣的貿易結算采取能量計算的較少，目前普遍采用的主要還是流量計貿易交接。利用可更換孔板節流裝置配流量計算機進行壓力、溫度、密度補償是我國海上平臺石油天然氣計量的主要辦法。作為一種測量天然氣的新的技術和手段，由于超聲波流量計特別適合大口徑的流量測量，因此在采用流量計進行貿易交接的技術中，超聲波流量計在天然氣貿易計量中越來越被重視并且得到了較多的認同。此外，隨著口徑的增加，其他類型的流量計的價格會大幅度地增加，而超聲波流量計的造價基本上與被測管道的口徑無關。口徑越大，越能顯著地體現超聲波流量計的優點。因此在大口徑的情況下，海上平臺上也越來越多地采用超聲波流量計用來外輸計量。

海上高壓油氣田的天然氣外輸計量橇通常設置在危險區，整個計量系統依照A G A 9、G B/T 18603/18604進行設計。計量橇采用2*100%進行設計配置，可以通過閥門的開關切換相應的測量管路，并且計量系統還提供了相應的比對功能。計量系統主要的測量儀表為氣體超聲流量計，并配置有壓力表、溫度計、變送器、手動閥、分析儀等。

典型的超聲波計量系統包括2路超聲波流量計，一備一用。在每條計量管線上設置了手動隔離閥，且在手動閥門上設置小口徑旁通，在開啟計量回路時首先打開小口徑旁通，然后打開主隔離閥門。這樣就避免投產時由于隔離手動閥門開度較大，超聲波傳感器承受的壓力變化速率過快，損壞流體檢測設備。為了保證計量系統的密封性，便于準確計量和標定，超聲波下游出口電動閥和標定管線手動閥門均采用強制密封閥。

三、項目概況

在某高壓油氣田項目中設置有一套天然氣外輸計量橇和一套凝析油外輸計量橇。天然氣計量橇所測為高壓力、大流量天然氣，外輸壓力超過11000 K Pa G，并且流量較大，最高達到了260000 Sm3/h。天然氣外輸計量橇采用了兩路測量管路，每路設置了一臺10”900#的氣體超聲波流量計對外輸天然氣進行計量，兩路測量支路為一備一用（見圖1-1外輸計量系統PI D圖）。

圖1 -1外輸計量系統PI D圖

對于計量橇中的超聲波流量計，依照國家標準JJG 1030-2007《超聲波流量計檢定規程》中的要求，流量計檢定周期一般不超過2年。則意味每2年，都需要將計量橇中的超聲波流量計拆除，送回相關計量部門進行重新標定。對于本項目所使用的超聲波流量計，由于口徑和磅級的原因，流量計自重較大，在海上對流量計進行拆裝和吊裝都是件非常困難的事情。

四、解決方案

超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用來測量流量的儀表。

通過對 AGA RP No. 10 《Speed of Sound in NaturalGas and Other Related Hydrocarbon Gases》和國家標準JJG 1030-2007《超聲波流量計檢定規程》的研究。在外輸計量系統規格書中做了明確的要求，流量計算機需要滿足AGARPNo.10的要求并具有聲速核查功能（即自診斷功能）。規格書的相關要求如下：

Flow computer shall have the following functions:On- line sound velocity calculations in accordance withAGA10; comparison of measuring sound velocity and calculatingsound velocity.

通過以上的技術要求，使得外輸計量系統滿足了 JJG 1030-2007《超聲波流量計檢定規程》的7.4章的要求，“如流量計具有自診斷功能，且能夠保留報警記錄，也可每6年檢定一次并每年在使用現場進行使用中檢測”。

這樣該項目的天然氣計量系統相較以往的設計，無需每年都要拆除流量計送回陸地進行重新的標定。對于重量達到了400 K G的一臺流量計來說，這樣的設計為現場的操作人員節省了大量的工作量，更是降低了工作的難度。不僅如此，流量計無需頻繁的拆除，也保證了整個的計量系統能夠長期處于高效穩定的工作狀態，避免因為現場操作人員頻繁拆裝而產生的不必要的系統誤差。

五、方案的創新點

在某高壓油氣田項目設計過程中，通過對相關國際和國內標準的研究，設計增加了對外輸計量系統的流量計算機的相關技術要求，要求流量計算機需要滿足AGARPNo.10報告的要求，具有聲速核查功能，并且能夠保留歷史數據及報警信息，從而可以延長流量計的標定周期最長至6年。即在流量計首次標定投產使用后，由流量計算機來記錄流量計的相關信息，每年將相關數據發送給相應的國家檢定部門進行檢查，如果所發送的流量計數據并無異常，則由國家檢定部門許可延長流量計的標定周期1年，以此類推，最長可延長至6年，6年后才需要將流量計拆除送回陸地進行重新標定一次。

通過對相關標準的研究，并在設計中增加了相關的技術要求，使得該項目的天然氣計量系統相較以往的設計，減少了大量的操作維修的工作量的同時，具備了更高的可用性。在日后的生產使用上，帶來了更多的方便。

結束語

對于該項目所用的大口徑高壓氣體超聲波流量計，通過設計手段延長流量計標定周期，可以節約大量流量計標定費用。不僅如此還能減少操作人員現場的施工工作量及工作難度，以及船舶、汽車等的運輸費用。通過要求流量計算機具有聲速核查及歷史數據記錄等功能，對于整個計量系統的可用性、經濟性、操作性和維護等諸多方面帶都來了益處。

[1]陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動化控制設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]劉朋，劉少宇.氣體超聲波流量計量系統的設計.石油化工自動化，第47卷.

[3]超聲波流量計檢定規程,JJG1030-2007.

[4]Speed of Sound in Natural Gas and Other Related Hydrocar?bon Gases,AGA RP No.10.