天然氣管輸計(jì)量輸差成因及應(yīng)對(duì)措施

楊瑞娜+藍(lán)浩杰+雷凱元+江一舟

摘要： 近年來(lái)，天然氣管道建設(shè)得到蓬勃發(fā)展，天然氣輸差作為輸送計(jì)量一個(gè)重要的問(wèn)題不容忽視。所以，采取怎樣的措施才能對(duì)天然氣管道輸送過(guò)程中出現(xiàn)的計(jì)量輸差進(jìn)行有效控制，便成為當(dāng)前管道輸送企業(yè)面臨的一大難題。從安陽(yáng)站實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)造成天然氣計(jì)量輸差的原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，提出針對(duì)供氣輸差問(wèn)題提出一些解決降低計(jì)量輸差的措施。

Abstract： In recent years， natural gas pipeline construction has been booming， and natural gas transmission error as an important problem in conveying measurement can not be ignored. Therefore， what measures can be taken to effectively control the natural gas pipeline metering transportation error has become a major problem face by the current pipeline transportation enterprises. Based on the actual situation of Anyang station， the causes of the metering transportation error of natural gas are analyzed， and on this basis， some measures are put forward.

關(guān)鍵詞： 天然氣管道輸送；計(jì)量輸差；控制

Key words： natural gas pipeline transportation；metering transportation error；control

中圖分類號(hào)：TE863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）01-0219-03

0 引言

安陽(yáng)站是榆濟(jì)管道的一個(gè)分輸站，隸屬于中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司河南管理處管轄，目前分別向安陽(yáng)華潤(rùn)燃?xì)狻⒑幽峡v橫燃?xì)狻碴?yáng)CNG加氣母站三個(gè)用戶供氣。以2016年全年為例，安陽(yáng)站共輸銷天然氣約5.68億方，日均172萬(wàn)方/天。作為一個(gè)輸氣大站，控制好計(jì)量輸差已經(jīng)成為一項(xiàng)日常進(jìn)行的、重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，無(wú)論是對(duì)避免雙方計(jì)量糾紛還是公司的經(jīng)濟(jì)利益都有著積極的意義。

1 氣計(jì)量及計(jì)量輸差概述

1.1 天然氣計(jì)量

天然氣作為氣體具有流動(dòng)性，其流量以質(zhì)量表示時(shí)，稱為“質(zhì)量流量”；以體積表示時(shí)稱為“體積流量”，以能量表示時(shí)稱為“能量流量”。流量計(jì)量是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。為了準(zhǔn)確計(jì)算流量，需要提高流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度受多種因素的影響，在井口氣量與外輸氣量、供給氣量與接收氣量、總計(jì)量與分表計(jì)量之間總存在一定的差值，即常說(shuō)的“計(jì)量輸差”。對(duì)輸差的合理控制是保證計(jì)量準(zhǔn)確性的一項(xiàng)重要工作。

1.2 計(jì)量輸差

輸差是指天然氣在輸送過(guò)程中的量值減量，其計(jì)算公式如下：

式中，？駐表示輸差，qc表示瞬時(shí)。

根據(jù)安陽(yáng)站輸氣情況，輸差表達(dá)式如下：

？駐=∑q1-∑q2+∑？駐q（2）

其中？駐表示輸差，∑q1表示本站實(shí)際供氣量，∑q2表示用戶接氣量，∑？駐q表示輸氣管網(wǎng)管存變化。

由氣體狀態(tài)方程PV=nRT可得，本站標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氣瞬時(shí)流量表達(dá)式q=，其中，P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，q表示流量計(jì)測(cè)得工況瞬時(shí)流量，T1為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得管道內(nèi)輸氣標(biāo)準(zhǔn)溫度，P1為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得管道內(nèi)氣體壓力。

與三個(gè)用戶的輸差產(chǎn)生在本站計(jì)量撬與用戶門站計(jì)量設(shè)備之間的輸氣管道，而產(chǎn)生輸差的設(shè)備包括參與計(jì)量?jī)x器的壓變、溫變、流量計(jì)等以及輸氣管網(wǎng)。

2 天然氣管輸計(jì)量輸差的成因分析

以安陽(yáng)站供加氣母站近期輸差表為例，分析造成輸差的原因。該供氣支路采用渦輪流量計(jì)參與貿(mào)易計(jì)量，如表1所示。由該統(tǒng)計(jì)表可知計(jì)量輸差逐漸變小，并且在最后兩天的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了負(fù)輸差的現(xiàn)象，由于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)由供方為準(zhǔn)，這也意味著公司經(jīng)濟(jì)利益可能受到了損失。

下面將從加氣母站輸差表分析輸差原因以及輸差出現(xiàn)較大波動(dòng)的原因。

2.1 計(jì)量設(shè)備本身原因產(chǎn)生的誤差

該供氣支路渦輪流量計(jì)由ELSTER公司生產(chǎn)，這是一種速度式儀表。其工作原理是在管道中安裝一個(gè)自由轉(zhuǎn)動(dòng)、軸與管道同心的葉輪。當(dāng)被測(cè)氣體流過(guò)傳感器時(shí)，在氣流作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的脈沖信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸至站控顯示設(shè)備。管道中流體的流速大小與葉輪轉(zhuǎn)速成正比。它的流量計(jì)算公式是：

qf-工況體積流量，m3/s；

N-流量計(jì)每秒的脈沖數(shù)；

k-流量計(jì)儀表系數(shù)，s/m3。

由此公式可知，氣體流速越快，葉輪產(chǎn)生的脈沖數(shù)越多，那么測(cè)得的氣體流速值也越大。

橫軸代表氣體流速變化qf，縱軸代表儀表系數(shù)k。當(dāng)天然氣從零開始增大流量時(shí)，葉輪必須先克服軸與軸承間產(chǎn)生的靜摩擦力矩后才開始旋轉(zhuǎn)，極小量的氣體通過(guò)氣體渦輪流量計(jì)時(shí)，渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)流量大于某一最小值時(shí)，克服了起動(dòng)摩擦力矩，渦輪才開始轉(zhuǎn)動(dòng)。在流量較小時(shí)，流量特性變化很大，主要受粘滯性摩擦力矩影響。當(dāng)流量大于某一數(shù)值后，如圖1的中部灰色區(qū)域，流量與轉(zhuǎn)數(shù)才近似為線性關(guān)系，這就是氣體渦輪流量計(jì)的工作區(qū)域，流量計(jì)在該區(qū)域中工作狀態(tài)理想，測(cè)得數(shù)值最為準(zhǔn)確。當(dāng)流量值在增大，增至圖中右側(cè)黃色區(qū)域時(shí)，會(huì)造成軸承壽命減短，葉輪變形甚至損壞渦輪的后果。endprint

由于加氣母站本身供氣性質(zhì)的原因，氣體流量變化趨勢(shì)不穩(wěn)時(shí)常會(huì)有流速瞬時(shí)增大，造成渦輪超速旋轉(zhuǎn)、軸承松動(dòng)，最終葉輪產(chǎn)生的脈沖數(shù)就不能準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體瞬時(shí)流量值；另外天然氣氣質(zhì)復(fù)雜，有時(shí)會(huì)有顆粒性雜質(zhì)流入管道，在高速氣體驅(qū)動(dòng)下打向葉輪，損壞葉輪或者打偏葉輪，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，最終造成輸差偏大的后果。

綜上，由于軸承壽命，葉輪的強(qiáng)度和壓損等條件的限制，渦輪也不能轉(zhuǎn)得太快，有測(cè)量上、下限的限制，這方面需要和用戶及時(shí)溝通協(xié)調(diào)，控制氣體瞬時(shí)流量在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，避免供氣造成的設(shè)備傷害。

2.2 其他參與計(jì)量的儀表故障造成的計(jì)量誤差

以安陽(yáng)加氣母站供氣流程為例，直接參與氣量計(jì)量的設(shè)備除了渦輪流量計(jì)還有測(cè)量氣體溫度的溫度變送器和測(cè)量氣體壓力的壓力變送器。變送器包括傳感器模塊和變送模塊。溫度變送器傳感器模塊如果模塊失靈、變送器信號(hào)失真或者遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)線受到干擾都會(huì)造成測(cè)得數(shù)據(jù)與實(shí)際不符，會(huì)造成計(jì)量誤差。

受環(huán)境影響尤其是到了冬季，氣溫低至零下，壓力變送器的引壓管最低處有時(shí)會(huì)有水珠凝結(jié)成冰，造成暫時(shí)性凍堵，導(dǎo)致壓力變送器測(cè)得的不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

由于長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕、暴曬和本身壽命原因，傳輸至機(jī)柜的信號(hào)線有的會(huì)發(fā)生斷開、虛接現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)法傳至機(jī)柜，也是造成計(jì)量誤差的原因。

2.3 其他原因造成的誤差

在天然氣輸送過(guò)程中，其他因素也會(huì)造成誤差，比如輸氣管道發(fā)生了漏氣，也就產(chǎn)生了輸差。還有設(shè)備出現(xiàn)了故障，維修前，需要對(duì)管道內(nèi)的氣體進(jìn)行放空在進(jìn)行維修。對(duì)此，需要及時(shí)、細(xì)致的場(chǎng)站巡檢發(fā)現(xiàn)漏氣點(diǎn)，及時(shí)解決。對(duì)于維修設(shè)備的放空量要采用合理的計(jì)算方法進(jìn)進(jìn)行估算，使之盡可能接近真實(shí)值。

3 天然氣管輸計(jì)量輸差的控制措施

3.1 完善計(jì)量流程，優(yōu)化計(jì)量方式

為將儀表計(jì)量裝置失準(zhǔn)產(chǎn)生的計(jì)量誤差降至最低，應(yīng)完善計(jì)量流程，優(yōu)化計(jì)量方式。首先，要想計(jì)量流程更加完善，應(yīng)做好交接氣量和中間氣量的對(duì)比計(jì)量工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸差的實(shí)時(shí)對(duì)比監(jiān)控，從而為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及時(shí)為輸差分析和控制提供依據(jù)。國(guó)際上的計(jì)量方式其依據(jù)通常是能量，在特定的環(huán)境背景下，可在一定程度上降低計(jì)量誤差。

3.2 科學(xué)合理地選擇計(jì)量?jī)x表型號(hào)

為良好的控制管輸天然氣計(jì)量誤差，應(yīng)科學(xué)合理進(jìn)行計(jì)量裝置選型，在選型過(guò)程中必須充分考慮計(jì)量裝置的安裝條件、安裝環(huán)境、性能狀況、流體特性和成本費(fèi)用五要素。首先，針對(duì)影響計(jì)量裝置選型的五大要素進(jìn)行分析，比如分析計(jì)量裝置的安裝條件時(shí)應(yīng)充分考慮空間、配套設(shè)施、輸氣管線的管徑和振動(dòng)情況等因素對(duì)其的影響、分析計(jì)量裝置的安裝環(huán)境時(shí)充分考慮不同外界溫度、外界電磁等因素的影響、分析計(jì)量裝置的性能狀況時(shí)應(yīng)充分考慮計(jì)量裝置的各項(xiàng)參數(shù)、分析計(jì)量裝置的流體特性時(shí)充分考慮管輸壓力、溫度等因素的影響、分析成本費(fèi)用方面時(shí)應(yīng)充分考慮購(gòu)買成本、后續(xù)維修保養(yǎng)費(fèi)用等；其次，在上述分析基礎(chǔ)上初步確定幾款較為合適的計(jì)量裝置型號(hào)；最后，對(duì)比分析對(duì)初步篩選的計(jì)量裝置型號(hào)的優(yōu)劣性，確定最優(yōu)計(jì)量裝置。

3.3 大力開展培訓(xùn)持續(xù)提升工作人員素質(zhì)

為盡量降低由于人為因素導(dǎo)致的計(jì)量誤差，應(yīng)采取措施提升工作人員素質(zhì)，而最有效的手段便是大力開展培訓(xùn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)大力開展培訓(xùn)能夠讓相關(guān)工作人員熟練掌握觀察、分析和控制輸差的專業(yè)知識(shí)，具體的措施包括對(duì)比分析壓力、溫度補(bǔ)償方法，常用計(jì)量裝置的性能、型號(hào)、優(yōu)劣勢(shì)、適用范圍及使用方法等；開展必要的實(shí)習(xí)演練，讓相關(guān)工作人員熟悉掌握計(jì)量工作的流程及相關(guān)重點(diǎn)內(nèi)容等，通過(guò)提升工作人員素質(zhì)，促進(jìn)計(jì)量輸差的良好控制。

3.4 加強(qiáng)計(jì)量數(shù)據(jù)管理，減少壓力和溫度誤差

天然氣計(jì)量工作中涉及大量數(shù)據(jù)，為計(jì)量工作增加了難度，基于此，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)量數(shù)據(jù)的管理工作，同時(shí)定期抽查計(jì)量歷史數(shù)據(jù)，最大限度的提高計(jì)量數(shù)據(jù)的可信度。并且要求能夠準(zhǔn)確分析和判斷計(jì)量輸差，找到輸差形成的源頭和成因，同時(shí)提出有效的應(yīng)對(duì)方案，降低輸差。另外，由于計(jì)量誤差受到輸氣環(huán)境變化的影響，應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)的實(shí)際情況實(shí)施不同的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度。

4 總結(jié)與結(jié)論

隨著天然氣市場(chǎng)逐漸壯大，做好天然氣計(jì)量工作，無(wú)論是避免企業(yè)間貿(mào)易糾紛還是維護(hù)公司經(jīng)濟(jì)利益都有著積極的意義。這需要計(jì)量工作者共同努力，堅(jiān)持誠(chéng)信為本，求真務(wù)實(shí)，有效實(shí)現(xiàn)控制輸差，實(shí)現(xiàn)共贏，為國(guó)家天然氣事業(yè)發(fā)展發(fā)揮更大的力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖德云，張智，王存?zhèn)?影響天然氣自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)穩(wěn)定性因素的探討[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49（02）：62-64.

[2]段貴權(quán).天然氣計(jì)量管理計(jì)量?jī)x表與輸差控制探討[J].硅谷，2013（6）：119-120.

[3]周方舟.天然氣管道輸送計(jì)量輸差的控制[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，15（11）：271-272.

[4]吳斌，劉明亮.天然氣計(jì)量與輸差控制[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2006，2：32-34.

[5]張書麗，尤永建.天然氣輸差的產(chǎn)生原因及降低途徑[J].天然氣與石油，2005，23（3）：20-22.endprint