天然氣孔板流量計流量核查方式研究

黃忠華，蔣佩忱，羊映，徐永洪，張勇

中國石油西南油氣田分公司 川西北氣礦（四川 江油 621741）

用標準孔板測量天然氣流量，是一種較為復雜的多參數組合測量，具有連續、動態且不可復現的特點。由于測量過程涉及的參數較多，且測量過程不可復現，一旦計量結果出現偏差給供用雙方在問題追溯上將帶來極大的困難和后果，因此，在天然氣標準孔板流量計使用過程中，供用雙方對流量測量結果核查的重視程度越來越高。同時，隨著天然氣流量測量技術的發展，針對天然氣孔板流量計的流量核查方式也越來越多，為此選擇合適的流量核查方式有助于天然氣孔板流量計的準確計量。

1 常見的核查方式

1.1 設置核查流量計

依據國家標準GB/T 18603—2014 中“為進一步保證流量計的現場計量性能，可以串聯安裝核查流量計對流量進行在線比對核查”和“瞬時量大于或等于240×104m3/d 的交接計量系統（即A 級計量系統）應設置在線核查流量計”的規定，供用氣雙方可以通過設置核查流量計的方式來對流量進行核查[1]。這也是國家標準中對核查僅有的規定。

在實際應用中，對于設置核查流量計對孔板流量計進行流量核查，通常分為永久性核查和暫時性核查兩種。永久性核查是指在孔板流量計的管路上再安裝一臺核查流量計（其工作原理一般應與孔板流量計工作原理不同），天然氣同時流經兩臺流量計，核查流量計的讀數只用來查驗孔板流量計的流量計量數據，而不作計量交接使用。暫時性核查是指利用備用流量計，通過流程切換，備用流量計對孔板流量計進行核查，或者設置移動標定口，需要核查時將標準流量計接在標定口上對在用孔板流量計進行核查[2-3]。

一般來說，設置核查流量計推薦采用永久性核查方式，但考慮現場場地大小和建設投資費用，以及交接計量點的交接量大小，會結合實際情況分以下3種方式來實現對孔板流量計的流量核查。

方式1：一對一單獨設置核查流量計，將核查流量計與孔板流量計串聯安裝，核查流量計安裝在孔板流量計之前，如圖1 所示。這種方式屬于永久性核查方式[1-2]，目的是當孔板流量計和核查流量計的差值超過一定限度報警后，根據報警信息進一步查找問題并能及時處理。其差值的限度由交接雙方約定，但一般不超過1.0%。

方式2：一對多設置核查流量計，將一臺核查流量計與多臺并聯孔板流量計進行串聯，核查流量計安裝在孔板流量計之前，利用流程切換，對不同孔板流量計分別進行流量核查，如圖2 所示。這種方式屬于暫時性核查方式，目的是對某一臺孔板流量計的計量結果產生懷疑或爭議時，則利用流程切換，實現核查流量計對需要核查的孔板流量計進行短時核查，查找問題和原因。

方式3：流程串聯設置核查流量計，將一臺核查流量計與多臺孔板流量計并聯安裝，流程串聯，利用流程切換，對不同孔板流量計分別進行流量核查，如圖3所示。這種方式屬于暫時性核查方式，目的與方式2相同，但因場地限制等問題，是可選取的另一種方式。

圖1 一對一串聯方式

圖2 一對多方式

圖3 流程串聯方式

1.2 采用孔板流量計核查系統

目前國內在用的大多數天然氣孔板流量計均是按現場配電動變送器采數，室內配信號隔離模塊及A/D 轉換模塊進行數據傳輸和模數轉換，最后由專用計算機計量軟件進行流量計算和累積。在這一計量過程中，由于涉及的計量參數眾多，且流量計量受流體形態影響，任一環節出現微小的差錯均會給最終的測量結果帶來不可忽視的影響。因此，國內經過多年研究發現，目前孔板節流裝置相對比較穩定，并形成了一套實用的管理辦法，可以采用一種較為實用的核查方法，即利用現有的一次節流裝置，對孔板流量計二次儀表系統即計算機系統（包括現場儀表、室內AD模塊轉換、流量計算機等）開展綜合性核查[4]。核查的主要方法是通過對在用的一次節流裝置上另行安裝一套天然氣計量數據采集、處理系統，獨立于被核查計量系統的二次儀表，單獨采集現場的壓力、差壓和溫度信號，并傳輸至數據處理系統，進行流量的計算和累積，并最終與被核查流量計測量的流量結果進行比對，其安裝方式如圖4所示。

圖4 孔板流量計核查系統安裝方式

此種核查方式的特點在于利用了在用孔板流量計的一次節流裝置，獨立安裝壓力、差壓測量儀表、溫度儀表（一般采用雙芯鉑電阻溫度計）和積算裝置進行數據采集、處理和計算，因此為便于現場核查使用，多數核查系統都具備攜帶便捷、易安裝、使用簡單等優點。且將現場壓力、差壓、溫度信號采集和轉換進行集成化，然后采取RS485 或USB 的方式進行信號數據傳輸，再利用專用的計算模塊及管理軟件進行流量計算和管理，通過數據比對分析達到流量核查的目的。

1.3 參數分項核查

天然氣孔板流量計的流量測量結果是由眾多參數組合測量得來[5]，其中孔板孔徑、測量管內徑、氣質組分等參數是根據現場實際情況或定期測量分析獲得后采用周期內賦值的方式參與。而壓力、差壓和溫度3 個關鍵參數則來自于現場實時測量、采集，所有參數均參與到最終的流量計算中，其核查方法和要求見表1。

表1 參數分項核查方法

2 實例分析

某供方輸配氣場站一交接計量點，日輸氣量180×104m3左右，瞬時量最高可達到250×104m3/d，采用標準孔板流量計量系統進行計量，一次儀表為DN250 高級孔板閥，二次儀表為電動變送器配專用流量計算機。由于受投資和場地因素限制，該天然氣孔板流量計未在供方場站設置一對一的核查流量計，而是由用戶投資在下游近30 km 外的輸氣場站建立了一套對比計量裝置，仍采用了DN250高級孔板閥配電動變送器及專用流量計算機進行計量，對雙方每日計量數據進行監控和比對。

某年7 月，下游用戶提出近期雙方的計量數據偏差較大，從此前的相對誤差0.6%左右增加至4%，每日絕對量從10 000 m3增加到72 000 m3。為此供用雙方對兩套計量裝置均進行了檢查和確認。期間，雙方采用參數分項核查的方式，對所有現場計量儀表（壓力、差壓和溫度儀表）、回路進行了檢定和校準，對雙方錄入的參數進行了核對和檢查，計量儀表檢定合格，計量系統回路經校準誤差在允許范圍內，參數錄入均正確無誤。同時雙方為防止管線泄露造成計量偏差的問題，采取了試壓的方式確認管線無泄露。

為查找原因，雙方最終采用了同一套孔板流量計核查系統（經過法定計量檢定機構檢定合格），分別對雙方的計量裝置進行了4 d（96 h）的流量核查，具體核查數據見表2、表3。

表2 供方計量裝置流量核查數據

表3 用戶計量裝置流量核查數據

通過采用孔板流量計核查系統進行流量核查得到的數據分析，供方計量裝置出現問題造成雙方計量偏差。經過原因排查，發現因一次節流裝置即高級孔板閥在長期使用過程中，受天然氣雜質的影響，導壓孔出現積污淤堵和閥腔下部沉積污物堆積使孔板安裝不到位，導致同軸度偏離了誤差允許范圍，進而影響最終的流量測量結果。

上述實例表明，若供方場站能設置一臺一對一核查流量計進行每日流量核查，計量數據實時對比和分析，發現偏差時就能及時查找和解決問題。而采用孔板流量計核查系統和參數分項核查的方式則具有局限性，會一定程度上延長查找和解決問題的時長，因此需要因時、因地制宜。

3 核查方式對比分析

天然氣孔板流量計流量核查采用設置核查流量計的核查方式最好，可隨時直接實時獲取工作流量計和核查流量計同時段的流量測量結果，便于日常計量過程中及時發現問題。但此種方式存在投資大、安裝工作量大、占地面積寬、工作流量計和核查流量計均需日常維護等缺點，且一般在新建輸氣場站中應用較多，對于已建成且運行中的輸氣場站并不適用。

采用孔板流量計核查系統進行流量核查適用于已建成并投運的孔板流量計，且一套核查系統可多次用于不同孔板流量計的流量核查，該方式具有投資小、即用即裝、安裝拆卸便捷、使用方便等優點。但此種核查方式所獲得的核查結果易受一次節流裝置異常故障、壓力、溫度測量儀表測量值不一致和儀表的動態零位漂移影響，流量核查結果的可靠性需要嚴謹的操作過程來保證，因此核查人員應具備一定的核查經驗。

采用參數分項核查方式進行流量核查適用于新建和已建的孔板流量計，該方式投資最小，操作簡易，各分項核查測量技術成熟，有國際標準或行業標準可遵循。但核查不全面，無法及時發現一次節流裝置的故障或問題，核查結果也容易受核查操作人員的操作技能水平影響。

4 結論

新建天然氣孔板流量計用于貿易交接計量，且貿易交接瞬時量大于或等于240×104m3/d 時，應按照GB/T 18603—2014 的規定，優先推薦采用一對一設置核查流量計的核查方式。但設置核查流量計應考慮工程投資、現場安裝條件和后期管理維護等因素，當投資有限或現場安裝不便時，也可采用一對多或流程串聯的方式設置核查流量計。

對于貿易交接瞬時量小于240×104m3/d 的新建天然氣孔板流量計，可根據工程投資、場地等因素選擇設置核查流量計，也可采用參數分項核查的方式在投運前進行流量核查，也可在使用中采用孔板流量計核查系統進行定期核查，保證孔板流量計測量結果的準確性。

對于已建成并投運的天然氣孔板流量計，可以采用孔板流量計核查系統或參數分項核查的方式進行流量核查，但建議形成核查機制，定期開展流量核查工作，且在采用參數分項核查的方式進行流量核查時應加密核查頻次。

無論采用上述哪種方式開展天然氣孔板流量計流量核查，均應配套建立相應的管理制度或是相關標準、規程，以支撐天然氣計量流量核查設計，完善相應核查技術和管理要求，推動天然氣孔板流量計流量核查工作向規范化、標準化發展。