國家石油天然氣大流量計量站沈陽分站技術(shù)方案

　　在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時代，缺少不了壓力變送器、流量計、液位計、密度計、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場第一數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個工業(yè)自動化系統(tǒng)充當控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場最前沿的壓力變送器使用情況。

　　摘要 ：本文對中國石油投資建立的國家石油天然氣大流量計量站沈陽分站的天然氣流量測量標準裝置中的傳遞級標準裝置、工作級標準裝置、流量實時檢查核實系統(tǒng)、檢定臺位及天然氣流量量值溯源和傳遞方案等內(nèi)容進行了較詳細描述。本文對于今后從事天然氣流量測量標準裝置的科學研究和工程建設(shè)具有實際的指導意義。

　　1 概述

　　俄羅斯至中國境內(nèi)的高壓天然氣長輸管線工程（簡稱中俄東線）是目前國家投資建設(shè)的運行壓力非常大、管線口徑非常大、輸氣量非常大的天然氣輸氣管線，是俄中兩國開展國際合作的標志性重點工程。這條管線從俄羅斯西伯利亞延伸到中國長三角地區(qū)，總長 8000 多公里，是當今世界非常長的天然氣輸氣管道。這條管線全線投產(chǎn)后，俄羅斯天然氣主要用于滿足我國東三省、北京、天津、河北、安徽、江蘇、浙江和上海等經(jīng)濟發(fā)達和天然氣需求量極大的市場，并與途徑國內(nèi)的高壓天然氣輸氣管線聯(lián)通。目前，上游北段已通氣達 50 億方天然氣，以后逐漸增至 380 億方 / 年的輸氣量。中俄東線對于提升東部地區(qū)清潔能源供應量、改善我國大氣環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)節(jié)能減排、提高人民生活質(zhì)量、保障我國能源安全等具有重要意義。

　　為了適應近年來，國內(nèi)高壓天然氣管線和高壓管網(wǎng)建設(shè)中使用的大量天然氣流量計的實流檢定要求，中國石油集團公司投資在中俄東線途徑的沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站旁設(shè)計建設(shè)國家石油天然氣大流量計量站（以下簡稱國家站）沈陽分站，其所建立的天然氣流量測量標準裝置工藝系統(tǒng)與沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站并行設(shè)立，設(shè)計建有天然氣流量測量標準裝置及輔助系統(tǒng)和計量檢定廠房等。

　　2 技術(shù)方案

　　2.1 主要技術(shù)指標

　　（1）天然氣工藝系統(tǒng)設(shè)計壓力 ：10.0 MPa。

　?。?）天然氣工作壓力 ：（4.0~9.85）MPa。

　?。?）天然氣工況流量 ：（16~3 0000）m3/h。

　　（4）天然氣次級標準裝置工況流量：（8~4 464）m3/h。系統(tǒng)流量測量不確定度 ：優(yōu)于 0.25%。

　?。?）天然氣工作級標準裝置工況流量 ：（16~30 000）m3/h。流量測量系統(tǒng)不確定度 ：優(yōu)于 0.33%。

　?。?）天然氣被檢流量計準確度等級 ：≤ 1.0 級。天然氣被檢流量計口徑 ：DN50~DN600。

　　2.2 計量檢定工藝系統(tǒng)

　　國家站沈陽分站天然氣流量測量標準裝置系統(tǒng)與中俄東線的沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站并聯(lián)設(shè)置，當需要進行天然氣流量測量和流量計檢定操作時，則通過切換管線閥門從沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站上游高壓天然氣干線上取氣，使得高壓天然氣流經(jīng)國家站沈陽分站建立的天然氣流量測量標準裝置系統(tǒng)，在流量計檢定操作完成后天然氣再向下游干線回氣。天然氣流量測量標準裝置系統(tǒng)主要包括取氣回氣閥組系統(tǒng)、天然氣過濾分離系統(tǒng)、調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)、傳遞級標準裝置、工作級標準裝置、流量實時檢查核實系統(tǒng)、檢定臺位系統(tǒng)、超壓保護系統(tǒng)、ESD 緊急切斷閥系統(tǒng)及放空、排污、氮氣等系統(tǒng)。

　　2.3 天然氣流量測量標準裝置

　　天然氣流量測量標準裝置是國家站沈陽分站的核心計量標準裝置，根據(jù)中國石油計量主管部門和國家市場監(jiān)督管理總局計量司對國內(nèi)建立非常好天然氣計量檢定分站的計量標準裝置的管理要求，國家站沈陽分站將只建立天然氣傳遞級流量測量標準裝置和工作級標準裝置，不建立天然氣原級標準裝置。

　　（1）傳遞級流量標準裝置。天然氣臨界流文丘利噴嘴流量計（以下簡稱噴嘴）具有工作原理簡單、流量恒定、重復性好、無可動部件、堅固耐用、檢定周期長等特點，如今在國內(nèi)外天然氣流量傳遞級標準裝置中，選用噴嘴作為天然氣傳遞級標準裝置的占大多數(shù)。通常，在噴嘴的前后壓力差＞ 15% 的條件下，流經(jīng)噴嘴的天然氣流速將可達到音速，這時天然氣流量將達恒定值。所建立的天然氣傳遞級標準裝置采用 4 路口徑 DN50、11路口徑 DN100 共計 15 路噴嘴測量管路并聯(lián)組成，其流量范圍可達（8~4 464 m3/h），流量測量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于 0.25%。噴嘴采用精確加工的圓環(huán)型截面噴嘴，傳遞級標準裝置及噴嘴的設(shè)計安裝、加工制造和噴嘴上、下游設(shè)置的法蘭直管段、19 管束式整流器、壓力變送器、溫度變送器等將嚴格執(zhí)行國家標準《用臨界流文丘里噴嘴測量氣體流量》GB/T 21188 的內(nèi)容要求。

　?。?）工作級流量標準裝置。通過對國內(nèi)外常用的幾種天然氣流量計的原理特點、性能指標進行對比研究，非常終選用了流量測量準確度高、線性度和重復性高的渦輪流量計作為工作級標準裝置中的標準器。工作級標準裝置中使用 15 臺口徑 DN100 至 DN300 的標準渦輪流量計進行并聯(lián)組合，流量測量范圍為（16~30 000）m3/h，流量測量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于 0.33%。標準渦輪流量計的前、后直管段長度設(shè)置為 20D 和 10D。

　?。?）流量實時檢查核實系統(tǒng)。為了確保工作級標準渦輪流量計的流量測量值準確度，降低測試誤差，在工作級標準裝置設(shè)置中釆用了在每路標準渦輪流量計的上游設(shè)置了口徑一致的超聲流量計，以便用核查超聲流量計對其下游安裝的標準渦輪流量計的流量測量值進行實時在線檢查核實。每路超聲流量計分別設(shè)置前 20D、后10D 的直管段，并在前 10D 處安裝整流器。

　?。?）檢定臺位。根據(jù)國內(nèi)及東北地區(qū)使用天然氣流量計的種類和流量范圍等條件，以及今后國內(nèi)外天然氣流量計檢定口徑的需求，按照能夠檢定非常小口徑 DN50渦輪流量計和非常大口徑 DN600 超聲流量計的設(shè)計要求，確定檢定流量范圍為（16~30 000）m3/h，設(shè)置了DN50~DN600 八路檢定臺位，其中在口徑 DN400 以下的檢定管路上可分別串聯(lián)檢定 2 臺被檢流量計。在檢定臺位設(shè)計中，應考慮設(shè)置一個長度的前、后直管段，并在前直管段處設(shè)置板孔整流器。直管段內(nèi)外壁應進行機械加工，其中表面粗糙度、管段的直線度、內(nèi)徑的圓度及法蘭面的垂直度等均要滿足技術(shù)參數(shù)要求，加工后還要進行鍍鎳處理 ；并在被檢流量計臺位處設(shè)置防爆儀表接線箱。

　　2.4 量值溯源和傳遞

　　按照國家計量標準行政管理部門對非常好計量標準的管理要求，國家站沈陽分站建立的各級天然氣計量標準的量值溯源和傳遞過程為 ：首先，把國家站沈陽分站的傳遞級標準裝置的噴嘴測量管路送到國家站南京分站的原級標準裝置上進行天然氣流量量值溯源，實現(xiàn)每個噴嘴的測試校準 ；然后，再用量傳后的傳遞級標準裝置對工作級標準裝置中的每路標準渦輪流量計進行每年一次的周期測試校準，非常后用工作級標準裝置對現(xiàn)場送檢流量計進行全量程檢定校準。詳細的天然氣流量量值溯源和傳遞操作過程見圖 1 所示。

　　2.5 配套的關(guān)鍵技術(shù)措施

　　（1）天然氣壓力、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是確保所建立的天然氣流量傳遞級標準裝置、工作級標準裝置和現(xiàn)場送檢流量計的天然氣流量測試數(shù)據(jù)精準測量的基礎(chǔ)，在工藝系統(tǒng)中設(shè)計釆用了軸流式調(diào)節(jié)閥以實現(xiàn)天然氣介質(zhì)的精準調(diào)節(jié)、振動噪音小、壓降低的軸流式流動條件 ；以滿足計量、檢定過程中天然氣介質(zhì)的流動穩(wěn)定性、小壓降和調(diào)節(jié)準確的要求。

　?。?）把傳遞級標準裝置、工作級標準裝置、流量實時檢查核實系統(tǒng)和現(xiàn)場送檢流量計臺位等都放置在防爆鋼結(jié)構(gòu)檢定廠房內(nèi)，把天然氣介質(zhì)取氣回氣管閥組、精細過濾分離系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)等系統(tǒng)放置在鋼結(jié)構(gòu)防曬防雨棚下，并把與計量檢定有關(guān)的地面管道和設(shè)備等進行隔熱處理，以減少計量、檢定過程中天然氣介質(zhì)受環(huán)境溫度影響，達到提高天然氣計量、檢定測試數(shù)據(jù)的準確度要求。

　?。?）在計量、檢定有關(guān)的管路中，匯氣管采用拔制工藝制造，內(nèi)壁進行表面光潔度處理，來實現(xiàn)天然氣介質(zhì)的穩(wěn)定流動，滿足流量測量的要求。

　?。?）在現(xiàn)場送檢流量計安裝臺位下游放置了液壓手動伸縮器，以實現(xiàn)現(xiàn)場送檢流量計在檢定臺位上的快速拆卸和安裝。

　?。?）為了防止檢定低壓力等級流量計時工藝系統(tǒng)超壓，在工藝管路中設(shè)置了軸流式安全切斷閥，一旦工藝系統(tǒng)超壓時安全切斷閥將進行自動切斷。

　　（6）在與計量、檢定系統(tǒng)有關(guān)的管路中，分別設(shè)置了提升桿式機械強制密封球閥，減少天然氣泄露量，以提高天然氣流量測量準確度。

　?。?）為了實現(xiàn)天然氣流量測量數(shù)據(jù)快速準確的采集和計算處理及系統(tǒng)控制，設(shè)置了獨立的計量檢定系統(tǒng)和站控系統(tǒng)。

　　3 結(jié)語

　　通過以上分析，可得出如下結(jié)論 ：

　?。?）國家站沈陽分站建成后，可在非常高檢定壓力 9.85 MPa、非常大工況流量 30 000 m3/h 的條件下，滿足國內(nèi)外口徑 DN600 超聲流量計的全量程檢定校準需求，將是目前國內(nèi)建設(shè)規(guī)模非常大、檢定壓力非常高、口徑非常大、流量非常高的非常好天然氣流量測量站場。

　　（2）站內(nèi)設(shè)置的天然氣穩(wěn)壓和流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)可實現(xiàn)天然氣壓力和流量的準確、平穩(wěn)的調(diào)節(jié)控制，可滿足所建立的天然氣流量測量系統(tǒng)對天然氣介質(zhì)的要求。

　?。?）站內(nèi)設(shè)計建立的天然氣流量測量系統(tǒng)具有計量專業(yè)知識強、技術(shù)難度大、設(shè)計理念新、工藝系統(tǒng)完整、計量設(shè)備先進等特點，本文對今后從事天然氣流量測量標準裝置的科學研究和工程建設(shè)具有實際的指導意義。

　　儀器儀表是工業(yè)化進程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。