黃昀1 劉禧1 劉洪2

1.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售貴州分公司； 2.西南管道分公司

摘  要：輸差控制是提高長輸天然氣管道運(yùn)營效益的重要環(huán)節(jié)。分析了天然氣管道計(jì)量儀表誤差產(chǎn)生的原因，提出了減少輸差的控制措施，通過在流量計(jì)前增加一個(gè)調(diào)壓閥調(diào)整了流量計(jì)的工作點(diǎn)，從而提高了流量計(jì)的計(jì)量精度，有效地控制了輸差。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；輸差；計(jì)量管理；控制措施；在線檢定

計(jì)量是天然氣管道輸送中不可缺少的環(huán)節(jié)，而輸差控制是計(jì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。從分析長輸天然氣管道計(jì)量儀表誤差產(chǎn)生的原因入手，以提出減少輸差的控制措施。

1 概述

1.1 輸差的定義

輸差指在一定統(tǒng)計(jì)期內(nèi)管道天然氣注入總量與分輸總量的差值，分為絕對輸差和相對輸差，包括計(jì)量儀表系統(tǒng)誤差、管道系統(tǒng)工藝損耗及天然氣放空等，其中計(jì)量儀表誤差是輸差控制的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

1.2 控制輸差的意義

長輸天然氣管道的輸差管理，直接影響管道企業(yè)的利潤和運(yùn)行成本，是衡量企業(yè)管理水平的重要指標(biāo)，與安全管理、質(zhì)量管理同等重要。隨著管道工藝管理水平、計(jì)量儀表制造和校準(zhǔn)技術(shù)的提高，對天然氣輸差的控制要求也更加嚴(yán)格，中石油集團(tuán)已將管道企業(yè)天然氣輸差率由0.25%減低到0.18% 。

1.3 計(jì)量儀表類型

長輸天然氣管道可選用的流量計(jì)有氣體超聲流量計(jì)、氣體渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)、渦街流量計(jì)、氣體羅茨流量計(jì)等。大口徑、大量程的管道注入點(diǎn)多選用超聲流量計(jì)，中小口徑、量程小的分輸點(diǎn)以渦輪流量計(jì)為主，故這兩種流量計(jì)最常用。

2 常用計(jì)量儀表

2.1 超聲流量計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)及工作原理。超聲流量計(jì)由超聲換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。其電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理（流量計(jì)算機(jī)）和顯示電路。在測量管段上裝有一對或多對超聲換能器，交替發(fā)射和接收超聲波，通過測量超聲波沿氣流順向和逆向傳播的聲速差、管段的流體壓力和溫度、氣體摩爾組分，通過流量計(jì)算機(jī)計(jì)算出氣體流速及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的流量，完成天然氣的計(jì)量工作。

（2）特點(diǎn)。氣體超聲流量計(jì)準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、抗干擾能力較強(qiáng)，可精確測量脈動(dòng)流；不受介質(zhì)流動(dòng)方向限制，可雙向流量計(jì)量，量程比寬；無可轉(zhuǎn)動(dòng)部件，壓力損失小，維護(hù)量少。

2.2 渦輪流量計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)及工作原理。渦輪流量計(jì)主要由殼體、前后導(dǎo)向架組件、葉輪和信號檢測放大器四部分 組成。殼體是傳感器的主體部件，導(dǎo)流器、葉輪、軸和軸承裝在殼體內(nèi)，信號檢測放大器安裝于殼體外。 氣體經(jīng)過流量計(jì)入口的導(dǎo)流器，推動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，在當(dāng)前壓力和溫度下，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)與通過渦輪流量計(jì)的氣體體積成正比。葉輪是傳感器的一次檢測部件，信號檢測放大器將渦輪機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號輸出，通過壓力和溫度補(bǔ)償后，完成天然氣的計(jì)量。

（2）特點(diǎn)。 渦輪流量計(jì)具有精度高、壓力損失小、始動(dòng)流量低、無零點(diǎn)漂移、量程比高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，對溫度、壓力進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償；采用了高質(zhì)量軸承和獨(dú)特的導(dǎo)流片，明顯增強(qiáng)了其抗磨損性能，且在惡劣環(huán)境下工作時(shí)測量數(shù)據(jù)不失真；采用脈沖輸出信號，容易進(jìn)行數(shù)字化傳輸且不易丟失；采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，不需要外電供電；通過渦輪流量計(jì)本身的微處理器運(yùn)算檢測到的氣體溫度、壓力和渦輪產(chǎn)生的脈沖信號，直接輸出工況流量和標(biāo)況流量，無需增加流量計(jì)算機(jī)等外處理設(shè)備，整體功能更加強(qiáng)大。

3 輸差成因

造成輸差的原因很多，可劃分為核心因素和非核心因素。前者為計(jì)量設(shè)備及其輔助設(shè)備；后者為管存計(jì)算誤差、天然氣排污、管件連接處的滲漏及不定時(shí)放空等。以下重點(diǎn)分析輸差產(chǎn)生的原因。

3.1 超聲流量計(jì)誤差原因

（1）管道本體。如流量計(jì)前后的直管段長度不足和管道內(nèi)壁的光滑度差，會(huì)造成氣體流態(tài)不穩(wěn)定而產(chǎn)生不穩(wěn)定聲脈沖，影響計(jì)量準(zhǔn)確性。

（2）流量計(jì)。流量計(jì)殼體幾何尺寸精度、超聲換能器位置安裝精度都會(huì)造成其本質(zhì)計(jì)量誤差。電子時(shí)鐘和積分運(yùn)算的穩(wěn)定性直接影響流量計(jì)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）管輸介質(zhì)。管輸氣體中的顆粒物或液滴附著在換能器輻射面上，會(huì)影響聲脈沖的傳播，嚴(yán)重時(shí)流量計(jì)不能正常工作。

（4）分輸流量。分輸流量不穩(wěn)定、未在分界流量以上或超出計(jì)量范圍，影響計(jì)量準(zhǔn)確性。

（5）噪聲。下游調(diào)壓閥的噪聲超高會(huì)淹沒流量計(jì)的超聲信號，造成信號丟失或失準(zhǔn)。

（6）其他因素。管道漏氣或人為關(guān)閉，管輸氣體組分非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或未及時(shí)更新等。

3.2 渦輪流量計(jì)誤差原因

影響氣體渦輪流量計(jì)計(jì)量誤差的因素主要有渦輪流道導(dǎo)流器損壞或變形、渦輪損壞，渦輪軸承潤滑不良、軸承內(nèi)進(jìn)入雜質(zhì)或損壞而降低其轉(zhuǎn)速；管輸天然氣的溫度、壓力等發(fā)生較大變化導(dǎo)致流量計(jì)幾何尺寸發(fā)生變化而改變渦輪轉(zhuǎn)速；分輸流量不穩(wěn)定、流量計(jì)未在分界流量以上或超出計(jì)量范圍；壓力傳感器、溫度傳感器漂移；流量計(jì)多次啟停輸造成短時(shí)間內(nèi)不在其標(biāo)定的工作點(diǎn)工作；管輸氣體組分非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或未及時(shí)更新等。

4 減少輸差的措施

4.1 保證計(jì)量設(shè)備本體完好

（1）超聲流量計(jì)。一是定期清洗附著在換能器輻射面上的顆粒物和液滴，保證聲脈沖信號通道傳播正常。實(shí)時(shí)存儲(chǔ)流量計(jì)的脈沖信號和流量的輸出信號，便于后期追溯。二是定期開展聲速核查，當(dāng)每組聲速偏差超過0.2%時(shí)，站控上位機(jī)或流量計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，應(yīng)及時(shí)切換到備用計(jì)量系統(tǒng)。三是定期清洗超聲流量計(jì)內(nèi)部通道，防止通道內(nèi)沉積物積累，造成負(fù)誤差；例如DN300流量計(jì)以積垢0.5 mm計(jì)，內(nèi)徑減小了3‰，計(jì)算流量將偏高6‰。

（2）渦輪流量計(jì)。一是定期更換或維護(hù)軸承。二是定期清洗流量計(jì)的傳動(dòng)部分和前置過濾器，及時(shí)加注或更換潤滑油。三是定期檢查流量計(jì)的渦輪和前后導(dǎo)流器是否變形或損耗，并及時(shí)更換。四是檢查并及時(shí)更換流量計(jì)電池。

4.2 按需調(diào)節(jié)計(jì)量工況

長輸天然氣管道首站、口徑大于100 mm的各分輸點(diǎn)管道多采用超聲流量計(jì)，其余分輸點(diǎn)采用渦輪流量計(jì)。

為了解決工況流量小無法滿足流量計(jì)分界流量的問題，在流量計(jì)前選擇合適位置增加非接觸式調(diào)壓 器，降低分輸運(yùn)行壓力，提高工況流量。特別是投產(chǎn)初期的管道，可根據(jù)分輸流量設(shè)定流量計(jì)前壓力，確保流量計(jì)在相對穩(wěn)定的工況流量下運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)流量計(jì)前壓力，可以減少分輸次數(shù)甚至達(dá)到連續(xù)分輸，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了小流量下計(jì)量儀表產(chǎn)生的誤差，在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果。

4.3 實(shí)時(shí)更新氣質(zhì)組分

天然氣中二氧化碳含量過高會(huì)衰減超聲信號，造成計(jì)量負(fù)誤差。建議在管輸氣體源頭、分輸量大的分輸口、注入氣體的管道口等，安裝在線色譜分析儀，將氣體組分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)納入流量計(jì)算機(jī)參與計(jì)量。同時(shí)將上游采集到的組分?jǐn)?shù)據(jù)通過SCADA系統(tǒng)按時(shí)輸入到下游分輸超聲流量計(jì)算機(jī)中，參與貿(mào)易交接計(jì)量。

4.4 在線管理計(jì)量設(shè)備

建議增加遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，對參與計(jì)量的設(shè)備、壓力、溫度、氣質(zhì)組分、工藝條件等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)突變，立即報(bào)警提示，并提出計(jì)量設(shè)備維修、維護(hù)建議。

4.5 在線檢定計(jì)量設(shè)備

當(dāng)前，計(jì)量儀表檢定有政府授權(quán)的地方計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)的空氣檢定和國家石油天然氣大流量計(jì)量站的天然氣實(shí)流檢定兩種方法。氣體超聲流量計(jì)檢定多采用后者，目前無法實(shí)現(xiàn)在線壓變、溫變、流量計(jì)算機(jī)、氣體色譜分析儀等一體化計(jì)量系統(tǒng)的檢定，往往出現(xiàn)單個(gè)儀表檢定合格、計(jì)量系統(tǒng)誤差超差的問題。渦輪流量計(jì)則兩種檢定方法都能滿足要求。對于小口徑分輸管道計(jì)量，可以使用移動(dòng)標(biāo)定車實(shí)施在線實(shí)流檢定，減少流量計(jì)停用天數(shù)、送檢拆卸工作量等，降低標(biāo)定成本，提高計(jì)量系統(tǒng)精度。

4.6 合理設(shè)置流量計(jì)工作范圍

用氣量少時(shí)可能導(dǎo)致流量計(jì)在分界流量下運(yùn)行，用氣高峰時(shí)可能超出流量計(jì)計(jì)量范圍。通過分輸系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)閥，編制控制程序，設(shè)置流量計(jì)工作范圍。當(dāng)分輸流量小時(shí)，截?cái)嗔髁空{(diào)節(jié)閥，停止分輸；當(dāng)分輸流量超過設(shè)定范圍時(shí)，關(guān)小流量調(diào)節(jié)閥，使流量計(jì)在設(shè)定的工作范圍內(nèi)運(yùn)行，確保計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    作者簡介：黃昀， 1986年生，工學(xué)學(xué)士，工程師，中國石油天然氣銷售貴州分公司市場開發(fā)部主任/高級經(jīng)理，主要從事天然氣利用及營銷、天然氣輸銷環(huán)節(jié)自動(dòng)化及通信相關(guān)工作。聯(lián)系方式： 18628191941，lcyhuangyun@ptrchina.com.cn