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孔板流量计在天然气管输计量输差成因及应对措施

作者: 来源: 发布时间:2017-12-11 09:50:24

 摘要: 近年来,天然气管道建设得到蓬勃发展,天然气输差作为输送计量一个重要的问题不容忽视。所以,采取怎样的措施才能对天然气管道输送过程中出现的计量输差进行有效控制,便成为当前管道输送企业面临的一大难题。从安阳站实际情况出发,对造成天然气计量输差的原因进行分析,并在此基础上,提出针对供气输差问题提出一些解决降低计量输差的措施。

 
0 引言
        安阳站是榆济管道的一个分输站,隶属于中石化天然气榆济管道分公司河南管理处管辖,目前分别向安阳华润燃气、河南纵横燃气、安阳 CNG 加气母站三个用户供气。以2016 年全年为例,安阳站共输销天然气约 5.68 亿方,日均 172 万方/天。作为一个输气大站,控制好计量输差已经成为一项日常进行的、重要的技术基础工作,无论是对避免双方计量纠纷还是公司的经济利益都有着积极的意义。
 
1 气计量及计量输差概述
1.1 天然气计量
        天然气作为气体具有流动性,其流量以质量表示时,称为“质量流量”;以体积表示时称为“体积流量”,以能量表示时称为“能量流量”。流量计量是天然气供需双方贸易结算的依据。为了准确计算流量,需要提高流量计量的准确度。天然气计量的准确度受多种因素的影响,在井口气量与外输气量、供给气量与接收气量、总计量与分表计量之间总存在一定的差值,即常说的“计量输差”。对输差的合理控制是保证计量准确性的一项重要工作。
 
1.2 计量输差
        输差是指天然气在输送过程中的量值减量,其计算公式如下:
        20171211095458.jpg
        式中,△ 表示输差,q c 表示瞬时。
        根据安阳站输气情况,输差表达式如下:
        20171211095505.jpg
        其中 △ 表示输差,∑q 1 表示本站实际供气量,∑q 2 表示用户接气量,∑△q 表示输气管网管存变化。
 
        由气体状态方程 PV=nRT 可得,本站标准状态下供气瞬时流量表达式20171211095510.jpg其中,P 为标准大气压,q 表示流量计测得工况瞬时流量,T 1 为现场测得管道内输气标准温度,P 1 为现场测得管道内气体压力。
 
        与三个用户的输差产生在本站计量撬与用户门站计量设备之间的输气管道,而产生输差的设备包括参与计量仪器的压变、温变、流量计等以及输气管网。
 
2 天然气管输计量输差的成因分析
        以安阳站供加气母站近期输差表为例,分析造成输差的原因。该供气支路采用孔板流量计参与贸易计量,如表1 所示。由该统计表可知计量输差逐渐变小,并且在最后两天的数据中出现了负输差的现象,由于计量标准由供方为准,这也意味着公司经济利益可能受到了损失。
加气母站输差表
        下面将从加气母站输差表分析输差原因以及输差出现较大波动的原因。
 
2.1 计量设备本身原因产生的误差
        该供气支路孔板流量计由 ELSTER 公司生产,这是一种速度式仪表。其工作原理是在管道中安装一个自由转动、轴与管道同心的叶轮。当被测气体流过传感器时,在气流作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化,产生周期性的脉冲信号,经信号传输至站控显示设备。管道中流体的流速大小与叶轮转速成正比。它的流量计算公式是:
        20171211095602.jpg
        q f -工况体积流量,m 3 /s;
        N-流量计每秒的脉冲数;
        k-流量计仪表系数,s/m 3 。
        由此公式可知,气体流速越快,叶轮产生的脉冲数越多,那么测得的气体流速值也越大。
 
        横轴代表气体流速变化 q f ,纵轴代表仪表系数 k。当天然气从零开始增大流量时,叶轮必须先克服轴与轴承间产生的静摩擦力矩后才开始旋转,极小量的气体通过气体孔板流量计时,孔板并不转动,只有当流量大于某一最小值时,克服了起动摩擦力矩,孔板才开始转动。在流量较小时,流量特性变化很大,主要受粘滞性摩擦力矩影响。当流量大于某一数值后,如图 1 的中部灰色区域,流量与转数才近似为线性关系,这就是气体孔板流量计的工作区域,流量计在该区域中工作状态理想,测得数值最为准确。当流量值在增大,增至图中右侧黄色区域时,会造成轴承寿命减短,叶轮变形甚至损坏孔板的后果。
 
        由于加气母站本身供气性质的原因,气体流量变化趋势不稳时常会有流速瞬时增大,造成孔板超速旋转、轴承松动,最终叶轮产生的脉冲数就不能准确的反应气体瞬时流量值;另外天然气气质复杂,有时会有颗粒性杂质流入管道,在高速气体驱动下打向叶轮,损坏叶轮或者打偏叶轮,测量结果不准确,最终造成输差偏大的后果。综上,由于轴承寿命,叶轮的强度和压损等条件的限制,孔板也不能转得太快,有测量上、下限的限制,这方面需要和用户及时沟通协调,控制气体瞬时流量在一个合理的范围内,避免供气造成的设备伤害。
 
2.2 其他参与计量的仪表故障造成的计量误差
        以安阳加气母站供气流程为例,直接参与气量计量的设备除了孔板流量计还有测量气体温度的温度变送器和测量气体压力的压力变送器。变送器包括传感器模块和变送模块。温度变送器传感器模块如果模块失灵、变送器信号失真或者远传数据线受到干扰都会造成测得数据与实际不符,会造成计量误差。
 
        受环境影响尤其是到了冬季,气温低至零下,压力变送器的引压管最低处有时会有水珠凝结成冰,造成暂时性冻堵,导致压力变送器测得的不准确数据。由于长时间的腐蚀、暴晒和本身寿命原因,传输至机柜的信号线有的会发生断开、虚接现象,现场信号无法传至机柜,也是造成计量误差的原因。
 
2.3 其他原因造成的误差
        在天然气输送过程中,其他因素也会造成误差,比如输气管道发生了漏气,也就产生了输差。还有设备出现了故障,维修前,需要对管道内的气体进行放空在进行维修。对此,需要及时、细致的场站巡检发现漏气点,及时解决。对于维修设备的放空量要采用合理的计算方法进进行估算,使之尽可能接近真实值。
 
3 天然气管输计量输差的控制措施
3.1 完善计量流程,优化计量方式
        为将仪表计量装置失准产生的计量误差降至最低,应完善计量流程,优化计量方式。首先,要想计量流程更加完善,应做好交接气量和中间气量的对比计量工作,实现对输差的实时对比监控,从而为实时数据的采集及时为输差分析和控制提供依据。国际上的计量方式其依据通常是能量,在特定的环境背景下,可在一定程度上降低计量误差。
 
3.2 科学合理地选择计量仪表型号
        为良好的控制管输天然气计量误差,应科学合理进行计量装置选型,在选型过程中必须充分考虑计量装置的安装条件、安装环境、性能状况、流体特性和成本费用五要素。首先,针对影响计量装置选型的五大要素进行分析,比如分析计量装置的安装条件时应充分考虑空间、配套设施、输气管线的管径和振动情况等因素对其的影响、分析计量装置的安装环境时充分考虑不同外界温度、外界电磁等因素的影响、分析计量装置的性能状况时应充分考虑计量装置的各项参数、分析计量装置的流体特性时充分考虑管输压力、温度等因素的影响、分析成本费用方面时应充分考虑购买成本、后续维修保养费用等;其次,在上述分析基础上初步确定几款较为合适的计量装置型号;最后,对比分析对初步筛选的计量装置型号的优劣性,确定最优计量装置。
 
3.3 大力开展培训持续提升工作人员素质
        为尽量降低由于人为因素导致的计量误差,应采取措施提升工作人员素质,而最有效的手段便是大力开展培训,因为通过大力开展培训能够让相关工作人员熟练掌握观察、分析和控制输差的专业知识,具体的措施包括对比分析压力、温度补偿方法,常用计量装置的性能、型号、优劣势、适用范围及使用方法等;开展必要的实习演练,让相关工作人员熟悉掌握计量工作的流程及相关重点内容等,通过提升工作人员素质,促进计量输差的良好控制。
 
3.4 加强计量数据管理,减少压力和温度误差
        天然气计量工作中涉及大量数据,为计量工作增加了难度,基于此,应加强计量数据的管理工作,同时定期抽查计量历史数据,最大限度的提高计量数据的可信度。并且要求能够准确分析和判断计量输差,找到输差形成的源头和成因,同时提出有效的应对方案,降低输差。另外,由于计量误差受到输气环境变化的影响,应针对不同地区的实际情况实施不同的标准状态温度。
 
4 总结与结论
        随着天然气市场逐渐壮大,做好天然气计量工作,无论是避免企业间贸易纠纷还是维护公司经济利益都有着积极的意义。这需要计量工作者共同努力,坚持诚信为本,求真务实,有效实现控制输差,实现共赢,为国家天然气事业发展发挥更大的力量。

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