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            孔板流量計

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            孔板流量計在天然氣管輸計量輸差成因及應對措施

            作者: 來源: 發布時間:2017-12-11 09:50:24

             摘要: 近年來,天然氣管道建設得到蓬勃發展,天然氣輸差作為輸送計量一個重要的問題不容忽視。所以,采取怎樣的措施才能對天然氣管道輸送過程中出現的計量輸差進行有效控制,便成為當前管道輸送企業面臨的一大難題。從安陽站實際情況出發,對造成天然氣計量輸差的原因進行分析,并在此基礎上,提出針對供氣輸差問題提出一些解決降低計量輸差的措施。

             
            0 引言
                    安陽站是榆濟管道的一個分輸站,隸屬于中石化天然氣榆濟管道分公司河南管理處管轄,目前分別向安陽華潤燃氣、河南縱橫燃氣、安陽 CNG 加氣母站三個用戶供氣。以2016 年全年為例,安陽站共輸銷天然氣約 5.68 億方,日均 172 萬方/天。作為一個輸氣大站,控制好計量輸差已經成為一項日常進行的、重要的技術基礎工作,無論是對避免雙方計量糾紛還是公司的經濟利益都有著積極的意義。
             
            1 氣計量及計量輸差概述
            1.1 天然氣計量
                    天然氣作為氣體具有流動性,其流量以質量表示時,稱為“質量流量”;以體積表示時稱為“體積流量”,以能量表示時稱為“能量流量”。流量計量是天然氣供需雙方貿易結算的依據。為了準確計算流量,需要提高流量計量的準確度。天然氣計量的準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、總計量與分表計量之間總存在一定的差值,即常說的“計量輸差”。對輸差的合理控制是保證計量準確性的一項重要工作。
             
            1.2 計量輸差
                    輸差是指天然氣在輸送過程中的量值減量,其計算公式如下:
                    20171211095458.jpg
                    式中,△ 表示輸差,q c 表示瞬時。
                    根據安陽站輸氣情況,輸差表達式如下:
                    20171211095505.jpg
                    其中 △ 表示輸差,∑q 1 表示本站實際供氣量,∑q 2 表示用戶接氣量,∑△q 表示輸氣管網管存變化。
             
                    由氣體狀態方程 PV=nRT 可得,本站標準狀態下供氣瞬時流量表達式20171211095510.jpg其中,P 為標準大氣壓,q 表示流量計測得工況瞬時流量,T 1 為現場測得管道內輸氣標準溫度,P 1 為現場測得管道內氣體壓力。
             
                    與三個用戶的輸差產生在本站計量撬與用戶門站計量設備之間的輸氣管道,而產生輸差的設備包括參與計量儀器的壓變、溫變、流量計等以及輸氣管網。
             
            2 天然氣管輸計量輸差的成因分析
                    以安陽站供加氣母站近期輸差表為例,分析造成輸差的原因。該供氣支路采用孔板流量計參與貿易計量,如表1 所示。由該統計表可知計量輸差逐漸變小,并且在zui后兩天的數據中出現了負輸差的現象,由于計量標準由供方為準,這也意味著公司經濟利益可能受到了損失。
            加氣母站輸差表
                    下面將從加氣母站輸差表分析輸差原因以及輸差出現較大波動的原因。
             
            2.1 計量設備本身原因產生的誤差
                    該供氣支路孔板流量計由 ELSTER 公司生產,這是一種速度式儀表。其工作原理是在管道中安裝一個自由轉動、軸與管道同心的葉輪。當被測氣體流過傳感器時,在氣流作用下,葉輪受力旋轉,其轉速與管道平均流速成正比,葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中磁通隨之發生周期性變化,產生周期性的脈沖信號,經信號傳輸至站控顯示設備。管道中流體的流速大小與葉輪轉速成正比。它的流量計算公式是:
                    20171211095602.jpg
                    q f -工況體積流量,m 3 /s;
                    N-流量計每秒的脈沖數;
                    k-流量計儀表系數,s/m 3 。
                    由此公式可知,氣體流速越快,葉輪產生的脈沖數越多,那么測得的氣體流速值也越大。
             
                    橫軸代表氣體流速變化 q f ,縱軸代表儀表系數 k。當天然氣從零開始增大流量時,葉輪必須先克服軸與軸承間產生的靜摩擦力矩后才開始旋轉,極小量的氣體通過氣體孔板流量計時,孔板并不轉動,只有當流量大于某一zui小值時,克服了起動摩擦力矩,孔板才開始轉動。在流量較小時,流量特性變化很大,主要受粘滯性摩擦力矩影響。當流量大于某一數值后,如圖 1 的中部灰色區域,流量與轉數才近似為線性關系,這就是氣體孔板流量計的工作區域,流量計在該區域中工作狀態理想,測得數值zui為準確。當流量值在增大,增至圖中右側黃色區域時,會造成軸承壽命減短,葉輪變形甚至損壞孔板的后果。
             
                    由于加氣母站本身供氣性質的原因,氣體流量變化趨勢不穩時常會有流速瞬時增大,造成孔板超速旋轉、軸承松動,zui終葉輪產生的脈沖數就不能準確的反應氣體瞬時流量值;另外天然氣氣質復雜,有時會有顆粒性雜質流入管道,在高速氣體驅動下打向葉輪,損壞葉輪或者打偏葉輪,測量結果不準確,zui終造成輸差偏大的后果。綜上,由于軸承壽命,葉輪的強度和壓損等條件的限制,孔板也不能轉得太快,有測量上、下限的限制,這方面需要和用戶及時溝通協調,控制氣體瞬時流量在一個合理的范圍內,避免供氣造成的設備傷害。
             
            2.2 其他參與計量的儀表故障造成的計量誤差
                    以安陽加氣母站供氣流程為例,直接參與氣量計量的設備除了孔板流量計還有測量氣體溫度的溫度變送器和測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、變送器信號失真或者遠傳數據線受到干擾都會造成測得數據與實際不符,會造成計量誤差。
             
                    受環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zui低處有時會有水珠凝結成冰,造成暫時性凍堵,導致壓力變送器測得的不準確數據。由于長時間的腐蝕、暴曬和本身壽命原因,傳輸至機柜的信號線有的會發生斷開、虛接現象,現場信號無法傳至機柜,也是造成計量誤差的原因。
             
            2.3 其他原因造成的誤差
                    在天然氣輸送過程中,其他因素也會造成誤差,比如輸氣管道發生了漏氣,也就產生了輸差。還有設備出現了故障,維修前,需要對管道內的氣體進行放空在進行維修。對此,需要及時、細致的場站巡檢發現漏氣點,及時解決。對于維修設備的放空量要采用合理的計算方法進進行估算,使之盡可能接近真實值。
             
            3 天然氣管輸計量輸差的控制措施
            3.1 完善計量流程,優化計量方式
                    為將儀表計量裝置失準產生的計量誤差降至zui低,應完善計量流程,優化計量方式。首先,要想計量流程更加完善,應做好交接氣量和中間氣量的對比計量工作,實現對輸差的實時對比監控,從而為實時數據的采集及時為輸差分析和控制提供依據。國際上的計量方式其依據通常是能量,在特定的環境背景下,可在一定程度上降低計量誤差。
             
            3.2 科學合理地選擇計量儀表型號
                    為良好的控制管輸天然氣計量誤差,應科學合理進行計量裝置選型,在選型過程中必須充分考慮計量裝置的安裝條件、安裝環境、性能狀況、流體特性和成本費用五要素。首先,針對影響計量裝置選型的五大要素進行分析,比如分析計量裝置的安裝條件時應充分考慮空間、配套設施、輸氣管線的管徑和振動情況等因素對其的影響、分析計量裝置的安裝環境時充分考慮不同外界溫度、外界電磁等因素的影響、分析計量裝置的性能狀況時應充分考慮計量裝置的各項參數、分析計量裝置的流體特性時充分考慮管輸壓力、溫度等因素的影響、分析成本費用方面時應充分考慮購買成本、后續維修保養費用等;其次,在上述分析基礎上初步確定幾款較為合適的計量裝置型號;zui后,對比分析對初步篩選的計量裝置型號的優劣性,確定zui優計量裝置。
             
            3.3 大力開展培訓持續提升工作人員素質
                    為盡量降低由于人為因素導致的計量誤差,應采取措施提升工作人員素質,而zui有效的手段便是大力開展培訓,因為通過大力開展培訓能夠讓相關工作人員熟練掌握觀察、分析和控制輸差的專業知識,具體的措施包括對比分析壓力、溫度補償方法,常用計量裝置的性能、型號、優劣勢、適用范圍及使用方法等;開展必要的實習演練,讓相關工作人員熟悉掌握計量工作的流程及相關重點內容等,通過提升工作人員素質,促進計量輸差的良好控制。
             
            3.4 加強計量數據管理,減少壓力和溫度誤差
                    天然氣計量工作中涉及大量數據,為計量工作增加了難度,基于此,應加強計量數據的管理工作,同時定期抽查計量歷史數據,zui大限度的提高計量數據的可信度。并且要求能夠準確分析和判斷計量輸差,找到輸差形成的源頭和成因,同時提出有效的應對方案,降低輸差。另外,由于計量誤差受到輸氣環境變化的影響,應針對不同地區的實際情況實施不同的標準狀態溫度。
             
            4 總結與結論
                    隨著天然氣市場逐漸壯大,做好天然氣計量工作,無論是避免企業間貿易糾紛還是維護公司經濟利益都有著積極的意義。這需要計量工作者共同努力,堅持誠信為本,求真務實,有效實現控制輸差,實現共贏,為國家天然氣事業發展發揮更大的力量。
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