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7 2 天 然 与 与 石 油 NA T u RA L GA S A ND O I L 2 0 1 1年 6月 天然气流量计量环道检测技术 杨文川余汉成黄和 申琳陈彰兵 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公 司， 四川 成都 6 1 0 0 1 7 摘要 为提高和确保天然气流量计量准确度 ， 国内外都建立 了天然气流量实流检测装置。气体流量计 量环道检测技术作为一种新型的流量 实流检测技术， 已在天然气计量领 域得以应用， 技 术也 日趋成 熟。但 目前国内还没有采用该技术 的天然气流量计量检测装置 ， 相关关键技术 尚属空 白。区分 了天然 气流量计量检测装置的直排方案和环道方案 ， 介绍和对比 了国内外气体流量计量环道检 测装置 的技 术指标 ， 剖析 了环道检测装置 的基本组成和各部分 的功能， 以及环道检测装置的基本工艺流程 ， 探讨 了环道检测方案的几项关键技术， 为天然气流量计量环道实流检定站的设计提供理论依据 。 关键词 天然气； 流量计量； 检测装置； 环道 文献标识 码 A 文章 编号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 1 0 3 0 0 7 2 0 4 0前 言 国内外对用 于商品天然气贸易计量的流量仪表 均规定 了严 格 的周期 检测 和校 准制 度 ， 从 而建立 了较 高水 平 的气 体流 量标 准装 置 ， 并 形成 了相应 的气 体 流 量量值 传递 系统。 目前 国内外气 体流量检测装置主要为 直排 和环道两种方案 。 其 中直 排 方案 占据 主 要 份额 l 1 ] 。 所谓直排方案就是利用输气管线上游 的 自身压力和 气量 ， 经检测后 ， 其气体进入低压管线或下游低压 区 管 线 中间设调节 阀 。另外也 可利用 高低 压储气 库来 实现 直排方 案 。美 国科 罗拉 多工 程实 验室 C E E S I 的 I o w a站 ． 德 国 P i g s a r 站 ． 加 拿 大 T C C站 ， 荷 兰 G a s u n i e 以及 国家原 油 大 流量 计 量 站成 都 天 然气 流 量 分站 和 南京分 站 的检测 系统 均为直排 方案 环道 方案 的则是 利 用 一 台循 环 动力 设 备 压 缩 机 将 检测 区排 出 的低 压 气 增压 、 冷却 后 重新 返 回流量 计 检 测 区 ， 使 整个 检 测管 路形 成一 个环形 通 道 ， 并 在 此环 形通 道 中通 过相 应 的 温度 、 压 力 和 流 量控 制 手段 ， 进 行 特 定 条件 下 的 天然气流量计检定或校准工作。该方案较早在国外一 些 大学 的流 体研 究实 验室使 用 ． 仅 作 为流 量检测 技术 的实验研究 ， 其后美国洛克威尔公司 D U B I O S实验 室 建 了一套 比较正式 的气 体 流量 检测 环道 装 置 ． 后 来这 种 技术逐 渐被 其他 机构 采用 。 目前 已在 天然 气计量 领 域得以应用 ， 技术 日趋成熟。 1 国 内外天然气流量计量环道检测装置简介 天 然气 流 量 计检 定 用 气 体 可 以是 空 气 或 天 然气 等 流 体 ， 一般 为单 相 流 ， 各 国根 据 自身 情况 各 自建造 了 以天然 气 、 空 气 、 二 氧 化碳 等 气 体 为试 验 介 质 的气 体 流量计 量环 道检 测装 置 ， 并 用 于天 然气 流量 计 的检 定 或校准 工作 。国 内外 具有代 表性 的气体 流量计 量环 收 稿 日期 2 01 0 -0 9-1 3 基 金项 目 中 国石 油 集 团重 点 工 程 资 助项 目 2 0 0 6 3 1 0 作者 简 介 杨文 川 1 9 8 3 一 ， 男 ， 四川 成 都 人 ， T 程 师 ， 硕 士 ， 主要 从 事 天然 气储 运 及 计量 设 计 与研 究 丁 作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 74 天 憝气与石油 NA『【 J RAL GAS AND O i L 2 0 1 1年 6月 所 需检定 压力 ； 二是 补充 环道 检 测系 统运 行过 程 中 因 环 道 压缩 机 的 密封 用气 和 系 统管 路 泄 漏 而造 成 的 环 道 系统 内检定用 气体 的漏失 。 因此 ， 在环道 装置 运 行 期 间 ． 用储 存在 储气 罐 内的气 体经 过调 压 系统调 压后 对环 道管路 进行补 气 ， 这 也是稳 定环 道 系统检 定 用气 体压 力的手段 之一 。 3 天然气流量计环道检测装置 的基本流程 天 然气 流 量计 环 道 检测 装 置 的基 本 工 艺流 程 框 图 ， 见 图 1 。 从流 量传递 标准及 流量计 检定 区 出来 的检 定用气体经循环动力设备增压和工艺冷却器冷却后 ， 温 度 降至 循 环 动力 设备 人 口的 温度 以保证 检 定 区检 定用 气体 温度 的稳定 ． 然后 检 定用 气体 又送 回到流量 传递 标准 及流量 计定 区 ． 如此 循环 。环 道装 置运 行过 程 中漏失 的气 体通过 补气装 置来补 给 。 流量传递 标准及 流量 计检定 区 图 1 天 然气 流 量 计 环道 检 测 装 置 的基 本 工 艺 流程 框 图 4 天然气流量计环道检测 的关键技术 4 ． 1 量 值溯 源体 系的建立 目前 ， 大型天然气计量站在坚持现有的单参数溯 源的基 础上 ， 已逐 步采 用计 量 系统 的整体 动 态实 流检 定方式 ， 以保 证 和改善 现场 流量 计量 的准确 性 。实现 动态 实 流检 定 应首 先 建立 与 现 场 要求 基 本适 应 的天 然气流量动态溯源体系，它一般是由流量原级标准、 传递标准 、 被校准的现场工作流量计构成E 。 建立合理 的量 值溯 源体 系才能保 证 整个 天 然气 工业 从生 产 、 输 配直 到 销售 的各 个 环节 的气 体 流 量 量值 达 到 准确 和 统一 。天然气 流量 计环道检 测装 置的 量值溯源 体系一 般也为 原级标 准一 传 递标准一 被检 流量计 。 其 中 ， 原 级标 准 的不 确 定 度 和量 值传 递 链 的级 数 直 接 影 响到 对被检流量计的检定精度。因此 ， 量值溯源体系的合 理设计和各级标准装置的建立是天然气流量计环道 检测 的关键 技术之 一 4 ． 2环道循 环动力 设备的 选择 环道 循环 动 力 设 备 为检 定 用 气 体 在环 形 管 道 中 的循环流动提供动力 ． 并在一定工作压力范围内为检 测 区提 供一定 的工况 检测 流量 。 从 目前 已有 的环道装 置来 看 ． 可 作为 环道循 环 动力设 备有离 心式 压缩 机 和 往复式压 缩机 。其 中， 以离 心式压 缩机居 多 ． 如 欧洲环 道 ， S w R I G R I 的 高 、低 压 两套环道 装置 和 D U B I O S环 道 ， 而往 复式 压缩机 仅在 美 国 C E E S I 的湿气 环道 检测 装 置上采用 。主要是 因为往 复式压缩 机会 带来气 流的 脉 动 ， 而 气 流脉 动 难 以消 除 ， 进 而 导致 较 大 的流 量 测 量误差 『 5 ] 。而 以离心式 压缩 机作 为环道循 环 动力设 备 一 般 较少 考虑 脉动 流 ， 因此环 道 系统 可相 对简化 。然 而 环道 循 环动 力 设 备不 仅 要 能在 一 定 工作 压 力 范 围 内提供一定 的检定用气体流量 ，还要能满足各个压 力 、 流 量条件 下 的不 同压 比 ， 因此 ， 其 选 型往 往不 同于 一 般输气管道压缩机 ． 需进行详细的各个工况点下的 工艺计算才能确定选型参数。 4 ． 3 环道 装置流 量计检 测 区气体 温 度的控 制 对于 实流标 定 系统 ， 为 了保 证装 置测 量 的不确 定 度要求 ， 须将检定气体的温度控制在某一个允许范围 之 内 。但 由于 温度 的测量 和控 制具 有 一定 的滞 后性 ， 这 给环 道 流量 计 检测 段 的流体 的温 度控 制 带 来 一定 的 困难 。 为快速有 效 地获得 所 需工 况 ， 一方 面可 选择 合适的工艺方案减少温度稳定时间 另外一方面 ． 在 仪 表选 型时 提高测 量仪 表 的响应 时 间 ， 以便 于能 实时 跟踪 压缩 机 出 口温 度 ， 进 而 准确 调整 环 道工 艺气 冷却 器 的制冷量 。 4 ． 4 环 道装置 流量 计检测 区气体 压力 的控 制 实 流标 定系 统 中 ． 为 了保 证装 置 测量 的不 确定度 要求 ， 同样须 将检 定 的压力 控 制在 某一 个允 许 范 围之 内。环道流量计检测区检定用气体的压力受其温度 、 流量 、 系统密 封性 、 补气 压 力和 流量 等 因素 的影 响 ． 影 响因素较 多 ， 因此控制 起来也 有一定 难度 。 5 结 语 环道检测方案作为天然气流量计量检测装置的 一 种设 计方 案 ， 虽然其 运 行完 全依 赖 于环道 循环 动 力 设 备 和 补气 装 置 ， 能 耗较 直 排 方 案 高 ． 但 是 最 大 的优 点 在于 其对 外部 气源 的依 赖性 小 ， 可 以防止 因外 部气 源 变化 而造成 计量 检定 站被 迫停 产 或搬 迁 的局 面 ． 且 运行 过 程 中检 定用 气体 气质 组分 不 变 ， 可 以减小 因气 质 组分 变 化 而 引起 的流量 测 量 不确 定 度 ． 此 外 ， 检 定 用气 体也 可 以根据 需要 进行更 换 。 因此 ， 环道 检测 装 置 在天 然 气 流量 计 量 领域 有 着较 好 的发 展前 景 。 目 前 ， 天 然 气 流量 计环 道 检 测装 置 尚属 空 白 ． 由于技术 难 度 较大 ， 部分 关键技 术 尚需在 设 计 、 建设 、 调试 和 实 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 验过程 中解 决和 累积 经验 。 第 2 9卷 第 3期 NSTRUMENTATI ON AND AUTOMATATI ON 参考文献 [ 1 ] 黄 和 ， 徐 刚 ， 余汉成 ， 等． 国内外天然气流量计 量检 测技 术现状及进展U] ． 天然气与石 油， 2 0 0 9 ， 2 7 2 4 2 4 7 ． 仪表与 自动化 [ 2 ] 黄和 ， 余汉成 ， 杨文川 ， 等． 天然气流量计量环道检 测技 术 研 究[ R] ． 成都 中国石 油集团工程设计有 限责任公司西南 分 公 司 ， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 钱成文 ， 王 惠智． 国外天然 气的计量与检 定技 术[ J ] ． 油气储 运 ， 2 0 0 5， 2 4 6 3 8 -4 2 ． [ 4 ] 黄和 ， 游明定． 对西气 东输工程 天然 气流量量值溯源的建 议 [ J ] ． 天然气与石油， 2 0 0 2 ， 2 0 1 3 1 3 3 ． [ 5 ] OI ML R 1 4 0 ． Me a s u ri n g s y s t e ms f o r g a s e o u s f u e l [ S ] ． 上接 第 2 9页 艺 成熟可 靠 。 因此最终采用 了膨胀机等熵膨胀致冷脱烃工 艺 方 法 。 参 考 文 献 [ 1 ]肖衍繁 ，李文武． 物理化 学 [ M] ． 天津天津大学出版社 ， 2 0 04． ‘ [ 2 ] 何磊． 中海化 学二期冷箱及膨胀杌试车及运 行情况总结 [ J ] ． 化学工程 与装备 ， 2 0 0 8 ， 6 6 1 6 2 ． [ 3 ]汪宏伟 ， 李 明 ， 宋光红 ， 等． 广安轻烃 回收x - 艺方 案选择 L I ] ． 天然气与石 油， 2 0 0 9 ， 2 7 4 1 9 ～ 2 3 ． [ 4 ]汪宏伟 ， 蒲远 洋， 钟志良， 等． 膨胀制冷轻 烃回收 工艺参数优 化分析 [ I ] ． 天然气与石油， 2 0 1 0 ， 2 8 1 2 4 2 8 ． [ 5 ]刘洪杰． 丘 东油气处理技术应用及存在 问题研 究U ] ． 天然 气 与 石 油 ． 2 0 0 9， 2 7 6 3 8 - 4 1 ． [ 6 ] s Y／ T 0 0 7 7 2 0 0 8 ， 天然 气凝液回收设计规 范[ s ] ． [ 7 】 S Y／ T 0 0 1 1 2 0 0 7 ， 天然 气净化厂设计规 范[ s ] ． 上接 第 6 0页 如管和锻件 。 产 品的制造 、 检验要 求 和对材 料 的要 求 同 等 重要 。 c 有 害金属 间相检 验是 双相不 锈钢 材料 产 品的重 要 、 关键 的检验 项 目。 d 严 格 的管 理 ， 科学 的制 造 、 检 验 ， 是 保证 现 场应 用 的 必要 措 施 ．特别 是 没 有 制 造 经 验工 厂 生 产 的产 品 。 需更 多和更 严格 的检 验 。 参考 文献 [ 1 ] 汤晓 勇， 宋德琦 ， 陈宏伟 ， 等． 克拉 2气田集 气工 艺选择 U] 天然 气与 石 油 ， 2 0 0 6， 2 4 3 7 1 1 ． [ 2 ] A P I 5 L C， S p e c i fi c a ti o n for C R AL i n e P i p e [ S ] ． [ 3 ] A S T M A 9 2 3 ， S t a n d a r d T e s t Me t h o d s for De t e c ti n g De t r i me n t a l I nt e r me t a ni c Pha s e i n Du pl e x Au s t e n i t i c ／ Fe r r i t i c S t a i n l e s s S t e e l s [ S 】 ． [ 4 ]A S T M A7 9 0 ， S t a n d a r d S p e c i fi c a ti o n for S e a m l e s s a n d W e l d e d F e r r i t i c ／ A u s t e n i t i c S t a i n l e s s S t e e l P i p e [ S ] ． [ 5 ] A S T M A 8 1 5 ， S p e c i fi c a t i o n for Wr o u g h t F e r r i ti c ， F e r r i t i c ／ A u s t e n i t i c ， a n d Ma r t e n s i t i c S t a i n l e s s S t e e l P i p i n g F i t t i n g s [ S ] ． [ 6 ] AS T M G 3 6 ， S t a n d a r d P r a c t i c e f o r E v a l u a ti n g S t r e s s Co r r os i on Cr a c k i ng Re s i s t a nc e o f M e t a l s a nd Al l o y s i n a B o i l i n g Ma g n e s i u m C h l o ri d e S o l u t i o n [ S ] ． [ 7 ]AS T M G 4 8 ， S t a n d a r d T e s t Me t h o d s for P i t ti n g a n d C r e v i c e Co r r o s i on R e s i s t a n c e of St a i n l e s s S t e e l s a n d Re l a t e d Al l o ys by Us e o f F e r r i c C h l o r i d e S o l u t i o n [ S ] ． 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m