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(xiāo)售貴州分公司； 2.西南管道分公司

摘  要：輸差控制是提高長(cháng)輸天然氣管道運營(yíng)效益的重要環(huán)節。分析了天然氣管道計量?jì)x表誤差產(chǎn)生的原因，提出了減少輸差的控制措施，通過(guò)在流量計前增加一個(gè)調壓閥調整了流量計的工作點(diǎn)，從而提高了流量計的計量精度，有效地控制了輸差。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；輸差；計量管理；控制措施；在線(xiàn)檢定

計量是天然氣管道輸送中不可缺少的環(huán)節，而輸差控制是計量的關(guān)鍵指標。從分析長(cháng)輸天然氣管道計量?jì)x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

輸差指在一定統計期內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，包括計量?jì)x表系統誤差、管道系統工藝損耗及天然氣放空等，其中計量?jì)x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(cháng)輸天然氣管道的輸差管理，直接影響管道企業(yè)的利潤和運行成本，是衡量企業(yè)管理水平的重要指標，與安全管理、質(zhì)量管理同等重要。隨著(zhù)管道工藝管理水平、計量?jì)x表制造和校準技術(shù)的提高，對天然氣輸差的控制要求也更加嚴格，中石油集團已將管道企業(yè)天然氣輸差率由0.25%減低到0.18% 。

1.3 計量?jì)x表類(lèi)型

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

2 常用計量?jì)x表

2.1 超聲流量計

（1）結構及工作原理。超聲流量計由超聲換能器、電子線(xiàn)路及流量顯示和累積系統三部分組成。其電子線(xiàn)路包括發(fā)射、接收、信號處理（流量計算機）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(guò)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(guò)流量計算機計算出氣體流速及標準狀態(tài)下氣體的流量，完成天然氣的計量工作。

（2）特點(diǎn)。氣體超聲流量計準確度高、重復性好、抗干擾能力較強，可精確測量脈動(dòng)流；不受介質(zhì)流動(dòng)方向限制，可雙向流量計量，量程比寬；無(wú)可轉動(dòng)部件，壓力損失小，維護量少。

2.2 渦輪流量計

（1）結構及工作原理。渦輪流量計主要由殼體、前后導向架組件、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，導流器、葉輪、軸和軸承裝在殼體內，信號檢測放大器安裝于殼體外。 氣體經(jīng)過(guò)流量計入口的導流器，推動(dòng)渦輪葉片旋轉，在當前壓力和溫度下，葉輪的轉數與通過(guò)渦輪流量計的氣體體積成正比。葉輪是傳感器的一次檢測部件，信號檢測放大器將渦輪機械轉動(dòng)信號轉換成電脈沖信號輸出，通過(guò)壓力和溫度補償后，完成天然氣的計量。

（2）特點(diǎn)。 渦輪流量計具有精度高、壓力損失小、始動(dòng)流量低、無(wú)零點(diǎn)漂移、量程比高、重復性好等優(yōu)點(diǎn)，對溫度、壓力進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補償；采用了高質(zhì)量軸承和獨特的導流片，明顯增強了其抗磨損性能，且在惡劣環(huán)境下工作時(shí)測量數據不失真；采用脈沖輸出信號，容易進(jìn)行數字化傳輸且不易丟失；采用先進(jìn)的超低功耗單片微機技術(shù)，不需要外電供電；通過(guò)渦輪流量計本身的微處理器運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況流量，無(wú)需增加流量計算機等外處理設備，整體功能更加強大。

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。前者為計量設備及其輔助設備；后者為管存計算誤差、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 超聲流量計誤差原因

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

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

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

（4）分輸流量。分輸流量不穩定、未在分界流量以上或超出計量范圍，影響計量準確性。

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

（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)數據或未及時(shí)更新等。

3.2 渦輪流量計誤差原因

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

4 減少輸差的措施

4.1 保證計量設備本體完好

（1）超聲流量計。一是定期清洗附著(zhù)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)存儲流量計的脈沖信號和流量的輸出信號，便于后期追溯。二是定期開(kāi)展聲速核查，當每組聲速偏差超過(guò)0.2%時(shí)，站控上位機或流量計算機發(fā)出報警信號，應及時(shí)切換到備用計量系統。三是定期清洗超聲流量計內部通道，防止通道內沉積物積累，造成負誤差；例如DN300流量計以積垢0.5 mm計，內徑減小了3‰，計算流量將偏高6‰。

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

4.2 按需調節計量工況

長(cháng)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，其余分輸點(diǎn)采用渦輪流量計。

為了解決工況流量小無(wú)法滿(mǎn)足流量計分界流量的問(wèn)題，在流量計前選擇合適位置增加非接觸式調壓 器，降低分輸運行壓力，提高工況流量。特別是投產(chǎn)初期的管道，可根據分輸流量設定流量計前壓力，確保流量計在相對穩定的工況流量下運行。通過(guò)調節流量計前壓力，可以減少分輸次數甚至達到連續分輸，減輕了勞動(dòng)強度，降低了小流量下計量?jì)x表產(chǎn)生的誤差，在實(shí)際應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(guò)高會(huì )衰減超聲信號，造成計量負誤差。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(xiàn)色譜分析儀，將氣體組分實(shí)時(shí)數據納入流量計算機參與計量。同時(shí)將上游采集到的組分數據通過(guò)SCADA系統按時(shí)輸入到下游分輸超聲流量計算機中，參與貿易交接計量。

4.4 在線(xiàn)管理計量設備

建議增加遠程診斷系統，對參與計量的設備、壓力、溫度、氣質(zhì)組分、工藝條件等數據進(jìn)行全面分析，發(fā)現數據突變，立即報警提示，并提出計量設備維修、維護建議。

4.5 在線(xiàn)檢定計量設備

當前，計量?jì)x表檢定有政府授權的地方計量檢測機構的空氣檢定和國家石油天然氣大流量計量站的天然氣實(shí)流檢定兩種方法。氣體超聲流量計檢定多采用后者，目前無(wú)法實(shí)現在線(xiàn)壓變、溫變、流量計算機、氣體色譜分析儀等一體化計量系統的檢定，往往出現單個(gè)儀表檢定合格、計量系統誤差超差的問(wèn)題。渦輪流量計則兩種檢定方法都能滿(mǎn)足要求。對于小口徑分輸管道計量，可以使用移動(dòng)標定車(chē)實(shí)施在線(xiàn)實(shí)流檢定，減少流量計停用天數、送檢拆卸工作量等，降低標定成本，提高計量系統精度。

4.6 合理設置流量計工作范圍

用氣量少時(shí)可能導致流量計在分界流量下運行，用氣高峰時(shí)可能超出流量計計量范圍。通過(guò)分輸系統的壓力調節閥，編制控制程序，設置流量計工作范圍。當分輸流量小時(shí)，截斷流量調節閥，停止分輸；當分輸流量超過(guò)設定范圍時(shí)，關(guān)小流量調節閥，使流量計在設定的工作范圍內運行，確保計量系統的穩定性。

    作者簡(jiǎn)介：黃昀， 1986年生，工學(xué)學(xué)士，工程師，中國石油天然氣銷(xiāo)售貴州分公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)部主任/高級經(jīng)理，主要從事天然氣利用及營(yíng)銷(xiāo)、天然氣輸銷(xiāo)環(huán)節自動(dòng)化及通信相關(guān)工作。聯(lián)系方式： 18628191941，lcyhuangyun@ptrchina.com.cn