隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展, 天然氣貿(mào)易量與日俱增, 經(jīng)濟(jì)全球化的推進(jìn), 我國天然氣貿(mào)易交接計量越來越多, 天然氣計量的準(zhǔn)確可靠性愈來愈受到關(guān)注, 已關(guān)系到國計民生。天然氣易燃、易爆、可壓縮、組分復(fù)雜等特性, 導(dǎo)致天然氣計量成為全球計量學(xué)領(lǐng)域中的難點, 為了提高天然氣計量準(zhǔn)確性, 確保計量準(zhǔn)確可靠, 按照《計量法》要求需定期對天然氣流量計進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)[1-2], 確保流量計的準(zhǔn)確可靠。

按照流量計檢定規(guī)程[3-4]的要求, 現(xiàn)場在用的流量計檢定周期一般為2年, 由于流量計使用條件較為復(fù)雜, 影響流量計的因素多, 在檢定周期內(nèi)流量計的性能可能會發(fā)生變化, 影響買賣雙方貿(mào)易計量的公平, 所以需要定期對檢定周期內(nèi)的流量計進(jìn)行在線核查, 確認(rèn)流量計工作性能及準(zhǔn)確度, 目前主要核查方式有超聲流量計的使用中檢驗和流量計比對。

隨著超聲流量計計量技術(shù)的不斷發(fā)展, 目前在用超聲流量計的廠家均配備使用中檢驗的配套軟件, 按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計使用中檢驗聲速檢驗法》[5]對超聲流量計的聲速、信號質(zhì)量、增益、信噪比、流速系數(shù)5個參數(shù)進(jìn)行診斷, 通過這些參數(shù)的監(jiān)測, 可分析流量計的性能, 確認(rèn)流量計的工作狀態(tài)。這些參數(shù)的組合可作為形成專用監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有關(guān)自診斷信息分析方法的示例如表1所示。

流量計的使用中檢驗可分析流量計的工作狀態(tài), 確保在用流量計的性能正常, 但是, 流量計的各項分析參數(shù)正常并不能確認(rèn)計量的準(zhǔn)確度一定好, 僅能作為一種輔助手段進(jìn)行參考, 同時由于渦輪流量計是機(jī)械原件, 無法對渦輪流量計進(jìn)行診斷, 進(jìn)而判斷渦輪流量計的性能。

流量計比對是選用2臺流量計串聯(lián)安裝或者通過流程切換使2臺流量計串聯(lián)的方式進(jìn)行測試, 比較2臺流量計相同時間段內(nèi)的累計流量值, 進(jìn)而分析流量計的計量性能, 如圖1所示。

通過定期比較2臺流量計流量偏差, 確保在檢定周期內(nèi)流量計的偏差在檢定規(guī)程允許的范圍內(nèi), 該種方法可使用所有類型流量計, 較使用中檢驗可更直接反映流量計計量的準(zhǔn)確性。

流量計在線比對較使用中檢驗有較大的優(yōu)勢, 但是受現(xiàn)場流程條件限制, 實施起來難度較大。流量計對上下游直管段要求較為嚴(yán)格, 由于大多數(shù)場站的設(shè)計局限, 現(xiàn)場無法再串聯(lián)安裝1臺流量計, 同時反復(fù)的拆裝也會影響現(xiàn)場實際生產(chǎn)供氣, 需要投入大量的人力物力, 為了解決這一技術(shù)難題, 可通過以下技術(shù)路線進(jìn)行流量計比對。

通過不同類型流量計的性能分析, 可選用一臺便于安裝, 不需要拆裝直管段的外夾式超聲流量計作為比對參考流量計, 如圖2所示。

外夾式超聲流量計是一種將換能器固定在流體管道外, 聲波傳播的路徑透過流體管道壁的流量計, 具有以下技術(shù)特點: (1) 安裝便捷且成本低; (2) 獨立測量, 不依賴流體的傳導(dǎo)性和壓力; (3) 無壓損, 無泄漏; (4) 可對現(xiàn)有設(shè)備回顧安裝; (5) 無需切斷管道, 不用中斷生產(chǎn), 不用停止設(shè)備; (6) 不與介質(zhì)接觸; (7) 準(zhǔn)確度較低, 長期穩(wěn)定性較差, 受安裝條件影響大。

外夾式超聲流量計較適合現(xiàn)場工藝條件, 但是準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差, 外夾式流量計的測量值無法作為參考值, 但可利用外夾式流量計短期穩(wěn)定性較好進(jìn)行流量計之間比對?，F(xiàn)場計量工藝流程如圖3所示, 由多條計量支路并聯(lián)組成計量橇, 但各計量支路無法通過流程切換實現(xiàn)串聯(lián)安裝, 可通過在計量橇上游選一直管段安裝外夾式流量計, 通過每條支路與外夾式流量計的偏差, 計算各計量支路之間的偏差。

式中:E1為計量支路1與外夾式流量計的偏差;Q1為計量支路1的流量值;Qwai為外夾式流量計的流量值。

式中:E2為計量支路2與外夾式流量計的偏差;Q2為計量支路2的流量值。

式中:E3為計量支路2與計量支路1的偏差。

同理可得出其他支路之間的偏差值。

(1) 流量計檢定完成現(xiàn)場安裝后錄取第1次數(shù)據(jù), 次數(shù)據(jù)作為參考值, 每隔一段時間做一下測試, 測試結(jié)果與第1次測試結(jié)果進(jìn)行比對, 分析流量計計量的穩(wěn)定性的變化, 確認(rèn)流量計的計量性能, 確保貿(mào)易計量交接的準(zhǔn)確可靠。

(2) 第1次的測試結(jié)果, 需要對2臺流量計測試結(jié)果的偏差與合成不確定度進(jìn)行比較, 分析流量計的準(zhǔn)確度。

可實現(xiàn)實時采集2臺流量計及配套溫度、壓力儀表信號, 并進(jìn)行流量、溫度和壓力補償計算, 存儲數(shù)據(jù), 生成報告等功能。

主要設(shè)備應(yīng)包括:數(shù)據(jù)采集計算機(jī)、MPU、輸入模塊、脈沖/頻率信號采集卡、計時模塊、通信模塊、脈沖信號隔離放大器、浪涌保護(hù)器等組成。

天然氣工作條件下的壓縮因子使用AGA Report No.8[6]規(guī)定的方法計算, 數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)自帶壓縮因子計算模塊, 可手動輸入溫度、壓力和組分獲取壓縮因子計算結(jié)果用于驗證數(shù)據(jù)采集模塊計算結(jié)果的可靠性。

渦輪流量計瞬時流量計算使用GB/T 21391[7]或ISO 9951[8]規(guī)定的方法計算, 修正因子 (誤差) 和流量關(guān)系式使用多點插值修正方法。

超聲流量計瞬時流量計算使用GB/T 18604[9]或AGA No.9[10]或ISO 17089[11]規(guī)定的方法計算, 修正因子 (誤差) 和流量關(guān)系式使用多點插值修正方法。

脈沖/頻率、溫度、壓力信號的采集均采用累積量, 采取相同時間段內(nèi)的累計流量值, 避免由于瞬時值波動引入較大的誤差。

以某管道公司貿(mào)易計量交接站為例進(jìn)行實際應(yīng)用分析, 該站計量橇選用3條DN200的計量支路, 流量計信息如表2所示, 比對流量計選用外夾式超聲流量計, 安裝于DN200的直管段。

按照上文所說方法進(jìn)行測試, 測試流量點為1 500m3/h, 按照式 (1) ~式 (3) 進(jìn)行計算, 測試結(jié)果如表3所示。

通過測試結(jié)果可分析:

(1) 3臺流量計檢定完成后首次比對結(jié)果符合規(guī)范要求, 流量計安裝完成后性能良好。

(2) 3臺流量計在檢定周期內(nèi)相互之間偏差的變化值均小于0.7%, 符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 證明3臺流量計的穩(wěn)定性能較好。

(1) 在對貿(mào)易計量交接站設(shè)計時, 可增加計量橇的對比流程, 實現(xiàn)定期對在用貿(mào)易計量流量計進(jìn)行實流在線比對, 確保流量計計量性能良好[12-13]。

(2) 在不具備在線實流比對工藝流程的場站可選用外夾式超聲流量計作為傳遞值對計量橇各支路進(jìn)行比對, 確認(rèn)流量計的計量性能。

(3) 對于超聲流量計需要定期進(jìn)行使用中檢驗, 對于性能參數(shù)異常的流量計需要及時處理, 必要時重新送檢, 確?，F(xiàn)場計量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

(4) 利用外夾式超聲流量計進(jìn)行比對的方法可用于各管道公司計量輸差的查找及控制, 提高計量管理水平, 維護(hù)公司利益。