為了適應(yīng)新疆南疆地區(qū)天然氣工業(yè)的快速發(fā)展,滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)的檢定需求,中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司投資建設(shè)了塔里木天然氣計(jì)量檢定站。該檢定站建設(shè)在塔里木油田輪南首站旁,主要建有一套高壓、大流量、高準(zhǔn)確度的天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)及配套設(shè)施。

塔里木天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)采用直排方案,從高壓天然氣管線(xiàn)取氣,流經(jīng)該計(jì)量檢定系統(tǒng)后,再向高壓或者低壓管線(xiàn)回氣。直排方案不采用天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行增壓,而是利用高、低壓管線(xiàn)的壓力差,由高壓管線(xiàn)向低壓管線(xiàn)回氣,其取氣、回氣方案見(jiàn)圖1。

為了加快建設(shè)進(jìn)度、降低投資,通過(guò)對(duì)天然氣原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能和特點(diǎn)進(jìn)行研究論證,確定該檢定系統(tǒng)采用只建立工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置,直接用工作標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定被檢流量計(jì)。根據(jù)《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范(JJF 1033)》, 工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)應(yīng)每年一次到石油天然氣計(jì)量檢定站南京分站的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行周期的檢定校準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)量值溯源和傳遞,具體過(guò)程見(jiàn)圖2。

在對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的臨界流文丘里噴嘴、腰輪和渦輪流量計(jì)的性能及指標(biāo)比較分析后,選定了準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)作為工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置。并且,根據(jù)塔里木油田及南疆地區(qū)使用天然氣流量計(jì)的種類(lèi)和流量范圍,確定該檢定系統(tǒng)的流量測(cè)量范圍為25~8 000 m/h,被檢流量計(jì)的口徑為DN50 mm~DN400 mm。工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置使用1臺(tái)DN80渦輪流量計(jì),測(cè)量中小流量(25~250 m/h); 使用5臺(tái)DN200 mm渦輪流量計(jì)并聯(lián)組合,測(cè)量中大流量 (160~8 000 m/h)。要求標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的前、后直管段長(zhǎng)度≥10 D ( D表示流量計(jì)直徑), 并配套高準(zhǔn)確度的溫度、壓力變送器。

在每路DN80 mm和DN200 mm標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)上游串聯(lián)了相同口徑的超聲流量計(jì),用超聲流量計(jì)的測(cè)量值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行單臺(tái)在線(xiàn)實(shí)時(shí)核查比對(duì),以判斷確認(rèn)每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠。超聲流量計(jì)的前直管段為20 D ,后直管段為10 D ,并在前10 D處安裝板孔式整流器。

工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為10.0 MPa,天然氣工作壓力為3.5~7 MPa,天然氣工作溫度為-5~30 ℃, 天然氣工況流量為25~8 000 m/h,流量測(cè)量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于0.33%,被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度≤1.0級(jí), 被檢流量計(jì)口徑為DN50 mm~DN400 mm。

該檢定系統(tǒng)主要受標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)、脈沖數(shù)、溫度、壓力測(cè)量值以及被檢流量計(jì)處的溫度、壓力測(cè)量值和天然氣壓縮因子、檢定時(shí)間、測(cè)量重復(fù)性等因素影響。按照《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示 (JJF 1059)》 要求,對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行不確定度評(píng)估,其評(píng)估結(jié)果顯示,標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)、脈沖數(shù)、溫度和壓力的不確定度分別為0.14%、0.0058%、0.02%和0.024%;被檢流量計(jì)處溫度和壓力的不確定度分別為0.04%和0.048%;天然氣壓縮因子比值、測(cè)量時(shí)間和重復(fù)性的不確定度分別為0.015%、0.01%和0.05%;則合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.16%,相對(duì)擴(kuò)展不確定度優(yōu)于0.33% (包含因子K =2)。

該檢定系 統(tǒng)設(shè)有DN300 mm、 DN250 mm、 DN200 mm、DN150 mm、DN100 mm、DN80 mm和DN50 mm七個(gè)檢定臺(tái)位。每個(gè)檢定管路的前、后直管段長(zhǎng)度設(shè)置為20 D和10 D ,并在前10 D直管段處設(shè)置板孔整流器。

要求直管段內(nèi)外壁經(jīng)過(guò)特殊加工后,粗糙度、 直線(xiàn)度、圓度、直管段兩端的法蘭面與軸心線(xiàn)的垂直度都有嚴(yán)格的指標(biāo),其中直管段內(nèi)表面粗糙度應(yīng)優(yōu)于▽3.2 ( Ra =3.2μm),并進(jìn)行化學(xué)鍍鉻處理。另外,在每個(gè)檢定臺(tái)位旁均設(shè)置防爆儀表接線(xiàn)箱,以便將被檢流量計(jì)的流量、溫度及壓力信號(hào)接入到控制系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集處理。

首先,天然氣從高壓管線(xiàn)上的DN800 mm截?cái)嚅y上游進(jìn)行高壓取氣,依次流經(jīng)過(guò)濾分離器、壓力調(diào)節(jié)、工作標(biāo)準(zhǔn)及核查流量計(jì)、被檢流量計(jì)及流量調(diào)節(jié)等系統(tǒng),回氣至截?cái)嚅y的下游管線(xiàn),***后進(jìn)入塔里木油田輪南首站,實(shí)現(xiàn)高壓天然氣流量計(jì)的檢定;或者高壓天然氣經(jīng)降壓調(diào)節(jié)、工作標(biāo)準(zhǔn)及核查流量計(jì)、被檢流量計(jì)等系統(tǒng)后,回氣至低壓管線(xiàn), 實(shí)現(xiàn)低壓天然氣流量計(jì)的檢定。在檢定系統(tǒng)中,還設(shè)有氣質(zhì)測(cè)量、氮?dú)?、排污和放空等系統(tǒng)。

(1) 把室內(nèi)、外地面上鋪設(shè)的工藝管道、過(guò)濾分離器及匯氣管等都進(jìn)行保溫處理。

(2) 核查流量計(jì)、工作標(biāo)準(zhǔn)和檢定臺(tái)位等系統(tǒng)均設(shè)置在防爆檢定廠房?jī)?nèi),進(jìn)出站閥組、過(guò)濾分離器、調(diào)壓、調(diào)流量等系統(tǒng)設(shè)置在防曬防雨棚下,以減少環(huán)境條件的影響,提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

(3) 壓力、流量調(diào)節(jié)閥都選用軸流式調(diào)節(jié)閥, 以保證流動(dòng)穩(wěn)定、壓降小和調(diào)節(jié)準(zhǔn)確。

(4) 匯氣管采用熱拔工藝制造,以防止天然氣流經(jīng)匯氣管時(shí)產(chǎn)生擾流。

(5) 在被檢流量計(jì)下游設(shè)置手動(dòng)液壓伸縮器, 便于拆裝被檢流量計(jì)。

(6) 采用軸流式安全切斷閥進(jìn)行超壓自動(dòng)切斷,確保檢定低壓流量計(jì)時(shí)不超壓。

(7) 在多路并聯(lián)的核查流量計(jì)、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)、檢定臺(tái)位及氮?dú)?、排污和放空等與計(jì)量有關(guān)的管路均采用強(qiáng)制密封球閥,以防止天然氣漏失。

(8) 采用獨(dú)立的計(jì)量檢定控制系統(tǒng),確保流量測(cè)量數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地采集處理和計(jì)算。

通過(guò)上述技術(shù)措施,可保證在每個(gè)流量點(diǎn)的每一次測(cè)試檢定過(guò)程中,檢定用天然氣的溫度變化不超過(guò)±0.5 ℃,壓力變化不超過(guò)±0.5%,流量變化不超過(guò)±0.5%的技術(shù)要求。

(1) 該檢定站設(shè)計(jì)建立的天然氣工作標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)為目前國(guó)內(nèi)規(guī)模***大、測(cè)量范圍寬、檢定壓力可調(diào)節(jié)的天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)。

(2) 該檢定系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓力和流量的、穩(wěn)定及快速的控制調(diào)節(jié),能滿(mǎn)足口徑小于DN300 mm的天然氣流量計(jì)的全量程檢定校準(zhǔn)。

(3) 該檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特,具有工藝系統(tǒng)設(shè)置合理、功能齊全、工程投資低、建設(shè)周期短、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn),對(duì)于今后國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)建立天然氣計(jì)量檢定系統(tǒng)具有指導(dǎo)作用。