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移动式天然气流量计标准装置产品安装参数详解

时间:2018/05/17来源:未知

  通常, 天然气流量计的检定方式分为两种:一种是将待检流量计拆卸, 运输至天然气实流检定站离线检定;另一种是采用移动式天然气流量标准装置 (以下简称移动式装置) 在线检定。由于国内天然气实流检定站数量少、检定能力有限、地理位置偏远等原因, 使移动式装置受到越来越多的关注。移动式装置固定在载重卡车上或者拖车上, 具有体积小、重量轻、投资低等特点, 定期到天然气流量次级标准装置上进行量值溯源。开展在线检定时, 通过与天然气输气站内的计量管路连接, 实现对天然气流量计的在线实流检定, 同时也为开展天然气计量系统评价以及计量仲裁提供技术手段。
 
  一、国内技术现状
 
  1. 引进情况
 
  由于移动式装置的小型轻量化、适应恶劣环境、防火防爆等技术要求均是设计制造中的难题, 一直以来, 在国内应用的移动式装置都是从国外引进的。一是石油天然气大流量计量站 (以下简称“站”) 于1987年从美国引进的移动式装置, 标准器为16个喷嘴, 设计压力为2.0MPa, 流量范围为 (1~4600) m3/h, 系统测量不确定度为0.33%。二是站成都分站于20世纪90年代从比利时引进的移动式装置, 标准器为2台超声流量计, 设计压力为6.3MPa, 流量范围为 (40~8000) m3/h。三是由站南京分站委托站设计, 2005年在德国成橇制造的移动式装置, 该装置固定在载重卡车上, 标准器为2台涡轮流量计, 设计压力为10MPa, 流量范围为 (80~6500) m3/h, 在计量工艺箱体前, 设有一个计量检定控制系统箱体。四是长庆油田于2007年从美国引进的移动式装置, 标准器为2台涡轮流量计, 设计压力为6.3MPa, 流量范围为 (80~4500) m3/h, 采用流量计算机作为检定系统进行流量计算, 由手动球阀和调节阀进行流程切换和流量调节。五是由站武汉分站委托站设计, 2011年在德国成橇制造的移动式装置, 该装置标准器为3台涡轮流量计, 设计压力为10MPa, 流量范围为 (20~8000) m3/h, 计量检定控制系统设置与南京分站移动式装置相近。
 
  这5套移动式装置技术方案各有特点, 针对国内不同时期的天然气管道条件和检定要求进行工业设计, 为满足天然气管道发展各阶段的贸易流量计实流检定需求发挥了重要作用。
 
  2. 自主研制情况
 
  2008年, 为打破国外技术垄断, 节约外汇, 站自主设计研制了一套移动式装置, 研发了多项核心技术, 具备以下特点:一是采用超声流量计和涡轮流量计标准器组。二是配置了超声流量计核查标准。三是优化了工艺设备和整体布局, 使总长度<8m。四是把计量检定控制系统集中布置在防爆控制柜内, 并固定安装在计量工艺系统的箱体中。五是把计量工艺系统分成两层平面布置安装和独立箱体橇座的方案, 在其底座4个底角设置机械升降调节机构等措施。通过上述技术措施, 缩短箱体尺寸, 减轻总重量, 便于运输和吊装。
 
  该装置工艺系统设计压力为10MPa, 流量范围为 (45~8000) m3/h, 2010年通过计量标准考核。截至目前, 已完成检定天然气流量计2813台, 为保障国内天然气贸易流量计的周期检定发挥了重要作用。
 
  二、移动式天然气流量标准装置技术综述
 
  经过多年持续的技术改进和应用实践, 分析比较了国内外各套移动式装置的优缺点, ***终形成了较为完善的移动式装置设计制造技术方案。
 
  1. 量值传递方案
 
  受体积和重量等因素限制, 移动式装置量值传递链应尽量简化, 一般只建立工作级标准装置及配套设施。移动式装置定期送到高一级的次级标准上进行量值溯源, 用在线检定方式开展量值传递。
 
  2. 技术方案
 
  (1) 基本组成
 
  移动式装置主要由计量工艺系统、检定控制系统、防爆仪表接线箱、防爆配电箱等4部分组成。其中计量工艺系统包括6个部分: (1) 标准器; (2) 核查标准; (3) 压力、温度及气质分析系统; (4) 流量调节阀组; (5) 汇气管、放空、氮气和在线取样等接口管路; (6) 计量工艺系统箱体和钢结构橇座部分。具体如图1所示。
图1 移动式天然气流量标准装置组成示意图
 
   图1 移动式天然气流量标准装置组成示意图
 
  (2) 技术指标
 
  依据国内天然气管网中贸易流量计的口径、流量范围、压力等级、准确度等级及天然气计量站场类型、道路状态、吊装运输和防火防爆等要求, 综合确定移动式装置的测量范围、压力等级、系统测量不确定度等主要指标。具体如下:
 
  (1) 工艺系统设计压力:10MPa;
 
  (2) 检定工况流量: (20~8000) m3/h;
 
  (3) 系统测量不确定度:0.33%;
 
  (4) 检定流量计准确度等级:1级;
 
  (5) 工艺系统进出口法兰:DN300;
 
  (6) 系统防爆等级:Exd IIBT4;
 
  (7) 橇装箱体的外形尺寸 (长、宽、高) 和总重量应满足有关高速和省级道路的运输标准要求。
 
  (3) 技术方案
 
  (1) 工作级标准配置方案
 
  标准器的测量范围和准确度等级决定了其测量性能, 是移动式装置中***核心的设备之一。
 
  目前, 在国内外应用的天然气工作级标准器, 主要采用腰轮流量计、临界流文丘里喷嘴、超声流量计和涡轮流量计四种型式的标准流量计。
 
  腰轮流量计由于制造精密, 容易被天然气中杂质堵塞, 开展在线检定工作维护量大, 在天然气站场应用有一定局限性。
 
  临界流文丘里喷嘴具有较好的计量学特性, 适合作为标准器, 但由于其本身的节流性能, 压力损失在10%~20%, 多数站场不具备降压输气条件。
 
  超声流量计随着电子技术发展, 流量测量准确度不断提高, 由于无可动部件, 具有较好的稳定性。
 
  涡轮流量计具有重复性好、准确度高、灵敏度高、量程宽、流量线性好等特点, 多数工作级标准装置都选用涡轮流量计作为标准器。
 
  (2) 流量核查技术
 
  移动式装置需要经过长途运输才能抵达天然气站场, 为了确保运输过程中标准器没有因颠簸而受影响, 在标准器的上游串联安装1台高准确度等级超声流量计作为核查标准。在开展检定过程中, 天然气同时流经核查超声流量计和标准器, 通过对流量测量结果的实时比对, 可及时发现标准器的计量特性是否发生变化。
 
  (3) 在线气相色谱分析仪的配置
 
  在移动式装置的入口管线处安装1套便携式在线气相色谱分析仪, 用于在线分析天然气的组成, 实时采样分析计算出天然气密度、压缩因子等参数上传至检定系统, 用于流量转换。对于在线气相色谱分析仪, 应至少能分析检测出C1~C6+的组分以及N2、CO2等其他组分, 定量重复性达到0.5%。
 
  (4) 流量调节阀的选用
 
  流量调节阀的选用是移动式装置的重要环节之一, 常见的流量调节阀主要有轴流式、直通式、节流式和蝶型调节阀。经过比选, ***终确定选用流动稳定、节流小、噪音低、调节准确度高的轴流式调节阀。流量调节阀应安装在标准器下游, 一对一配置, 电动实行机构宜选用响应时间为 (10~30) s的快速型。
 
  (5) 计量工艺系统安装布置及箱体方案
 
  为了便于运输和吊装, 移动式装置应采用箱体橇座结构, 把计量工艺系统放置在一个防晒防雨箱体内, 其箱体外形尺寸不应超过40GP标准集装箱的外形尺寸和重量 (长12.192m×宽2.438m×高2.591m, 22t) 。为了更好地节省空间, 计量工艺系统在箱体内应采用双层布置方案, 把大口径的标准器管路、核查标准管路、汇气管、在线色谱分析仪等设备安装在层 (底层) 的平面上, 而把中小口径的工作标准器管路安装在第二层平面上。在箱体顶部, 可设置1个1t的手动吊装设备, 用于仪表设备的拆装吊运。在箱体两侧和后部, 设置多个门, 以便仪表设备的维护拆装, 也利于箱内进行通风排放。
 
  (6) 防爆仪表接线箱
 
  在箱体内壁面上, 安装1个防爆仪表接线箱, 把现场待检流量计的流量信号及配套温度、压力测量信号接入计量检定控制系统, 其中待检流量计的流量输出信号应包括脉冲 (频率) 、 (4~20) m A模拟信号和RS485信号等。
 
  (7) 计量检定控制系统及固定安装方案
 
  a.计量检定控制系统
 
  计量检定控制系统主要包括两个独立的系统:
 
  一是检定系统, 把流量、压力、温度、组分和待检流量计现场实时测试数据进行采集处理, 完成流量计算、计量检定数据的输出和打印。在该系统中应选用高速、高精度、独立的CPU处理器、高频脉冲流量计量模块、模拟量输入模块、流量计算模块、压缩因子计算模块、计时器等。
 
  二是流程控制系统, 对工艺系统中的电动球阀和流量调节阀进行自动操作, 完成工艺管路的切换, 实现电动球阀、调节阀和流量、温度、压力、组分等测量仪表的工作状态、故障及报警信息的实时显示和输出, 通过人机界面操作, 完成编程组态和数据库管理维护。
 
  为了提高系统的安全性和抗干扰能力, 防止雷击 (直击雷、感应雷等) 产生的高电压导入, 在脉冲量、模拟量、数字量、通信和配电等接口应设置浪涌保护器, 并把其接地端与现场独立的接地系统相连。
 
  b.固定安装方案
 
  计量检定控制系统可以采用两种固定安装方案:一是把该控制系统设置在独立箱体内。该箱体设置在计量工艺系统箱体的前部, 其长度尺寸为1.5m, 宽度和高度尺寸应与计量工艺系统箱体的尺寸相同。在该箱体内, 安装机柜、打印机、椅子等。为了达到防爆要求, 在箱体内采用正压通风系统, 设置防爆空调、防爆灯及双层外推大门。二是采用防爆控制柜方案。把计量检定控制系统放置在1个防爆控制柜中, 并将该机柜固定安装在计量工艺系统的箱体内, 再从该防爆控制柜中引出1根网线 (≥100m) , 在非防爆区域内用笔记本电脑远程操作。
 
  (8) 配电部分
 
  在计量工艺系统箱体内壁面上, 设置1个防爆配电箱, 通过该配电箱可对移动式装置上的测量仪表、电动阀门和计量检定控制系统进行配电, 其动力配电为交流380ACV, ≥20k W。
 
  (9) 箱体固定方案
 
  计量工艺系统箱体可采用3种固定方案:一是把计量工艺系统箱体橇固定安装在1台载重卡车的底盘上, 用载重卡车进行运输;二是把计量工艺系统箱体橇固定安装在1台拖车上, 用卡车牵引拖车的方式进行运输;三是把计量工艺系统箱体设成独立的箱体橇座结构, 临时租用载重卡车进行运输, 再用吊车进行吊装搬运。
 
  三、结束语
 
  站通过技术攻关, 设计制造了完全自主常识产权的移动式装置, 研发了多项专利技术, 总体达到国内水平, 实现了对天然气流量计的在线实流检定, 同时也为开展天然气计量系统整体评价以及计量仲裁提供了技术手段。
 
  根据多年的实践积累, 总结形成了较为完善的移动式装置量传溯源、标准器、核查标准、流量调节和计量检定控制系统等核心技术, 以及计量工艺安装和箱体结构设计等技术方案, 对国内天然气计量检定系统的设计, 尤其是移动式天然气流量标准装置设计研制有重要的引导作用。

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