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计量核查技术在差压式天然气流量计量中的应用

时间:2018/05/24来源:未知

摘要:天然气流量测量是一种连续的测量、一种不可重复的测量、一种因测量结果不正确会引起后续的昂贵代价的测量, 需要严密的测量过程控制。核查是实施测量过程控制、确保计量结果 准确可靠的重要方法之一, 不仅适用于实验室, 也适用于工业计量。通过对国内外核查方法应用情况的分析, 提出了开发天然气流量计量核查系统的项目, 付诸实施后, 取得了明显效果。
计量核查技术在差压式天然气流量计量中的应用

1 核查技术的重要性

天然气流量测量是一种连续的测量, 是一种不可重复的测量, 是一种因测量结果不正确会引起后续的昂贵代价的测量, 需要严密的测量过程控制。

总结世界各国多年的研究成果, 监视测量过程的方法有多种[1]:1实验室比对;2数据比较;3统计技术;4核查标准;5控制图;6其他方法, 如:定期抽查、数据认证、顾客反馈等。

上述的监视方法主要针对实验室, 同时其部分方法也延伸到工业计量中。对天然气贸易交接计量中的流量测量来说, 是一种工业计量, 而不是实验室的测量, 使用核查标准是一种简单可行而又切实有效的办法[2]。

一些工业发达对于天然气流量计量的核查非常重视。为了降低两台流量计在特定的工作环境条件下同时失效的几率, 确保核查的可靠性, 在计量现场每个计量点大都采用两台原理不同的流量计串联, 一台作为工作流量计, 一台作为核查流量计, 当差值超过一定限度后报警, 根据报警提供的信息进一步查找问题并能及时处理。在欧洲各国, 其差值限度一般为0.5%, 主要取决于交接双方的约定。

在我国, 自1958 年启动天然气工业化生产以来, 在天然气工业计量中, 总是利用一切可以利用的资源去比较、核查, 如:利用供方的流量计量数据与需方的流量计量数据进行比较。除少数特别重要的计量点之外, 绝大多数计量点还没有达到在计量现场每个计量点都采用两台原理不同的流量计串联来实施核查的水平, 但这并不能降低人们对核查的关注和需求。采用核查, 就是希翼测量中减少测量设备、人员、环境、方法等各种因素造成的误差。

2 面临的问题和解决问题的思路

近年来, 随着流量计量技术的发展, 超声流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计、罗茨流量计等在我国得到更广泛的应用。尽管, 孔板流量计有测量范围度小 (1∶3~1∶4) 、维护管理难度大等缺陷, 但其作为一种***成熟的流量计、***稳定的流量计, 其应用仍然十分广泛[3]。在中国石油西南油气田的天然气集输及贸易计量中, 孔板流量计仍然占有很大比例, 约为50%。

因此, 解决孔板流量计的核查问题, 特别是以较低的成本去有效解决核查问题, 使其更加稳定可靠地运行, 是值得关注的。通过多年的摸索, 在孔板流量计计量系统中, 其一次测量装置—孔板节流装置相对比较稳定, 并形成了一套实用的管理办法, 但其二次测量系统却面临一大难题:孔板流量计测量系统包括了多个参数, 如:孔板节流装置的几何量 (D、d) 、压力p、差压△p、温度t、天然气组分及密度ρ、压缩因子Z等, 其中各单参数的溯源容易得到控制, 但其***终测量结果—流量量值溯源的控制难度很大[4]。通过研究得到以下3点认识:

(1) 对早期建设的孔板流量计计量系统, 新增核查流量计虽然是有效的办法, 但成本很高, 难以推广。

(2) 对孔板节流装置采用定期几何检定, 定期检查, 能有效控制测量的准确性、可靠性。

(3) 孔板流量计的二次仪表是一套多参数综合测量系统, 对其进行综合性核查, 对查找系统的故障非常有效。
计量核查技术在差压式天然气流量计量中的应用

3 天然气流量计算机计量监督核查系统应用

中国石油西南油气田企业通过向压力、差压、温度等参数的计量基准量值溯源, 利用石油天然气大流量计量站成都分站的天然气mt气体流量原级标准和临界流音速喷嘴次级标准, 针对孔板流量计的核查问题, 与生产计量检测系统的专业企业联合, 成功研制了天然气流量计算机计量监督核查系统。

3.1 结构及功能

天然气流量计算机计量监督核查系统包括上位机和下位机[5]。下位机为流量计算机, 能够独立地采集信号, 进行流量计量, 储存少量数据;上位机为工业控制计算机或便携式计算机, 主要实现流量比对、现场核查和数据储存等功能。

核查系统能按有关标准规定自动实时采集检测数据、处理数据、流量计算和累积天然气流量, 实现流量测量功能, 并对流量数据及相关参数自动进行归档, 对装置设置的基本参数、检测数据、事件进行历史储存和管理, 同时具有核查比对功能。

3.2 性能及有关要求

(1) 选择多仪表组合, 覆盖天然气贸易交接计量站场常用的压力、差压、温度测量范围:

压力p测量范围为:0.2~5.5MPa, 0.10%FS;

差压△p测量范围为:0.2~100kPa, 0.10%FS;

温度t测量范围为:-20~80℃, B级。

(2) 数据采集部分的信号转换方式:

压力仪表输出4~20 mA → 数字信号, MPa, 不确定度0.20%;

差压仪表输出4~20mA → 数字信号, kPa, 不确定度0.20%;

温度传感器Pt100 铂电阻 → 数字信号, ℃, 不确定度0.20%。

(3) 核查系统的测量准确度与在用天然气流量计算机计量系统的测量准确度相当或更高。核查系统App计算不确定度≤0.05%, 核查系统总不确定度≤0.5% (k=2) 。该指标包含流量计算机上位机、下位机、流量计算App、现场仪表 (压力、差压、温度) 、A/D转换、安全隔离组件等部分的不确定度。

(4) 贸易计量一般每天有一个结算量, 即日产量, 核查应具有累积流量比对的功能。比对既要考虑瞬时流量比对的需要, 还要考虑累积流量比对的需要, 要考虑进行1天至多天的累计流量核查。

(5) 核查系统可靠、安全、经济, 适合天然气站场的要求。

3.3 监督核查系统检定与测试

该核查系统的各参数通过检定向计量基准溯源, 其压力、差压、温度、组分等仪表送法定技术机构进行了系统检定, 取得检定合格证书。

同时, 为了验证其综合性能是否满足预期要求, 利用孔板节流装置与核查系统配套, 在石油天然气大流量计量站成都分站开展了一系列测试, 包括系统测量通道测试、重复性稳定性测试、流量算法测试、辅助功能测试, ***后利用成都分站的天然气流量标准装置对系统进行在线实流测试, 结果证明其性能达到了预期技术要求。

3.4 监督核查系统在现场的应用

核查系统在中国石油西南油气田企业10个场站15个贸易交接计量点成功地进行了现场监督核查实验。通过现场应用实验, 可以产生核查报表, 可对现场计量系统的相关参数进行对比核查, 这些对比核查数据, 对核查现场计量系统的故障或问题起到了良好的作用。

4 结论

通过大量现场应用实验, 核查系统可以实现对计量现场孔板流量计的在线核查, 具有良好的现场适用性, 并具有以下特点:

(1) 该系统系国内首次应用于孔板流量计系统在线核查比对, 已获得实用新型专利。

(2) 测量范围宽、高准确度、高可靠性, 实现多种功能, 利于开展现场核查计量工作。

(3) 系统对象物理层与逻辑层分离, 有利于系统的维护和使用, 利于在复杂现场条件下开展核查。

(4) 设置虚拟流量计, 可对多项指标 (新标准、老标准、时间累计误差、流量累计误差等) 同时开展核查, 提高了系统应用的效率。

(5) 系统的变送器支架设计、电缆架设计具有便携、方便、实用等特点。同时, 系统安装简便、移动方便、美观大方, 现已推广使用。

(6) 该核查系统的基本配置, 可实现1套天然气流量核查计量。系统App处理能力支撑***多24套流量的核查。

通过几年的应用, 该系统对天然气计量管理水平的提升起到了良好的效果。

虽然在孔板流量计的核查方面迈出了步, 但如何进一步提高现场核查水平和计量管理能力, 仍是需待解决的问题。


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